РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПАТРОН ИЗОЛИРУЮЩЕГО ДЫХАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Полезная модель принадлежит к устройствам защиты органов дыхания, в частности к изолирующим самоспасателям с химически связанным кислородом, которые применяются в горнодобывающей, химической и других отраслях промышленности для экстренной кратковременной защиты органов дыхания в аварийных ситуациях, связанных с образованием непригодной для дыхания среды.
Как правило, самоспасатель включает герметический корпус со средствами для ношения (ремни, пряжки и другое), регенеративный патрон, фильтрующий элемент для очистки газо-воздушной смеси от аэрозолей, пусковое устройство, которое кратковременно обеспечивает систему кислородом в начальный момент включения пользователя в самоспасатель, узел изоляции органов дыхания человека, который в большинстве случаев выполнен в виде гофрированного шланга, соединенного с регенеративным патроном и с лицевой маской или загубником, эластичный дыхательный мешок, предназначенный для реализации замкнутого цикла работы самоспасателя. В регенеративном патроне в большинстве случаев размещена перфорированная обечайка, заполненная веществом с химически связанным кислородом (регенеративный продукт), обеспечивающим регенерацию газо-воздушной смеси, и средства снижения температуры регенеративного продукта и газо-воздушной смеси.
Указанная схема общеизвестна и является основой многих запатентованных самоспасателей.
Известны самоспасатели, в которых средства управления движением газовоздушной смеси выполнены в виде клапанных устройств. Примером таких решений является изолирующий дыхательный аппарат на химически связанном кислороде, известный по патенту Российской Федерации RU 2333777, МПК А62В 7/08, дата подачи заявки 05.09.2006.
Изолирующий дыхательный аппарат содержит регенеративный патрон, размещенный в корпусе. На верхней части патрона установлено пусковое устройство и выполнены патрубки вдоха и выдоха, на которых смонтированы дыхательный мешок и узел изоляции органов дыхания человека, Узел изоляции органов дыхания человека выполнен с клапанной коробкой, в которой смонтированы клапан вдоха, клапан выдоха и клапан избыточного давления в дыхательном мешке. Клапан вдоха соединяет узел изоляции органов дыхания человека с дыхательным мешком, клапан выдоха - с регенеративным патроном.
При включении пускового устройства пользователь обеспечивается кислородом для дыхания в начальный период. На фазе выдоха газо-воздушная смесь из лицевой части узла изоляции органов дыхания человека поступает в полость клапанной коробки, дальше через клапан выдоха в регенеративный патрон, откуда очищенная от диоксида углерода и обогащенная кислородом газо-воздушная смесь подается в дыхательный мешок. На фазе вдоха газо-воздушная смесь из дыхательного мешка через клапан вдоха поступает в полость клапанной коробки и дальше по гофрированной трубке узла изоляции органов дыхания в лицевую часть на дыхание.
Выполнение средств управления движением газо-воздушной смеси в виде клапанных устройств, усложняет конструкцию и, с учетом тяжелых условий эксплуатации аппарата (постоянное ношение аппарата в процессе выполнения работ с неминуемым динамическим влиянием, например, ударов и других динамических действий), снижает его надежность.
Известны самоспасатели, в которых схема движения газо-воздушной смеси обеспечивается особенностями конструкции регенеративного патрона и его соединений с узлом изоляции органов дыхания человека и дыхательным мешком без использования клапанных устройств. Аппараты имеют простую конструкцию (отсутствуют подвижные элементы) и повышенную надежность (меньшая чувствительность к динамическим влияниям). В таких аппаратах широкое использование нашла так называемая "маятниковая" схема движения газо-воздушной смеси, в которой за один цикл „вдох-выдох" газовоздушная смесь два раза проходит через объем регенеративного продукта, что повышает степень регенерации газо-воздушной смеси при тех же характеристиках самоспасателя. Выдыхаемая газо-воздушная смесь поступает к регенеративному продукту, где происходит поглощение двуокиси углерода и обогащения газо-воздушной смеси кислородом. Очищенная газо-воздушная смесь поступает в дыхательный мешок. При вдохе газо-воздушная смесь из дыхательного мешка проходит в обратном направлении через регенеративный продукт, где дополнительно очищается от двуокиси углерода, дополнительно обогащается кислородом и поступает к органам дыхания.
Примером регенеративного патрона с "маятниковой" схемой движения газовоздушной смеси без использования клапанных устройств является регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата, известный по патенту Российской Федерации RU 2205670, МПК А62В 7/08 А62В 19/02, дата подачи заявки 06.06.2002.
Регенеративный патрон включает герметический корпус, перфорированную обечайку, заполненную регенеративным продуктом и установленную в корпусе с кольцевым зазором относительно боковой стенки корпуса, средства сжатия регенеративного продукта в процессе эксплуатации аппарата, фильтр для очистки газо-воздушной смеси от аэрозолей, пусковое устройство, обеспечивающее пользователя кислородом в начальный период подключения к аппарату, узел изоляции органов дыхания, дыхательный мешок.
Корпус в поперечном сечении имеет овальную форму и выполнен с крышкой, на которой закреплены патрубок вдоха-выдоха для присоединения узла изоляции органов дыхания и пусковой механизм пускового устройства. Нижняя часть корпуса перекрыта днищем с центральным отверстием, сообщающимся с полостью дыхательного мешка.
Перфорированная обечайка имеет овальную форму, концентричную форме корпуса. Верхний торец перфорированной обечайки перекрыт, а нижний торец обечайки выполнен с центральным отверстием. На нижнем торце перфорированной обечайки соосно с ее центральным отверстием закреплена перфорированная центральная труба. На перфорированной центральной трубе попарно установлены перфорированные нижняя и верхняя радиальные вставки, которые выполнены из упругого материала и образуют с центральной трубой замкнутые полости. Внешний периметр перфорированных вставок концентричен перфорированной обечайке. Нижняя радиальная вставка установлена на трубе с зазором, величина которого выбирается меньше величины зерен регенеративного продукта. Верхняя вставка закреплена неподвижно на перфорированной трубе. Нижняя и верхняя вставки соединены между собой по внешней кромке. Наличие указанных вставок и форма их выполнения обеспечивают необходимое сжатие регенеративного продукта. Сжатие регенеративного продукта осуществляется перфорированными вставками, которые работают аналогично тарельчатым пружинам. Перфорированные вставки, по утверждению заявителя, также обеспечивают уменьшение сопротивления потоку газо-воздушной смеси, равномерность отработки массы регенеративного продукта, снижение температуры газо-воздушной смеси после регенерации за счет участия в процессе регенерации всего объема регенеративного продукта, что приводит к снижению температуры газо-воздушной смеси за счет теплоемкости регенеративного продукта.
Фильтр выполнен в виде ленты из фильтрующего материала, плотно охватывающей перфорированную обечайку снаружи.
Пусковое устройство состоит из пускового брикета, расположенного в перфорированной обечайке, и пускового механизма, закрепленного на крышке корпуса.
Дыхательный мешок герметически присоединен к нижней части корпуса. Полость дыхательного мешка сообщается с полостью центральной перфорированной трубы через центральное отверстие в днище корпуса.
Регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата работает следующим образом. При возникновении аварийной ситуации пользователь включает пусковое устройство. Происходит начальное выделение кислорода, который поступает через регенеративный продукт, перфорированную обечайку и фильтр в зазор между корпусом и перфорированной обечайкой, и дальше, через патрубок вдоха-выдоха в узел изоляции органов дыхания. Другая часть выделившегося кислорода проходит через регенеративный продукт и поступает в полости, ограниченные перфорированными вставками, откуда через перфорированную трубу и центральное отверстие в днище корпуса поступает в дыхательный мешок.
В процессе дыхания пользователя выдыхаемая газо-воздушная смесь через узел изоляции органов дыхания и патрубок выдоха вдоха поступает в зазор между корпусом и перфорированной обечайкой, проходит через фильтр и регенеративный продукт, в котором обогащается кислородом и освобождается от углекислого газа. Дальше, газо-воздушная смесь через перфорированные вставки, перфорированную центральную трубу и центральное отверстие в днище корпуса поступает в дыхательный мешок. При вдохе движение газо-воздушной смеси осуществляется в обратном направлении. При этом происходит повторная очистка газо-воздушной смеси от углекислоты и аэрозолей и обогащения смеси кислородом. За счет контакта газо-воздушной смеси со стенками корпуса снижается ее температура.
Общими признаками аналога и заявляемого решения являются: регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата, включающий герметический корпус, перфорированную обечайку, установленную в корпусе с кольцевым зазором относительно боковой стенки корпуса и выполненную с перфорированным каналом вдоль продольной оси обечайки, патрубок вдоха-выдоха, патрубок дыхательного мешка, регенеративный продукт, засыпанный в полость перфорированной обечайки, средства снижения температуры газо-воздушной смеси, размещенные в объеме регенеративного продукта, средства сжатия регенеративного продукта в процессе эксплуатации патрона.
В процессе регенерации газо-воздушной смеси в регенеративном продукте протекают экзотермические реакции с выделением большого количества тепла. В результате в объеме регенеративного продукта возникают локальные зоны с высокой температурой, в которых возможно плавление компонентов регенеративного продукта. Возникновение таких зон ухудшает газодинамику прохождения газов через объем регенеративного продукта, уменьшает степень отработки регенеративного продукта, увеличивает сопротивление дыханию и температуру газо-воздушной смеси.
Перфорированные упругие радиальные вставки, которые попарно закреплены на перфорированной центральной трубе с образованием замкнутых полостей обеспечивают сжатие регенеративного продукта и только частично улучшают термодинамику процесса регенерации газо-воздушной смеси. Так, по утверждению заявителя, наличие указанных радиальных вставок уменьшает сопротивление потока газо-воздушной смеси, обеспечивает более равномерную отработку регенеративного продукта и снижения температуры газо-воздушной смеси только за счет теплоемкости объема регенеративного продукта.
То есть, указанные радиальные вставки не решают проблемы равномерного распределения температур в объеме регенеративного продукта, предупреждения возникновения локальных высокотемпературных зон и отвода избыточной тепловой энергии за границы патрону.
Следует также отметить, что соединение патрубка вдоха-выдоха с кольцевым зазором между обечайкой и корпусом, а дыхательного мешка с перфорированным каналом, увеличивает объем газо-воздушной смеси, которая не принимает участие в процессе регенерации (так называемый „вредный объем"), что приводит к увеличению содержания диоксида углерода в газо-воздушной смеси, вдыхаемой пользователем.
Для равномерного распределения температур в объеме регенеративного продукта, предупреждения локальных зон с высокой температурой и отвода избыточной тепловой энергии за границы патрона используют теплогазораспределители, которые размещают в объеме регенеративного продукта.
Так, известен регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата по патенту ФРГ на изобретение №2852240, МПК А62В 19/00, дата подачи заявки 02.12.1978, который включает герметический корпус овальной формы в поперечном пересечении, установленную в корпусе обечайку овального поперечного сечения с перфорированными участками, расположенными на противоположных сторонах обечайки симметрично относительно малой оси поперечного сечения обечайки. Между внутренней поверхностью корпуса и перфорированными участками обечайки выполнены зазоры серпообразной формы. Обечайка выполнена с центральной перфорированной трубой. В полость между перфорированной трубой и обечайкой засыпан регенеративный продукт. В объеме регенеративного продукта размещен теплогазораспределитель, выполненный в виде нескольких металлических горизонтальных сеток, разделяющих регенеративный продукт на отдельные слои. На сетках дополнительно установленные промежуточные элементы П-образного сечения, наличие которых вместе с сетками способствует равномерному распределению температур по объему регенеративного продукта и отведению тепла экзотермических реакций за границы патрона.
Общими признаками аналога и заявляемого решения являются: регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата, включающий герметический корпус, перфорированную обечайку, установленную в корпусе с зазором относительно боковой стенки корпуса и выполненную с центральным перфорированным каналом, регенеративный продукт, размещенный в полости перфорированной обечайки, теплогазораспределитель, размещенный в объеме регенеративного продукта.
Наличие в объеме регенеративного продукта множества горизонтальных сеток с промежуточными элементами П-образного сечения усложняет изделие, увеличивает его массу. Необходимость послойной засыпки регенеративного продукта в патрон в процессе последовательной установки в нем горизонтальных сеток существенно повышает трудоемкость сборки изделия.
В конструкции аналога не предусмотрены средства сжатия регенеративного продукта, предупреждающие образование полостей в объеме регенеративного продукта при его усадке в процессе эксплуатации. Газо-воздушная смесь может протекать через указанные полости без ее регенерации.
В качестве прототипа выбран регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата по патенту Украины на полезную модель №56898, МПК А62В 19/00 А62В 7/08, дата подачи заявки 12.08.2010.
Регенеративный патрон включает корпус, перфорированную обечайку, установленную в корпусе с кольцевым зазором относительно боковой стенки корпуса, перфорированный канал, выполненный вдоль продольной оси перфорированной обечайки, регенеративный продукт, засыпанный в полость перфорированной обечайки между ее стенками и перфорированным каналом, теплогазораспределитель, размещенный в объеме регенеративного продукта, средства сжатия регенеративного продукта.
Корпус в поперечном сечении имеет цилиндровую форму. Торцы корпуса перекрыты крышками. Корпус выполнен с патрубком вдоха-выдоха для присоединения узла изоляции органов дыхания. Патрубок вдоха-выдоха соединен с кольцевым зазором между корпусом и перфорированной обечайкой. На одной из торцевых крышек корпуса установлен патрубок дыхательного мешка, который соединен с перфорированным каналом обечайки. Корпус выполнен с возможностью герметического закрепления дыхательного мешка по торцу корпуса со стороны крышки, которая выполнена с патрубком дыхательного мешка. При таком выполнении полость дыхательного мешка соединена с патрубком дыхательного мешка и с перфорированным каналом.
Перфорированная обечайка имеет цилиндрическую форму, концентричную форме корпуса, что обеспечивает равномерную отработку слоев регенеративного продукта во всех направлениях. Перфорированная обечайка выполнена из металлической сетки. Один из торцов перфорированной обечайки перекрыт крышкой обечайки. Второй торец перфорированной обечайки открыт. Перфорированный канал выполнен в виде перфорированной трубы, один конец которой закрыт колпачком, а второй - соединен с патрубком дыхательного мешка через отверстие в торцевой крышке корпуса.
Теплогазораспределитель выполнен в виде пластин, радиально установленных между перфорированной обечайкой и перфорированным каналом в объеме регенеративного продукта и соединенных между собой периферийным обручем. Пластины не перфорированы.
Средства сжатия регенеративного продукта выполнены в виде подвижного днища, расположенного сбоку открытого торца перфорированной обечайки, и пружины сжатия, расположенной между указанным днищем и торцевой крышкой корпуса.
Регенеративный патрон работает следующим образом.
Во время выдоха газо-воздушная смесь с большим содержанием диоксида углерода через патрубок вдоха-выдоха поступает в кольцевой зазор между корпусом патрона и перфорированной обечайкой и проходит через перфорированную обечайку и регенеративный продукт, в котором протекают реакции поглощения диоксида углерода и выделения кислорода. Потом газо-воздушная смесь через перфорированный канал и патрубок дыхательного мешка поступает в дыхательный мешок. Во время вдоха газо-воздушная смесь, в которой уже прошли реакции регенерации, поступает из дыхательного мешка в обратном направлении, повторно проходит через регенеративный продукт, дополнительно обогащается кислородом, поступает в кольцевой зазор между корпусом и перфорированной обечайкой и дальше через патрубок вдоха-выдоха к узлу изоляции органов дыхания.
Общими признаками прототипа и заявляемого решения являются: регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата, включающий цилиндрический корпус, торцы которого перекрыты крышкой и днищем, патрубки вдоха-выдоха и дыхательного мешка, перфорированную обечайку, установленную в корпусе с кольцевым зазором относительно боковой стенки корпуса и выполненную с крышкой, перекрывающей один торец обечайки, и с перфорированным каналом, выполненным вдоль продольной оси обечайки и перекрытым со стороны днища корпуса, регенеративный продукт, засыпанный в полость перфорированной обечайки, теплогазораспределитель, размещенный в объеме регенеративного продукта и выполненный в виде пластин, радиально установленных между перфорированной обечайкой и перфорированным каналом, пружину сжатия регенеративного продукта.
Известно, что одной из проблем эксплуатации изолирующих дыхательных аппаратов является сохранение гранулометрического состава (зернистости) регенеративного продукта в заданных границах, которые определяют важнейшие эксплуатационные характеристики аппарата: условия тепломассопереноса в регенеративном продукте, эффективность использования регенеративного продукта и сопротивление дыханию.
В реальных условиях эксплуатации (постоянное ношение аппарата при выполнении работ) аппарат неминуемо поддается динамическим влияниям в результате ударов, небрежного обращения с аппаратом и т.д. В результате многократных динамических влияний на аппарат зерна регенеративного продукта измельчаются, регенеративный продукт уплотняется, что нарушает нормальные условия тепломассопереноса в процессе регенерации газо-воздушной смеси, снижает степень использования регенеративного продукта, повышает сопротивление дыханию.
Практика эксплуатации самоспасателей свидетельствует о том, что наиболее часто аппарат поддается динамическим влияниям со стороны днища. Выполнение средств сжатия регенеративного продукта в виде подпружиненного подвижного днища, расположенного сбоку открытого торца перфорированной обечайки и контактирующего с регенеративным продуктом, как это сделано в прототипе, способствует нежелательным процессам измельчения и уплотнения регенеративного продукта. Это объясняется тем, что в системе "пружина - подвижное днище", как и в другой упругой механической системе, при динамических влияниях неминуемо возникают колебательные процессы. Колебания подвижного днища передаются к регенеративному продукту, что вызывает периодическое его встряхивание, ускоряет измельчение зерен и уплотнение регенеративного продукта. То есть аппарат имеет повышенную чувствительность к динамическим влияниям, что ускоряет измельчение зерен и уплотнения регенеративного продукта, ухудшает условия тепломассопереноса в регенеративном продукте, снижает степень его использования, повышает сопротивление дыханию.
Следует отметить также, что:
- соединение патрубка вдоха-выдоха с кольцевым зазором между обечайкой и корпусом, а патрубка дыхательного мешка с центральной перфорированной трубкой, увеличивает объем газо-воздушной смеси, которая не принимает участие в процессе регенерации (так называемый „вредный объем"), что приводит к увеличению содержания диоксида углерода в газовой смеси, вдыхаемой пользователем;
- периферийный обруч, соединяющий пластины теплогазораспределителя, повышает сопротивление дыханию и „затеняет" регенеративный продукт, примыкающий к обручу, ухудшая равномерность проникновения газо-воздушной смеси в регенеративный продукт;
- отсутствие перфорации пластин теплообменника ухудшает газодинамику процесса регенерации, так как затрудняет проникновение газо-воздушной смеси в глубь объема регенеративного продукта.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования регенеративного патрона изолирующего дыхательного аппарата, в котором за счет конструктивных особенностей выполнения снижается чувствительность аппарата к динамическим влияниям в процессе его эксплуатации, улучшаются условия тепломассопереноса в регенеративном продукте и степень его использования, снижается сопротивление дыханию.
Поставленная задача решается тем, что в регенеративном патроне изолирующего дыхательного аппарата, включающем цилиндрический корпус, торцы которого перекрыты крышкой и днищем, патрубки вдоха-выдоха и дыхательного мешка, перфорированную обечайку, установленную в корпусе с кольцевым зазором относительно боковой стенки корпуса и выполненную с крышкой, перекрывающей один торец обечайки, и с перфорированным каналом, выполненным вдоль продольной оси обечайки и перекрытым со стороны днища корпуса, регенеративный продукт, засыпанный в полость перфорированной обечайки, теплогазораспределитель, размещенный в объеме регенеративного продукта и выполненный в виде пластин, радиально установленных между перфорированной обечайкой и перфорированным каналом, пружину сжатия регенеративного продукта, в соответствии с полезной моделью, пружина сжатия регенеративного продукта расположена между крышкой корпуса и крышкой перфорированной обечайки, а перфорированный канал перекрыт тампоном, выполненным из газопроницаемого материала, сминаемого под действием механических усилий, и установленным с возможностью упора в днище корпуса.
Указанные признаки являются существенными признаками полезной модели.
Целесообразно патрубок вдоха-выдоха соединить с перфорированным каналом обечайки, а патрубок дыхательного мешка - с кольцевым зазором между перфорированной обечайкой и боковой стенкой корпуса.
Целесообразно пластины теплогазораспределителя выполнить перфорированными или из металлической сетки, одну из боковых сторон каждой пластины теплогазораспределителя выполнить с продольным П-образным в поперечном пересечении загибом, стенки П-образных загибов соседних перфорированных пластин последовательно соединить между собой с образованием перфорированного канала, ограниченного полками П-образных загибов.
Участки перфорированных пластин, размещенные в объеме регенеративного продукта, целесообразно выполнить с продольным изгибом.
Регенеративный патрон целесообразно оснастить фильтром для очистки газо-воздушной смеси от аэрозолей, который вместе с элементами его крепления рационально разместить под крышкой перфорированной обечайки.
Существенные признаки полезной модели находятся в причинно-следственной связи с достигаемым результатом.
Так, отличительные признаки полезной модели (пружина сжатия регенеративного продукта расположена между крышкой корпуса и крышкой перфорированной обечайки, а перфорированный канал перекрыт тампоном, выполненным из газопроницаемого материала, сминаемого под действием механических усилий, и установленным с возможностью упора в днище корпуса) в совокупности с существенными признаками, общими с прототипом обеспечивают снижение чувствительности аппарата к динамическим влияниям в процессе его эксплуатации, улучшение условий тепломассопереноса в регенеративном продукте, повышение степени использования регенеративного продукта и снижение сопротивления дыханию.
Объясняется это следующим.
Снижение чувствительности аппарата к динамическим влияниям в процессе его эксплуатации является следствием выполнения механизма сжатия регенеративного продукта в виде пружины, расположенной между крышкой корпуса и крышкой перфорированной обечайки, а также тампона, который выполнен из материала, сминаемого под действием механических усилий, и установлен в перфорированном канале со стороны неподвижного днища корпуса с возможностью упора в днище корпуса. В такой конструкции сжатия регенеративного продукта при его усадке осуществляется за счет перемещения перфорированной обечайки с перфорированным каналом пружиной сжатия в направлении неподвижного днища корпуса. В процессе указанного перемещения перфорированной обечайки с перфорированным каналом тампон сминается (деформируется) усилием сжатия регенеративного продукта, которое определяется характеристиками указанной пружины. При этом динамические влияния на патрон со стороны днища патрона в первую очередь воспринимаются указанным тампоном, который, учитывая характеристики материала, из которого он изготовлен, выполняет функцию демпфера динамических влияний со стороны днища аппарата и гасителя колебаний механической системы "пружина - перфорированная обечайка с регенеративным продуктом". То есть, в такой конструкции условия тепломассопереноса в регенеративном продукте, степень его использования и сопротивление дыханию гораздо меньше зависят от динамических влияний на регенеративный патрон.
Следует также отметить, что:
- соединение патрубка вдоха-выдоха с перфорированным каналом обечайки, а патрубка дыхательного мешка с кольцевым зазором, позволяет уменьшить объем газовоздушной смеси, которая не принимает участие в процессе регенерации (уменьшить „вредный объем" газо-воздушной смеси);
- выполнение пластин теплогазораспределителя перфорированными или из металлической сетки облегчает проникновение газо-воздушной смеси в глубь объема регенеративного продукта, что улучшает газодинамику процесса регенерации;
- выполнения пластин теплогазораспределителя, размещенных в объеме регенеративного продукта, с продольным изгибом увеличивает площадь контакта пластин с регенеративным продуктом и газо-воздушной смесью;
- отсутствие дополнительных элементов крепления пластин теплогазораспределителя (в прототипе это периферийный обруч) обеспечивает равномерность проникновения газо-воздушной смеси в регенеративный продукт и снижение сопротивления дыханию.
Все, выше отмеченное, направленно на улучшение условий тепломассопереноса в регенеративном продукте, повышение степени его использования и снижение сопротивления дыханию.
Выполнение перфорированных пластин теплогазораспределителя с продольным П-образным в поперечном сечении загибом и указанные особенности соединения пластин между собой с образованием перфорированного канала повышают технологичность изделия.
Ниже приводится подробное описание заявляемого регенеративного патрона изолирующего дыхательного аппарата со ссылками на чертежи, на которых показано:
Фиг.1 - Регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата, продольный разрез.
Фиг.2 - Регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата, разрез А-А на фиг.1.
Фиг.3 - Регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата, узел Б на фиг.2.
Регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата включает корпус 1, торцы которого перекрыты крышкой 2 и днищем 3, перфорированную обечайку 4, установленную в корпусе 1 с кольцевым зазором 5 относительно боковой стенки корпуса 1 и выполненную с перфорированным каналом 6 вдоль продольной оси 7 обечайки 4, регенеративный продукт 8, засыпанный в полость перфорированной обечайки 4, теплогазораспределитель, размещенный в объеме регенеративного продукта 8 и выполненный в виде пластин 9, радиально установленных между перфорированной обечайкой 4 и перфорированным каналом 6, средства сжатия регенеративного продукта 8.
Корпус 1 в поперечном сечении имеет форму цилиндра, верхний торец которого перекрыт крышкой 2, а нижний - днищем 3. Крышка 2 корпуса 1 выполнена с патрубком 10 вдоха-выдоха для присоединения узла изоляции органов дыхания в виде соединенных между собой гофрированного шланга и загубника (не показаны) и с патрубком 11 дыхательного мешка для присоединения дыхательного мешка (не показан) к регенеративному патрону. Патрубок 10 вдоха-выдоха соединен с центральным каналом 6 перфорированной обечайки 4. Патрубок 11 дыхательного мешка соединен с кольцевым зазором 5 между перфорированной обечайкой 4 и боковой стенкой корпуса 1.
Перфорированная обечайка 4 имеет цилиндрическую форму, концентричную форме корпуса 1, что обеспечивает равномерную отработку слоев регенеративного продукта 8 во всех направлениях. Перфорированная обечайка 4 может быть изготовлена из металлической сетки. Верхний торец обечайки 4 перекрыт крышкой 12, нижний торец (со стороны днища 3) - открытый. Продольный размер обечайки 4 обеспечивает образование зазора 13 между днищем 3 и нижним (открытым) торцом обечайки 4. Перфорированный канал 6, который выполнен вдоль продольной оси 7 обечайки 4, в нижней части (со стороны днища 3) перекрытый тампоном 14. Тампон 14 изготовлен из газопроницаемого материала, сминаемого под действием механических усилий, и установлен с возможностью упора в днище 3 корпуса 1. Под крышкой 12 установлена диафрагма 15, которая по периферии соединена с перфорированной обечайкой 4, ограничивает сверху объем регенеративного продукта 8, и образует вместе с крышкой 12 полость 16, в которой установлен фильтр 17 с элементами его крепления. Перфорированный канал 6 соединен с диафрагмой 15. В крышке 12 и в диафрагме 15 выполнены отверстия 18 и 19, соответственно, через которые патрубок вдоха-выдоха 10 соединен с перфорированным каналом 6.
Пластины 9 теплогазораспределителя перфорированы или выполнены из металлической сетки. Пластины 9 идентичные, то есть имеют одинаковые размеры и форму. Использование одинаковых перфорированных пластин 9 и выполнение их из металлической сетки повышает технологичность изделия. Одна из боковых сторон каждой пластины 9 (со стороны перфорированного канала 6) выполнена с продольным П-образным в поперечном пересечении загибом 20. Стенки 21 П-образного загиба 20 соседних перфорированных пластин 9 последовательно соединены между собой контактной сваркой. При таком соединении образуется перфорированный канал 6, ограниченный полками 22 П-образных загибов 20. Перфорированные пластины 9 соединены контактной сваркой с перфорированной обечайкой 4 по всей ее длине, что повышает эффективность отведения тепла из объема регенеративного продукта 8 к перфорированной обечайке 4, обеспечивает равномерность проникновения газо-воздушной смеси в регенеративный продукт 8 и снижение сопротивления дыханию. Участки перфорированных пластин 9, размещенные в объеме регенеративного продукта 8, выполнены с продольным изгибом 23 для увеличения площади контакта перфорированных пластин 9 с регенеративным продуктом 8 и газо-воздушной смесью.
Средства сжатия регенеративного продукта 8 включают пружину сжатия 24, которая расположена между крышкой 2 корпуса 1 и крышкой 12 перфорированной обечайки 4, и тампон 14, который изготовлен из материала, сминаемого под действием механических усилий, и установлен в нижней части перфорированного канала 6 с возможностью упора в днище 3 корпуса 1. Такая конструкция дает возможность постоянно поддерживать сжатое состояние регенеративного продукта 8 с усилием, задаваемым характеристиками пружины 24.
Регенеративный патрон в составе изолирующего дыхательного аппарата работает следующим образом.
При возникновении аварийной ситуации пользователь включает пусковое устройство (не показано), которое обеспечивает пользователя кислородом до тех пор, пока под воздействием диоксида углерода и влаги в регенеративном продукте 8 не начнутся реакции, в результате которых выделяется кислород и поглощается диоксид углерода.
Во время выдоха газо-воздушная смесь с большим содержанием диоксида углерода через патрубок 10, отверстие 18 в крышке 2 поступает в полость 16, проходит через фильтр 17 и через отверстие 19 в диафрагме 15 поступает в перфорированный канал 6. Дальше газо-воздушная смесь проходит через перфорацию полок 22 П-образных загибов 20, ограничивающих перфорированный канал 6, и поступает в объем регенеративного продукта 8, в котором протекают реакции поглощения диоксида углерода и выделения кислорода. Перфорированные пластины 9 способствуют равномерному делению тепла в объеме регенеративного продукта 8, предупреждают возникновение локальных высокотемпературных зон, отводят тепло к перфорированной обечайке 4 и дальше в окружающую среду. Часть газо-воздушной смеси поступает в глубь объема регенеративного продукта 8 вдоль перфорированных пластин 9, что улучшает газодинамику процесса регенерации. Дальше газо-воздушная смесь через перфорированную обечайку 4 поступает в кольцевой зазор 5 между перфорированной обечайкой 4 и боковой стенкой корпуса 1 и далее к патрубку 11 дыхательного мешка, который соединен с кольцевым зазором 5.
Во время вдоха газо-воздушная смесь, в которой уже прошли реакции регенерации, поступает из дыхательного мешка в обратном направлении, то есть в направлении «патрубок 11 - кольцевой зазор 5 - объем регенеративного продукта 8 - перфорированный канал 6 - фильтр 17 - патрубок 10». При этом газо-воздушная смесь дополнительно поддается регенерации.
При усадке регенеративного продукта 8 осуществляется его сжатие за счет перемещения перфорированной обечайки 4 вместе с перфорированным каналом 6 пружиной сжатия 24 в направлении неподвижного днища 3 корпуса 1. Сжатие регенеративного продукта 8 происходит в объеме, ограниченном перфорированной обечайкой 4 с ее конструктивными элементами и неподвижным днищем 3. В процессе указанного перемещения перфорированной обечайки 4 с перфорированным каналом 6 тампон 14 сминается (деформируется) усилием сжатия регенеративного продукта 8, которое определяется характеристиками пружины 24. Динамические влияния на патрон со стороны днища 3 в первую очередь воспринимаются указанным тампоном 14, который, учитывая механические характеристики материала, из которого он изготовлен, демпфирует динамические влияния со стороны днища 3 и гасит колебание механической системы. Выполнение тампона 14 из газопроницаемого материала обеспечивает доступ газо-воздушной смеси в слой регенеративного продукта 8, который размещен в зазоре 13 и примыкает непосредственно к днищу 3, что позволяет повысить полноту отработки регенеративного продукта 8.
Сборку патрона выполняют следующим образом.
В полость 16 устанавливают фильтр 17 с элементами его крепления, крышку 12 соединяют с перфорированной обечайкой 4 контактной сваркой. Стенки 21 П-образных загибов 20 соседних перфорированных пластин 9 последовательно соединяют между собой контактной сваркой с образованием перфорированного канала 6. Сваренные перфорированные пластины 9, как теплогазораспределитель, устанавливают в перфорированную обечайку 4 и закрепляют контактной сваркой с обечайкой 4. В нижнюю часть центрального канала 6 устанавливают тампон 14 с возможностью его упора в днище 20 корпуса 1. Собранную таким образом конструкцию устанавливают в корпус 1, сжимая пружину 24. Пружину 24 фиксируют в сжатом состоянии. Дальше в полость перфорированной обечайки 4 засыпают регенеративный продукт 8 и уплотняют его на вибраторе. Устанавливают днище 20, герметически сваривают его с корпусом 1. Снимают фиксатор пружины 24. Патрон готов к использованию.
Особенности конструктивного выполнения заявляемого регенеративного патрона обеспечивают уменьшение чувствительности аппарата к динамическим влияниям в процессе его эксплуатации, в результате чего предупреждается преждевременное измельчение и уплотнение регенеративного продукта, улучшаются условия тепломассопереноса в регенеративном продукте и степень его использования, снижается сопротивление дыханию.