СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТЕЙ ПОТОКОВ ВОЗДУХА, ПРОХОДЯЩИХ ЧЕРЕЗ ПАКЕТ ФИЛЬТРУЮЩЕ-СОРБИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ СРЕДСТВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ ОБЛЕГЧЕННОГО ТИПА, ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНЫМ МЕТОДОМ
METHOD OF DETERMINING AIR FLOW RATE IN PASSING THROUGH FILTRATION-ABSORPTION PACKAGES INCORPORATED WITH INDIVIDUAL RESPIRATORY PROTECTION MEANS BY ELECTRIC PULSE METHOD

Изобретение относится к области исследований показателей качества материалов и изделий средств индивидуальной защиты.
Анализ современного состояния научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по разработке технических средств защиты для обеспечения защищенности населения Российской Федерации от опасных биологических и химических факторов показывает, что данное направление остается актуальным и постоянно развивается [1].
Одним из основных направлений обеспечения химической и биологической безопасности является создание средств индивидуальной защиты облегченного типа различного назначения. Средства защиты органов дыхания выполняют одну из главных функций в системе технических средств защиты указанного типа, так как к ним предъявляются более жесткие требования в соответствии с назначением, направленные на обеспечение безопасности труда, снижение производственного травматизма и профессиональной заболеваемости.
Важным фактором при контроле качества средств индивидуальной защиты органов дыхания облегченного типа (СИЗОД-О) является скорость подачи газовоздушного потока на исследуемый образец, которая соответствует скорости потока воздуха, проходящего через пакет фильтрующе-сорбирующих материалов (ФСМ) при дыхании человека [2].
Существующий аппаратурно-методический комплекс оценки защитных показателей СИЗОД-О [2, 3] позволяет определять скорость подачи газовоздушного потока на образец как отношение общего расхода воздуха к его площади. Указанный подход не в полной мере удовлетворяет современным требованиям к оценке характеристик СИЗОД-О ввиду отсутствия возможности определения скорости потока воздуха в любой точке поверхности фильтрующе-сорбирующего материала лицевой части. Данные требования обусловлены необходимостью учета неравномерности скоростных режимов потоков воздуха, проходящих через поверхность СИЗОД-О, где зоны с повышенной скоростью пропускания воздуха будут являться определяющими при оценке образца в целом.
В настоящее время подобные методики, позволяющие определять действительные скорости воздушных потоков через фильтрующе-сорбирующие материалы СИЗОД-O, отсутствуют. Это приводит к тому, что при исследовании защитных характеристик СИЗОД-O используется средневзвешенная скорость потоков воздуха, что в свою очередь снижает достоверность и практическую значимость получаемых результатов.
Задачей, которую ставили авторы в настоящем изобретении, являлась разработка способа определения скоростей удельных потоков воздуха, проходящих через пакет материалов СИЗОД-O, электроимпульсным методом.
-1
n
Сущность разработанного способа заключается в следующем. Муляж головы с надетым исследуемым образцом СИЗОД-O подсоединяли через ротаметр к вакуумной линии. Расход воздуха, отбираемого вакуумом из подмасочного пространства образца, устанавливали в зависимости от требуемой физической нагрузки в интервале значений от 30 до 120 л·мин. Лицевая часть СИЗОД-O условно делилась на зоны, площадью S, составляющей не менее 1/10 от общей площади образца. Определение скоростей проводили в каждой зоне при помощи сконструированного электрического устройства (фиг.1). Устройство состоит из датчика с двумя контактами (28, 29), между которыми помещен пористый материал, пропитанный токопроводящей жидкостью. Через указанные контакты в импульсном режиме, обеспечиваемом элементами (1-17), течет ток регистрирующего устройства (18-29). В момент высыхания токопроводящей жидкости контакты (28, 29) оказываются разомкнутыми, что фиксируется лампой (18). Это достигается следующим образом. На транзисторах (3, 6) собран мультивибратор, который через резистор (14) выдает на составной транзистор (11, 15) импульсы напряжения с частотой 2-3 Гц. Соответственно, с данной частотой срабатывает реле (16), включенное в эмиттерную цепь составного транзистора (11, 15). Срабатывая, реле замыкает-размыкает один из контактов высокочувствительного датчика, собранного на микросхеме (22). При наличии между контактами (28, 29) токопроводящей жидкости датчик, в соответствии с частотой срабатывания реле (16), также будет срабатывать, включая или выключая сигнальную лампу (18). По секундомеру определяли время прерывания тока в цепи датчика (τ), которое находится в линейной зависимости от скорости потока (Q). В ходе исследований нарушения целостности фильтрующе-сорбирующего материала не происходило.
Предварительно в начале эксперимента устройство градуировали при известных скоростях воздушного потока и строили график зависимости от времени прерывания тока в цепи: τ=f(Q). Этот график строго индивидуален для каждой рабочей температуры, формы электродов, пористого материала и токопроводящей жидкости. После градуировки датчика проводили измерения скоростей потоков с использованием лабораторной установки (фиг.2), состоящей из лампы (18); ротаметра (30); воздуховода (31); муляжа головы человека (32); респиратора (33); пористого материала (34); устройства для точечного измерения линейной скорости воздушных потоков сложной конфигурации (35); датчика (36); соединительных проводов (37); элемента питания (38).
При расчете удельной скорости учитывали площадь зоны, в которой проводились измерения.
На следующем этапе исследований нами был апробирован разработанный способ определения скоростей удельных потоков. Перед началом измерений произвели градуировку разработанного устройства при известных скоростях воздушного потока. Результаты измерений представлены в таблице 1. По результатам измерений строили градуировочный график зависимости времени прерывания тока в цепи датчика от линейной скорости потока (фиг.3).
Таблица 1
Результаты градуировки разработанного устройства
Скорость потока, см·с<sup>-1</sup>
Время прерывания, с
Скорость потока, см·с<sup>-1</sup>
Время прерывания, с
0
197,0±1,0
5,5±0,1
59,0±1,0
0,5±0,1
184,0±1,0
6,0±0,1
51,0±1,0
1,0±0,1
167,0±1,0
6,5±0,1
47,0±1,0
1,5±0,1
139,0±1,0
7,0±0,1
42,0±1,0
2,0±0,1
118,0±1,0
7,5±0,1
37,0±1,0
2,5±0,1
102,0±1,0
8,0±0,1
31,0±1,0
3,0±0,1
85,0±1,0
8,5±0,1
27,0±1,0
3,5±0,1
78,0±1,0
9,0±0,1
21,0±1,0
4,0±0,1
73,0±1,0
9,5±0,1
17,0±1,0
4,5±0,1
69,0±1,0
10,0±0,1
13,0±1,0
5,0±0,1
64,0±1,0
10,5±0,1
9,0±1,0
Примечание - Количество измерений времени прерывания для каждого расхода вакуума (n) равно 6
В качестве объекта исследований выбрали респиратор общевойсковой универсальный РОУ [4]. Участки поверхности респиратора, задействованные в процессах сорбции и фильтрации, условно делили на зоны площадью не менее 1/10 от общей площади образца. В середине каждой зоны определяли время прерывания тока в цепи датчика и по градуировочному графику находили среднюю скорость потока для всех участков при различном расходе воздуха для оценки защитных свойств образца. Результаты исследований представлены в таблице 2.
Таблица 2
Результаты определения скоростей воздушных потоков
Расход воздуха, л·мин<sup>-1</sup>
Номер зоны
Средняя скорость потока, см·с<sup>-1</sup>
Расход воздуха, л·мин<sup>-1</sup>
Номер зоны
Средняя скорость потока, см·с<sup>-1</sup>
1
2
3
4
5
6
30
1
2,35±0,30
90
1
13,66±1,20
2
5,05±0,50
2
15,43±1,40
3
2,40±0,30
3
13,29±1,20
4
2,61±0,30
4
15,11±1,50
5
1,21±0,20
5
14,70±1,40
6
1,30±0,20
6
15,60±1,50
7
3,81±0,40
7
14,10±1,40
8
5,50±0,50
8
15,43±1,50
9
3,88±0,35
9
14,,40
Продолжение таблицы 2
1
2
3
4
5
6
60
1
3,67±0,40
120
1
28,17±2,50
2
6,65±0,55
2
38,39±3,50
3
3,70±0,30
3
26,91±2,20
4
3,15±0,30
4
19,47±1,80
5
4,55±0,40
5
21,61±2,00
6
4,58±0,40
6
21,05±2,00
7
5,11±0,50
7
26,43±2,20
8
9,81±0,90
8
34,61±3,20
9
5,12±0,50
9
27,41±2,40
Анализ полученных экспериментальных данных показал, что максимальная скорость воздушных потоков определена во второй и восьмой зонах (между линзами очкового узла и под клапаном выдоха). Результаты расчета удельных скоростей представлены в таблице 3.
Таблица 3
Результаты определения средних удельных скоростей воздушных потоков
Расход воздуха, л·мин<sup>-1</sup>
Номер зоны
Средняя удельная скорость, л·мин<sup>-1</sup>·см<sup>-2</sup>
30
1
0,14±0,01
2
0,29±0,02
3
0,14±0,01
4
0,15±0,01
5
0,07±0,01
6
0,08±0,01
7
0,23±0,02
8
0,32±0,03
9
0,22±0,02
60
1
0,22±0,02
2
0,40±0,04
3
0,21±0,02
4
0,18±0,02
5
0,26±0,02
6
0,27±0,02
7
0,31±0,03
8
0,59±0,05
9
о,зо±о,оз
-1
-1
-2
-1
-1
-2
При проведении исследований, согласно существующим методическим подходам, удельная скорость подачи газовоздушного потока на образец для 30 л·мин составляет 0,067 л·мин·см, для 60 л·мин - 0,134 л·мин·см. Однако анализ данных, приведенных в таблице 3, показал, что реальные удельные скорости превышают используемые для проведения испытаний в 2-5 раз.
Таким образом, приведенные выше данные свидетельствуют о том, что заявляемый способ может быть использован для оценки скоростей воздушных потоков, проходящих через пакет материалов СИЗОД-O, и имеет явные преимущества, позволяя устанавливать действительные скорости воздушных потоков непосредственно для любой точки поверхности фильтрующе-сорбирующей лицевой части без разрушения фильтрующе-сорбирующего материала.
Литература
1. Концепция федеральной целевой программы "Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации (2009-2013 г.г.)". Утверждена распоряжением Правительства РФ от 28 января 2008 г. №74-р.
2. Коллективные и индивидуальные средства защиты. Контроль защитных свойств [Текст]. - М.: Деловой экспресс, 2004. - 210 с.
3. Система общих технических требований к видам вооружения и военной техники. Вооружения и средства радиационной, химической и биологической защиты. Средства индивидуальной защиты от OВ, СИЯВ, РП, РВ, КРТ и СДЯВ [Текст]: ОТТ 7.2.301 - 02. - Вольск - 18: 33 ЦНИИИ МО РФ. 2003. - 242 с.
4. Респиратор общевойсковой универсальный РОУ. Технические условия ЕКЦТ 05463.000 ТУ.