ДЫХАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ
BREATHING APPARATUS

Область техники
Изобретение относится к средствам обеспечения жизнедеятельности, а именно к устройствам для защиты органов дыхания и зрения человека от вредного воздействия непригодной для дыхания, токсичной и задымленной газовой среды, и может быть использовано, в частности, при изготовлении дыхательных аппаратов, работающих на сжатом воздухе с пневматически управляемым впускным клапаном и избыточным давлением под маской.
Предшествующий уровень техники
Из уровня техники известны различные конструкции дыхательных аппаратов. В частности, в патенте US №5464009, опубликованном 07.11.1995, и в патенте US №6394091, опубликованном 28.05.2002, раскрыты дыхательные аппараты, каждый из которых содержит источник сжатого газа, легочный автомат с пневматически управляемым впускным клапаном и маску с клапанной коробкой. Недостатком данных устройств является большое время отклика легочного автомата на изменение режимов дыхания пользователя и как следствие, повышенное сопротивление дыханию во всем диапазоне легочных вентиляций.
Наиболее близким к заявленному изобретению является дыхательный аппарат с клапаном, управляемым легкими, раскрытый в патенте US №5016627, опубликованном 21.05.1991, содержащий источник сжатого газа, легочный автомат, включающий корпус с впускным штуцером, крышку, герметично закрепленную между корпусом и крышкой мембрану, впускной клапан, установленный в корпусе с образованием управляющей камеры, выход которой выполнен в виде седла впускного клапана, взаимодействующий с седлом впускного клапана управляющий клапан, маску с клапанной коробкой.
Недостатками данного дыхательного аппарата являются низкое быстродействие легочного автомата, обусловленное значительным временем реакции пневматически управляемого впускного клапана на изменение потребностей пользователя в расходе газа при различных режимах дыхания, что затрудняет управление подачей газа пользователю и приводит к повышению сопротивления дыханию; необходимость создания пользователем отрицательного давления под маской для включения легочного автомата и отсутствием возможности у пользователя дышать из атмосферы без расстыковки легочного автомата с маской.
Раскрытие изобретения
Заявленное изобретение направлено на достижение следующих технических результатов:
- снижение сопротивления дыханию за счет уменьшения времени отклика легочного автомата на изменение потребностей пользователя в расходе газа при различных режимах дыхания;
- повышение удобства использования за счет обеспечения автоматического включения/отключения легочного автомата при стыковке/расстыковке с маской и обеспечения пользователю возможности дыхания из атмосферы без расстыковки легочного автомата с маской.
Указанные технические результаты достигаются за счет того, что в дыхательном аппарате, содержащем источник сжатого газа, легочный автомат, включающий корпус с впускным штуцером, крышку, мембрану, герметично закрепленную между корпусом и крышкой, впускной клапан, установленный в корпусе с образованием управляющей камеры, выход которой выполнен в виде седла впускного клапана, взаимодействующий с седлом впускного клапана управляющий клапан, маску с клапанной коробкой и клапаном выдоха, мембрана выполнена кольцеобразной формы с наружным и внутренним гофрами и установлена с возможностью осевого перемещения в одном направлении с впускным клапаном, а управляющий клапан жестко связан с мембраной и установлен соосно с седлом впускного клапана.
Кроме того, указанные технические результаты достигаются тем, что легочный автомат может быть дополнительно снабжен запорным клапаном, а клапанная коробка маски снабжена переходником с фиксатором и упором для запорного клапана, причем в корпусе легочного автомата выполнены две пары пазов с относительным смещением на 90° в плоскости, перпендикулярной оси легочного автомата, а также со смещением по оси.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображен общий вид дыхательного аппарата с легочным автоматом;
на фиг.2 изображена маска с легочным автоматом в положении «выключено»;
на фиг.3 изображена маска с легочным автоматом в положении «включено»;
на фиг.4 - легочный автомат в состоянии «выключено» с возможностью дыхания из атмосферы;
на фиг.5 - легочный автомат в состоянии «включено» на стадии выдоха;
на фиг.6 - легочный автомат в состоянии «включено» на стадии вдоха;
на фиг.7 - легочный автомат на стадии принудительной подачи;
на фиг.8 - переходник с фиксатором для стыковки легочного автомата с клапанной коробкой маски;
на фиг.9 - фиксатор в положении «включен»;
на фиг.10 - фиксатор в положении «выключен»;
на фиг.11 - корпус легочного автомата с выступом и пазами под фиксатор;
на фиг.12 - расположение пазов на корпусе легочного автомата.
Дыхательный аппарат включает источник сжатого газа, например баллон с редуктором (на чертеже не показан), маску 1 с клапанной коробкой 2, в которой установлен подпружиненный клапан выдоха 3, легочный автомат 4, соединяющийся с одной стороны с клапанной коробкой через переходник 5 с фиксатором 6, а с другой стороны через впускной штуцер 7 с источником сжатого газа. Легочный автомат состоит из корпуса 8, крышки 9 и герметично закрепленной между ними мембраны 10, корпуса клапанного блока 11 с выполненными в нем седлом 12 под впускной клапан 13 и седлом 14 под запорный клапан 15. Впускной клапан 13 выполнен в виде поршня диаметром D со штоком диаметром d, подвижно установленным во втулке 16 с образованием управляющей камеры 17, которая посредством канала 18 соединена с одной стороны через дюзу 19 с полостью подачи сжатого газа, а с другой стороны через седло 20 с надмембранной полостью, связанной с легкими пользователя. Впускной клапан 13 установлен соосно с запорным клапаном 15 и управляющим клапаном 22 с возможностью осевого перемещения и контактирования с одной стороны через уплотнение 23 с седлом 12, а с другой стороны через седло 20 с управляющим клапаном 22. При этом величина площади седла 12 меньше эффективной площади впускного клапана 13, образуемой разностью диаметров D и d со стороны камеры 17. Мембрана 10, отделяющая полость легочного автомата, связанную с легкими пользователя, от окружающей среды, выполнена кольцеобразной формы с наружным и внутренним гофрами и герметично закреплена между корпусом 8 и крышкой 9 с возможностью перемещения совместно с установленным на ней управляющим клапаном 22 в одном направлении с впускным клапаном 13. Запорный клапан 15 выполнен в виде штока, с одной стороны имеющего уплотнение 24, контактирующее с седлом 14, а с другой стороны соединенного с поршнем 25, герметично установленным в корпусе клапанного блока 11 с возможностью осевого перемещения под действием давления со стороны источника сжатого газа. С другой стороны к поршню 25 крепится подвижное торцевое уплотнение 26, герметично устанавливаемое в корпусе 8 с возможностью осевого перемещения и контактирования с упором 27, выполненным в переходнике 5. Для соединения легочного автомата 4 с маской 1 в переходнике 5 установлен пружинный фиксатор 6, который при стыковке входит в зацепление с пазами, выполненными в выходном штуцере корпуса 8. При этом пазы в выходном штуцере корпуса 8 выполнены попарно со смещением относительно друг друга на 90° в плоскости, перпендикулярной оси легочного автомата, а также со смещением вдоль оси легочного автомата. Первая пара пазов предназначена для фиксации легочного автомата 4 в положении «выключено» и имеет размер паза, равный диаметру проволоки, из которой изготовлен фиксатор 6. Вторая пара пазов предназначена для фиксации легочного автомата 4 в положении «включено» и имеет размер паза больший, чем диаметр проволоки, из которой изготовлен фиксатор на величину, дающую возможность дополнительного перемещения легочного автомата 4 при режиме принудительной подачи. Переходник 5 герметично установлен в клапанной коробке 2 через уплотнение 28, при этом в теле переходника выполнены дополнительные каналы 29 для соединения полости, связанной с легкими пользователя, с окружающей средой.
Лучший вариант использования изобретения
Дыхательный аппарат работает следующим образом.
При включении источника сжатого газа при не состыкованном с маской легочном автомате 4 сжатый газ через впускной штуцер 7 попадает на поршень 25 и перемещает его до посадки уплотнения 24 на седло 14. При этом доступ сжатого газа на впускной клапан 13 автоматически перекрывается.
Для стыковки легочного автомата 4 с маской 1 поступательным движением вставляют выходной штуцер корпуса 8 в приемную часть переходника 5, предварительно сориентировав направляющий выступ 30 с направляющим пазом 33, до момента зацепления фиксатора 6 с парой пазов 31 в корпусе 8. В этом положении легочный автомат 4 состыкован с маской, но сжатый газ на впускной клапан 13 не поступает, а между подвижным торцевым уплотнением 26 и упором 27, выполненным в переходнике 5, имеется зазор, что позволяет пользователю дышать через этот зазор и каналы 29 непосредственно из окружающей среды при состыкованном с маской легочном автомате.
Для перевода легочного автомата 4 в положение «включено» необходимо взявшись за корпус 8 повернуть его на 90° до упора и нажать до момента зацепления фиксатора 6 с парой пазов 32 в корпусе 8. При этом подвижное торцевое уплотнение 26 войдет в контакт с упором 27 и перекроет каналы 29, связывающие легкие пользователя с окружающей средой и одновременно уплотнение 24 запорного клапана 15, выйдет из контакта с седлом 14, открыв доступ сжатому газу на впускной клапан 13. В этом положении легочного автомата выступ 30, взаимодействуя с направляющим пазом 33, препятствует повороту легочного автомата, а усилие от давления сжатого газа на поршне 25 передается через подвижное торцевое уплотнение 26 и упор 27 на фиксатор 6 и переходник 5, обеспечивая таким образом необходимое усилие герметизации между торцевым уплотнением 26 и упором 27.
При отсутствии потребления газа со стороны пользователя или при осуществлении выдоха сжатый газ через седло 12 и седло 20 попадает в надмембранную полость. Давление в надмембранной полости повышается, и за счет перепада давлений между надмембранной полостью и окружающей средой мембрана 10 перемещается до контакта установленного на ней управляющего клапана 22 с седлом 20 впускного клапана 13. Величина избыточного давления в надмембранной полости определяется усилием, необходимым для удержания в закрытом положении управляющего клапана 22 при рабочем давлении газа в камере 17. Давление в камере 17 через дюзу 19 выравнивается до значения рабочего давления на входе в легочный автомат. При этом за счет того, что эффективная площадь седла 12 меньше эффективной площади впускного клапана 13 со стороны камеры 17, создается усилие, перемещающее впускной клапан 13 до момента его контакта с седлом 12. Одновременно с перемещением впускного клапана 13 перемещается и находящийся в контакте с седлом 20 управляющий клапан 22. Выдох пользователя осуществляется в окружающую среду за счет открытия подпружиненного клапана выдоха 3.
При осуществлении вдоха давление в надмембранной полости уменьшается, мембрана 10 под действием давления окружающей среды и за счет усилия, создаваемого сжатым газом со стороны камеры 17 на управляющий клапан 22, начинает перемещаться вдоль оси легочного автомата и управляющий клапан 22 выходит из контакта с седлом 20 впускного клапана 13. В связи с тем, что проходное сечение дюзы 19 намного меньше проходного сечения седла 20, давление в камере 17 уменьшается и впускной клапан 13 начинает перемещаться вдоль оси легочного автомата, выходя из контакта с седлом 12 и открывая доступ газа к пользователю. При этом за счет возможности перемещения мембраны в одном направлении с впускным клапаном 13 перемещение управляющего клапана 22 относительно седла 20 происходит до момента начала перемещения впускного клапана 13, а величина этого перемещения поддерживается минимально необходимой независимо от величины перемещения впускного клапана 13 во всем диапазоне легочных вентиляций. Это позволяет существенно сократить время реакции впускного клапана 13 на изменение потребного расхода газа в различных режимах дыхания, создаваемых пользователем в процессе работы.
Для обеспечения принудительной подачи газа необходимо нажать на корпус 8 легочного автомата до упора в переходник 5. При этом подвижное торцевое уплотнение 26, поршень 25 перемещают запорный клапан 15, который упирается уплотнением 24 в дюзу 19 и перемещает впускной клапан 13, обеспечивая принудительную подачу газа к легким пользователя. Данное состояние легочного автомата изображено на фигуре 7.
Для выключения легочного автомата необходимо нажать на корпус 8 до момента выхода выступа 30 из вертикальной части направляющего паза 33, повернуть корпус 8 против часовой стрелки до упора и отжать от маски до зацепления фиксатора 6 с первой парой пазов.
Для отстыковки легочного автомата от маски необходимо повернуть корпус 8 легочного автомата против часовой стрелки до упора и потянуть в направлении от маски.