ДЫХАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ СО СЖАТЫМ КИСЛОРОДОМ (ДАСК)

Общее устройство и принцип действия ДАСК

Дыхательный аппарат со сжатым кислородом (ДАСК) — регенеративный аппарат, в котором газовая дыхательная смесь создается за счет регенерации выдыхаемой газовой смеси путем поглощения химическим веществом из нее диоксида углерода и добавления кислорода из имеющегося в аппарате малолитражного баллона, после чего регенерированная газовая дыхательная смесь поступает на вдох.

ДАСК должен быть работоспособным в режимах дыхания, характеризующихся выполнением нагрузок: от относительного покоя (легочная вентиляция 12,5 дм3/мин) до очень тяжелой работы (легочная вентиляция 85—100 дм3/мин) при температуре окружающей среды от -40 до +60 °С, а также оставаться работоспособным после пребывания в среде с температурой 200 ± 20 °С в течение 60 ± 5 с.

Дыхательные аппараты со сжатым кислородом

Рис. 2.1. Дыхательные аппараты со сжатым кислородом

В состав аппарата рекомендуется включать перекрывное устройство магистрали манометра и продувочное устройство.

Номинальное время защитного действия (далее — ВЗД) — период, в течение которого сохраняется защитная способность аппарата при испытании на стенде-имитаторе внешнего дыхания человека в режиме выполнения работы средней тяжести (легочная вентиляция 30 дм3/мин) и температуре окружающей среды (25 ± 2) °С. В режиме выполнения работы средней тяжести (легочная вентиляция 30 дм3/мин) при температуре окружающей среды (25± 1) °С ВЗД ДАСК для пожарных должно составлять не менее 4 ч.

Фактическое время защитного действия — период, в течение которого сохраняется защитная способность аппарата при испытании на стенде-имитаторе внешнего дыхания человека в режиме: от работы средней тяжести до очень тяжелой работы (легочная вентиляция 85 дм3/мин) при температуре окружающей среды от -40 °С до +60 °С.

Современный ДАСК (рис. 2.2) состоит из воздуховодной и кислородоподающей систем. Воздуховодная система включает в себя лицевую часть 7, влагосборник 2, дыхательные шланги 3 и 4, дыхательные клапаны 5 и 6, регенеративный патрон 7, холодильник 8, дыхательный мешок 9 и избыточный клапан 10. В кислородоподающую систему входят контрольный прибор (манометр) 77, показывающий запас кислорода в аппарате, устройства для дополнительной (байпас) 12 и основной подачи кислорода 13, запорное устройство 14 и емкость для хранения кислорода 15.

Принципиальная схема дыхательного аппарата

Рис. 2.2. Принципиальная схема дыхательного аппарата

со сжатым кислородом

Лицевая часть, в качестве которой используется маска, служит для присоединения воздуховодной системы аппарата к органам дыхания человека. Воздуховодная система совместно с легкими составляет единую замкнутую систему, изолированную от окружающей среды. В этой замкнутой системе при дыхании определенный объем воздуха совершает переменное по направлению движение между легкими и дыхательным мешком. Благодаря клапанам указанное движение происходит в замкнутом циркуляционном контуре: выдыхаемый воздух проходит в дыхательный мешок по ветви выдоха (лицевая часть 7, шланг выдоха 3, клапан выдоха 5, регенеративный патрон 7), а вдыхаемый воздух возвращается в легкие по ветви вдоха (холодильник 8, клапан вдоха 6, шланг вдоха 4, лицевая часть 7). Такая схема движения воздуха получила название круговой.

В воздуховодной системе происходит регенерация выдыхаемого воздуха, т.е. восстановление газового состава, который имел вдыхаемый воздух до поступления в легкие. Процесс регенерации состоит из двух фаз: очистки выдыхаемого воздуха от избытка углекислого газа и добавления к нему кислорода.

Первая фаза регенерации воздуха происходит в регенеративном патроне. В результате реакции хемосорбции выдыхаемый воздух очищается в регенеративном патроне от избытка углекислого газа сорбентом. В ДАСК применяются два вида хемосорбентов углекислого газа из выдыхаемого воздуха: известковый на основе гидроксида кальция Са(ОН)2и щелочной на основе гидроксида натрия №ОН. В нашей стране применяется химический поглотитель известковый ХП-И. Реакция поглощения углекислого газа экзотермическая, поэтому из патрона в дыхательный мешок поступает нагретый воздух. В зависимости от вида сорбента проходящий по регенеративному патрону воздух либо осушается, либо увлажняется. В последнем случае при дальнейшем его движении в элементах воздуховодной системы выпадает конденсат.

Вторая фаза регенерации воздуха происходит в дыхательном мешке, куда из кислородоподающей системы поступает кислород в объеме, несколько большем, чем потребляет его человек, и определяемом способом кислородопитания ДАСКа данного типа.

В воздуховодной системе ДАСКа происходит также кондиционирование регенерированного воздуха, которое заключается в приведении его температурно-влажностных параметров к уровню, пригодному для вдыхания воздуха человеком. Обычно кондиционирование воздуха сводится к его охлаждению.

Дыхательный мешок выполняет ряд функций и представляет собой эластичную емкость для приема выдыхаемого из легких воздуха, поступающего затем на вдох. Он изготавливается из резины или газонепроницаемой прорезиненной ткани. Для того чтобы обеспечить глубокое дыхание при тяжелой физической нагрузке и отдельные глубокие выдохи, мешок имеет полезную вместимость не менее 4,5 л. В дыхательном мешке к выходящему из регенеративного патрона воздуху добавляется кислород. Дыхательный мешок является также сборником конденсата (при его наличии); в нем задерживается пыль сорбента, которая в небольшом количестве может проникать из регенеративного патрона; происходит первичное охлаждение горячего воздуха, поступающего из патрона, за счет теплоотдачи через стенки мешка в окружающую среду. Дыхательный мешок управляет работой избыточного клапана и легочного автомата. Это управление может быть прямым и косвенным. При прямом управлении стенка дыхательного мешка непосредственно или через механическую передачу воздействует на избыточный клапан или клапан легочного автомата. При косвенном управлении указанные клапаны открываются от воздействия на их собственные воспринимающие элементы (например, мембраны) давления или разрежения, создающихся вдыхательном мешке при его заполнении или опорожнении.

Избыточный клапан служит для удаления из воздуховодной системы избытка газовоздушной смеси и действует в конце выдохов. В случае если работа избыточного клапана управляется косвенным способом, возникает опасность потери части газовоздушной смеси из дыхательного аппарата через клапан в результате случайного нажатия на стенку дыхательного мешка. Для предотвращения этого мешок размещают в жестком корпусе.

Холодильник служит для снижения температуры вдыхаемого воздуха. Известны воздушные холодильники, действие которых основано на отдаче тепла через их стенки в окружающую среду. Более эффективны холодильники с хладагентом, действие которых основано на использовании скрытой теплоты фазового превращения. В качестве плавящегося хладагента используют водяной лед, фосфорнокислый натрий и другие вещества, в качестве испаряющегося в атмосферу — аммиак, фреон и др. Используется также углекислотный (сухой) лед, превращающийся сразу из твердого состояния в газообразное. Существуют холодильники, снаряжаемые хладагентом только при работе в условиях повышенных температур окружающей среды.

Принципиальная схема, представленная на рис. 2.2, является обобщающей для всех групп и разновидностей современных ДАСК.

В различных моделях ДАСК применяются три схемы циркуляции воздуха в воздуховодной системе: круговая (см. рис. 2.2), маятниковая и полумаятниковая.

Главное достоинство круговой схемы — минимальный объем вредного пространства, в который входит, помимо объема лицевой части, лишь небольшой объем воздуховодов в месте соединения ветвей вдоха и выдоха.

Маятниковая схема отличается от круговой тем, что в ней ветви вдоха и выдоха объединены, и воздух по одному и тому же каналу движется попеременно (как маятник) из легких в дыхательный мешок, а затем в обратном направлении. Применительно к круговой схеме (см. рис. 2.2) это означает, что в ней отсутствуют дыхательные клапаны 5 и 6, шланг 4 и холодильник 8 (в некоторых аппаратах холодильник помещают между регенеративным патроном и лицевой частью). Маятниковую схему циркуляции применяют преимущественно в аппаратах с небольшим временем защитного действия (в самоспасателях) с целью упрощения конструкции аппарата. Второй причиной использования такой схемы является улучшение сорбции углекислого газа в регенеративном патроне и использование для этого дополнительного поглощения его при вторичном прохождении воздуха через патрон.

Маятниковая схема циркуляции воздуха отличается увеличенным объемом вредного пространства, в которое, помимо лицевой части, входят дыхательный шланг, верхняя воздушная полость регенеративного патрона (над сорбентом), а также воздушное пространство между отработавшими зернами сорбента в его верхнем (лобовом) слое. С возрастанием высоты отработанного слоя сорбента объем указанной части вредного пространства увеличивается. Поэтому для ДАСК с маятниковой циркуляцией характерно повышенное содержание углекислого газа во вдыхаемом воздухе по сравнению с круговой схемой. С целью уменьшения объема вредного пространства до минимума сокращают длину дыхательного шланга, что возможно лишь для апа-ратов, расположенных в рабочем положении на груди человека.

Полумаятниковая схема отличается от круговой отсутствием клапана выдоха 5 (см. рис. 2.2). При выдохе воздух движется через шланг выдоха 3 и регенеративный патрон 7 в дыхательный мешок 9 так же, как и в круговой схеме. При вдохе основная часть воздуха поступает в лицевую часть 1 через холодильник 8, клапан вдоха 6 и шланг вдоха 4, а некоторый его объем проходит через регенеративный патрон 7 и шланг 3 в обратном направлении. Поскольку сопротивление ветви выдоха, содержащей регенеративный патрон с сорбентом, больше, чем ветви вдоха, по ней в обратном направлении проходит меньший объем воздуха, чем по ветви вдоха.

Известны ДАСКи с круговой схемой циркуляции воздуха, в которых, кроме основного дыхательного мешка 9 (см. рис. 2.2), имеется дополнительный мешок, расположенный между клапаном выдоха 5 и регенеративным патроном 7. Этот мешок служит для уменьшения сопротивления выдоху за счет «сглаживания» пикового значения объемного расхода воздуха.

В начале прошлого столетия были широко распространены аппараты с принудительной циркуляцией воздуха через регенеративный патрон. Они имели два дыхательных мешка и инжектор, питавшийся сжатым кислородом из баллона и просасывавший воздух через регенеративный патрон из первого мешка во второй. Такое техническое решение было вызвано тем, что в то время регенеративные патроны имели высокое сопротивление потоку воздуха. Принудительная же циркуляция позволяла существенно снизить сопротивление выдоху. В дальнейшем инжекторные аппараты не получили распространения из-за сложности конструкции, создания в воздуховодной системе зоны разрежения, способствующей засасыванию в аппарат наружного воздуха. Решающим доводом в отказе от использования инжекторных аппаратов явилось создание более совершенных регенеративных патронов с низким сопротивлением. В период применения инжекторных аппаратов и после отказа от них все другие аппараты называли устаревшим термином «легочно-силовые дыхательные аппараты».

Холодильник является обязательным элементом ДАСКа. Многие устаревшие модели не имеют его, а охлаждение нагретого в регенеративном патроне воздуха происходит в дыхательном мешке и шланге вдоха. Известны воздушные (или иные) холодильники, расположенные после регенеративного патрона, в дыхательном мешке, или составляющие с ним единое конструктивное целое. К последней модификации относится и так называемый «железный мешок», или «мешок наизнанку», представляющий собой герметичный металлический резервуар, являющийся корпусом ДАСКа, внутри которого находится эластичный (резиновый) мешок с горловиной, сообщающийся с атмосферой. Эластичной емкостью, в которую поступает воздух из регенеративного патрона, в этом случае является пространство между стенками резервуара и внутреннего мешка. Такое техническое решение отличается большой площадью поверхности резервуара, служащего воздушным холодильником, и значительной эффективностью охлаждения. Известен также комбинированный дыхательный мешок, одна из стенок которого одновременно является крышкой ранца аппарата и воздушным холодильником. Дыхательные мешки, объединенные с воздушными холодильниками, из-за сложности конструкции, не компенсируемой достаточным охлаждающим эффектом, в настоящее время распространения не имеют.

Избыточный клапан может быть установлен в любом месте воздуховодной системы за исключением зоны, в которую непосредственно поступает кислород. Однако управление открыванием клапана (прямое или косвенное) должно осуществляться дыхательным мешком. В случае, если поступление кислорода в воздуховодную систему значительно превышает его потребление человеком, через избыточный клапан в атмосферу выходит большой объем газа. Поэтому целесообразно устанавливать указанный клапан до регенеративного патрона, чтобы уменьшить нагрузку на патрон по углекислому газу. Место установки избыточного и дыхательных клапанов в конкретной модели аппарата выбирается из конструктивных соображений. Имеются ДАСКи, в которых в отличие от схемы, приведенной на рис. 2.2, дыхательные клапаны установлены в верхней части шлангов у соединительной коробки. В этом случае несколько увеличивается масса элементов аппарата, приходящаяся на лицо человека.

Варианты и модификации принципиальной схемы кислородоподающей системы дыхательных аппаратов со сжатым кислородом предопределяются в первую очередь способом резервирования кислорода, реализованным в данном аппарате.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >