Тема № 6.1 Принцип работы СИЗОД.
В последнее время дыхательные аппараты со сжатым воздухом (ДАСВ) завоевывают все большее признание у работников пожарной охраны.
Дыхательным аппаратом со сжатым воздухом называется изолирующий резервуарный аппарат, в котором запас воздуха хранится в баллонах с избыточном давлении в сжатом состоянии. Дыхательный аппарат работает по открытой, схеме дыхания, при которой на вдох воздух поступает из баллонов, а выдох производится в атмосферу.
Дыхательные аппараты со сжатым воздухом предназначены для защиты органов дыхания и зрения пожарных от вредного воздействия непригодной для дыхания, токсичной и задымленной газовой среды при тушении пожаров и выполнении аварийно-спасательных работ.
Воздухоподающая система обеспечивает работающему в аппарате пожарному импульсную подачу воздуха. Объема каждой порции воздуха зависит от частоты дыхания и величины разряжения на вдохе.
Воздухоподающая система аппарата состоит их легочного автомата и редуктора, может быть одноступенчатой, безредукторной и двухступенчатой. Двухступенчатая воздухоподающая система может быть выполнена из одного конструкционного элемента, объединяющего редуктор и легочный автомат или раздельно.
Дыхательные аппараты в зависимости от климатического исполнения подразделяются на дыхательные аппараты общего назначения, рассчитанные на применение при температуре окружающей среды от -40 до +60°С, относительной влажности до 95% и специального назначения, рассчитанные на применение при температуре окружающей среды от -50 до +60°С, относительной влажности до 95%.
Все дыхательные аппараты применяемые в пожарной охране России, должны соответствовать требованиям предъявляемым к ним НПБ 165-97 "Техника пожарная. Дыхательные аппараты со сжатым воздухом для пожарных. Общие технические требования и методы испытаний".
Дыхательный аппарат 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 дм3/мин), при температуре окружающей среды от -40 до +60°С, обеспечивать работоспособность после пребывания в среде с температурой 200°С в течение 60 с.
Аппараты выпускаются фирмами изготовителями в различных вариантах исполнения.
В комплект дыхательного аппарата входят:
дыхательный аппарат;
спасательное устройство (при его наличии);
комплект ЗИП;
эксплуатационная документация на ДАСВ (руководство по эксплуатации и паспорт);
эксплуатационная документация на баллон (руководство по эксплуатации и паспорт);
инструкция по эксплуатации лицевой части.
Общепринятым рабочим давлением в отечественных и зарубежных ДАСВ, является 29,4 МПа.
Суммарная вместимость баллона (при легочной вентиляции 30 л/ мин), должна обеспечить условное время защитного действия (УВЗД) не менее 60 минут, а масса ДАСВ должна быть не более
В состав ДАСВ обычно входят баллон (баллоны) с вентилем (вентилями); редуктор с предохранительным клапаном; лицевая часть с переговорным устройством и клапаном выдоха; легочный автомат с воздуховодным шлангом; манометр со шлангом высокого давления; звуковое сигнальное устройство; устройство дополнительной подачи воздуха (байпас) и подвесная система.
В состав аппарата, входят: рама или спинка с подвесной системой, состоящей из ремней плечевых, концевых и поясного, с пряжками для регулировки и фиксации дыхательного аппарата на теле человека, баллон с вентилем, редуктор с предохранительным клапаном, коллектор, разъем, легочный автомат с воздуховодным шлангом, лицевая часть с переговорным устройством и клапаном выдоха, капилляр с звуковым сигнальным устройством и манометр со шлангом высокого давления, проставка, устройство спасательное.
В современных аппаратах кроме того применяются следующие устройства: перекрывное устройство магистрали манометра; спасательное устройство, подключаемое к дыхательному аппарату; штуцер для подключения спасательного устройства или устройства искусственной вентиляции легких; штуцер для быстрой дозаправки баллонов воздухом; предохранительное устройство, располагаемое на вентиле или баллоне для предотвращения повышения давления в баллоне выше 35,0 МПа, световые и вибрационные сигнальные устройства, аварийный редуктор, компьютер.
В комплект дыхательного аппарата входят:
дыхательный аппарат;
спасательное устройство (при его наличии);
комплект ЗИП;
эксплуатационная документация на дыхательный аппарат (руководство по эксплуатации и паспорт);
эксплуатационная документация на баллон руководство по эксплуатации и паспорт);
инструкция по эксплуатации лицевой части.
Дыхательный аппарат выполнен по открытой схеме с выдохом в атмосферу и работает следующим образом:
При открытии вентиля (вентилей) воздух под высоким давлением поступает из баллона (баллонов) в коллектор (при его наличии) и фильтр редуктора, в полость высокого давления и после редуцирования в полость редуцированного давления. Редуктор поддерживает постоянное редуцированное давление в полости независимо от изменения давления на входе.
В случае нарушения работы редуктора и повышения редуцированного давления срабатывает предохранительный клапан 6.
Из полости редуктора воздух поступает в адаптер (при его наличии), по шлангу в легочный автомат, в муфту и через клапан по шлангу в легочный автомат спасательного устройства.
Легочный автомат обеспечивает поддержание заданного избыточного давления в полости. При вдохе воздух из полости легочного автомата подается в полость маски. Воздух, обдувая стекло, препятствует его запотеванию. Далее через клапаны вдоха воздух поступает в полость для дыхания.
При выдохе клапаны вдоха закрываются, препятствуя попаданию выдыхаемого воздуха на стекло. Для выдоха воздуха в атмосферу открывается клапан выдоха, расположенный в клапанной коробке. Клапан выдоха с пружиной позволяет поддерживать в подмасочном пространстве заданное избыточное давление.
Для контроля за запасом воздуха в баллоне воздух из полости высокого давления поступает по капиллярной трубке высокого давления в манометр, а из полости низкого давления по шлангу к свистку сигнального устройства. При исчерпании рабочего запаса воздуха в баллоне включается свисток, предупреждающий звуковым сигналом о необходимости немедленного выхода в безопасную зону.
Аппарат дыхательный со сжатым воздухом АИР-98МИ предназначен для защиты органов дыхания и зрения человека от вредного воздействия непригодной для дыхания, токсичной и задымленной газовой среды при тушении пожаров и выполнении аварийно-спасательных работ в зданиях, сооружениях и на производственных объектах в диапазоне температур окружающей среды от -40 до +60°С и пребывании в среде с температурой 200°С в течение 60 с. Основные технические характеристики аппарата и его модификаций приведены в табл. 5.4.
Аппарат выполнен по открытой схеме (рис. 5.11) с выдохом в атмосферу и работает следующим образом:
При открытии вентиля (вентилей) 1 воздух под высоким давлением поступает из баллона (баллонов) 2 в коллектор 3 (при его наличии) и фильтр 4 редуктора 5, в полость высокого давления А и после редуцирования в полость редуцированного давления Б. Редуктор поддерживает постоянное редуцированное давление в полости Б независимо от изменения давления на входе.
В случае нарушения работы редуктора и повышения редуцированного давления срабатывает предохранительный клапан 6.
Из полости Б редуктора воздух поступает по шлангу 7 в легочный автомат 11 или в адаптер 8 (при его наличии) и далее по шлангу 10 в легочный автомат 11. Через клапан 9 подсоединяется спасательное устройство.
Легочный автомат обеспечивает поддержание заданного избыточного давления в полости Д. При вдохе воздух из полости Д легочного автомата подается в полость В маски 13. Воздух, обдувая стекло 14, препятствует его запотеванию. Далее через клапаны вдоха 15 воздух поступает в полость Г для дыхания.
При выдохе клапаны вдоха закрываются, препятствуя попаданию выдыхаемого воздуха на стекло. Для выдоха воздуха в атмосферу открывается клапан выдоха 16, расположенный в клапанной коробке 17. Клапан выдоха с пружиной позволяет поддерживать в подмасочном пространстве заданное избыточное давление.
Для контроля за запасом воздуха в баллоне воздух из полости высокого давления А поступает по капиллярной трубке высокого давления 18 в манометр 19, а из полости низкого давления Б по шлангу 20 к свистку 21 сигнального устройства 22. При исчерпании рабочего запаса воздуха в баллоне включается свисток, предупреждающий звуковым сигналом о необходимости немедленного выхода в безопасную зону.
Общий вывод по пройденной теме: использование ДАСВ благодаря простоте в обслуживании на сегодняшний день является приоритетным.
Прототипом всех современных кислородных изолирующих противогазов является дыхательный аппарат "Аэрофор" со сжатым кислородом, созданный в
Применяемые для работы в подразделениях ГПС МЧС России КИПы, должны соответствовать по своим характеристикам, требованиям, предъявляемым к ним в соответствии с Нормами пожарной безопасности (НПБ) "Техника пожарная. Кислородные изолирующие противогазы (респираторы) для пожарных. Общие технические требования и методы испытаний".
Кислородный изолирующий противогаз (далее - аппарат) - регенеративный противогаз, в котором атмосфера создается за счет регенерации выдыхаемого воздуха путем поглощения из него двуокиси углерода и добавления кислорода из имеющегося в противогазе запаса, после чего регенерированный воздух поступает на вдох.
Противогаз 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 дм3/мин) при температуре окружающей среды от -40 до +60°С, а также оставаться работоспособным после пребывания в среде с температурой 200°С в течение 60 с.
В состав противогаза должны входить:
корпус закрытого типа с подвесной и амортизирующей системой;
баллон с вентилем;
редуктор с предохранительным клапаном;
легочный автомат;
устройство дополнительной подачи кислорода (байпас);
манометр со шлангом высокого давления;
дыхательный мешок;
избыточный клапан;
регенеративный патрон;
холодильник;
сигнальное устройство;
шланги вдоха и выдоха;
клапаны вдоха и выдоха;
влагосборник и (или) насос для удаления влаги;
лицевая часть с переговорным устройством;
сумка для лицевой части.
В состав противогаза рекомендуется включать перекрывное устройство магистрали манометра и продувочное устройство.
Условное время защитного действия - период, в течение которого сохраняется защитная способность противогаза при испытании на стенде-имитаторе внешнего дыхания человека, в режиме выполнения работы средней тяжести (легочная вентиляция 30 дм3/мин) при температуре окружающей среды (25±1)°С (далее - ВЗД) противогаза для пожарных должно составлять не менее 4 ч.
Фактическое ВЗД противогаза - период, в течение которого сохраняется защитная способность противогаза при испытании на стенде-имитаторе внешнего дыхания человека в режиме от относительного покоя до очень тяжелой работы при температуре окружающей среды от -40 до +60°С., 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 двумя эластичными элементами: самими легкими и дыхательным мешком. Благодаря клапанам указанное движение происходит в замкнутом циркуляционном контуре: выдыхаемый из легких воздух проходит в дыхательный мешок по ветви выдоха (лицевая часть, шланг выдоха, клапан выдоха, регенеративный патрон), а вдыхаемый воздух возвращается в легкие по ветви вдоха (холодильник, клапан вдоха, шланг вдоха, лицевая часть). 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. Выдыхаемый воздух очищается в регенеративном патроне в результате реакции хемосорбции от избытка углекислого газа сорбентом. Реакция поглощения углекислого газа экзотермическая, поэтому из патрона в дыхательный мешок поступает нагретый воздух. В зависимости от вида сорбента проходящий по регенеративному патрону воздух также 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 данного типа КИП.
В воздуховодной системе КИП 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 изготовляется 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
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 дыхательный 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 повышенной температуры окружающей среды.
Принципиальная схема является обобщающей для всех групп и разновидностей современных КИПов. Рассмотрим различные ее варианты и модификации.
В различных моделях КИП применяются три схемы циркуляции воз духа в воздуховодной системе: круговая, 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 это означает, что в ней отсутствуют дыхательные клапаны, шланг и холодильник (в некоторых аппаратах холодильник помещают между регенеративным патроном и лицевой частью). Маятниковую схему циркуляции применяют преимущественно в КИП 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 использовании для этого дополнительного его поглощения 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 верхнем (лобовом) его слое. С возрастанием высоты отработанного слоя сорбента объем указанной части вредного пространства увеличивается. Поэтому для КИП 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 КИП, расположенных в рабочем положении на груди человека.
Полумаятниковая схема отличается от круговой отсутствием клапана выдоха. При выдохе воздух движется через шланг выдоха и регенеративный патрон в дыхательный мешок так же, как в круговой схеме. При вдохе основная часть воздуха поступает в лицевую часть через холодильник, клапан вдоха и шланг вдоха, а некоторый его объем проходит через регенеративный патрон и шланг 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 КИП с круговой схемой циркуляции воздуха, в которых кроме основного дыхательного мешка, имеется дополнительный мешок, расположенный между клапаном выдоха и регенеративным патроном. 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 просасывавшим 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 следующих недостатков: сложность конструкции, создание 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 КИП называли устаревшим термином "легочно-силовые дыхательные аппараты".
Холодильник является обязательным элементом КИП. Многие модели устаревших КИП 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 КИП, 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 поверхностью резервуара, служащего воздушным холодильником, и значительной эффективностью охлаждения. Известен также комбинированный дыхательный мешок, одна из стенок которого одновременно является крышкой ранца КИПа - 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 КИП, в которых 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 КИП предопределяются в первую очередь способом резервирования кислорода, реализованным в данном аппарате.
Кислородный изолирующий противогаз КИП-8 до последнего времени являлся основным СИЗОД в пожарной охране России, а до этого в СССР, он представляет собой аппарат с замкнутым циклом дыхания, регенерацией газовой смеси с использованием газообразного кислорода.
Противогаз КИП-8 состоит из следующих основных узлов:
лицевая часть;
клапанная коробка;
дыхательный мешок;
регенеративный патрон:
кислородный баллон с вентилем;
блок легочного автомата и редуктора;
звукового сигнала;
предохранительного клапана дыхательного мешка;
манометра выносного;
гофрированных трубок вдоха и выдоха;
корпуса с крышкой и ремнями.
Все узлы противогаза, за исключением клапанной коробки со шлем-маской, гофрированных трубок и манометра, размещены в жестком металлическом корпусе с открывающейся крышкой.
Для работы противогаз закрепляется на спине работающего с помощью двух плечевых и поясного ремня.
Противогаз KИП-8 работает по замкнутой (круговой) схеме дыхания. При выдохе газовая смесь проходит через клапан выдоха клапанной коробки 2, гофрированную трубку выдоха 3, регенеративный патрон 4, наполненный ХП-И, в дыхательный мешок 5.
Выдыхаемая газовая смесь в регенеративном патроне 4 очищается от углекислого газа, а в дыхательном мешке 5 обогащается кислородом, поступающим через дюзу 12 легочного автомата 10, из кислородного баллона 7. При вдохе обогащенная кислородом газовая смесь из дыхательного мешка 5, через звуковой сигнал 15, гофрированную трубку 23 и клапан вдоха клапанной коробки 2 поступает в легкие человека.
В случае если кислорода, подаваемого через дюзу 12, не хватает на вдох, то подача недостающего количества кислорода осуществляется через клапан 11 легочного автомата.
Открытие клапана 11 легочного автомата происходит при достижении разряжения в дыхательном мешке 20...35 мм вод. ст.
При возникновении разрежения в полости дыхательного мешка, мембрана 9 легочного автомата прогибается и через систему рычагов и открывает клапан 11, обеспечивая поступление кислорода через редуктор 13 из кислородного баллона в дыхательный мешок 5. Кислород через легочный автомат будет подаваться в дыхательный мешок до тех пор, пока разрежение, в дыхательном мошке не достигнет величины меньшей, чем 20...35ммвод.ст.
Если в полости дыхательного мешка окажется избыточное количество газовой смеси, то последняя стравливается через предохранительный клапан 23 в атмосферу.
В аварийных случаях, подача кислорода в дыхательный мешок производится ручным байпасом 8. При нажатии на кнопку байпаса 8 клапан 11 легочного автомата 1), отходит от седла, и кислород через открытый клапан 11 из баллона через редуктор поступает в дыхательный мешок 5.
Для редуцирования давления кислорода в противогазе имеется редуктор 13, с помощью которого давление кислорода с 200+30 кгс/см2 понижается до 5,8...4,0 кгс/см2.
По выносному манометру 19 контролируется запас кислорода в баллоне.
В противогазе имеется звуковой сигнал (типа свисток), который сигнализирует при включении в противогаз с закрытым вентилем кислородного баллона, а также в случае, когда давление в кислородном баллоне будет меньше 35...20 кгс/см2.
Работа звукового сигнализатора заключается в следующем. В случае, если вентиль кислородного баллона закрыт, или давление в кислородном баллоне будет менее 35...20 кгс/см2, клапан 18 под действием пружины 14 плотно перекроет отверстие 20 и при вдохе газовая смесь, проходя через щели 16 корпуса клапана 18, приводит в колебание металлические пластинки 17, в результате чего возникает звучание.
Если вентиль кислородного баллона будет открыт, а давление кислорода в баллоне будет более 20-35 кгс/см2, то усилие, развиваемое давлением кислорода на манжету 21 звукового сигнала, окажется больше установочного усилия пружины 14. Клапан 18 под действием этого усилия отойдет от отверстия 20, обеспечив свободный проход газа при вдохе через зазор между клапаном 18 и камерой звукового сигнала к отверстиям 20. Звучание в этом случае возникать не будет.
В линии, подводящей высокое давление к манжете звукового сигнала, имеются две дюзы 25 (малые отверстия), которые предназначены для предотвращения кислородного удара на манжету 21.
Вывод по вопросу: принцип действия и техническая характеристика ДАСК – сведения, необходимые для подготовки газодымозащитника.
