Особенности работы КИП с различными способами резервирования кислорода

По способу резервирования кислорода КИП делят на три группы: со сжатым, жидким и химически связанным кислородом. Устройство возду-ховодных систем у них может быть одинаковым, кислородоподающие же системы существенно отличаются друг от друга.

В аппарате со сжатым кислородом в качестве резервуара для его хранения используется стальной баллон 15 с запорным вентилем 14. Рабочее давление в баллоне составляет обычно 20 МПа. В современных аппаратах применяются два способа для основной подачи кислорода: постоянная подача с объемным расходом около 1,5 л/мин (НУ) и легочно-автоматическая подача, осуществляемая короткими импульсами с объемным расходом 60-150 л/мин (РУ) в моменты опорожнения дыхательного мешка и создания в нем соответствующего разрежения. Устройство для основной подачи кислорода включает редукционный клапан, снижающий давление кислорода до 0,30,5 МПа и поддерживающий его на постоянном уровне независимо от давления в баллоне, соединенный с редукционным клапаном дозирующий штуцер (дроссель), предназначенный для осуществления подачи кислорода, и легочный автомат, работающий на редуцированном давлении кислорода и управляемый дыхательным мешком прямым или косвенным способом.

Известны модели КИП без легочного автомата с увеличенной, а потому менее экономной подачей кислорода (23 л/мин).

Известны также модели, в которых кислород подается только через легочный автомат. В некоторых подобных конструкциях легочный автомат питается кислородом высокого давления, подаваемым непосредственно от баллона.

Дополнительная подача кислорода осуществляется устройством 12, приводим в действие при необходимости вручную. Данное устройство называется еще аварийным клапаном или байпасом. Им пользуются для продувки воздуховодной системы от скопившегося азота и в аварийных случаях при нарушении нормального действия устройства основной подачи кислорода. Поэтому аварийный клапан питается кислородом от баллона по отдельному каналу. В КИП с небольшим временем защитного действия байпас может отсутствовать или питаться непосредственно от редукционного клапана, либо же быть объединенным с легочным автоматом и приводиться в действие нажатием на кнопку, механически связанную с клапаном легочного автомата.

В аппаратах со сжатым кислородом для контроля его запаса в баллоне служит обычный манометр. В аппаратах, находящихся в рабочем положении на спине человека, манометр размещен в поле зрения человека при помощи металлической капиллярной трубки, свернутой в спираль и защищенной от механических повреждений прорезиненным шлангом. Поскольку эта трубка при работе может быть повреждена, во избежание быстрой потери запаса кислорода рекомендуется применять перекрывное устройство капилляра, приводимое в действие вручную или автоматически. Кислородные изолирующие противогазы со сжатым кислородом благодаря своим принципиальным особенностям и преимуществам по сравнению с другими группами получили в настоящее время наибольшее распространение. К этим особенностям относятся: достаточно экономное расходование запаса кислорода; высокое удельное время защитного действия; благоприятные условия дыхания; постоянная готовность к применению; возможность работы в аппарате отдельными периодами, с выключением и последующим включением, без потери общего времени защитного действия. Манометр в этих аппаратах является идеальным индикатором, в любой момент работы достоверно фиксирующим остаток кислорода, что невозможно осуществить ни в одной модели КИП, относящейся к другим группам. Наконец, накоплен богатый опыт разработки, промышленного выпуска и применения аппаратов со сжатым кислородом, благодаря чему их конструкция достаточно совершенна и весьма надежна.

В аппаратах с химически связанным кислородом последний содержится в гранулированном продукте на базе супероксидов щелочных металлов и выделяется при реакции поглощения продуктом углекислого газа и водяных паров, присутствующих в выдыхаемом воздуху. Указанным кислородосодержащим продуктом снаряжается регенератиый патрон аппрата при прохождении через который выдыхаемый воздух полностью регенерируется. Процесс регенерации включает две фазы: поглощения углекислого газа (и влаги) и добавления выделившегося кислорода. В регенеративном патроне происходит экзотермическая реакция, в результате которой продукт при тяжелой физической нагрузке разогревается до 400°С. Так как выделение кислорода продуктом пропорционально поглощению им углекислого газа, аппарат обеспечивает экономное расходование имеющегося запаса кислорода.

Схема воздуховодной системы аппарата такого типа соответствует схеме, показанной на рис. 7.59 или ее модификациям. Кислородоподающая система отсутствует. Вместо нее в большинстве аппаратов имеется пусковое устройство для подачи в воздуховодную систему небольшой порции дополнительного кислорода в начальный период работы, когда продукт еще не разогрелся и кислородовыделение происходит недостаточно активно. В качестве источника кислорода в пусковом устройстве обычно используется небольшой брикет химического вещества, выделяющего кислород при разложении. В КИП с временем защитного действия 4 ч и более может быть установлено несколько пусковых устройств для включения в аппарат в начале работы, а затем после кратковременных перерывов. Длительные перерывы в работе (более 1 ч) в аппаратах подобного типа недопустимы, так как после охлаждения разогретого кислородосодержащего продукта процесс выделения им кислорода резко замедляется.

Одна из модификаций воздуховодной системы КИП с химически связанным кислородом, широко применяемая в самоспасателях, показана на рис. 7.59.

Циркуляция воздуха в нем осуществляется по маятниковой схеме: выдыхаемый воздух через лицевую часть, тепловлагообменник, дыхательный шланг, регенеративный патрон с фильтром поступает в дыхательный мешок. При вдохе воздух движется в обратном направлении. Регенерация его происходит частично при поступлении воздуха через патрон в прямом направлении и завершается при прохождении его в обратном направлении. Избыток воздуха удаляется из системы в конце вьщохов через избыточный клапан. Пусковое устройство в начале работы выделяет в систему кислород в количестве, достаточном для заполнения дыхательного мешка. Оно приводится в действие автоматически при вскрытии самоспасателя.

Выдыхаемый воздух (рис. 7.59) от лицевой части противогаза по шлангу направляется в регенеративный патрон, снаряженный смесью перекисей щелочных металлов (калия, натрия, лития, цезия и др.). В регенеративном патроне протекает полный цикл регенерации воздуха, т. е. поглощается углекислый газ и влага и выделяется необходимый для дыхания кислород.

Регенерированный воздух поступает далее в дыхательный мешок. При вдохе воздух из дыхательного мешка вновь проходит через регенеративный патрон, очищаясь вторично, и по шлангу поступает в легкие человека. Данная схема дыхания является маятниковой.

Особенность КИП с химически связанным кислородом — значительное нагревание и осушение регенерированного воздуха, в результате чего, если не принять специальных мер для его кондиционирования, то на вдох поступит горячий и сухой воздух. Выходящий из регенеративного патрона воздух имеет большой температурный перепад с окружающей средой и вследствие малого содержания водяных паров обладает низкой удельной энтальпией. Он быстро охлаждается за счет отдачи тепла в окружающую среду и поэтому в аппаратах с химически связанным кислородом обдув окружающим воздухом регенеративного патрона и элементов воздуховоднои системы, по которым поступает горячий воздух, и применение воздушных холодильников дают хороший кондиционирующий эффект. Возможности охлаждения горячего воздуха в изолирующих самоспасателях ограничены в связи с их небольшими размерами и необходимостью надежной защиты регенеративного патрона от механических повреждений. Кроме того, при циркуляции воздуха по маятниковой схеме он нагревается вновь при втором проходе через регенеративный патрон. Поэтому температура вдыхаемого воздуха в самоспасателях с химически связанным кислородом выше, чем в аналогичных КИП.

Благодаря значительному осушению воздуха в процессе регенерации его последующее охлаждение позволяет создать в дыхательный аппарате с химически связанным кислородом благоприятные микроклиматические условия дыхания.

Оптимизация влажности вдыхаемого воздуха достигается путем частичного тепловлагообмена между регенерированным в аппарате сухим воздухом и выдыхаемым, насыщенным водяными парами. Сущность тепловлагообмена в дыхательном шланге при маятниковой схеме движения воздуха по нему и в лицевой части заключается в смешении части выдыхаемого воздуха с воздухом, поступающим из аппарата на вдох. В результате смешения снижается температура вдыхаемого воздуха и повышается его влагосодержание. С другой стороны, одновременно снижается влагосодержание воздуха, поступающего в регенеративный патрон, что благоприятно сказывается на его действии.

К достоинствам КИП с химически связанным кислородом относятся простота конструкции, экономное расходование кислорода и особенно создание благоприятных микроклиматических условий для дыхания. При их применении исключается необходимость иметь в подразделении бал-лонно-компрессорное или криогенное хозяйство.

Существенным недостатком таких КИП является отсутствие надежно конструкции индикатора степени отработки кислородосодержащего продукта, усугубляемое принципиальными трудностями его создания. Вместо индикатора респираторщик вынужден пользоваться часами для определения степени использования и момента окончания гарантированного времени защитного действия аппарата, которое устанавливается для средней физической нагрузки. Поскольку человек не может субъективно количественно оценить тяжесть выполняемой аварийно-спасательной работы, а она иногда может быть несколько выше средней, фактическое время защитного действия устанавливают на 20% выше гарантированного.

К недостаткам КИП с химически связанным кислородом относятся также невозможность осуществления длительных перерывов в работе, большее сопротивление дыханию, чем в аппаратах со сжатым кислородом, высокая стоимость эксплуатации.

В угольной промышленности нашей страны широко используются изолирующие самоспасатели с химически связанным кислородом ШС 7М, ШСС-1 и ШСМ-1. Ими оснащены горнорабочие на всех шахтах опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа, и значительном числе шахт, опасных по газу. Респираторами и самоспасателями ШСМ-2 оснащались вспомогательные горноспасательные команды.

Для обеспечения безопасности людей, при пожарах и проведении аварийно-спасательных мероприятий широко применяются самоспасатели СПИ-20 и СПИ-50.