Кислородные приборы с непрерывной подачей кислорода

В кислородных системах с приборами непрерывной подачи кислород поступает в маску постоянным потоком. В таких системах применяются кислородные маски открытого типа, с подсосом воздуха непосредственно в маску. Регулирование интенсивности подачи кислорода осуществляется только в зависимости от барометрической высоты в кабине.

На рис. 2.6 показана принципиальная схема системы кислородного оборудования с прибором непрерывной подачи кислорода.

Кислород из баллона 13, где он хранится под давлением 15 МПа, через приборный вентиль 3 поступает в редуктор 4, который снижает давление до 3 МПа. Затем кислород через запорный вентиль 6 поступает в кислородный прибор 8, где его давление снижается до 0,2…0,15 МПа. Из кислородного прибора 8 кислород через индикатор 12 поступает в маску 11. При выходе из строя кислородного прибора, открывая аварийный вентиль 7, можно пользоваться кислородом, который будет подаваться к маскам через аварийный редуктор 9.

Маска, применяемая с прибором, негерметичная, «открытого» типа, так как во время вдоха в нее поступает не только кислород, но и атмосферный воздух.

Стационарный кислородный прибор КП-32 с непрерывной подачей кислорода в маску имеет высотность до 12 км. Этот прибор может одновременно обеспечивать кислородом группу пассажиров до 20 человек, его принципиальная схема приведена на рис. 2.7. На земле перед полетом до открытия приборного вентиля 3 (см. рис. 2.6), т.е. до подачи кислорода из баллона в прибор, мембрана 3 под действием натяжения пружины 2 прогнута вверх, толкатели 4 находятся в крайнем верхнем положении, клапан 8 редуктора высокого давления 6 открыт. Клапан 12 редуктора низкого давления 10 закрыт пружиной 11, мембрана 15 прогнута вниз, толкатели 13 находятся в крайнем нижнем положении. Анероидная коробка 1 находится в сжатом состоянии.

Рис. 2.6. Принципиальная схема системы кислородного оборудования с прибором непрерывной подачи кислорода: 1 – зарядный штуцер; 2 – бортовой вентиль; 3 – приборный вентиль; 4 – редуктор; 5,10 – манометр; 6 – запорный вентиль; 7 – аварийный вентиль; 8 –кислородный прибор постоянной подачи; 9 – аварийный редуктор; 11 – кислородная маска; 12 – индикатор кислорода; 13 – кислородный баллон

При открытии бортового вентиля кислород по входной магистрали 5 через открытый клапан 8 попадает в камеру А редуктора высокого давления 6 и по каналу доходит до клапана 12 редуктора 10. Под действием давления в полости А мембрана 3 прогибается вниз, сжимая пружину 2. Клапан 8 под воздействием запорной пружины 7 закрывается, и доступ кислорода в камеру А прекращается. В таком положении подвижные части прибора будут оставаться на земле и в полете до высоты 2 км, когда нет расхода кислорода. В полете с подъемом на высоту атмосферное давление понижается и анероидная коробка 1 расширяется.

Начиная с высоты 2 км, анероидная коробка совместно с пружиной 19 перемещают шток 20 так, что он поворачивает рычаг 17, который, действуя на шток 16, прогибает вверх мембрану 15 и толкателями 13 приоткрывает клапан 12, сжимая пружину 11. Кислород начинает поступать в камеру Б редуктора низкого давления 10 и через выходную магистраль 14 – к потребителям. Чем больше высота, тем больше ход анероидной коробки, а, следовательно, и клапана 12, тем больше подача кислорода потребителям. Таким образом, анероидная коробка автоматически регулирует рабочее давление кислорода в камере Б редуктора низкого давления 10 в зависимости от высоты полета. С открытием клапана 12 давление в камере А редуктора высокого давления уменьшается. Тогда под действием регулирующей пружины 2 мембрана 3 прогибается вверх и толкателями 4 открывает клапан 8. Давление кислорода в камере А повышается, и если становится выше расчетного, то клапан 8 под действием запорной пружины 7 вновь прикрывает входное отверстие и уменьшает поступление кислорода. Через некоторое время в приборе наступает равновесный режим, клапан 8 занимает какое-то среднее положение, и подача кислорода на данной высоте полета становится постоянной.

Редуктор высокого давления 6 понижает давление кислорода, поступающего из бортовых баллонов, с 3 МПа до 1,05 МПа. Редуктор низкого давления 10 понижает давление кислорода до величины, обеспечивающей необходимую подачу кислорода потребителю, и поддерживает его в пределах от 0...0,05 МПа на высоте 2 км и до 0,34...0,56 МПа на высоте 12 км.

Рис. 2.7. Принципиальная схема кислородного прибора КП-32: 1 – анероидная коробка; 2, 7, 11, 19 – пружина; 3, 15 – мембрана; 4, 13 – толкатели; 5 – входная магистраль; 6 – редуктор высокого давления; 8, 12 – клапан; 9 – предохранительный клапан; 10 – редуктор низкого давления; 14 – выходная магистраль; 16,20 – шток; 17 – рычаг; 18 – ручной регулятор

Для предохранения камеры Б редуктора низкого давления от случайного чрезмерного повышения давления за редуктором высокого давления 6 в приборе установлен предохранительный клапан 9, который открывается при давлении около1,5 МПа.

Для подачи кислорода потребителям в наземных условиях, на малых высотах, когда анероидная коробка 1 еще не начала работать, и для повышения давления в питающей магистрали в случае необходимости на приборе установлен ручной регулятор 18.

Наличие и интенсивность подачи кислорода в маску контролируется индикатором 12 (рис. 2.6). По конструкции он представляет стеклянную трубку, внутрь которой вставлено коническое подпружиненное тело с зазором по диаметру. Тело в стеклянной трубке при подаче кислорода к маске перемещается, сжимая пружину.

Уравнение равновесия редуктора высокого давления

Принципиальная схема редуктора высокого давления кислородного прибора (рис. 2.7) представлена на рис. 2.8, где указаны следующие обозначения:

Р_{пр. к} – усилие клапанной пружины;

Р_{пр. м} – усилие пружины мембраны;

р_к – давление подачи кислорода;

р_вых– давление кислорода на выходе из редуктора;

р_Н – давление в окружающей среде;

f_к – площадь клапана кислорода;

F_м– площадь мембраны.

Используя введенные обозначения, уравнение равновесия примет вид:

Р_{пр. к}- f_к(р_к- р_вых) + F_м(р_вых - р_Н) - Р_{пр. м}=0 или

Р_{пр. к}- f_к р_к+ f_к р_вых+ F_м р_вых - F_м р_Н - Р_{пр. м} =0

р_вых(F_м+ f_к) = (Р_{пр. м} - Р_{пр. к}) + р_к (F_{м +} f_к).

Редуцируемое давление р_вых выразится:

р_вых =

Учитывая малую величину сжатия пружин, их усилия при работе клапанов практически остаются неизменными, поэтому (Р_{пр. м}- Р_{пр. к}) ≈ const , конструктивно – (F_м+f_к) = constи(Р_{пр. м}– Р_{пр. к}) / (F_м+ f_к) = C (постоянная величина).

Тогда р_вых= р_к + С

Вследствие значительной величины р_к (от 15 МПа до 3 МПа) при р_Н ≤ 0,1 МПа то,

<< f_к, = К ≈ const и р_вых. = К р_к + С.

Поэтому давление на выходе из редуктора р_вых будет пропорционально давлению газа в баллоне – р_к и не зависеть от высоты полета.

Рис. 2.8. Схема редуктора высокого давления		Рис. 2.9. Схема кислородного редуктора низкого давления

Уравнение равновесия редуктора низкого давления

Принципиальная схема редуктора низкого давления кислородного прибора представлена на рис. 2.9, где указаны обозначения те же, что и для предыдущего случая, но вместо Р_{пр. м} (пружина мембраны отсутствует) вводится: Р_с– усилие сильфона.

Тогда, исходя из условия равновесия клапана, искомое выражение давления кислорода на выходе из редуктора выразится:

р_вых =

При относительно небольшом изменении р_к (от 3,0 МПа до 1,0 МПа), выражение ≈ const.

Рис.2.10. Схема предохранительного клапана

Поэтому давление кислорода на выходе из редуктора низкого давления – р_вых будет возрастать в связи с увеличением усилия Р_с, вызванного уменьшением барометрического давления с ростом высоты полета.

Уравнение равновесия предохранительного клапана

Уравнение равновесия для схемы клапана, изображенного на рис. 2.10 имеет вид:

р_к f_к = р_Н f_к + Р_пр.к; или (р_к – р_Н) = Р_пр.к / f_к

или Δр = Р_пр.к / f_к = const.

При достижении предельно допустимой величины р_к клапан открывается и сбрасывает избыток давления, сохраняя постоянным перепад давления Δр = const.

Рис. 2.11. Принципиальная схема парашютного кислородного прибора КП-27М: 1 – батарея баллончиков; 2 – дополнительный баллончик; 3 – обратный клапан; 4 – зарядный штуцер; 5 – капиллярная трубка; 6 – фильтр; 7, 23, 26 – пружина; 8 – запорный клапан; 9 – толкатель; 10 – пускатель; 11 – штуцер отвода кислорода; 12 – шпилька; 13 – чека; 14 –колодка; 15 – соединительная втулка; 16 – тросик ручного включения; 17 – тросик автоматического включения; 18 – рычаг; 19 – шток; 20 – манометр; 21 – тройник; 22 –фильтр; 24,25 – клапан

Парашютный кислородный прибор применяется в комплекте кислородного оборудования и предназначен для обеспечения кислородом одного человека при покидании самолета в полете и при выходе из строя бортового кислородного прибора. Он может использоваться:

- при израсходовании запаса кислорода в бортовых баллонах;

- при высотном полете при снижении до безопасной высоты.

Прибор удобно смонтирован в дуралюминовой плоской коробке, которая укладывается в карман ранца парашюта. При включенном приборе подача кислорода в маску происходит непрерывно.

Парашютный кислородный прибор КП-27М (см. рис. 2.11) состоит из батареи баллончиков 1 для хранения необходимого запаса кислорода, общая емкость которых составляет 0,825 л; пускателя 10, в котором смонтировано запорно-пусковое устройство; манометра 20 для контроля запаса кислорода в баллончиках; дистанционного управления с тросиками ручного и автоматического включения прибора.

Баллончики 1 заряжаются до давления 15 МПа через зарядный штуцер 4 и обратный клапан 3. При нормальном полете кислород для дыхания летчика поступает от бортового кислородного прибора. Переход на питание кислородом от прибора КП-27М осуществляется автоматически (при катапультировании) или ручным (при необходимости) выдергиванием тросика автоматического включения.

При автоматическом включении чека 13 тросика 17, связанного с конструкцией самолета с помощью объединенного разъема коммуникаций (ОРК), выдергивается из отверстия шпильки 12, освобождая ее.

Благодаря этому шток 19, который ранее через рычаг 18 удерживался шпилькой 12, под действием пружины 26 перемещается влево и толкателем 9 открывает запорный клапан 8 пускателя 10. Кислород вначале расходуется из дополнительного баллончика 2 на заполнение натяжного устройства кислородной маски, компенсирующего костюма и далее в систему дыхания. Одновременно начинается подача кислорода из батареи баллончиков 1 через капиллярную трубку 5, в которой благодаря малому внутреннему диаметру (0,35 мм) и значительной ее длине давление кислорода уменьшается с 15 до 0,1 МПа. Кислород проходит через фильтр 6, через открытый запорный клапан 8 и через штуцер отвода кислорода 11 пускателя поступает в маску. Закрывшийся при срабатывании прибора клапан 25 не допускает утечки кислорода из корпуса пускателя 10 в атмосферу.

Ручное включение прибора (когда парашютный прибор используется как аварийный при снижении самолета до безопасной высоты) производится вытягиванием тросика ручного включения 16 до упора. При этом колодка 14, связанная с тросиком 16, перемещаясь, выдернет чеку 13 из отверстия шпильки 12. Дальнейшая работа происходит так же, как и работа прибора при автоматическом включении. Время действия прибора примерно 15 мин.