Дыхательный аппарат полузамкнутого типа
Изобретение относится к водолазной технике, а именно к средствам подачи воздуха водолазам. Дыхательный аппарат полузамкнутого типа содержит дыхательный мешок водолаза с травящим клапаном, коробку с поглотителем диоксида углерода, газовые баллоны с редукторами, калиброванную дюзу для постоянной подачи кислорода в дыхательный мешок, дыхательный автомат, клапанную коробку с клапаном вдоха и трубками вдоха и выдоха. Между редуктором баллона с азотом и дыхательным мешком установлен дозирующий клапан, обеспечивающий регулируемую подачу азота в зависимости от давления воды. Клапан выдоха установлен на входе патрона с химпоглотителем, а перед клапаном выдоха установлен автоматический корректор кислорода, соединенный через редуктор с баллоном кислорода и обеспечивающий подачу кислорода в дыхательный контур пропорционально объему легочной вентиляции водолаза. Такое выполнение аппарата позволит снизить его массогабаритные характеристики, увеличить глубину погружения до 60 м и уменьшить время декомпрессии. 2 ил.
Изобретение относится к изолирующим дыхательным аппаратам (ИДА) и может использоваться при проведении водолазных спусков и работ в водолазных подразделениях ВМФ, а также других организациях, занимающихся водолазными работами на глубинах до 60 м.
Известны ИДА полузамкнутого цикла дыхания, обеспечивающие, в зависимости от процентного содержания кислорода в дыхательной кислородно-азотной смеси, различные глубины погружения водолаза и время пребывания на них с последующим бездекомпрессионным выходом на глубину 10 м:
O2 - 60% - глубина до 24 м, время пребывания до 170 мин;
O2 - 40% - глубина до 42 м, время пребывания до 100 мин;
O2 - 32% - глубина до 54 м, время пребывания до 60 мин;
O2 - 18% - глубина до 80 м, время пребывания до 32 мин.
При применении специальных гелиокислородных дыхательных смесей ИДА полузамкнутого типа обеспечивают погружение на глубины до 200 и более метров. Это ИДА-72, Россия; FGG-III, ФРГ; МК-6, США и др. - аналоги изобретения (В.А. Вишняков, И.В. Меренов. "Глубоководная водолазная техника", И. "Судостроение", 1982 г., О.М.Слесарев. "Водолазная техника ВМФ" В.И., Москва, 1990 г.).
Недостатками ИДА полузамкнутого типа являются значительные габариты и демаскирующая водолаза газовая следность из-за постоянной подачи газовой смеси в дыхательный мешок. Кроме того, при увеличении глубины погружения приходится применять дыхательные смеси с большим содержанием азота, что увеличивает время декомпрессии водолаза.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является ИДА FGG-III фирмы "Дрегер", ФРГ (В.А.Вишняков, И.В.Меренов. "Глубоководная водолазная техника", И. "Судостроение", 1982 г, стр.42) - прототип.
ИДА содержит два газовых баллона, которые заряжены одинаковыми газовыми смесями. Смеси через запорные клапаны и редуктор подаются к трем дюзам разного диаметра, которые обеспечивают подачу газовых смесей в дыхательный мешок водолаза. В зависимости от глубины погружения заранее перед погружением включается та или иная дюза. Расход газовых смесей и время работы ИДА в зависимости от глубины погружения приведены в таблице 3.1 на стр.46.
Как видно из таблицы, диапазон глубин погружения для каждой смеси весьма ограничен, а время погружения не превышает 100 мин. При этом масса ИДА составляет 28 кг. Для увеличения времени работы ИДА необходимо использовать его в шланговом варианте. Большие габариты, газовая следность, малая автономность и значительное время декомпрессии являются недостатками данного ИДА.
Технической задачей данного изобретения является снижение массогабаритных характеристик ИДА полузамкнутого типа, снижение газовой следности и обеспечение спусков до глубины 60 м при сокращенном времени декомпрессии.
Поставленная задача решается путем раздельного баллонного хранения компонентов дыхательной смеси - кислорода и азота (в отличие от существующих ИДА полузамкнутого типа), введения в конструкцию аппарата специального дозирующего клапана по азоту и корректора кислорода.
На фиг.1 приведена компоновочная схема ИДА.
На фиг.2 приведена конструкция дозирующего клапана.
Предлагаемый ИДА (фиг.1) состоит из баллона с кислородом 1; баллона с азотом 2; запорного вентиля кислорода 3; запорного вентиля азота 4; редуктора кислорода 5; редуктора азота 6; калиброванной дюзы для подачи кислорода 7; дозирующего клапана подачи азота 8; гибких дюритовых шлангов для подачи кислорода 9 и подачи азота 10 в дыхательный мешок водолаза; дыхательного мешка 11; патрона с химпоглотителем 12; клапанной коробки 13 с клапаном вдоха, трубки вдоха 14 и трубки выдоха 15; полумаски 16; травящего клапана 17; дыхательного автомата 18, автоматического корректора кислорода 19, клапана выдоха 20.
Дозирующий клапан (фиг.2) состоит из корпуса 21, камеры постоянного давления 22, диафрагмы 23, пружины 24, иглы 25, сальника 26, дюзы 27, входного штуцера 28 и выходного 29.
С целью упрощения фиг.1 на ней не показаны манометры для измерения давления газов и сигнализаторы Минимального давления, поскольку это не имеет существенного значения для понимания конструкции аппарата.
Работает аппарат следующим образом.
На глубинах до 10 м в дыхательный мешок водолаза подается чистый кислород. Он поступает из баллона 1 через вентиль 3, редуктор 5 и калиброванную дюзу 7. Дюза 7 ограничивает подачу кислорода исходя из его потребления водолазом при минимальной физической нагрузке (объем вентиляции легких 20-25 л/мин).
Далее, из мешка 11, через трубку вдоха 14 и клапанную коробку 13 кислород поступает в полумаску 16 и в легкие водолаза. Оттуда через трубку выдоха 15 и клапан выдоха 20 часть кислорода и образовавшийся в легких углекислый газ поступают в патрон 12 с поглотителем диоксида углерода (веществом ХПИ). После поглощения диоксида оставшийся кислород снова поступает в дыхательный мешок водолаза, где пополняется новой порцией кислорода, поступающего из кислородного баллона 1. Трубопровод подачи азота в дыхательный мешок водолаза на глубинах до 10 м перекрыт дозирующим клапанном 8. Работает клапан следующим образом.
На глубинах до 10 м давление воды на диафрагму 23 не достаточно, чтобы преодолеть усилие пружины 24, и игла 25 запирает дюзу 27. При погружении водолаза на глубину свыше 10 м наружное давление преодолевает сопротивление пружины 24, диафрагма 23 прогибается в сторону камеры постоянного давления 22, игла 25 приоткрывает дюзу 27 и азот из баллона 2 через вентиль 4 и редуктор 6, входной штуцер 28, дюзу 27 поступает в выходной штуцер 29 и далее в дыхательный мешок 11.
Подача азота в мешок дозируется в зависимости от глубины погружения. Чем больше глубина, тем больше открыт клапан. Заводская регулировка клапана должна обеспечивать поддержание в дыхательном мешке водолаза:
- 60% содержание кислорода на глубине 20 м;
- 40% содержание кислорода на глубине 40 м;
- 30% содержание кислорода на глубине 60 м;
с погрешностью ±3%, при минимальной физической нагрузке (объем легочной вентиляции 20 л/мин).
В результате исчезает опасность кислородного отравления водолаза.
При подъеме с 60 м на поверхность клапан 8 сперва уменьшает подачу азота, а на глубине 10 м полностью закрывается. Водолаз переходит на дыхание чистым кислородом, что уменьшает газовую следность и сокращает время декомпрессии.
Если погружение водолаза происходит достаточно быстро (со скоростью 0,3 м/с и более), то дыхательный мешок 11 не успевает наполняться кислородно-азотной смесью и обжимается. Это приводит к увеличению сопротивления дыханию. Поэтому в мешке установлен дыхательный автомат 18, подсоединенный к трубопроводу азота. Если разряжение в мешке превысило допустимый порог, автоматически открывается клапан подачи азота и мешок наполняется газом. Количество кислорода в нем падает, что делает безопасным дальнейшее погружение.
При всплытии дыхательный мешок водолаза раздувается, и травящий клапан 17 выпускает излишнюю газовую смесь. Постепенно она заменяется на новую, с повышенным содержанием кислорода.
В случае повышения физической нагрузки объем легочной вентиляции водолаза возрастает и может достигнуть 100-120 л/мин. Потребление кислорода также возрастает в несколько раз. Дюза 7 уже не может обеспечить заданный состав дыхательной смеси в дыхательном мешке и парциальное давление кислорода в нем начнет падать. В конечном итоге это может привести к кислородному голоданию и потере сознания водолазом при всплытии с глубины на поверхность.
Чтобы избежать этого, в аппарате установлен автоматический корректор кислорода 19. Корректор представляет собой обычный дыхательный автомат, аналогичный по конструкции дыхательному автомату акваланга, с той лишь разницей, что установлен он в нише трубки выдоха, перед клапаном выдоха 20.
Известно, что с увеличением объема вентиляции легких водолаза возрастает и сопротивление дыханию. Согласно экспериментальным данным, в ИДА замкнутого и полузамкнутого типов оно может колебаться от 50 мм водяного столба при минимальной легочной вентиляции до 200 мм при максимальной легочной вентиляции, причем повышается сопротивление как при вдохе, так и при выдохе. Это обстоятельство и использовано для автоматической коррекции кислорода. Работает автоматический корректор следующим образом.
При выдохе в трубке 15 давление газа превышает давление воды. Величина этого превышения зависит от сопротивления пружины клапана выдоха 20, сопротивления химпоглотителя 12 и дыхательного мешка 11. При увеличении объема легочной вентиляции повышается давление в трубке выдоха и частота его колебаний (водолаз дышит чаще). Это давление воздействует на мембрану дыхательного автомата 19 и при превышении установленного порога мембрана открывает клапан подачи кислорода в дыхательный контур. Чем больше перепад давлений, тем дольше открыт клапан дыхательного автомата, тем больше кислорода он подает в дыхательную смесь. Заводская регулировка клапана должна обеспечить постоянство парциального давления кислорода в дыхательной смеси в требуемых пределах при колебании объема легочной вентиляции от 20 до 120 л/мин.
Можно было бы решить вопрос безопасности и без корректора кислорода, установив подачу кислорода в дыхательный мешок через дюзу 7 по максимуму (исходя из максимального объема легочной вентиляции 120 л/мин), но тогда при меньших нагрузках лишний кислород стравливался бы в воду через травящий клапан 17, что привело бы к неэкономному расходу газа и увеличению демаскирующей водолаза газовой следности. При погружении на глубины свыше 10 м пришлось бы увеличить и подачу азота, чтобы поддержать необходимое парциальное давление кислорода, что привело бы к дальнейшему неэкономному расходу газов и увеличению следности.
Таким образом, предложенный автоматический корректор кислорода позволяет экономить газы при малой и средней величине физической нагрузки водолаза и снизить газовую следность.
Заявленный ИДА совмещает в себе малогабаритность и высокую автономность ИДА замкнутого типа с безопасностью и удобством эксплуатации ИДА полузамкнутого типа.
Дыхательный аппарат полузамкнутого типа, содержащий дыхательный мешок водолаза с травящим клапаном, коробку с поглотителем диоксида углерода, газовые баллоны с редукторами, калиброванную дюзу для постоянной подачи кислорода в дыхательный мешок, дыхательный автомат, клапанную коробку с клапаном вдоха и трубками вдоха и выдоха, отличающийся тем, что между редуктором баллона с азотом и дыхательным мешком установлен дозирующий клапан, обеспечивающий регулируемую подачу азота в зависимости от давления воды, клапан выдоха установлен на входе патрона с химпоглотителем, а перед клапаном выдоха установлен автоматический корректор кислорода, соединенный через редуктор с баллоном кислорода и обеспечивающий подачу кислорода в дыхательный контур пропорционально объему легочной вентиляции водолаза.
