Разработка подводных дыхательных аппаратов. Физиологические требования к дыхательным аппаратам
Добавил пользователь Евгений Кузнецов Обновлено: 14.12.2024
ГОСТ Р 52639-2006
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВОДОЛАЗНЫЕ ДЫХАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ
С ОТКРЫТОЙ СХЕМОЙ ДЫХАНИЯ
Общие технические условия
Open-circuit diving apparatus. General specifications
ОКС 13.340.30
ОКП 64 1871
Дата введения 2007-07-01
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным учреждением "40 Государственный Научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" (ФГУ "40 ГНИИ Минобороны России")
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 416 "Гипербарическая техника"
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на водолазные дыхательные аппараты с открытой схемой дыхания (далее - аппарат), работающие на сжатом воздухе, предназначенные для обеспечения дыхания человека под водой на глубине не более 60 м, а также на составные части таких аппаратов.
Стандарт не распространяется на дыхательные аппараты с открытой схемой дыхания, работающие не на сжатом воздухе, на жесткие шлемы со встроенными дыхательными автоматами, а также на аппараты, изготовленные до вступления в силу настоящего стандарта.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие государственные стандарты:
ГОСТ Р 51652-2000 Спирт этиловый ректификованный из пищевого сырья. Технические условия
ГОСТ 2.601-2006 Единая система конструкторской документации. Эксплуатационные документы
ГОСТ 9.302-88 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля
ГОСТ 14.201-83 Обеспечение технологичности конструкции изделий. Общие требования
ГОСТ 27.410-87 Надежность в технике. Методы контроля показателей надежности и планы контрольных испытаний на надежность
ГОСТ 270-75 Резина. Метод определения упругопрочностных свойств при растяжении
ГОСТ 427-75 Линейки измерительные металлические. Технические условия
ГОСТ 2405-88 Манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры. Общие технические условия
ГОСТ 2991-85 Ящики дощатые неразборные для грузов массой до 500 кг. Общие технические условия
ГОСТ 5959-80 Ящики из листовых древесных материалов неразборные для грузов массой до 200 кг. Общие технические условия
ГОСТ 13837-79 Динамометры общего назначения. Технические условия
ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды
ГОСТ 17411-91 Гидроприводы объемные. Общие технические требования
ГОСТ 29329-92 Весы для статического взвешивания. Общие технические требования
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует пользоваться замененным (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 вентиль резервной подачи: Вентиль, предназначенный для включения подачи на дыхание водолазу резервного запаса воздуха.
3.2 водолазный дыхательный аппарат с открытой схемой дыхания: Дыхательный аппарат, в котором воздух подается водолазу из баллона или водолазного шланга с помощью дыхательного автомата и вытравливается через него же в воду при выдохе.
3.3 вредное пространство: Объем полости, образованный между ртом водолаза и устройствами вдоха и выдоха.
3.4 высокое давление: Давление между источником сжатого воздуха (баллонами аппарата) и редукционным клапаном, обычно свыше 10 МПа (100 кгс/см).
3.5 низкое давление: Давление воздуха внутри лицевой части или дыхательной трубки, непосредственно соединенной с лицевой частью, равное окружающему давлению.
3.6 среднее давление: Давление воздуха после редуктора до клапана дыхательного автомата или иного потребителя, превышающее окружающее давление от 0,2 до 2,5 МПа (от 2 до 25 кгс/см).
3.7 диаграмма работы дыхания (дыхательная петля): График, определяющий зависимость сопротивления дыханию от вытесняемого объема воздуха в течение одного дыхательного цикла.
3.8 легочная вентиляция (минутный объем дыхания): Объем воздуха, прошедший при дыхании через легкие человека (искусственные легкие) за 1 мин.
3.9 лицевая часть: Устройство для соединения дыхательного аппарата с потребителем.
3.10 максимальное рабочее давление: Максимальное расчетное избыточное давление воздуха в баллоне(ах) аппарата в диапазоне рабочих температур.
3.11 основной запас воздуха: Запас воздуха, предназначенный для обеспечения дыхания водолаза под водой без учета запаса воздуха, необходимого для выхода на поверхность.
3.12 работа дыхания (усилие дыхания): Работа, производимая в течение одного дыхательного цикла, измеряемая в Дж/л.
Примечание - Работа дыхания пропорциональна площади, ограниченной диаграммой работы дыхания (дыхательной петлей). Работа, производимая при дыхании с избыточным давлением на вдохе, не учитывается при измерении общего усилия дыхания.
3.13 рабочее давление: Избыточное давление воздуха в баллонах аппарата, при которых аппарат сохраняет свою работоспособность.
3.14 резервный запас воздуха (резерв): Запас воздуха в баллонах аппарата, предназначенный для обеспечения дыхания водолаза при выходе на поверхность после расходования основного запаса воздуха или прекращения подачи воздуха от внешнего источника.
3.15 сигнальное устройство: Устройство, предназначенное для подачи водолазу звукового или светового сигнала, указывающего, что в баллонах аппарата остался резервный запас воздуха.
3.16 сопротивление дыхания: Показатель, характеризующий затруднение дыхания и выражаемый абсолютной величиной разности давлений между окружающей средой и полостью дыхания.
3.17 указатель минимального давления: Устройство дыхательного аппарата, позволяющее водолазу определить, что в баллонах аппарата остался только резервный запас сжатого воздуха.
3.18 устройство принудительной подачи воздуха: Элемент дыхательного автомата, обеспечивающий подачу воздуха в полость дыхания, приводимый в действие вручную.
3.19 физиологический сигнал минимального давления: Сигнал, позволяющий водолазу определить по постепенному нарастанию сопротивления дыханию на вдохе, что в баллонах аппарата остался только резервный запас воздуха.
4 Общие технические требования
4.1 Характеристики (свойства)
4.1.1 Требования назначения
4.1.1.1 Аппарат должен сохранять работоспособность при использовании во всем диапазоне глубин, для работы на которых он предназначен в соответствии с техническими условиями на аппарат конкретного типа, но не более 60 м.
4.1.1.2 Аппарат должен сохранять работоспособность в любых пространственных положениях.
4.1.1.3 Аппарат должен обеспечивать дыхание водолаза с легочной вентиляцией от 7,5 до 60 л/мин*.
* Здесь и далее по тексту расходы воздуха приведены к давлению на глубине погружения водолаза (проведения испытаний).
Аппарат для профессионального использования должен обеспечивать дыхание водолаза с легочной вентиляцией от 7,5 до 90 л/мин [указывают в тактико-техническом задании (далее - ТТЗ)].
4.1.1.4 Аппарат должен обеспечивать возможность непрерывной принудительной подачи воздуха на дыхание не менее 60 л/мин. Аппарат для профессионального использования должен обеспечивать возможность непрерывной принудительной подачи воздуха на дыхание не менее 90 л/мин (указывают в ТТЗ).
4.1.1.5 Аппарат для профессионального использования должен обеспечивать возможность подключения на дыхание второго водолаза, при легочной вентиляции каждого водолаза не менее 45 л/мин (указывают в ТТЗ).
4.1.1.6 В аппарате должна быть предусмотрена возможность подключения к линии среднего давления, как минимум, одного шланга для поддува гидрокомбинезона, компенсатора плавучести или иного потребителя.
4.1.1.7 Конструкция аппарата должна предусматривать возможность установки, как минимум, одного прибора контроля давления в баллоне(ах) аппарата.
4.1.1.8 Аппарат должен быть работоспособным при давлении в баллонах от максимального рабочего до 1,0 МПа (10 кгс/см).
4.1.1.9 Аппарат должен быть герметичным в любых пространственных положениях при всех рабочих давлениях в баллонах.
4.1.1.10 Плавучесть аппарата в пресной воде с баллонами, заряженными до максимального давления, должна быть от 0 до минус 49 Н (5 кгс).
4.1.1.11 Масса комплекта незаряженного аппарата, размещаемого на водолазе для работы под водой, должна быть не более 33 кг.
4.1.1.12 Аппарат должен обеспечивать дыхание водолаза после расходования основного запаса воздуха при всплытии на поверхность со скоростью не более 10 м/мин и с легочной вентиляцией не менее 15 л/мин с глубин, для работы на которых он предназначен в соответствии с техническими условиями (далее - ТУ) на аппарат конкретного типа.
Давление резервного запаса воздуха должно составлять не менее 5,0 МПа (50 кгс/см).
4.1.1.13 Специальные требования к аппарату должны быть изложены в ТУ на аппарат конкретного типа.
Шланговый аппарат дополнительно должен:
- обеспечивать дыхание водолаза в случае прекращения (уменьшения) подачи сжатого воздуха от внешнего источника, обрыве (перерезании) или отсоединении шланга при всплытии на поверхность со скоростью не более 10 м/мин с глубин, для работы на которых он предназначен в соответствии с ТУ, или при переходе в водолазный колокол;
- обеспечивать ручное или автоматическое переключение на дыхание от баллонов аппарата в случае прекращения подачи воздуха по шлангу; если конструкцией предусмотрено автоматическое переключение на дыхание от баллонов аппарата, то он должен быть оборудован устройством, сигнализирующим водолазу и на водолазный пост о переходе на дыхание от баллонов аппарата;
- аппарат должен быть оборудован устройством, исключающим вытравливание (утечку) воздуха из аппарата и поступление в него воды при отсоединении (обрыве, перерезании) шланга подачи воздуха от внешнего источника, а также при снижении давления в шланге;
- конструкция аппарата должна обеспечивать возможность отсоединения шланга подачи воздуха от аппарата как на поверхности, так и под водой;
подводный дыхательный аппарат
Подводный дыхательный аппарат содержит рабочий блок с химическим источником кислорода, маску и дыхательную трубку, соединяющую маску с рабочим блоком. Рабочий блок выполнен в виде открытой снизу емкости, снабженной расположенной в верхней части этой емкости решеткой для размещения на ней химического источника кислорода в виде брикета вещества, выделяющего кислород при взаимодействии с водой, стабилизатором вертикального положения, индикатором отработки источника кислорода и газовым отводом для дыхательной трубки. Стабилизатор вертикального положения выполнен в виде трубки с газовой емкостью на верхнем конце и прозрачным нижним концом. Индикатор расположен в упомянутой прозрачной части трубки и поджат пружиной к верхнему торцу указанного брикета. Такое выполнение аппарата обеспечивает снижение его массообъемных характеристик, снижение ассортимента расходуемых продуктов, упрощение их состава и индикацию отработки продукта. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Формула изобретения
1. Подводный дыхательный аппарат, содержащий рабочий блок с химическим источником кислорода, маску и дыхательную трубку, соединяющую маску с рабочим блоком, отличающийся тем, что рабочий блок выполнен в виде открытой снизу емкости, снабженной расположенной в верхней части этой емкости решеткой для размещения на ней химического источника кислорода в виде брикета вещества, выделяющего кислород при взаимодействии с водой, стабилизатором вертикального положения, индикатором отработки источника кислорода и газовым отводом для дыхательной трубки, при этом стабилизатор вертикального положения выполнен в виде трубки с газовой емкостью на верхнем конце и прозрачным нижним концом, а индикатор расположен в упомянутой прозрачной части трубки и поджат пружиной к верхнему торцу указанного брикета.
2. Подводный дыхательный аппарат по п.1, отличающийся тем, что в качестве химического источника кислорода используются надперекиси щелочных металлов или перекиси щелочноземельных металлов или продукты на их основе.
3. Подводный дыхательный аппарат по п.1, отличающийся тем, что дыхательная трубка выполнена в теплоизоляционном исполнении.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к подводным дыхательным аппаратам индивидуального типа, использующим химические источники кислорода. Аппарат предназначен для погружения и работы под водой на малых средних глубинах.
В настоящее время широко используется аппарат с баллонами на сжатом воздухе с открытой схемой дыхания (акваланг). Для наполнения баллонов акваланга необходима привязка к воздушным компрессорным установкам. Перевозить заполненные баллоны на большие расстояния независимо от вида транспорта запрещено. Длительное хранение заполненных баллонов затруднительно из-за утечек и небезопасно из-за высокого давления, кроме того, баллоны должны подвергаться периодическому освидетельствованию через каждые 5 лет. Масса и объем акваланга, как правило, велики и неудобны для транспортирования по суше. Акваланг сложен в изготовлении (баллоны, автомат подачи воздуха) и поэтому стоит очень дорого. Все вместе взятое делает его малодоступным для рядового туриста (Справочник водолаза/ Под общ. ред. Е.П.Шиканова. - М.: Воениздат, 1973, стр. 88).
Известны шахтерские респираторы для горноспасателей, которые в принципе могут быть использованы для погружения в воду. В качестве источника кислорода в этом аппарате применяется сжатый кислород, а в качестве поглотителя углекислого газа - химический поглотитель известковый (ХПИ). Массогабаритные характеристики респиратора также велики [Диденко Н.С. Регенеративные респираторы для горноспасательных работ. - М.: Недра, 1984, стр. 156].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому аппарату является кислородный изолирующий дыхательный аппарат типа ИДА-64 с замкнутым циклом дыхания (Справочник водолаза/ Под общ. ред. Е.П.Шиканова. - М.: Воениздат, 1973, стр. 71).
Аппарат содержит рабочий блок, состоящий из регенеративных коробок с химическим источником кислорода на основе надперекиси калия и дыхательного мешка, баллон с кислородом, трубки вдоха и выдоха, клапанную коробку и маску.
Включение в аппарат осуществляется после полного удаления из мешка воздуха и заполнения его чистым кислородом из баллона. Включаясь, следует сделать полный выдох в атмосферу, после чего начать дышать в аппарат. Выдыхаемая газовая смесь из клапанной коробки поступает в регенеративные коробки. Проходя через вещество, она очищается от углекислого газа и обогащается кислородом. Очищенная смесь поступает в дыхательный мешок готовой для очередного вдоха. При недостатке газовой смеси в мешке во время погружения и в других случаях она пополняется чистым кислородом из баллона дыхательным автоматом. Давление в кислородном баллоне контролируется по выносному манометру. Избыток газовой смеси при уменьшении глубины вытравливается из мешка травяще-предохранительным клапаном. В качестве химических продуктов используются хемосорбционные блоки на основе перекисного соединения и поглотителя углекислого газа ХПИ.
Недостатками этого аппарата являются относительно высокие массо-объемные характеристики, затрудняющие транспортабельность аппарата с запасом химических продуктов (запасом кислорода) по суше. Кроме того, использование целого набора дефицитных переснаряжаемых компонентов фактически исключает возможность переснаряжения аппарата в полевых условиях. Существенным недостатком ИДА является также принципиальная невозможность контроля отработки продукта, т.е. времени защитного действия аппарата. Все это делает недоступным использование этого аппарата в массовом масштабе.
Указанные недостатки аппарата ИДА обусловлены тем, что хемосорбционная схема работы химических продуктов предъявляет особые требования к их составу и структуре. В результате резко снижается количество выделяемого кислорода от теоретического, степень уплотнения продуктов, и фактически невозможен контроль отработки (время защитного действия аппарата). Технология изготовления химических продуктов усложнена, что приводит к их удорожанию.
Задачей изобретения является снижение массообъемных характеристик аппарата, снижение ассортимента расходуемых продуктов, упрощение их состава и индикация отработки продукта.
Задача решается предлагаемым изобретением, согласно которому в аппарате, включающем рабочий блок с химическим источником кислорода, маску и дыхательную трубку, рабочий блок выполнен в форме открытой снизу емкости, снабженной газовым отводом для дыхательной трубки, стабилизатором вертикального положения и индикатором отработки источника кислорода.
В качестве химического источника кислорода используются надперекиси щелочных металлов или перекиси щелочно-земельных металлов или продукты на их основе.
Масса рабочего блока 4 сбалансирована таким образом, чтобы средняя результирующая плавучесть его при дыхании была немного положительной. При этом центр результирующей подъемной силы, расположенной по вертикали рабочего блока 4, всегда выше центра тяжести. Благодаря такой конструкции рабочий блок 4 всегда занимает в воде устойчивое вертикальное положение и при случайных колебаниях или наклонах автоматически быстро возвращается в исходное вертикальное положение по принципу "Ваньки-встаньки".
Рабочий блок 4 соединен с маской 1 гибкой дыхательной трубкой 3 с краном 10 и крепится к поясу или спине тросиком 11 (~0,6 м). Такое крепление рабочего блока обеспечивает пловцу достаточную свободу для кантования при сохранении блока 4 в вертикальном положении. Вертикальное положение блока 4 дает также надежную ориентацию пловца в пространстве.
Роль дыхательного мешка выполняет частично гибкая газовая емкость 8 стабилизатора 6 и частично колебание жидкости в нижней части рабочего блока 4.
Аппарат имеет также сборник осадка соды 12. Дыхательная смесь из аппарата не выбрасывается.
Аппарат работает следующим образом. Для дыхания используется кислород, выделяемый брикетом 5 при его контакте с водой. В качестве химического источника кислорода используются надперекиси щелочных металлов, или перекиси щелочно-земельных металлов, или продукты на их основе. Поглощение углекислого газа осуществляется водным раствором продуктов гидролиза. Аппарат при дыхании работает в автоматическом маятниковом режиме.
Снаряжение аппарата брикетом 6 производится непосредственно перед спуском. Для захода в воду достаточно открыть кран 10 и одеть маску 1 с фильтром 2.
При вдохе вода через открытое снизу пространство входит внутрь рабочего блока 4 и реагирует с брикетом источника 5 с получением кислорода. При избытке кислорода вода вытесняется газом от брикета 5 вниз, и реакция прекращается.
При выдохе газ через дыхательную трубку 3 поступает в рабочий блок 4, жидкость отступает вниз и обеспечивает поглощение углекислого газа с образованием соды. Часть соды растворяется в водной среде, а часть оседает в сборнике 12. Концентрация соды в сбрасываемом растворе много ниже предельно допустимой и таким образом совершенно безопасна для человека.
Контроль степени отработки брикета производится по изменяющейся высоте брикета 5 с помощью индикатора 9.
Для примера брикет 6 из надперекиси натрия массой 250-260 г и объемом 140-150 см 3 обеспечивает работу аппарата под водой в течение одного часа. Масса осадка при растворении такого брикета составляет примерно 160 г.
Стабилизатор 6 всегда автоматически устойчиво обеспечивает вертикальное положение всего рабочего блока.
Газовая емкость 8 стабилизатора 6 может быть гибкой и частично выполнять роль дыхательного мешка.
Для исключения непосредственного контакта надперекисного продукта с руками и окружающими предметами при снаряжении брикет 6 герметично покрыт тонким слоем (0,5-2 мм) специального вещества, не влияющего на работоспособность брикета 5 в аппарате. До снаряжения брикеты герметично хранятся в легкой полиэтиленовой таре.
После всплытия перекрывается кран 10 и маска 1 снимается. Процедура переснаряжения аппарата предельно упрощена и сокращена до 1-2 мин.
Длина тросика 11 и место его крепления на теле пловца выбираются из целей удобства.
Указанный принцип действия аппарата проверен экспериментально на макетном образце.
Такое техническое решение дает возможность
1. Использовать надперекись натрия как наиболее эффективный кислородоноситель фактически в чистом виде;
2. Использовать кислородоноситель в предельно компактной (уплотненной) форме;
3. Использовать окружающую водную среду для поглощения углекислого газа и растворения отходов.
4. Использовать выделяемое реакцией тепло для подогрева дыхательной смеси, поступающей на вдох.
В результате существенно снижается масса и объем химического источника кислорода на единицу объема получаемого кислорода. Упрощается конструкция аппарата. По расчетным данным (см. табл.) масса аппарата снижается в 4,7 раза, а объем аппарата - в 2,8 раза. Расходуемая масса продукта, приходящаяся на 1 м 3 кислорода, меньше чем для аппарата ИДА в 2,8 раза, а объем - в 4,3 раза. Если бы пришлось перевозить аппараты с запасом продукта (кислорода) на 6 часов работы под водой (запас кислорода 400-411 л), то для предлагаемого аппарата по сравнению с аппаратом ИДА транспортируемая масса необходима в 4 раза меньше, а объем - почти в 2,5 раза меньше.
Вместо трех дефицитных, относительно дорогих расходуемых компонентов (хемосорбционные блоки на основе перекисного соединения, поглотителя ХПИ и сжатого кислорода в баллоне) можно пользоваться одним брикетом из чистой надперекиси натрия или калия. Процедура переснаряжения аппарата упрощается и сокращается (в течение 1-2 мин).
Сравнительная простота конструкции предлагаемого аппарата и отсутствие баллонов делает их изготовление недорогим. По расчетам в 10-30 раз дешевле акваланга и 3-5 раз дешевле аппарата ИДА. Стоимость 1 м 3 кислорода, получаемого из брикета надперекиси натрия, становится в 5-8 раз дешевле стоимости кислорода, получаемого в аппарате ИДА.
В результате все перечисленные преимущества предлагаемого аппарата делают его доступным для массового использования.
1.2.2. ДЫХАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ ЗАМКНУТОГО ЦИКЛА
За рубежом дыхательные аппараты замкнутого цикла называют ребризерами. Ребризер (от англ. Re - приставка, обозначающая повторение какого-либо действия, и англ. Breath - дыхание, вдох) - дыхательный аппарат, в котором углекислый газ, выделяющийся в процессе дыхания, поглощается химическим составом (химпоглотителем), затем смесь обогащается кислородом и подаётся на вдох. Русское название ребризера - изолирующий дыхательный аппарат (ИДА).
Первый такой аппарат был создан и применен британским изобретателем Генри Флюссом в середине XIX века при работе в затопленной шахте (значительно раньше акваланга). Кислородный ребризер замкнутого цикла имеет все основные детали, характерные для ребризера любого типа: дыхательный мешок, коробка с химпоглотителем (ХПИ), дыхательные шланги с клапанной коробкой, байпасный клапан (ручной) или дыхательный автомат, травящий клапан и баллон с редуктором высокого давления.
Принцип работы следующий: кислород из дыхательного мешка поступает через невозвратный клапан в легкие водолаза, оттуда, через другой невозвратный клапан кислород и образовавшийся при дыхании углекислый газ попадает в коробку с ХПИ, где углекислый газ связывается натриевой известью, а оставшийся кислород возвращается в дыхательный мешок. Кислород, заменяющий потребленный водолазом, подается в дыхательный мешок дыхательным автоматом, или байпасом, когда мешок сжимается при вдохе.
При погружении обжим дыхательного мешка компенсируется либо за счет срабатывания дыхательного автомата, либо с помощью ручного байпаса, управляемого самим водолазом. Надо заметить, что, несмотря на название «замкнутый», любой ребризер замкнутого цикла выпускает через травящий клапан пузырьки дыхательного газа во время всплытия. Чтобы избавиться от пузырей, на травящие клапаны устанавливают колпачки из мелкой сетки или поролона. Это простое устройство весьма эффективно и снижает диаметр пузырьков до 0,5 мм. Такие пузырьки полностью растворяются в воде уже через полметра и не демаскируют водолаза на поверхности.
Принципиальная схема аппарата замкнутого цикла приведена на рис. 4.
Рис. 4. Принципиальная схема дыхательного аппарата замкнутого цикла.
Впускной клапан на данной схеме и есть дыхательный автомат, который подаёт кислород в дыхательный мешок. Перепускной вентиль служит для прямого наполнения дыхательного мешка в обход редуктора, когда кислород заканчивается (типа байпаса).
Ограничения, присущие кислородным ребризерам замкнутого цикла, обусловлены в первую очередь тем, что в данных аппаратах применяется чистый кислород, парциальное давление которого и является ограничивающим фактором по глубине погружения. Так, в теплой воде при минимальной физической нагрузке. В военно-морском флоте НАТО такой предел составляет 12 метров, а в ВМФ России - 20 метров.
В России в 1973 г. был создан дыхательный аппарат ИДА-71, которым пользовались военные. Для выработки кислорода в нём использовалось вещество О3. Это аналог пластин ВПВ, которые используются в регенеративных патронах для выработки кислорода на подводных лодках, только здесь оно засыпается в регенеративную коробку в виде гранул (за рубежом это вещество не выпускается). Кислородный баллон малой ёмкости - 1,3 л был необходим только для заполнения дыхательного мешка при погружении. Поскольку это кратковременный режим, а основной режим - плавание на постоянной глубине, то работало в основном вещество О3, которого хватало на 5 - 6 часов плавания (в зависимости от температуры воды). Принципиальная схема дыхательного аппарата ИДА-71 приведена на рис. 5.
К ИДА-71 мог также подключаться дополнительный баллон, ёмкостью 1,3 л, с 40% азотно-кислородной смесью, который крепился на бедре водолаза. Он позволял водолазу работать на глубине до 40 м.
Принципиальная схема аппарата ИДА-71У.
Баллон подключался и отключался автоматически, когда глубина достигала 18 - 20 м. После чего водолаз делал трёхкратную промывку дыхательного мешка и лёгких.
Аппарат имеет две дыхательные коробки - одна с веществом ХПИ, другая с О3. Однако в холодной воде (около 0 градусов) вещество ХПИ и О3 работают плохо (их надо предварительно «раздышать»). Поэтому водолазы часто обе дыхательные коробки заполняли веществом О3. Оно тоже хорошо поглощает углекислый газ и увеличивает время работы аппарата. Внешний вид ИДА-71У, с полумаской и клапанной коробкой приведён на рис. 6.
Рис. 6. Внешний вид дыхательного аппарата ИДА-71У.
Аппарат выпускался с магнитным (стальным) и немагнитным (дюралюминиевым) кислородным баллоном. Немагнитный вариант нужен был инженерным войскам при разминировании участка побережья для высадки десанта.
Дыхательный аппарат ИДА-71 до сих пор является лучшим в мире по продолжительности пла-вания. За рубежом в подобных аппаратах с замкнутым циклом не применяют вещество О3 для выработки кислорода. Оно считается опасным, поскольку при попадании воды, образует щёлочь и может вызвать химический ожёг лёгких. Вместо него используют баллон с кислородом ёмкостью 5 л и дыхательный автомат для его автоматической подачи.
Автор книги перед погружением в снаряжении СЛВИ с дыхательным аппаратом ИДА-71п. (опытный образец №4).
Чтобы водолаз не испытывал затруднения дыхания (вызванное нехваткой объёма воздуха в дыхательном мешке, которая и включает дыхательный автомат) было решено осуществлять постоянную подачу кислорода через калиброванную дюзу со скоростью 1 - 1,5 литра в минуту. Этого хватает при малой физической нагрузке водолаза. Мешок при этом раздут и сопротивление дыханию минимальное. Травящий (предохранительный) клапан мешка постоянно выпускает мелкие пузырьки газа. При увеличении нагрузки периодически срабатывает дыхательный автомат, компенсируя нехватку кислорода. Такие дыхательные аппараты получили название полузамкнутые. На них мы остановимся ниже.
В последние годы в США стали выпускать дыхательные аппараты замкнутого цикла с электронным управлением составом дыхательной смеси. Внешний вид ИДА с электронным управлением представлен на рис. 7.
Рис. 7. Внешний вид ИДА с электронным управлением (США).
Впервые такой аппарат был изобретен Вальтером Старком и назывался Electrolung. Принцип функционирования состоит в том, что нейтральный газ (азот или гелий) подается ручным или автоматическим байпасным клапаном для компенсации обжима дыхательного мешка при погружении, а кислород подается с помощью электромагнитного клапана, управляемого микропроцессором. Микропроцессор опрашивает 3 кислородных датчика, сравнивает их показания и, усредняя два ближайших, выдает сигнал на соленоидный клапан. Показания третьего датчика, отличающиеся от двух других сильнее всего - игнорируются. Обычно соленоидный клапан срабатывает раз в 3—6 секунд в зависимости от потребления водолазом кислорода.
Погружение выглядит примерно так: водолаз вводит в микропроцессор два значения парциального давления кислорода, которые электроника будет поддерживать на разных этапах погружения. Обычно это 0,7 ата для выхода с поверхности на рабочую глубину и 1,3 ата для нахождения на глубине, прохождения декомпрессии и всплытия до 3-х метров. Переключение осуществляется тумблером на консоли ребризера. В процессе погружения водолаз обязан контролировать работу микропроцессора для выявления возможных проблем с электроникой и датчиками.
Конструктивно ребризеры замкнутого цикла с электронным управлением практически не имеют ограничений по глубине и реальная глубина, на которой возможно их использование, обусловлена в основном погрешностью кислородных датчиков и прочностью корпуса микропроцессора. Обычно предельная глубина составляет 150 - 200 метров. Других ограничений электронные ребризёры замкнутого цикла не имеют.
Основным недостатком этих ребризёров, существенно ограничивающим их распространение является высокая цена самого аппарата и расходных материалов. Важно помнить, что обычные компьютеры и декомпрессионные таблицы не подходят для погружений с электронными ребризерами, поскольку парциальное давление кислорода остается неизменным на протяжении практически всего погружения. С ребризерами такого типа должны использоваться либо специальные компьютеры (VR-3, VRX, Shearwater Predator, DiveRite NitekX, HS Explorer) или же погружение должно рассчитываться предварительно с помощью таких программ, как Z-Plan или V-Planer по минимально возможному парциальному давлению кислорода (при этом необходимо очень строго следить, чтобы значение парциального давления не снижалось ниже расчётного, иначе риск получить декомпрессионную болезнь многократно возрастает).
Разработка подводных дыхательных аппаратов. Физиологические требования к дыхательным аппаратам
СНАРЯЖЕНИЕ ВОДОЛАЗНОЕ. АППАРАТ ВОДОЛАЗНЫЙ ДЫХАТЕЛЬНЫЙ С ПОЛУЗАМКНУТОЙ СХЕМОЙ ДЫХАНИЯ
Общие технические требования
Equipment for diving. Diving breathing apparatus with a half breath scheme. General technical requirements
Дата введения 2017-12-01
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью "Дайвтехносервис"
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК-416 "Гипербарическая техника"
5 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Август 2019 г.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает общие требования к устройству и конструкции аппаратов водолазных дыхательных с полузамкнутой схемой дыхания по ГОСТ Р 52119, а также к составным частям таких аппаратов.
Требования настоящего стандарта не распространяются на аппараты водолазные с полузамкнутой схемой дыхания с жидким состоянием компонентов дыхательной газовой смеси, а также на аппараты водолазные с полузамкнутой схемой дыхания, разработанные до даты введения настоящего стандарта.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 2.608 Единая система конструкторской документации. Порядок записи сведений о драгоценных материалах в эксплуатационных документах
ГОСТ 12.2.052 Система стандартов безопасности труда. Оборудование, работающее с газообразным кислородом. Общие требования безопасности
ГОСТ 14.201 Обеспечение технологичности конструкции изделий. Общие требования
ГОСТ 20.39.108 Комплексная система общих технических требований. Требования по эргономике, обитаемости и технической эстетике. Номенклатура и порядок выбора
ГОСТ 2405 Манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры. Общие технические условия
ГОСТ 2991 Ящики дощатые неразборные для грузов массой до 500 кг. Общие технические условия
ГОСТ 5959 Ящики из листовых древесных материалов неразборные для грузов массой до 200 кг. Общие технические условия
ГОСТ 5962 Спирт этиловый ректификованный из пищевого сырья. Технические условия
ГОСТ 30631 Общие требования к машинам, приборам и другим техническим изделиям в части стойкости к механическим внешним воздействующим факторам при эксплуатации
ГОСТ Р 51908 Общие требования к машинам, приборам и другим техническим изделиям в части условий хранения и транспортирования
ГОСТ Р 52119-2003 Техника водолазная. Термины и определения
ГОСТ Р 56627 Снаряжение водолазное. Аппараты водолазные дыхательные. Классификация
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 52119, а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 (водолазный) дыхательный аппарат с полузамкнутой схемой дыхания: Дыхательный аппарат, в котором дыхательная газовая смесь формируется в дыхательном мешке путем постоянной подачи газовой смеси из водолазного шланга или баллонов через редуктор и подается водолазу через клапанную коробку с последующей очисткой ее после выдоха от диоксида углерода в регенеративной коробке.
Примечание - Применительно к дыхательному аппарату с полузамкнутой схемой дыхания далее в тексте стандарта вместо термина "регенеративная коробка" используется термин "поглотительная коробка".
3.2 поглотительная коробка: Емкость, предназначенная для размещения химического поглотителя диоксида углерода, в которой происходит процесс очистки дыхательной газовой смеси от диоксида углерода.
3.3 легочная вентиляция: Объем газовой смеси, прошедший при дыхании через легкие человека за одну минуту.
Примечание - Применительно к дыхательному аппарату с полузамкнутой схемой дыхания используется как объем газовой смеси, циркулирующей по дыхательному контуру аппарата за одну минуту.
3.4 дыхательный автомат: Устройство, автоматически подающее дыхательную газовую смесь в дыхательный контур аппарата при недостатке ее на вдох под давлением, соответствующим давлению окружающей среды.
Примечание - Конструкция дыхательного автомата может предусматривать и удаление выдыхаемой газовой смеси в окружающую среду после выдоха.
3.5 вредное пространство: Объем внутренней полости клапанной коробки, ограниченный ртом водолаза и клапанами вдоха и выдоха.
4 Классификация
4.1 По конструктивно-технологическим признакам (по ГОСТ Р 56627) водолазные дыхательные аппараты с полузамкнутой схемой дыхания (далее - аппараты) должны быть:
а) по составу дыхательной газовой смеси (далее - ДГС):
б) по физическому состоянию компонентов ДГС:
- с компонентами ДГС в газообразном состоянии;
в) по принципу формирования ДГС:
- с механическим принципом формирования ДГС;
г) по принципу регенерации ДГС:
- с раздельным способом регенерации.
4.2 Аппараты по 4.1 подразделяются:
4.2.1 по глубине водолазного спуска:
- для малых глубин - до 20 метров;
- для средних глубин - до 60 метров;
- глубоководные - более 60 метров.
4.2.2 по конструктивному исполнению:
4.2.3 по периоду использования:
4.2.4 по способу обеспечения ДГС:
4.2.5 по принципу контроля минимального давления ДГС:
- с визуальным контролем;
- со звуковым контролем;
- со световым контролем;
- с тактильным контролем;
4.2.6 по уровню магнитности:
4.2.7 дополнительно аппараты подразделяются по наличию и способу обогрева ДГС:
- без обогрева ДГС;
- с пассивным обогревом ДГС;
- с активным обогревом ДГС.
5 Технические требования
5.1 Основные показатели и характеристики (свойства)
5.1.1 Показатели назначения
5.1.1.1 Аппарат должен сохранять работоспособность при использовании в любых пространственных положениях и во всем диапазоне глубин, для работы на которых он предназначен в соответствии с тактико-техническим (техническим) заданием [далее - ТТЗ (ТЗ)] на аппарат.
5.1.1.2 Шланговый аппарат должен обеспечивать дыхание водолаза дыхательной газовой смесью, формируемой в дыхательном мешке путем постоянной подачи газовой смеси из водолазного шланга с поверхности или из баллона (баллонов) аппарата.
Состав газовых смесей, используемых в шланговом аппарате для формирования ДГС, указывают в ТТЗ (ТЗ) на аппарат.
В глубоководном шланговом аппарате, как правило, должны применяться нормированные по содержанию кислорода газовые смеси [1], если иное не задано в ТТЗ (ТЗ) на аппарат.
Примечание - Здесь и далее по тексту стандарта смесь газов, непосредственно используемая для дыхания в аппарате, именуется как дыхательная газовая смесь (ДГС). Смесь газов или газы, поступающие в аппарат по водолазному шлангу или хранящиеся в баллонах аппарата, именуются как газовая смесь (газы).
5.1.1.3 Автономный аппарат должен обеспечивать дыхание водолаза дыхательной газовой смесью, формируемой в дыхательном мешке путем постоянной подачи газовой смеси или газов из баллона (баллонов) аппарата.
Состав газовых смесей или газов, используемых в автономном аппарате для формирования ДГС, указывают в ТТЗ (ТЗ) на аппарат.
5.1.1.4 Шланговый аппарат должен предусматривать подачу газовой смеси в дыхательный мешок, как правило, по двум режимам: основному (рабочему) - из водолазного шланга с поверхности, и резервному (аварийному) - из баллона (баллонов) аппарата.
Нужен полный текст и статус документов ГОСТ, СНИП, СП?
Попробуйте профессиональную справочную систему
«Техэксперт: Базовые нормативные документы» бесплатно
НОРМЫ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНИКА ПОЖАРНАЯ. ДЫХАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ СО СЖАТЫМ ВОЗДУХОМ ДЛЯ ПОЖАРНЫХ.
ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ.
МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ
Fire equipment. breathing apparatuses with compressed air for fireman.
General techical requirements. Test methods
Дата введения 2001-10-01
РАЗРАБОТАНЫ Главным управлением Государственной противопожарной службы Министерства внутренних дел Российской Федерации (ГУГПС МВД России) (В.В.Кудаленкин), Федеральным государственным учреждением "Всероссийский ордена "Знак Почета" научно-исследовательский институт противопожарной обороны" Министерства внутренних дел Российской Федерации (ФГУ ВНИИПО МВД России) (В.В.Пивоваров, В.И.Логинов, В.Н.Чиркунов, Ю.Н.Маслов).
ВНЕСЕНЫ и подготовлены к утверждению отделом пожарной техники и вооружения ГУГПС МВД России.
УТВЕРЖДЕНЫ приказом ГУГПС МВД России от 7 сентября 2001 г. N 65.
ВВОДЯТСЯ ВЗАМЕН НПБ 165-97.
1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
1.1. Настоящие нормы распространяются на дыхательные аппараты со сжатым воздухом для защиты органов дыхания и зрения пожарных (далее - дыхательные аппараты) от вредного воздействия непригодной для дыхания токсичной и задымленной газовой среды при тушении пожаров в зданиях, сооружениях и на производственных объектах различного назначения.
1.2. Настоящие нормы устанавливают общие технические требования к дыхательным аппаратам и методы их испытаний.
1.3. Настоящие нормы применяются на стадиях разработки, изготовления и испытания дыхательных аппаратов, а также при их сертификации в Системе сертификации в области пожарной безопасности.
2. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В настоящих нормах используются следующие термины с соответствующими определениями.
2.1. Дыхательный аппарат со сжатым воздухом - изолирующий резервуарный аппарат, в котором запас воздуха хранится в баллонах в сжатом состоянии. Дыхательный аппарат работает по открытой схеме дыхания, при которой вдох осуществляется из баллонов, а выдох - в атмосферу.
2.2. Подвесная система дыхательного аппарата - составная часть дыхательного аппарата, состоящая из спинки (основания), системы ремней (плечевых, поясных, концевых) с пряжками для регулировки и фиксации дыхательного аппарата на теле человека.
2.3. Внешнее или легочное дыхание - совокупность процессов, при которых осуществляется обмен воздуха между внешней средой и легкими, а также обмен газов между поступившим в легкие воздухом и кровью, т.е. процессы, происходящие непосредственно в органах дыхания человека.
2.4. Условное время защитного действия дыхательного аппарата (мин) - период, в течение которого сохраняется защитная способность дыхательного аппарата при испытании на стенде-имитаторе внешнего дыхания человека в режиме выполнения работы средней тяжести (легочная вентиляция 30 дм/мин) при температуре окружающей среды (25±2) °С.
2.5. Фактическое время защитного действия дыхательного аппарата (мин) - период, в течение которого сохраняется защитная способность дыхательного аппарата при испытании на стенде-имитаторе внешнего дыхания человека в режиме от относительного покоя (легочная вентиляция 12,5 дм/мин) до тяжелой работы (легочная вентиляция 60 дм/мин) во всем диапазоне рабочих температур.
2.7. Дыхательный режим - совокупность взаимосвязанных значений следующих параметров: потребления кислорода в единицу времени при относительном объеме (дм/мин), выделения двуокиси углерода (дм/мин), дыхательного коэффициента, легочной вентиляции (дм/мин), частоты дыхания (мин) и дыхательного объема (дм).
2.8. Легочная вентиляция (дм/мин) - объем воздуха, прошедший при дыхании через легкие человека за одну минуту.
2.9. Дыхательный объем (дм) - величина, равная отношению объема воздуха, прошедшего через легкие человека за одну минуту, к частоте его дыхания.
2.10. Сигнальное устройство - приспособление, предназначенное для подачи звукового сигнала работающему о том, что основной запас воздуха в дыхательном аппарате израсходован и остался только резервный запас.
2.11. Модификация дыхательного аппарата - по РД 50-629.
3. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
3.1. Дыхательные аппараты в зависимости от климатического исполнения должны подразделяться на:
дыхательные аппараты исполнения У, категории размещения 1 по ГОСТ 15150 (далее - дыхательные аппараты общего назначения), рассчитанные на применение при температуре окружающей среды от минус 40 до 60 °С, относительной влажности до 95%;
дыхательные аппараты исполнения УХЛ, категории размещения 1 по ГОСТ 15150 (далее - дыхательные
аппараты специального назначения), рассчитанные на применение при температуре окружающей среды от
минус 50 до 60 °С, относительной влажности до 95%.
3.2. Требования назначения
3.2.1. Дыхательный аппарат общего назначения должен быть работоспособным в режимах дыхания, характеризующихся выполнением нагрузок от относительного покоя (легочная вентиляция 12,5 дм/мин) до очень тяжелой работы (легочная вентиляция 85 дм/мин) в диапазоне температур окружающей среды от минус 40 до 60 °С.
3.2.2. Дыхательный аппарат специального назначения должен быть работоспособным в режимах дыхания, характеризующихся выполнением нагрузок, указанных в п.3.2.1 настоящих норм, в диапазоне температур окружающей среды от минус 50 до 60 °С.
3.2.3. В состав дыхательного аппарата должны входить:
баллон (баллоны) с вентилем (вентилями);
редуктор с предохранительным клапаном;
легочный автомат с воздуховодным шлангом;
устройство дополнительной подачи воздуха (байпас);
звуковое сигнальное устройство;
лицевая часть с переговорным устройством;
сумка (футляр) для основной лицевой части.
Примечание. В состав дыхательного аппарата рекомендуется включать следующие устройства: спасательное устройство, подключаемое к дыхательному аппарату; быстроразъемное соединение для подключения спасательного устройства или устройства искусственной вентиляции легких; штуцер quick fill - штуцер для проведения быстрой дозаправки баллонов воздухом.
3.2.4. Условное время защитного действия (далее - ВЗД) дыхательного аппарата должно составлять не менее 60 мин.
3.2.5. Фактическое ВЗД дыхательного аппарата, в зависимости от температуры окружающей среды и степени тяжести выполняемой работы, должно соответствовать значениям, указанным в таблице 1.
Читайте также: