подводный дыхательный аппарат для скафандра водолаза

Формула изобретения

Подводный дыхательный аппарат для скафандра водолаза, содержащий рабочий блок, выполненный в виде открытой снизу емкости, снабженной решеткой для размещения брикета из надперекисного продукта, дыхательной трубкой и индикатором отработки брикета, отличающийся тем, что дополнительно содержит портативный газоанализатор кислорода, а скафандр водолаза разделен на две газоизолированные части, одна из которых (головная) соединена через дыхательную трубку с рабочим блоком аппарата, а вторая (нижняя) соединена с головной частью через клапан перепуска газа и заполнена воздухом или физиологически индифферентным газом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к индивидуальным изолирующим дыхательным аппаратам, обеспечивающим жизнедеятельность человека под водой. Данный аппарат может применяться подводниками при выходе из затонувшей подводной лодки методом свободного всплытия или выходе по буйрепу, а также при выполнении легких водолазных работ.

Известен регенеративный патрон водолазного дыхательного аппарата (патент РФ № 2114655, МПК А62В 19/02, 10.07.98). В этом патроне используется регенеративный продукт и химический поглотитель (ХПИ).

Недостатком этого патрона является сложность переснаряжения, большие габариты и большая масса регенеративного продукта.

Известен водолазный дыхательный аппарат для работы на неизменных глубинах (авт. св. СССР № 187553, кл. 65в, 10, 11.10.66).

Аппарат содержит патрон с регенеративным продуктом на основе надперекиси калия (О-3), патрон с химическим поглотителем (ХПИ) диоксида углерода, маску с клапанами вдоха и выдоха, дыхательный мешок и устройство регулирования необходимого объема дыхательной смеси. Конструктивное выполнение аппарата обеспечивает постоянный коэффициент регенерации и постоянное поступление кислорода в дыхательный мешок в объеме, равном объему поглощаемого водолазом кислорода.

Однако этот аппарат имеет большую массу и значительный объем переснаряжаемой части аппарата.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является подводный дыхательный аппарат (патент РФ №2240257, МПК В63С 11/24, 20.11.04).

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. Рабочий блок снабжен индикатором отработки источника кислорода.

Однако такой аппарат позволяет нормально работать только на малых глубинах (не более 10 м) и в течение относительно небольшого промежутка времени. Дело в том, что на большей глубине пловец вынужден дышать азотно-кислородной смесью с повышенным содержанием кислорода и при повышенном давлении газовой смеси. Если такой смесью дышать длительное время, кислород становится токсичным.

Задачей изобретения является создание аппарата, обеспечивающего возможность автоматической корректировки состава газовой смеси до соответствующего давлению внешней среды, в которой находится водолаз, и тем самым дающего возможность водолазу безвредно работать даже на средних глубинах (до 60 м).

Задача решается изобретением, согласно которому подводный дыхательный аппарат для скафандра водолаза, содержащий рабочий блок, выполненный в виде открытой снизу емкости, снабженной решеткой для размещения брикета из надперекисного продукта, дыхательной трубкой и индикатором отработки брикета, дополнительно содержит портативный газоанализатор кислорода, а скафандр водолаза разделен на две газоизолированные части, одна из которых (головная) соединена через дыхательную трубку с рабочим блоком аппарата, а вторая (нижняя) соединена с головной частью через клапан перепуска газа и заполнена воздухом или физиологически индифферентным газом (например, азотом, гелием или их смесью).

Такое конструктивное выполнение аппарата позволяет держать парциальное давление кислорода в дыхательной смеси примерно постоянным (в пределах 160-180 мм рт.ст.) и поддерживать также объем дыхательной смеси в головной части скафандра вне зависимости от давления внешней среды. Верхний предел парциального давления кислорода ограничен его вредным воздействием на организм.

Существенными признаками, отличающими изобретение, являются следующие:

1. Аппарат дополнительно содержит портативный газоанализатор кислорода.

2. Скафандр водолаза разделен на две газоизолированные части, одна из которых (головная) соединена через дыхательную трубку с рабочим блоком аппарата, а вторая (нижняя) соединена с головной частью через клапан перепуска газа и заполнена воздухом или физиологически индифферентным газом.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Подводный дыхательный аппарат для скафандра водолаза содержит рабочий блок 1 аппарата. Рабочий блок 1 представляет собой емкость, открытую снизу для свободного доступа воды. Внутри рабочего блока 1 на решетке 2 помещен брикет 3 источника кислорода (продукт на основе надперекиси щелочного металла). Далее рабочий блок 1 имеет индикатор 4 отработки брикета с тросиком, для вывода показаний на панель обзора, и дыхательную трубку 5, подсоединенную к головной части скафандра через аэрозольный фильтр 7. В головной части 9 скафандра размещен предохранительный клапан 8 сброса газа и датчик 10 кислорода. Головная часть 9 газового объема скафандра (шлем) отделена от нижней части 14 этого объема гибкой газонепроницаемой перегородкой 11, относительно герметично облегающей по шее водолаза. Степень герметичности определяется разностью давлений в головной и нижней частях газового объема, т.е. примерно 170 мм вод.ст. Для перепуска газа из нижней части 14 газового объема в головную часть 9 под действием указанного давления используется клапан 6. На панели обзора находится портативный газоанализатор кислорода 12 (например, портативный газоанализатор кислорода ПГК-06 с датчиком кислорода ДК-21), соединенный с датчиком кабелем. В нижней части скафандра также предусмотрен предохранительный клапан 13 сброса газа.

Аппарат работает следующим образом.

Для дыхания используется кислород, выделяемый брикетом 3 при его контакте с водой. В качестве химического источника кислорода используются надперекиси щелочных металлов, или перекиси щелочноземельных 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 3 на решетку 2 рабочего блока 1 производится непосредственно перед спуском. Кроме того, перед погружением нижняя газовая часть скафандра 14 заполняется воздухом (или азотом, гелием) в степени, необходимой для соответствующей планируемой глубины, и возможности погружения (обеспечения отрицательной плавучести). Обычно газовый объем нижней части скафандра значительно больше объема головной части (примерно в 3-7 раз), поэтому азотная подпитка головной части на глубине до 60 м вполне допустима даже без использования баллонов и дополнительной подкачки воздуха с поверхности.

При погружении на вдохе вода через открытое снизу пространство входит внутрь рабочего блока 1 и реагирует с брикетом 3 источника с получением кислорода. Кислород через дыхательную трубку 5 и аэрозольный фильтр 7 поступает на дыхание. При избытке кислорода вода вытесняется газом от брикета 3 вниз, и реакция прекращается.

При выдохе газ через дыхательную трубку 5 поступает в рабочий блок 1, жидкость отступает вниз и обеспечивает поглощение углекислого газа с образованием соды, которая растворяется в водной среде.

Контроль степени отработки брикета 3 производится по изменяющейся высоте брикета с помощью индикатора 4.

С погружением на глубину будет происходить нарастание давления и сжатие объема газовой смеси в нижней части 14 скафандра. При этом в верхней головной части 9 объема его компенсация будет происходить за счет нарастания доли кислорода, что нежелательно из-за его токсичности. Поэтому при достижении парциального давления кислорода более 180 мм рт.ст. по сигналу газоанализатора 12 происходит автоматическое открытие перепускного клапана 6, и часть воздуха из нижней части скафандра водолаза перейдет в верхнюю часть за счет разности давлений, обеспечиваемых разностью высот (примерно 1000-1300 мм вод.ст.). Таким образом, содержание азота в головной части 9 скафандра увеличится, так как избыток кислорода будет расходоваться на дыхание. При достижении парциального давления кислорода менее 160 мм рт.ст. по сигналу газоанализатора происходит автоматическое закрытие перепускного клапана 6. Выброса газа в окружающую водную среду при погружении не происходит.

При необходимости погружения на большую глубину (более 60 м) необходимы дополнительные объемы гелия и азота, в баллонах. Дополнительный объем азота может быть получен также с помощью твердого источника азота, автоматически включаемого на требуемой глубине.

При подъеме водолаза на поверхность и общем снижении давления внутри скафандра избыток азота должен быть удален из головной части 9 скафандра. Для этого по сигналу газоанализатора 12 при достижении парциального давления кислорода менее 160 мм рт.ст. автоматически открывается предохранительный клапан 8 сброса избытка газа во внешнюю среду и большая часть азота таким образом удаляется. Затем при достижении парциального давления кислорода более 180 мм рт.ст. по сигналу газоанализатора происходит закрытие клапана 8. Сброс избытка газа в нижней части 14 скафандра происходит автоматически через клапан 13.

Для работы водолаза на переменных глубинах или необходимости экономии инертного газа, например гелия, можно исключить выброс газа при подъемах через клапан 8. Для этого при достижении в головной части скафандра (шлеме) парциального давления кислорода менее 160 мм рт.ст. по сигналу газоанализатора часть газа может быть перекачена в нижнюю часть скафандра, например, вентилятором (не показан). Напор вентилятора должен быть не менее 1500 мм вод.ст. В этом случае обеспечивается предельно низкий расход дыхательной смеси.

В качестве примера допустим, что водолаз должен погрузиться на глубину 40 м. Внешнее давление среды для этой глубины соответствует величине 5 атм. Содержание кислорода в дыхательной смеси должно быть не более 5%. Исходное количество воздуха в шлеме (на поверхности) составляет примерно 8 нл. Тогда исходное количество воздуха в нижней части скафандра должно быть не менее 43 нл, так как для создания требуемой дыхательной смеси до глубины 40 м требуется пропустить в шлем 39 нл воздуха.

Предлагаемый аппарат значительно проще всех известных (например, воздушно-кислородное снаряжение ВКС-57 или гелиокислородное снаряжение ГКС-3М, Справочник водолаза, под общ. ред. Шиканова Е.П. - М.; Воениздат, 1973, стр.28-30), а следовательно, надежнее в работе. Кроме того, на средних глубинах предлагаемый аппарат позволяет исключить использование баллонов со сжатым газом или использовать их только в качестве страховочных элементов. Подкачка воздуха с поверхности не требуется. Аппарат отличается также предельно экономным расходом дыхательной газовой смеси (отсутствует сброс газа в окружающую среду) и предельно низким сопротивлением дыханию (нет слоя хемосорбента). Содержание углекислого газа в дыхательной смеси также предельно низкое, расход продукта лимитируется потребностью в кислороде.