11.07.2024
К 170-летию создания изолирующих приборов для защиты органов дыхания (респираторов) для горноспасателей.
История создания прибора, способного защитить легкие человека от вредной окружающей среды, уходит далеко в прошлое. Еще на заре зарождения горнорудной и угольной промышленности, при оказании помощи горнорабочим, добровольцами-спасателями применялись плотные мешки, заполненные чистым воздухом из которых спасатель производил вдох, а выдох - в окружающую среду. Это были первые примитивные газозащитные устройства. Первый дыхательный прибор на сжатом кислороде – респиратор* был разработан в 1854 году бельгийским профессором Т. Шванном. Прибор состоял из двух семилитровых металлических баллонов, заполненных кислородом под давлением 0,6 – 0,7 МПа, регенеративного патрона для очистки выдыхаемого (с ручной подачей) воздуха от углекислого газа и дыхательного мешка. Дыхание в респираторе осуществлялось через загубник, нос при этом перекрывался носовым зажимом. Подача кислорода из баллона регулировалась вручную. В регенеративном патроне выдыхаемый воздух очищался от углекислого газа зернами гидрата окиси кальция, пропитанного раствором щелочи. Время работы в респираторе ограничивалось 30-35 минутами, масса респиратора составляла 24 кг. * респиратор (нем.) – носитель воздуха; (лат.) – дыхание. В конструкции аппарата уже учитывались физиологические особенности дыхания - в состоянии покоя потребление кислорода человеком составляло 0,5л/мин, а при выполнении работ, с увеличением нагрузки – от 1,5 до 3,0 л/мин.
Рис. 1. Первые регенеративные аппараты на сжатом кислороде:
а – регенеративный аппарат Шамрона;
б – горноспасательный аппарат Галибера;
в – горноспасательный аппарат Нейперта;
г – шланговый аппарат Дрегера.
Основным недостатком первого респиратора была ручная регулировка подачи кислорода. Схема поступления и распределения кислорода в респираторе представляла следующее: кислород из баллона поступал в камеру высокого давления, а из нее – в расходную камеру. Избыточное давление в камере выгибало диафрагму и специальным клапаном запирало отверстие подачи кислорода. После падения давления в расходной камере диафрагма возвращалась в исходное положение и открывала отверстие между камерами. Позднее в конструкции респираторов для нагнетания очищенного воздуха в зону вдоха был применен инжектор, но в 1918 году от него отказались из-за подсоса в респиратор отравленного воздуха из атмосферы.
Инжекторный респиратор фирмы «DRAGER» модели 1904–1909г.г. имел два однолитровых баллона с кислородом под давлением 12,5 МПа, два регенеративных патрона с едкой щелочью, холодильник, инжектор и редукционный клапан.
Эти узлы респиратора монтировались на каркас, на плечевых ремнях за спиной, а двухсекционный дыхательный мешок для очищенного и отработанного воздуха с дыхательными шлангами – на груди спасателя. Дыхание осуществлялось через загубник или металлическую шлем-маску, охватывающую лицо и темя головы спасателя. Прилегание маски к лицу обеспечивалось полым резиновым кольцом, заполненным воздухом в виде воздушной подушки. В передней части маски располагалось слюдяное окно, которое при запотевании можно было вытереть специальной губкой, носимой в мешочке возле отдушника.
Инжекторный респиратор фирмы «VESTFALIA» комплектовался двумя регенеративными патронами (один из которых одноразового действия) и имел уже слюнособирательницу.
Первый легочный автомат, регулирующий необходимую подачу кислорода, был разработан в 1907 году в Англии и применен в респираторе фирмы «B.E.G.». В 1923 году появились респираторы с комбинированной подачей кислорода (1,5 л/мин) через легочный автомат и дозирующее устройство.
Предпринимались попытки совместить функции дыхательного мешка и регенеративного патрона (респиратор фирмы «PROTO – FLEIS – DEVIS», модель 1926г.). Для этого в мешок засыпались зерна едкого калия или помещались матерчатые сетки с гранулированной пемзой, пропитанные раствором щелочи. Но эта конструкция не получила широкого распространения, т. к. количество не поглощенной углекислоты на вдохе превышало допустимую норму.
Основным респиратором, находящимся на вооружении спасательных станций Германии и России в середине 20-х годов XX века, был респиратор фирмы «DRAGER» модели 1924 года (рис. 2), которая впоследствии стала базовой моделью при создании первого респиратора в России.
В 30-е годы прошлого столетия в Европе «законодателями моды» в области конструирования и серийного производства респираторов на сжатом кислороде были немецкие фирмы «DRAGER» и «DЕGEА–AUDOS» (рис. 2,3). Аппараты этих фирм отличались высокой надежностью и качеством изготовления.
Рис. 2. Респиратор фирмы «DRAGER» (модель 1924 г.):
а – основной 4-х часовой респиратор фирмы «DRAGER»;б – вспомогательный 2-х часовой респиратор фирмы «DRAGER».
Рис. 3. Респиратор 4-х часовой фирмы «DЕGEА-AUDOS» (модель 1931г.)
В начале 20-х годов прошлого века и в России приступают к конструированию респираторов на сжатом кислороде.
В 1925 году был изготовлен первый респиратор – ТП, во многом копирующий аппарат фирмы «DRAGER».
В 1927-1929г.г. продолжалось совершенствование респиратора ТП, он был оборудован холодильником вдыхаемого воздуха и все узлы были размещены на корпусе, за спиной спасателя. Эта конструкция была удачнее респиратора фирмы «DRAGER» модели 1924 года, проще в эксплуатации, в нем было меньше соединительных частей, снижена масса на 2,5 кг.
С 1930 года в России приступили к серийному производству респиратора ТП на Орехово-Зуевском заводе «Респиратор».
В 1933 году этим же заводом совместно с Московским горным институтом (МГИ) начался серийный выпуск рабочего аппарата двухчасового действия – легочно-силового респиратора РКР-1.
Респиратор комплектовался двухлитровым баллоном с кислородом под давлением 15 МПа, с непрерывной дозированной подачей кислорода в мешок со скоростью 1,2 л/мин. Масса респиратора – 12,5 кг, способ переноски на спине. Этот респиратор в последней модификации РКР-3 (рис. 4а) находился на вооружении горноспасательных частей более 10 лет.
Одновременно был разработан и запущен в серийное производство, как вспомогательный дыхательный аппарат – кислородный изолирующий противогаз КИП. Противогаз комплектовался баллоном емкостью 0,7л кислорода, под давлением 15 МПа, регенеративным патроном, шлемом-маской, либо загубником с носовым зажимом и противодымными очками.
Масса респиратора – 6,5 кг, срок защитного действия – 1 час, способ переноски – на боку с помощью плечевого и поясного ремней.
Последующая модификация - аппарат КИП-5 с более низкой температурой выдыхаемого воздуха и меньшим сопротивлением дыханию (рис. 4б).
Рис. 4. Респираторы изолирующие:
а – респиратор РКР-3;
б – респиратор КИП-5.
В 30-е годы прошлого века, научные исследования, проводимые группой российских ученых под руководством академика Скочинского А.А. на кафедре техники безопасности МГИ, позволили разработать новый сорбент – известковый поглотитель углекислого газа ХП-И. Это позволило отказаться от каустической соды и дорогостоящих одноразовых регенеративных патронов. Было установлено также, что срок защитного действия респиратора без его перезарядки можно довести до 4-6 часов. Для этого нужно снизить скорость подачи кислорода с 1,5 до 1,2 л/мин, увеличить массу ХПИ в патроне с 1,7 до 2,2 кг и расположить патрон в респираторе не горизонтально, а вертикально.
С 1947г. в СССР начат серийный выпуск рабочего 4-х часового респиратора РКК-2 (респиратор Ковшова-Кузменко) и вспомогательного 2-х часового – РКК-1 (рис. 5), для этих респираторов специально был освоен выпуск облегченных баллонов для кислорода.
Рис. 5. Респираторы изолирующие:
а – рабочий респиратор РКК-2;б – вспомогательный респиратор РКК-1
В 1949 году в мастерских военизированных горноспасательных частей (ВГСЧ) Урала был разработан регенеративный респиратор 4-х часового действия «УРАЛ-1» (рис. 6).
Рис. 6. Респиратор «Урал-1»
Таким образом, в начале второй половины прошлого века окончательно сформировалась классическая схема регенеративного изолирующего респиратора на сжатом кислороде и оптимальные физиолого-гигиенические параметры его работы:
Вдыхаемая кислородно - воздушная смесь:
| содержание кислорода | не менее 25% |
| содержание углекислого газа | не более 2,5% |
| температура | не более 450С при температуре окружающей среды 250С |
| среднее сопротивление вдоху и выдоху | не более 245 МПа |
| максимальное сопротивление | 340 МПа |
| масса рабочего респиратора в снаряженном состоянии | 12 кг |
| масса вспомогательного респиратора в снаряженном состоянии | 8 кг |
Начиная с 60-х годов прошлого столетия в СССР были разработаны: рабочие респираторы Р-12 и Р-30, вспомогательные респираторы РВЛ-1 и Р-34 (ВНИИ горноспасательного дела, Украина); рабочие респираторы «УРАЛ-5», «УРАЛ-6», «УРАЛ-7», «УРАЛ-10» (ЦНИЛ ВГСЧ Урала, Россия).
Рис. 7. Респираторы изолирующие:
а – респиратор Р-12; б – респиратор «УРАЛ-10».
В Республике Казахстан аварийно-спасательные (горноспасательные) службы в настоящее время оснащены респираторами Р-30, Р-34 – производства компании «DEZEGA» Украина (рис. 8) и респиратором Р-30ЕХ (рис 9). Их отличает высокая надежность, долговечность, простота в обслуживании и более низкая стоимость по сравнению с западными аналогами.
Рис. 8. Респираторы изолирующие:
а – респиратор Р-30; б – респиратор вспомогательный Р-34.Респиратор Р-30ЕХ – модернизированная модель респиратора Р-30 с временем защитного действия 4 часа. Благодаря применению новых материалов и высокотехнологичных конструкторских решений, улучшились технические характеристики и надёжность аппарата.
Рис. 9. Респиратор Р-30ЕХ
В настоящее время, компания DEZEGA вышла на рынок и поставила на конвейер респиратор нового поколения – P-70i (рис.10) с положительным давлением, который спроектирован на новых принципах безопасности и производства. Благодаря новым материалам и высокотехнологичным конструкторским решениям DEZEGA значительно улучшила технические характеристики и надежность аппарата. Теперь пользователю не требуются никакие специальные инструменты для обслуживания.
Рис. 10. Респиратор P-70i Рис. 11. Полнолицевая маска DEZEGA D-VISION
Респиратор P-70i комплектуется полнолицевой маской DEZEGA D-VISION (рис.11).
Полнолицевая маска DEZEGA D-VISION – средство индивидуальной защиты органов дыхания, которое применяется также с респираторами изолирующего типа Р-30, Р-30ЕХ и другими автономными дыхательными аппаратами на сжатом кислороде с замкнутым циклом дыхания. Маска обеспечивает максимальный комфорт и снижает усталость пользователя на все время защитного действия дыхательного аппарата.
