10.5. Вентиляция водолазного снаряжения,
совмещенная с регенерацией
Для экономии расхода дыхательной газовой смеси или
воздуха в некоторых типах водолазного снаряжения
(ГКС-Зм, ВКС-57 и др.) применяются регенеративно-вентиляционные газовые системы. Однако и в этих системах, как
правило, подают гораздо больше газовой смеси, чем потребляет водолаз в процессе дыхания, но гораздо меньше,
чем это необходимо для осуществления вентиляции.
Расчет таких систем имеет много особенностей и представляет значительные трудности, связанные как с характеристикой работы регенеративного вещества, так и с нормированием дыхательных смесей путем частичной вентиляции снаряжения. Для практики представляют интерес приближенные расчеты концентраций и парциального давления
кислорода и допустимого времени пребывания водолаза под
водой в этих системах.
Концентрация кислорода в скафандре при установившемся процессе вентиляции, совмещенном с регенерацией
где к — концентрация кислорода в скафандре (дыхательном мешке аппарата), установившаяся в процессе нормирования газового состава, л/л;
р — абсолютное давление газового состава в скафандре, кгс/см2;
КK — концентрация кислорода в газовой смеси, подаваемой на вентиляцию, л/л;
QCM — объемный расход (подача) газовой смеси на
вентиляцию, л/мин;
m — объемный расход кислорода водолазом, л/мин;
КR — коэффициент регенерации (отношение объема
выделившегося активного кислорода к соответствующему объему углекислого газа, поглощенного регенеративным веществом), л/л.
Если коэффициент регенерации КR = 0, что соответствует
такому веществу, как ХПИ, то из (10.1) следует
Коэффициент регенерации КR находится в пределах от 0
до 2 и зависит от химического состава регенеративного вещества и процесса поглощения С02 этим веществом. Для
некоторых перекисных соединений щелочных металлов,
применяемых как регенеративные вещества, коэффициент
регенерации приведен в табл. 10.3.
Таблица 10.3. Характеристика регенеративных веществ
Коэффициент регенерации в начальный и конечный период работы регенеративного вещества изменяется, его величина, как правило, уменьшается. Примерный вид изменения коэффициента регенерации в зависимости от времени
работы регенеративного вещества показан на графике
(рис. 10.7). Поэтому начальный период каждого аппарата,
работающего на искусственных газовых смесях, должен
быть проверен на значение коэффициента регенерации
КR = 0.
Рис. 10.7. График зависимости коэффициента
регенерации от времени в часах
Пример 10.16. Определить в установившемся режиме парциальное давление кислорода в дыхательном мешке регенеративного
аппарата, имеющего баллон с 50% азотнокислородной смесью и
регенеративную коробку с химическим веществом КR = 1,3, если
водолаз, находясь на глубине 40 м, потребляет кислорода 1 л/мин,
а подача газа из баллона равна 2 л/мин.
Решение. Абсолютное давление газа в дыхательном мешке
на глубине 40 м по (10.6)
Концентрация кислорода в азотнокислородной смеси
Расход азотнокислородной смеси QCM = 2 л/мин.
Расход кислорода водолазом т = 1 л/мин.
Концентрация кислорода в дыхательном мешке по (10.22):
Так как это безразмерная объемная концентрация, то численно она равна парциальному давлению кислорода в дыхательном
мешке, поэтому
рк = к = 2,82 кгс/см.
Если учесть, что отравляющее действие кислорода наступает
при парциальном давлении 3 кгс/см2, то полученное значение находится на пределе. При увеличении водолазом потребления кислорода или глубины погружения может наступить кислородное
отравление.
Пример 10.17. Определить для условий примера 10.16 парциальное давление кислорода в дыхательном мешке аппарата, если регенеративная коробка аппарата заряжена веществом ХПИ (КR=О)
и подача газа из баллона составляет 8 л/мин.
Решение. Концентрация кислорода в дыхательном мешке
по (10.23)
Пример 10.18. Определить состав газа по кислороду в дыхательном мешке аппарата на поверхности при подаче 50% гелио-
кислородной смеси в количестве 2 л/мин. Если водолаз потребляет
0,85 л/мин кислорода, наружное барометрическое давление равно
760 мм рт. ст., в начальный период работы патрона коэффициент
регенерации КR = 0.
Решение. Абсолютное наружное давление на поверхности
по (10.4)
Парциальное давление кислорода в дыхательном мешке аппарата по (10.23)
Как видим, содержание кислорода в дыхательном мешке находится на пределе, так как уже при парциальном давлении кислорода 0,16 кгс/см2 возможно кислородное голодание. При резком
увеличении потребления кислорода водолазом может наступить
кислородное голодание.
Пример 10.19. Определить содержание кислорода в дыхательном мешке аппарата, имеющего непрерывную подачу 50% азотнокислородной смеси в количестве 8 л/мин, если водолаз находится
на поверхности под абсолютным давлением 1 кгс/см2 и потребляет
от 0,85 до 2,5 л/мин кислорода при коэффициенте регенерации
КR = 0.
Решение. Парциальное давление кислорода в дыхательном
мешке при m =0,85 л/мин по (10.23)
При т = 2,5 л/мин
Таким образом, даже при весьма большом потреблении кислорода его парциальное давление в дыхательном мешке данного
аппарата находится в допустимых пределах, что достигнуто за
счет высокого расхода газовой смеси.
Время пребывания водолаза под водой при дыхании
искусственной газовой смесью, как правило, ограничивается допустимым временем дыхания газовой смесью с повышенным парциальным давлением кислорода. Это время зависит от физической нагрузки, температуры окружающей
среды, содержания С02 в дыхательной смеси и других факторов. Приближенно допустимое время дыхания водолаза
газовой смесью в зависимости от парциального давления
кислорода и физической нагрузки в часах формула ( 10.24 ):
где n — коэффициент физической нагрузки водолаза;
рК — парциальное давление кислорода в скафандре (дыхательном мешке), кгс/см2.
Коэффициент физической нагрузки водолаза
где т—объемный расход потребления кислорода водолазом, л/мин.
Для определения парциального давления кислорода по
заданным значениям времени тк и нагрузки n может быть
использована формула
Грубые прикидочные расчеты допустимого времени дыхания искусственной газовой смесью в зависимости от нагрузки или потребления кислорода могут быть выполнены
по графикам рис. 10.8.
Пример 10.20. Определить допустимое время пребывания водолаза под повышенным парциальным давлением кислорода, используя данные примеров 10.16 и 10.17.
Решение. Коэффициент физической нагрузки по (10.25)
Допустимое время пребывания в аппарате с регенеративной
коробкой, заряженной веществом с KR = 1,3 (рк = 2,82), по (10.24)
Допустимое время пребывания в аппарате с регенеративной
коробкой, заряженной ХПИ рк = 2,14):
Из этого примера видно, что даже незначительное изменение
парциального давления кислорода в дыхательной смеси значительно изменяет величину допустимого времени пребывания водолаза
на глубине.