Изолирующие регенеративные противогазы

В настоящее время всеобщее распространение получили изолирующие противогазы, работающие по принципу регенерации выдохнутого («отработанного») воздуха.

Краткий очерк развития изолирующего регенеративного противогаза

Появлению регенеративных противогазов предшествовали более примитивные конструкции изолирующих противогазов. К началу Х1Х в., когда еще не были известны способы получения и хранения сжатого воздуха, было предложено несколько конструкций противогазов, представлявших собой эластичные резервуары, наполненные воздухом под нормальным давлением. Поскольку даже при легкой работе человек расходует до 1 м3 воздуха за полчаса, эти противогазы были необычайно громоздкими при ничтожно малом (несколько минут) сроке защитного действия.

В дальнейшем была сделана попытка увеличить срок защитного действия резервуарного противогаза путем использования принципа спирометра (воздушного колокола, опускающегося в цилиндре с водой); хотя таким способом удалось довести время защитного действия почти до часа, но размеры (порядка 1 м3) и вес (вместе с водой свыше т) такого типа противогаза, равного по времени защитного действия современному карманному самоспасателю, оказались такими, что потребовалось использовать рудничную вагонетку для монтажа противогаза.

По мере развития техники сжатых газов улучшались и конструкиии резервуарных противогазов: их размеры и вес уменьшались, а время защитного действия увеличивалось. В современном двухлитровом баллоне для сжатого газа содержится запас воздуха (под давлением 200 aт), достаточный для дыхания при работе средней напряженности (легочная вентиляция 30 л/мин) в течение 13 минут. Таким образом, для замены современного советского регенеративного противогаза 4-часового действия понадобился бы резервуарный противогаз с баллоном на 200 ат давления емкостью около 40 л, т. е. нормальный большой кислородный баллон высотой 1,4 м и весом около 80 кг. Несмотря на техническую отсталость идеи резервуарных противогазов, некоторые фирмы в капиталистических странах все еще продолжают изготовлять противогазы такого типа для оснащения горноспасательных команд.

Стремление уменьшить габариты и вес резервуарных противогазов привело к мысли использовать жидкий воздух. Практическая возможность применения этого способа конденсации запаса воздуха, необходимого для дыхания возникла после того, как впервые были получены жидкий воздух и кислород. Из одного литра жидкого кислорода можно получить 0,83 м3 газа при нормальном давлении и температура 15°. Следовательно, для помещения запаса кислорода (или воздуха)необходимого для дыхания в течение 4 часов, следует иметь емкость всего в 9 л вместо 40 л. При весе 1 л жидкого О2 = 1,12 кг это составляет по весу 10 кг.

В первое десятилетие XX в. было предложено несколько конструкции резервуарных противогазов на жидком кислороде. Они, однако, не получили распространения из-за трудностей длительного хранения жидкого воздуха и транспортирования его на значительные расстояния. Известно, что испарение кислорода при перевозке и хранении составляет от 8 до 20% в сутки в зависимости от емкости резервуара и его теплоизоляционных свойств. Таким образом, для поддержания постоянной работоспособности резервуарных противогазов с жидким воздухом следовало бы возобновлять его запас, независимо от полезного расходования, через каждые 3—4 суток.

Из 100 объемов воздуха, поступающего при дыхании в легкие, используются только около 4 объемов за счет поглощения части содержащегося в нем кислорода. Остальные 96 объемов, выдыхаемые в окружающий воздух, могли бы быть использованы для повторного вдыхания, если бы к ним были добавлены 4 объема кислорода и они были очищены от примеси углекислого газа. На принципе повторного использовании одного и того же объема воздуха путем его регенерации, т. е. восстановления после каждого выдоха первоначального состава выдохнутого воздуха, и построены регенеративные изолирующие противогазы.

Огромным преимуществом регенеративных противогазов перед резервуарными является экономия запаса воздуха, необходимого для дыхания: если расходовать только чистый кислород на пополнение его убыли в одном и том же циркулирующем в противогазе объеме воздуха, то запас чистого кислорода в регенеративном противогазе должен быть в 100/4=25 раз меньше запаса воздуха в резервуарном приборе.

Первый изолирующий противогаз, в котором был применен принцип полной регенерации воздуха в современном понимании этого процесса, был разработан в 1853 г. проф. Шванна. С тех пор немецкие и английские фирмы, занимавшиеся изготовлением регенеративных противогазов, почти не изменили схемы действия прибора Шванна.

Изменения и частичные усовершенствования его противогаза заключались в следующем:

Увеличение прочности кислородного баллона и повышение давления газа, а следовательно, и увеличение запаса кислорода.
Увеличение емкости поглотителя по углекислому газу, т.е. увеличение мощности регенеративного патрона и увеличение (в соответствии с п. 1) времени защитного действия противогаза.
Снижение сопротивления противогаза дыханию, путем ycовершенствования аэродинамических свойств регенеративного патрона и увеличения диаметра воздуховодов для циркуляции воздуха.
Попытки облегчения дыхания путем введения инжектора, осуществлявшего циркуляцию воздуха в противогазе за счет энергии сжатого кислорода. Попытки эти закончились неудачен, так как наличие в противогазе зоны постоянного пониженного давления вредно отражалось на герметичности противогаза.
Попытки заменить загубник (мундштук) шлемом для обеспечения нормального дыхания через нос, несовершенство шлемов с пневматическими уплотнителями (обтюраторами), оказывавшими болезненное давление на черепные кости, оказались причиной несчастных случаев с людьми, работавшими в противогазах.
Экономное расходование кислорода путем введения легочно-автоматического регулирования подачи кислорода в соответствии с меняющейся потребностью в кислороде.

Усовершенствованию конструкций регенеративныx противогазов в капиталистических странах мешали патентная политика (скупка и «замораживание» патентов), рекламная шумиха, преследовавшая цели сбыта устаревших и несовершенных конструкций и конкуренция фирм, покупавших услуги части научных работников для восхваления преимуществ продукции фирмы, носивших большей частью внешний н рекламный характер. Таков был, например, раздутый на страницах немецкой и английской печати фирмой Дрегер пресловутый спор о преимуществах и недостатках инжекторов, длившийся с 1912 по 1917 г., в течение которого фирма распродавала имевшиеся у нее запасы инжекторных противогазов.

Новый шаг в технике конструировании регенеративных изолирующих противогазов был сделан Д. Г. Левицким в 1911 r.. когда он предложил противогаз с физической регенерацией воздуха. Д. Г. Левицкий наказал, что при использовании принципа регенерации для противогазов с жидким кислородом можно получить дальнейшую весьма значительную экономию веса при бора, учитывая, во-первых, что для часовой работы pacxoдуется в среднем около 0,4 м3 кислорода, а из одного литра жидкого О2 можно получить 0,83 м3 газа и, во-вторых, что, используя низкую температуру кипения О2 (— 183°) для вымораживания СО2 (для чего достаточна температура —78°), можно полностью обойтись без регенеративного патрона. В условиях дореволюционной России Д. Г. Левицкому не удалось довести конструкцию разработанного им противогаза до промышленного внедрения; характерно, что изобретенный им противогаз Д. Г.Левицкий изготовил на свои личные средства. Учитывая уровень техники того времени, надо полагать, что противогазы такой конструкции смогли бы найти применение лишь на ограниченном числе горноспасательных станций, расположенных в непосредственной близости от кислородных заводов.

В советское время, когда в технологию получения жидкого кислорода учеными были внесены коренные усовершенствования, применение жидкого кислорода и воздуха как для противогазов, так и для индивидуальной защиты от вредного действия высоких температур получает широкие перспективы.

Советское реапираторостроение за время своего существования быстро обогнало техническую мысль в области конструирования и совершенствования изолирующих противогазов в Западной Европе и Америке. Применение легированных сталей для изготовления кислородных баллонов дало возможность довести рабочее давление в них до 200—230 ат; внедрение химического поглотителя на базе гидрата окиси кальция, вместо применявшихся за границей препаратов едкого калия иттрия, позволило намного увеличить время защитного действия регенеративных патронов; тщательный анализ прочности разработка теории редукторов и других кислородораспределительных деталей привели к резкому снижению нх веса и габаритов; изготовление ряда деталей из легких сплавов повысило прочность, портативность приборов и качество их оформления; наконец, систематическое изучение новых конструкций в лаборатории и в условиях эксплуатации дали возможность устранить все элементы ненадежности в сложной системе изолирующего противогаза и в значительной степени упростить уход за противогазом, его проверку, регулировку и использование.

С 1930 г. советская промышленность выпустила для оснащения горноспасательных частей следующие типы изолирующих противогазов: рабочие противогазы двух- и четырехчасового действия РКР-1 (регенеративный кислородный респиратор, 1-я модель), PKP-2, РКР-3 и РКК-2 (регенеративный респиратор конструктии инж. Ковшова и Кузьменко); вспомогательные (используемые также в качестве изолирующих самоспасателей) противогазы одно- и двухчасового действия КИП-3 (кислородный изолирующий противогаз, 3-я модель), КИП-5 и PKK-1.