Расчёт лёгочного автомата противогаза

Также как и редукторы, легочные автоматы могут быть сконструированы с давлением газа, стремящимся открыть клапан (давление под клапан), и с давлением газа, стремящимся закрыть клапан (давление на клапан). В противогазах PKK применяется первый тип.

Уравнением равновесии для этого типа является:

Q₁-Q₂+Q₃±Q₄ =О,               (117)

где Q₁ — давление стенки дыхательного мешка на перо легочного автомата, кг; Q₂ — сила, развиваемая запорной пружиной клапана легочного автомата, кг; Q₃ — давление газа под клапан, кг; Q₄ — вec подвижных частей механизма, кг; при различных положениях  противогаза эта величина  может принимать и положительные и отрицательные значения. Давление стенки дыхательного мешка на перо легочного автомата может быть найдено из уравнения:

Q₁=10^-4Hƒ_эi,                    (118)

где Н — величина разрежения, создаваемого при вдохе в дыхательном мешке, в мм вод. ст.; 10^-4 — коэффициент перевода мм вод. ст. в кг/см2; ƒ_э — эффективная поверхность стенки мешка, ограниченная металлической накладкой, давящая на перо клапана, в см2; i — передаточное число рычага легочного автомата.

Основным требованием, предъявляемым к легочному автомату, является допустимая величина H. Поэтому расчет ведется таким образом, чтобы при выборе определенных конструктивных элементов величина H не превышала максимально допустимых величин. Таким образом, первоначально определяются все величины, составляющие уравнение равновесия для открытого клапана, и затем уравнение решается относительно H;

i=l/a

где l — расстояние от оси вращения вера легочного автомата до центра тяжести эффективной поверхности стенки мешка, нажимающей на перо; а — расстояние от оси вращения пера до оси клапана легочного автомата.

Величина  Q₂ т. е. сила,  развиваемая запорной пружиной клапана, определяется из уравнения:

Q₂= k(s + h) = N+kh,                    (119)

где k — жесткость пружины, закрывающей клапан, в кг/мм; s — предварительное сжатие иружины при закрытом клапане, в мм; h — величина открытия клапана, в мм;  N=ks — сила, развиваемая пружиной, при закрытом клапане, в мм.

Жесткостью пружины k задаются; чем больше величина открытия клапана h, тем меньше должна быть неличина k:

N = N₀ + Q₄ + N₁                   (120)

где N₀ — сила давления газа под клапан в кг, равная ƒ_кр_макс — = πr²_кр_макс=0,00785 d²_кр_макс, при выражении d в мм, или 0,785d²_кр_макс при выражении этой величины в см.

Величину Q₄ следует учитывать при максимальном ее значении, соответствующем, например, для противогаза РКК-2 горизонтальному положению прибора.

Величина N₁ является дополнительной силой, которую необходимо приложить к клапану для того, чтобы обеспечить его герметичность. Она зависит от материала клапана и качества его изготовления и определяется по формуле (112).

Диаметр клапана d_к определяется из основного уравнения истечения газов (101), т. е. для отношения давлений за клапаном и перед клапаном меньше критического, поскольку легочный автомат во все время нормальной работы противогаза действует при давлении кислорода под клапан в несколько раз большем, чем давление в дыхательном мешке.

Уравнению истечения газа через клапан может быть придан вид:

q = nφd_кhp                   (121)

где

φ — коэффициент истечения газа; А — величина открытия клапана в мм, которая может быть выражена в долях диаметра клапана h = md_к; р — минимальное расчетное давление газа перед клапаном.

Подставляя значение h в уравнение (121) и решая его относительно dк, получаем:

                 (122)

Величина Q₃ — давление газа под клапан определяется из уравнения:

Q₃=ƒ(р_макс-р₀-Δp) (123)

или, при выражении диаметра клапана в мм и давлении среды, окружающей клапан р₀=1 кг/см2,

Q₃= 0,00785d²_к (р_макс — 1 — Δр),              (124)

где р_макс - давление газа под клапан, при  расходе, равном нулю, кг/см2; р_макс для случая питания легочного автомата от редуктора равно давлению О₂ в камере редуктора, при закрытом клапане легочного автомата; Δр— падение давления газа перед открытым клапаном.

Наибольший интерес для расчета легочного автомата представляют максимальное и минимальное значения Н, а следовательно, и Q₃, которое зависит в свою очередь от величины Δр. Поэтому Q₃должно вычисляться для двух случаев:

Δр = Δр_2макс и  Δр = 0.

Величину Δр надежнее всего определить опытным путем. Для случая давления газа под клапан Δр = 0будет соответствовать минимальному значению H.

Если заменить в уравнении (117) величины Q₁, Q₂ и Q₃ их значениями, получим:

10^-4Нƒ_эi — N — kh + 0,00785d²_к (р_макс-1-Δр)±Q₄=0                         (125)

и, решая уравнение относительно H:

                              (126)

В начальный момент открытия клапана, когда h = 0 и Δp=0

                              (127)

Характеристики конструктивных элементов (пружины клапана, пера легочного автомата, эффективной площади стенки дыхательного мешка) необходимо подобрать таким образом, чтобы и находилось в допустимых пределах при различных давлениях перед клапаном p до 200 ат и р₀/р ≤0,528(критическое отношение давлений).