Расчет противогаза

Изложенная теория динамической активности позволяет решать ряд практических задач расчета противогазов: определять степень использования поглотителя с известной статической активностью в динамических условиях, определять величину времени защитного дейстзия слоя поглотителя определенной длины, вычислять количество поглотителя, требуемое для получения заданной величины θ.

Поскольку статическая активность слоя поглотителя aSL больше емкости слоя поглотителя в динамических условиях работы — aS(L — h), коэффициент использования поглотителя в противогазовой коробке η, всегда меньше единицы и находится из отношения

              (69)

Необходимые для расчета фильтрующих коробок и поглотительных патронов противогазов величины k, τ и h находят следующим образом: берут небольшие навески поглотителя и помещают последовательно слоями возрастающей длины (обычно 5, 7 см) в динамическую трубку — градуированный стеклянный сосуд с пришлифованной пробкой; газовоздушную смесь определенной концентрации, обычно максимальной (на которую рассчитывают патрон), пропускают через динамическую трубку при стандартных условиях удельной скорости υ (например, 0,5 л/мин·см2) и температуры (например 20°).

На основании результатов испытания слоев поглотителя различной длины строят график зависимости U от L, причем по оси абсцисс наносят деления, определяющие длину слоя поглотителя в сантиметрах, а на оси ординат — деления, определяющие время защитного действия в минутах. Прямую, выражающую зависимость θ от L при L>L₀, продолжают до пересечения с осью ординат, причем она отсекает от оси абсцисс отрезок, чыражающнй длину мертвого слоя h, а на оси ординат — отрезок, определяющий величину потери времени защитного действия τ. Величина к находится путем деления τ на h, что следует нз формулы (68).

Для определения величии k, τ и h достаточно знать время защитного действия сорбента по данному газу только для двух величин длины слоя, больших, чем длина работающего слоя L₀. Коэффициент защитного действия k может быть найдеи либо в качестве тангенса угла наклона прямой, выражающей зависимость θ от L, либо по найденному значению τ:

            (70)

Поскольку τ=kL-θ то, подставляя значение k из формулы (70), получаем:

                     (71)

Точно также, подставив в формулу

значенне k, получим:

                             (72)

Найдя значения k, τ, h и L₀ при определенных скорости газовоздушной смеси и диаметре зерен сорбента, на основании теории динамической активности можно вычислить значения этих величин при других скорости и зернении сорбента, пользуясь нижеследующими соотношениями:

Поскольку k= aS/VC₀

откуда зная k₁, для скорости газовой смеси V₁ и сечения слоя S₁, можно определить k₂ для любых V₂ и S₂:

                 (73)

Если обозначить через В₁ значение k при скорости V и сечении S равных единице, то вообще

                   (74)

Практически удобно относить величину коэффициента защитного действия к удельной скорости газовой смеси, т. е. к скорости через 1 см2 сечения слоя  поглотителя,  полагая

Тогда вышеприведенное уравнение запишется в форме:

                   (75)

Для практических расчетов можно принимать, что величина мертвого слоя h растет прямо пропорционально величинам корня квадратного из удельной скорости газовой смеси υ и диаметра зерен d, а величина потери времени защитного действия τ изменяется прямо пропорционально диаметру зерен d и обратно пропорционально значению корня квадратного из υ.

Величина работающего слоя L₀, также как и h, изменяется прямо пропорционально √υ и d.

Таким образом

Если известны A, L₀ и τ для определенных скорости газовой смеси и диаметра зерен поглотителя, то значения этих величин для других υ и d могут быть найдены из уравнений (76-78):

или, определив величины h₁=В₂; L₀'= B₃ и τ1 = В₄ для значении υ₁ и d₁ равных единице, получим в общем случае вместо формул (76) - (78) соответственно:

   (формулы 76', 77', 79')

Величины В₁, В₂, В₃, В₄ называются динамическими характеристиками поглотителя по отношению к поглощаемому пару. Определив опытным иутем динамические характеристики при определенной концентрации и температуре, можно, пользуясь ими, рассчитывать коробки фильтрующих противогазов и поглотительные патроны.

При этом необходимая для обеспечения определенного времени защитного действия высота слоя поглотителя находится по формуле:

           (80)

а площадь сечения слоя S = V/υ, где υ — удельная скорость воздуха, обычно выражаемая в л/см2·мин.

Проходя через слой поглотителя, газовая смесь испытывает сопротивление, которое при дыхании в противогазе необходимо преодолевать силой легких. Поэтому очень важно, чтобы слой поглотителя, необходимый для обеспечения заданного времени защитного действия, не оказывал сопротивления большего, чем это предусматривается физиологическими требованиями.

Течение газовых смесей через слой сорбента, как уже указывалось, подчиняется, в основном и при встречающихся на практике удельных скоростях вдыхаемого воздуха, закону, близкому к закону ламинарного течения:

               (81)

где Н — сопротивление слоя, мм вод. ст.; А — удельное  сопротивление  при υ, L, S и d равных единице, мм вод. ст.;  V—объемная скорость газовой смеси, л/мин; υ — удсльная скорость газовой смеси, л/мин·см2; L — высота слоя, см; S — сечение слоя, см2; d — диаметр зерен поглотителя, см.

Для поглотителей, используемых в горноспасательном деле, удельное сопротивление обычно колеблется в пределах от 0,35 до 0,40 в зависимости от формы зерен сорбента.

Сопоставление формул (75) и (81) показывает, что уменьшение скорости газовой смеси н увеличение сечения слоя являются факторами благоприятными как в отношении времени защитного действия слоя поглотителя, так и в отношении сопротивления; увеличение же высоты слоя, вызывая пропорциональное увеличение времени защитного действия, в такой же мере повышает сопротивление, т. е. оказывается во втором случае фактором неблагоприятным.

Поэтому основной задачей при расчетах поглотительных и фильтрующих коробок является нахождение оптимальной высоты слоя как в отношении времени защитного действия, так и в отношении сопротивления.