Легеневий автомат киснево-дихального апарата

Реферат: Легеневий автомат киснево-дихального апарата, який містить корпус з каналами підведення кисню і з'єднання з порожниною дихального мішка, головний клапан з підпружиненим відносно корпусу штоком, підклапанний простір якого сполучений з каналом підведення кисню, а надклапанний простір - з порожниною дихального мішка, важіль, виконаний з можливістю механічної взаємодії з дихальним мішком, штовхач, з'єднаний з зазначеним важелем і штоком головного клапана з боку надклапанного простору, причому в корпусі виконана підштокова камера, в якій розташовано вільний кінець штока, зазначена підштокова камера сполучена з порожниною дихального мішка, а діаметр вільного кінця штока виконаний рівним внутрішньому діаметру сідла головного клапана. UA 87313 U (12) UA 87313 U UA 87313 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до пристроїв для захисту органів дихання від шкідливого впливу навколишнього середовища і може бути використана наприклад в респіраторах, що використовуються в рятувальних службах гірничодобувної промисловості, а також в інших галузях промисловості при виникненні аварійних ситуацій. Найважливішим вузлом киснево-дихальних апаратів є легеневий автомат, який представляє собою керований клапанний пристрій, що коректує надходження кисню до органів дихання в залежності від навантаження користувача. Широко відомі легеневі автомати мембранного типу, в яких управління головним клапаном для коректування надходження кисню здійснюється мембраною, яка реагує на зміни тиску газоповітряної суміші в дихальному мішку. Прикладом може бути легеневий автомат, що відомий за авторським свідоцтвом СРСР 181981, МПК А62В, дата подання заявки 22.08.1963. Легеневий автомат включає корпус з каналами підведення кисню та з'єднання з дихальним мішком, в якому встановлений головний клапан, сідло якого нерухомо закріплене, а рухомий шток з затвором підпружинений відносно корпусу. Шток з'єднаний з першою пружною мембраною, яка закріплена в корпусі. Кисень підводиться в підклапанний простір головного клапана, і далі через дросельний отвір, що виконаний в штоку клапана, та через сопло, що виконане в корпусі, дозовано надходить в порожнину дихального мішка. Головний клапан при цьому закритий. Над зазначеним соплом в корпусі встановлена друга мембрана, підмембранна порожнина якої сполучена з порожниною дихального мішка. Якщо кількість кисню, що подається в описаному режимі, недостатня, то тиск в дихальному мішку падає, а значить падає і в підмембранній порожнині другої мембрани, яка сполучена з порожниною дихального мішка. При цьому друга мембрана прогинається в напрямі зазначеного сопла і перекриває вихідний отвір сопла. В результаті перекриття сопла підвищується тиск в надмембранній порожнині першої мембрани, яка закріплена на штоку головного клапана. Мембрана прогинається і переміщує шток в напрямку відкривання головного клапана. В такому режимі кисень надходить в порожнину дихального мішка через відкритий головний клапан, коректуючи подачу кисню до необхідного рівня. Аналогічне рішення легеневого автомата відомо свідоцтвом Російської Федерації № 35723 на корисну модель "Легеневий автомат для киснево-дихальних апаратів", МПК А62В 7/02, дата подання заявки 08.09.2003. Як і вище описаний аналог, легеневий автомат включає корпус з каналами підведення кисню та з'єднання з дихальним мішком, в якому встановлений головний клапан, сідло якого нерухомо закріплене, а рухомий шток з затвором підпружинений відносно корпусу. Кисень підводиться в підклапанний простір головного клапана, і далі через дросельний отвір, що виконаний в штоку клапана, та через сопло, що виконане в корпусі, дозовано надходить в порожнину дихального мішка. В корпусі встановлено дві мембрани - перша мембрана, яка з'єднана зі штоком головного клапана, та друга мембрана, яка виконує функцію клапана, що перекриває зазначене сопло при зниженні тиску в порожнині дихального мішка. Механізм спрацьовування головного клапана такий же, як і вище описаному аналогу. Особливістю даного легеневого автомата є наявність додаткового клапана, який розташований під головним клапаном, виконаний в вигляді підпружиненого штока з дросельним отвором та встановлений з можливістю механічної взаємодії зі штоком головного клапана. При закритому положенні додаткового клапана кисень надходить в підклапанний простір головного клапана через дросельний отвір в штоку додаткового клапана. При відкриванні головного клапана його шток натискує на шток додаткового клапана в напрямку його відкривання. Додатковий клапан відкривається і кисень надходить в підклапанний простір головного клапана через відкритий додатковий клапан. Подача кисню в дихальний мішок в такому режимі збільшується. Загальними ознаками аналогів і рішення, що заявляється, є: легеневий автомат кисневодихального апарата, що містить корпус з каналами підведення кисню і з'єднання з порожниною дихального мішка, головний клапан з підпружиненим відносно корпусу штоком, підклапанний простір якого сполучений з каналом підведення кисню, а надклапанний простір - з порожниною дихального мішка, засоби управління головним клапаном в залежності від стану дихального мішка. Подібні легеневі автомати, з управлінням подачі від розрідження в дихальному контурі, використовуються в дихальних апаратах з негативним тиском в контурі для дихання. В апаратах з позитивним тиском подібна конструкція веде себе непередбачено при зміні дихальних режимів. При цьому необхідно постійно корегувати початкові налаштування параметрів легеневого автомата. 1 UA 87313 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В апаратах з позитивним тиском в дихальному контурі використовуються легеневі автомати які приводяться в дію положенням стінки дихального мішка. Відомі легеневі автомати киснево-дихальних апаратів, в яких управління головним клапаном здійснюється через систему механічного зв'язку штока головного клапана з дихальним мішком. Прикладом такого рішення є легеневий автомат киснево-дихального апарату, що відомий за свідоцтвом Російської Федерації на корисну модель № RU35073, МПК А62В 7/04, дата подання заявки 26.06.2003, який вибрано як прототип рішенню, що заявляється. Легеневий автомат включає корпус з каналами підведення кисню і з'єднання з порожниною дихального мішка, в якому встановлено головний клапан, нерухоме сідло якого закріплене в корпусі, а рухома частина виконана у вигляді штока із затвором, який підпружинений щодо корпусу. У штоку основного клапана виконані дозуючі канали, що сполучують підклапанний простір з надклапанним простором основного клапана. Підклапанний простір сполучений з каналом підведення кисню, а надклапанний простір - каналом з'єднання з порожниною дихального мішка. У надклапанном просторі основного клапана встановлена пружна мембрана. Зазначена мембрана встановлена в корпусі з можливістю механічної взаємодії зі штоком головного клапана з боку надклапанного простору, а з протилежної сторони - з штовхачем, який механічно взаємодіє з дихальним мішком через шарнірний важіль. Кисень надходить в підклапанний простір головного клапана, далі, через дозуючі канали у штоку головного клапана надходить в надклапанний простір головного клапана, а потім через канал з'єднання з порожниною дихального мішка до дихального мішка. Даний режим подачі кисню є постійним. В стані спокою і при легкій роботі споживання кисню невелике і надходження його в дихальний мішок в зазначеному режимі забезпечує потребу користувача. При збільшенні навантаження користувача потреба в кисні збільшується, наповнюваність дихального мішка зменшується. Шарнірний важіль, що механічно взаємодіє з дихальним мішком, провертається, натискує на штовхач, який через пружну мембрану передає зусилля на переміщення штока головного клапана в напрямку його відкривання. Головний клапан відкривається і кисень з підклапанного простору в надклапанний простір головного клапана і далі в порожнину дихального мішка надходить через відкритий головний клапан, забезпечуючи підвищену витрату кисню, яка задовольняє потребу користувача в кисні в умовах збільшеного навантаження. Особливістю даного легеневого автомата є наявність додаткового клапана, який розташований під головним клапаном і виконаний в вигляді підпружиненого штока з дросельними отворами, що встановлений з можливістю механічної взаємодії зі штоком головного клапана. При закритому положенні додаткового клапана кисень надходить в підклапанний простір головного клапана через дросельні отвори в штоку додаткового клапана. При важкій роботі потреба в кисні значно зростає. Наповнюваність дихального мішка зменшується, важільна система збільшує тиск на шток основного клапана, який опускається нижче і натискує на шток додаткового клапана в напрямку його відкривання. Додатковий клапан відкривається і кисень надходить в підклапанний простір головного клапана через відкритий додатковий клапан. Подача кисню в дихальний мішок в такому режимі збільшується. Загальними ознаками прототипу і рішення, що заявляється, є: легеневий автомат кисневодихального апарата, що містить корпус з каналами підведення кисню і з'єднання з порожниною дихального мішка, головний клапан з підпружиненим відносно корпусу штоком, підклапанний простір якого сполучений з каналом підведення кисню, а надклапанний простір - з порожниною дихального мішка, важіль, що виконаний з можливістю механічної взаємодії з дихальним мішком, штовхач, з'єднаний з зазначеним важелем і штоком головного клапана з боку надклапанного простору. На шток головного клапана діє стабільне зусилля стиснутої пружини, перемінне зусилля тиску кисню в підклапанному просторі та перемінне зусилля тиску газоповітряної суміші в порожнині дихального мішка, що діє на шток з боку надклапанного простору. Зазначені зусилля тиску кисню та тиску газоповітряної суміші в порожнині дихального мішка не врівноважені, тобто робоча характеристика головного клапана (умови закривання/відкривання) залежить від зміни тиску газів, які підводяться до клапана, наслідком чого являється нестабільність режиму роботи головного клапана. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення легеневого автомата кисневодихального апарата, в якому за рахунок конструктивних особливостей забезпечується стабільність режиму роботи головного клапана незалежно від зміни тиску газів, що підводяться до клапана. Поставлена задача вирішується тим, що в легеневому автоматі киснево-дихального апарата, який містить корпус з каналами підведення кисню і з'єднання з порожниною 2 UA 87313 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 дихального мішка, головний клапан з підпружиненим відносно корпусу штоком, підклапанний простір якого сполучений з каналом підведення кисню, а надклапанний простір - з порожниною дихального мішка, важіль, виконаний з можливістю механічної взаємодії з дихальним мішком, штовхач, з'єднаний з зазначеним важелем і штоком головного клапана з боку надклапанного простору, відповідно до корисної моделі, в корпусі виконана підштокова камера, в якій розташовано вільний кінець штока, зазначена підштокова камера сполучена з порожниною дихального мішка, а діаметр вільного кінця штока виконаний рівним внутрішньому діаметру сідла головного клапана. Зазначені ознаки є суттєвими ознаками корисної моделі. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляються, та технічним результатом полягає у такому. Так відмітні ознаки корисної моделі (в корпусі виконана підштокова камера, в якій розташовано вільний кінець штока, зазначена підштокова камера сполучена з порожниною дихального мішка, а діаметр вільного кінця штока виконаний рівним внутрішньому діаметру сідла головного клапана) в сукупності з суттєвими ознаками, загальними з прототипом, забезпечують стабільність режиму роботи головного клапана незалежно від зміни тиску газів, що підводяться до клапана. Пояснюється це наступним. На шток головного клапана діють наступні зусилля (фіг. 2): - F - стабільне зусилля пружини, яке притискує затвор клапана до сідла; - FP1 - перемінне зусилля, що діє на вільний кінець штока, розташований в підштоковій камері, в яку підводиться газоповітряна суміш з тиском Р1 з порожнини дихального мішка, яке 2 дорівнює P1 × π d /4; - FP2 - перемінне зусилля, що діє на затвор штока з боку надклапанного простору, що 2 сполучений з порожнини дихального мішка з тиском Р1, яке дорівнює Р1 × π d /4. Враховуючи, що діаметр d вільного кінця штока виконаний рівним внутрішньому діаметру d сідла основного клапана, маємо, що FP1=FP2. Тобто сили FP1 і FP2 врівноважені, робоча характеристика головного клапана (умови закривання/відкривання) визначається тільки стабільними параметрами пружини, чим забезпечується стабільність роботи головного клапана в незалежності від зміни тиску газів, що підводяться до клапана. Нижче приводиться опис легеневого автомата киснево-дихального апарата з посиланнями на креслення, на яких показано: Фіг. 1 - Легеневий автомат киснево-дихального апарата, подовжній розріз. Фіг. 2 - Легеневий автомат киснево-дихального апарата, схема прикладення сил до штока основного клапана. Легеневий автомат киснево-дихального апарата містить корпус 1 з каналом 2 підведення кисню від редуктора (не показаний), головний клапан, що складається з корпусу 3, в якому встановлені шток 4 із затвором 5, сідло 6, пружина 7, що забезпечує підпружинений стан штока 4 відносно корпусу 3. Сідло клапана 6 закріплене в корпусі 3 за допомогою гайки 8. Підклапанний простір А з'єднаний з каналом 2 підведення кисню. Надклапанний простір Б сполучений з порожниною дихального мішка (не показаний). На гайці 8 шарнірно закріплено важіль 9, що виконаний з можливістю механічної взаємодії з дихальним мішком. З зазначеним важелем 9 взаємодіє штовхач 10, протилежний кінець якого з'єднаний зі штоком 4 головного клапана з боку надклапанного простору Б (шток 4, затвор 5 та штовхач 10 виконані як одна деталь). Між корпусом 1 автомата і корпусом 3 головного клапана утворена підштокова камера 11, яка через канал 12 сполучена з порожниною дихального мішка. Вільний кінець 13 штока 4 розташований в підштоковій камері 11. Діаметр d вільного кінця 13 штока 4 виконаний рівним внутрішньому діаметру d сідла 6 основного клапана. Легеневий автомат киснево-дихального апарата працює наступним чином. При деякому сталому режимі роботи користувача газоповітряна суміш з порожнини дихального мішка подається до органів дихання користувача. У підклапанний простір А через канал 2 підводиться кисень від редуктора. Надклапанний простір Б сполучений з порожниною дихального мішка. Підштокова камера 11 сполучена з порожниною дихального мішка через канал 12. Головний клапан закритий. Затвор 5 клапана притиснутий до сідла 6 зусиллям пружини 7. Дія перемінного тиску газоповітряної суміші в порожнині дихального мішка на підпружинений шток 4 з боку надклапанного простору Б і підштокової камери 11 урівноважена, оскільки діаметр d вільного кінця 13 штока 4 виконаний рівним внутрішньому діаметру d сідла 6 головного клапана. Тобто, підпружинений шток 4 головного клапана врівноважений відносно дії на нього 3 UA 87313 U 5 10 перемінного тиску газоповітряної суміші в порожнині дихального мішка, а його робоча характеристика (умови закривання/відкривання) визначається тільки стабільними параметрами пружини 7, чим забезпечується стабільність роботи головного клапана в незалежності від зміни тиску газів, що підводяться до клапана. При зміні режиму роботи користувача (наприклад збільшення навантаження) потреба в кисні збільшується, збільшується ритм і амплітуда дихання. Наповнюваність дихального мішка зменшується. Шарнірний важіль 9, що виконаний з можливістю механічної взаємодії з дихальним мішком, провертається і через штовхач 10 діє на підпружинений шток 4 головного клапана, забезпечуючи його відкриття. Кисень з підклапанного простору А поступає в надклапанний простір Б, і далі, в порожнину дихального мішка. Таким чином здійснюється управління (коректування) надходженням кисню до органів дихання в залежності від навантаження користувача. Режим роботи головного клапана стабільний, так як зусилля відкриття головного клапана визначається тільки стабільним зусиллям пружини і не залежить від тиску підведених до клапана газів. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Легеневий автомат киснево-дихального апарата, який містить корпус з каналами підведення кисню і з'єднання з порожниною дихального мішка, головний клапан з підпружиненим відносно корпусу штоком, підклапанний простір якого сполучений з каналом підведення кисню, а надклапанний простір - з порожниною дихального мішка, важіль, виконаний з можливістю механічної взаємодії з дихальним мішком, штовхач, з'єднаний з зазначеним важелем і штоком головного клапана з боку надклапанного простору, який відрізняється тим, що в корпусі виконана підштокова камера, в якій розташовано вільний кінець штока, зазначена підштокова камера сполучена з порожниною дихального мішка, а діаметр вільного кінця штока виконаний рівним внутрішньому діаметру сідла головного клапана. 4 UA 87313 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5