7.1.2 Подсос воздуха через полосу обтюрации

Обтюрация – исключение проникания зараженного воздуха в подмасочное пространство за счет плотного контакта двух поверхностей.

Подсос зараженного воздуха через полосу обтюрации обусловлен:

1. сложностью геометрической поверхности полосы контакта резины лицевой части с кожей лица и головы человека;

2. подвижностью контактирующих поверхностей в динамике пользования противогазом;

3. шероховатостью контактирующих поверхностей;

4. периодическим изменением давления в подмасочном пространстве.

Строение лица и головы человека таковы, что не позволяют в целях облегчения герметизации выбрать на них не только полосу, но даже замкнутую линию правильной геометрической формы. В результате антропологических исследований была определена возможность обтюрации по одной из двух или одновременно по двум полосам (рисунок 7.1).

1 – в лицевой части типа шлем-маска, 2 – в лицевой части типа маска; 3 – в респираторе.

Рисунок 7.1 – Положение полосы обтюрации в СИЗОД

Геометрия полосы обтюрации специфична для каждого случая контакта и определяется особенностями головы человека (см. таблицу 7.2).

Эта специфичность распространяется также не только на полосы контакта на лице и голове различных военнослужащих, пользующихся одним типом и размером лицевой части, но и на полосу контакта у одного военнослужащего при последовательном надевании и снимании лицевой части.

Таблица 7.2 – Изменчивость размерных признаков головы военнослужащих

Показатель	Средняя величина, мм	Размах варьирования, мм
Вертикальный обхват	661,4	110
Горизонтальный обхват	558	90
Наибольшая ширина лица в скулах	139	37
Морфологическая высота лица	117	41

Подвижность контактирующих поверхностей в динамике пользования противогазом приводит к изменению контактного давления вдоль полосы обтюрации. Появляются сдвиговые нагрузки, превышающие удерживающие контактные давления. Шероховатость контактирующих поверхностей обусловлена наличием морщин, потовых и сальных желез, волосяного покрова и их состоянием, а также сложностью поверхности самой резины.

Периодические изменения давления в подмасочном пространстве достаточно подробно иллюстрируется следующими рисунками. На рисунке 7.2 изображён перепад давления в подмасочном пространстве лицевой части при дыхании человека.

Рисунок 7.2 – Изменение давления воздуха в подмасочном пространстве

На рисунке 7.3 приведена зависимость величины разрежения в подмасочном пространстве ΔР от величины сопротивления ФПС току воздуха (150 и 450 Па), а также от величины физической нагрузки на организм человека, определяющей удельный объем его легочной вентиляции.

I – сидя; II – стоя; III – физическая работа; IV – восстановление

Рисунок 7.3 – Изменение величины разрежения в подмасочном пространстве при различных видах деятельности (положениях) человека

Изучение путей и причин подсоса помогает изыскивать способы его уменьшения. Так, например, для уменьшения подсоса по полосе обтюрации необходимо уменьшать количество каналов подсоса (капилляров), приходящихся на единицу длины полосы контакта, уменьшать их размеры и увеличивать ширину полосы контакта. И хотя возможности её изменения ограничены, в современных лицевых частях на отдельных участках удается достичь ширины полосы обтюрации до 6 см.

Пути снижения подсоса (уменьшение коэффициента подсоса):

а) по полосе обтюрации:

1) увеличение ширины обтюрации;

2) увеличение местного механического давления;

3) введение отдельных обтюраторов;

б) по клапанам выдоха:

1) чистота поверхностей лепестка клапана и седловины;

2) уменьшение инерционности лепестка клапана;

3) предварительное натяжение лепестка клапана;

4) последовательное расположение двух клапанов выдоха;

5) применение клапанной накладки;

в) по полосе обтюрации и клапанам выдоха одновременно:

1) снижение аэродинамического сопротивления коробки противогаза и других элементов (клапанов вдоха, обтекателей, клапанов вдоха на подмасочнике и др.);

2) создание небольшого избыточного давления (подпора) на фазе вдоха.

Кроме того, уменьшения подсоса можно добиться за счет утончения резины по полосе обтюрации, введения обтюраторов различной конструкции, совершенствования материала резины лицевой части и т.д.

С проблемой обеспечения герметичности подмасочного пространства лицевыми частями связаны вопросы механического воздействия на голову человека, использующего противогаз. Лицевая часть при надевании подвергается сложным деформациям (растяжение, изгиб и т.д.), в результате чего в материале лицевой части возникают напряжения, приводящие к образованию механического воздействия.

Принято различать два вида механического воздействия: общее механическое воздействие (ОМВ) и местное механическое воздействие (ММВ).

Количественно ОМВ оценивается величиной Q, кг – усилием, прилагаемым к лицевой части при её деформировании до размеров головы человека. Общее механическое воздействие (ОМВ) зависит от антропологических размеров головы (вертикального и горизонтального обхвата), типа и роста лицевой части, физико-механических характеристик материала, из которого изготовлена лицевая часть и особенностей её конструкции. Величина Q характеризует общее сдавливающее усилие, оказываемое лицевой частью на голову человека. Математических зависимостей, описывающих эту величину нет ввиду сложности лицевых частей, поэтому Q определяется только экспериментальным путём.

Местное механическое воздействие (ММВ) оценивается давлением Р, кг, оказываемым лицевой частью на лицо и голову в данной точке контакта. Оно зависит от общего механического воздействия и кривизны поверхности, по которой проходит соприкасание лицевой части и головы, а также от толщины резины. Чем больше кривизна поверхности (меньше радиус закругления) и толщина резины, тем больше ММВ в точке контакта. Максимально-допустимое значение местного механического воздействия P_max определяется из требований по продолжительности непрерывного использования фильтрующего противогаза в «боевом» положении.

Механическое воздействие является необходимым условием герметизации подмасочного пространства, то есть меньше определённого значения оно быть не может. В общем виде взаимосвязь между коэффициентом подсоса по полосе обтюрации и местным механическим воздействием может быть представлена как показано на рисунке 7.4.

Рисунок 7.4 – Взаимосвязь между коэффициентом подсоса по линии обтюрации и местным механическим воздействием

При малых значениях Q и P надёжность герметизации невелика, и значение коэффициента подсоса К_ПОД достаточно большое. При увеличении значений Q и P надёжность герметичности значительно возрастает и величина К_ПОД мало зависит от величин Q и Р. Нижний предел значений Q и P определяется заданным уровнем герметичности лицевой части, а верхний предел – болевой переносимостью человеком механических воздействий на лицо и голову.

По численному значению коэффициента подсоса согласно предъявляемым требованиям К_{ПОД ТРЕБ} можно оценить уровень минимально необходимых значений местного механического воздействия P_min. Для шлем-маски с увеличением размера головы в пределах возможности использования одного и того же размера (роста) лицевой части механическое воздействие на голову человека возрастает. Зависимость общего механического воздействия шлем-маски одного размера от вертикального обхвата головы показана на рисунке 7.5.

Рисунок 7.5 – Зависимость общего механического воздействия шлем-маски одного размера от вертикального обхвата головы

С другой стороны, механическое воздействие не должно быть выше определенных величин, так как при больших значениях механического воздействия превышается болевая переносимость и сокращается время непрерывного использования средств защиты органов дыхания в «боевом» положении.

Максимально-допустимое значение местного механического воздействия (P_max) определяется из требований по продолжительности непрерывного использования фильтрующего противогаза в «боевом» положении. В общем виде взаимосвязь между продолжительностью использования противогаза и местным механическим воздействием лицевой части по полосе обтюрации показана на рисунке 7.6.

Лицевые части СИЗОД, выполненные в виде шлем-масок при удовлетворительной изоляции подмасочного пространства оказывают сравнительно высокое местное механическое воздействие на различные участки лица человека. Местное механическое воздействие шлем-масок по полосе обтюрации представлено в таблице 7.3.

Современные лицевые части в виде масок (общевойсковые противогазы серии ПМК, специальные противогазы серии ПФЛ, противогаз ПФР-М и гражданские противогазы серии ГП-7) имеют значительно более низкие величины ММВ на голову человека.

Оптимальный уровень механического воздействия при заданном уровне герметичности зависит от совершенствования конструкции лицевых частей, а также от правильной организации и контроля подбора и герметичности лицевых частей в войсках.

Рисунок 7.6 – Взаимосвязь между продолжительностью непрерывного использования противогаза и местным механическим воздействием

При создании лицевых частей и обосновании их ростовочного ассортимента необходимо учитывать множество факторов.

Теория ростовочного ассортимента опирается на антропологические закономерности, характеризующие соотношение, связь между отдельными размерами человека и характером изменения этих размеров, на свойства исходных материалов, идущих на изготовление изделия и самих изделий; на требования к условиям эксплуатации изделия.

Таблица 7.3 – Местное механическое воздействие шлем-масок по полосе обтюрации, кПа

Локальные участки	ШМГ	ШМ-62	ШМ-66му	Допустимые значения по болевой чувствительности
Лоб	3,4	3,0	2,3	1,0
Лобные бугры	6,7	8,4	4,3	1,0
Виски	1,3	1,1	0,8	2,0
Скулы	4,2	2,5	2,5	9,0
Щёки	1,2	0,7	1,0	1,5
Подбородок	5,9	19,1	11,0	9,0

Под ростовочным ассортиментом лицевых частей противогазов и всех других средств индивидуальной защиты понимается система специальным образом разработанных ростовочных стандартов, которая включает определённое число ростов (размеров) и устанавливает процентное распределение этих ростов (размеров) в общем количестве изделий, выпускаемых промышленностью. Из понятия ростовочного ассортимента вытекает дискретность изменения размеров данного изделия.

Под ростовочным стандартом (ростом, размером) понимается совокупность изделий, имеющих одинаковые размеры. Количество изделий в росте должно соответствовать доле личного состава, обслуживаемого им.

Лицевая часть противогаза занимает особое место в отношении воздействия на организм человека, а, следовательно, и на его работоспособность. Это вытекает из ранее доказанных представлений о необходимости в любых условиях использования фильтрующего противогаза определённого механического воздействия лицевой части на голову и лицо человека.

Для разработки ростовочного ассортимента лицевых частей необходимо знать антропологические закономерности, касающиеся изменения размеров лица и головы, эластические свойства изделий и требования, предъявляемые к лицевым частям в отношении их защитных и эксплуатационных свойств.

Лицевая часть предназначена для обеспечения за счёт деформации эластичных материалов по полосе обтюрации надёжной герметизации подмасочного пространства. Отсюда следует, что ростовочный ассортимент лицевых частей связан с эластическими свойствами резин, как основных материалов, идущих на их изготовление. Причём, непосредственный интерес представляют не эластические деформации, а давление (местное механическое воздействие), которое возникает в результате деформаций по всей полосе обтюрации. Ранее была показана необходимость определённого механического воздействия для обеспечения герметизации. Эта величина называется минимально необходимой и обозначается Р_МИН. Повышенное механическое воздействие приводит к значительному снижению работоспособности. Следовательно, требования к лицевой части должны предусматривать определённую допустимую величину механического воздействия, называемую максимально допустимой и обозначаемую Р_МАКС. Значения Р_МИН и Р_МАКС являются исходными для определения ростовочного интервала, того интервала изменения размеров лица и головы, который может быть обслужен одним ростом лицевой части.

Таким образом, разработка ростовочного ассортимента для данного типа лицевых частей основывается:

- на определении ведущих размеров лицевой части, наиболее полно отражающих характер изменения размеров лица и головы человека на полосе обтюрации; определении величины механического воздействия, необходимой для обеспечения надёжной герметичности Р_МИН;

- на разработке обоснованных требований по допустимой величине механического воздействия на голову человека Р_МАКС;

- на определении процентного соотношения между ростами в ассортименте по данным антропологических обмеров.

Знание перечисленных величин позволяет определять количество ростовочных стандартов и ростовочные интервалы, обслуживаемые каждым ростом, а также количественные соотношения между ростами.

Принципы обоснования ростовочного ассортимента лицевых частей типа шлем-маски схематично показаны на рисунке 7.7.

Рисунок 7.7 – Взаимосвязь механического воздействия Р лицевых частей и относительной доли N/N каждого роста от вертикального обхвата головы О₂ при трехростовочном ассортименте шлем-масок

Различают два типа лицевых частей: шлем-маска (с нерегулируемой системой крепления на голове) и маска (с регулируемой системой крепления на голове).