7.1.3 Подсос воздуха через клапаны выдоха

Подсос зараженного воздуха в подмасочное пространство через клапаны выдоха возможен:

- по полосе контакта лепестка клапана с седловиной, характеризуется коэффициентом

- из-за инерционного запаздывания закрывания клапанов при переходе от фазы выдоха к фазе вдоха, характеризуется коэффициентом ;

- через материал клапана, характеризуется коэффициентом .

_(7.5)

Исключить подсос по полосе контакта лепестка клапана с седловиной в реальных конструкциях клапанов нельзя, учитывая ее ограниченную ширину и ограниченное усилие поджатия, которое определяется разрежением в подмасочном пространстве ΔР. Конечно, технические возможности это позволяют, но тогда придётся значительно усложнить конструкцию лицевой части и увеличить сопротивление току воздуха на выдохе.

Инерционность клапана проявляется при переходе цикла дыхания от фазы выдоха к фазе вдоха и наоборот. Запаздывание при закрывании клапанов выдоха в переходный период открывает канал для свободного проникания зараженного воздуха в подмасочное пространство.

Для устранения проникания зараженного воздуха за счёт инерции необходимо, чтобы клапан закрывался раньше окончания фазы выдоха. Для этого необходимы определённые усилия, действующие на лепесток в направлении, противоположном открывающему усилию. Подобное действие оказывает натяг лепестка клапана выдоха.

В динамике пользования противогазом возможны другие причины неплотного закрывания клапанов выдоха, например, их засорение. В правильно собранном и технически исправном противогазе подсос зараженного воздуха возможен только через полосу обтюрации и через клапаны выдоха. Составляющей подсоса К^МАТ_ПОД, учитывая физико-химические свойства резины клапанов, как правило, можно пренебречь. Следовательно, командир подразделения обязан правильно организовать подбор и подготовку к пользованию фильтрующих противогазов подчинённых, а также их своевременное техническое обслуживание и ремонт.

Одним из наиболее эффективных способов уменьшения подсоса зараженного воздуха является последовательное размещение в клапанной коробке двух клапанов выдоха. Пространство в клапанной коробке лицевой части, ограниченное клапанами выдоха, называется физиологической камерой. Её назначение и роль более подробно будут изложены далее.

7.2 Влияние конструктивных особенностей лицевых частей на их защитные и эргономические характеристики

Как отмечалось ранее, лицевая часть противогаза предназначена для защиты лица и глаз от ТХ, РП и БА, подвода к органам дыхания очищенного воздуха и сброса в атмосферу вдыхаемого воздуха.

Требования, предъявляемые к лицевой части:

1. надёжная герметизация подмасочного пространства при минимальном механическом воздействии на голову;

2. минимальная концентрация двуокиси углерода в подмасочном пространстве. Невентилируемая часть свободного объёма под лицевой частью, образующаяся между поверхностью лица и внутренней поверхностью корпуса лицевой части после её надевания называется объёмом вредного пространства;

Мнения о величине допустимого объёма вредного пространства различны: от 250 см³ до ¼ объёма вдоха. (В противогазах периода 1-й Мировой войны объём вредного пространства составлял от 600 до 900 см³).

3. обеспечение достаточной видимости (общее поле зрения не менее 50 - 55 %, а бинокулярное – не менее 30 % от величины поля зрения без лицевой части), возможность работы с оптическими приборами;

Под полем зрения человека понимается пространство, видимое органом зрения при неподвижном одном или двух глазах. Общее поле зрения – часть сферы, которую видит человек, находящийся в её центре. Бинокулярное поле зрения – то, что человек видит двумя глазами одновременно.

4. время защитного действия материала герметизирующего корпуса по капельножидким физиологически активным веществам должно быть не менее времени защитного действия средств защиты кожи;

5. возможность повторного использования лицевой части после нескольких циклов дегазации (устойчивость к воздействию дегазирующих растворов).

Исторически сложилось два направления конструирования лицевых частей: в России разрабатывались в основном шлем-маски, в других странах – маски. Оба типа имеют свои преимущества и недостатки.

Основные преимущества шлем-масок:

- быстрее переводятся в боевое положение;

- более полно защищают от капельножидких ТХ.

Основные преимущества масок:

- обеспечивают герметизацию при минимальном механическом воздействии и вызывают меньше болевых ощущений;

- требуют меньшего числа ростов;

- обладают более широкой сырьевой базой, чем шлем-маски, и могут быть изготовлены из синтетических материалов, как например лицевые части противогазов серии ПМК, которые изготавливаются из СКИ (синтетического каучука изопренового).

Развитие теоретических представлений в области конструирования лицевых частей привело к тому, что в нашей стране маска стала рассматриваться, как перспективная лицевая часть, и в настоящее время усилились интенсивные исследования в области совершенствования отдельных узлов конструкции масок.

Лицевая часть состоит из герметизирующего корпуса, заканчивающегося полосой обтюрации и системы крепления. Корпус служит для обеспечения герметичности подмасочного пространства и размещения следующих узлов лицевой части: очкового узла, клапанной системы, переговорного устройства, обтюратора, подмасочника, обтекателей, приспособления для питья воды.

Корпус до настоящего времени является недостаточно изученным узлом. Это связано с весьма сложной формой, а также специфичностью резины, как конструкционного материала. Корпус должен обладать формой и размером головы и лица человека. Как было указано ранее, форма и размеры головы варьируются в очень широких пределах. Поэтому основные трудности при конструировании корпуса связаны с обеспечением надежности герметизации.

Для изготовления корпуса лицевых частей использовались импрегнированная кожа, прорезиненные материалы, проолифленные материалы, полимерные материалы (например, полиэтилен) резины на основе синтетического и натурального каучуков. Поиск материалов продолжается до сих пор.

Толщина резины (калибр) определяет многие характеристики корпуса. Чем резина тоньше, тем меньше ММВ. Однако, недостаточная жёсткость конструкции, малое время защитного действия по капельножидким ТХ и возникновение пульсаций при дыхании ограничивают возможности по использованию этого пути.

Увеличение калибра приводит не только к росту ММВ, но и к ухудшению акустических свойств. Поэтому, исходя из всех соображений, различные участки лицевой части имеют различную толщину резины (см. таблицу 7.4).

Была предпринята попытка снизить ММВ путем вырезания отверстий в наиболее напряжённых участках лицевой части. Хотя ММВ удалось несколько снизить, однако, на испытаниях выявился новый недостаток – на голове человека по краям резины у вырезов стали возникать намины.

Таблица 7.4 – Толщина резины элементов лицевой части, мм

Элемент лицевой части	ШМС	ШМГ	ШМ-66му	М-80
Герметизирующий корпус	2,6	2,5	2,1	2,6
Полоса обтюрации	1,6	1,6	1,2	0,8
Система крепления	0,9	0,8	0,8	2,1

Система крепления предназначена для герметизации противогаза по линии обтюрации и удержания лицевой части на голове. В настоящее время, в лицевых частях, практически, реализованы два вида систем крепления: регулируемая и нерегулируемая. Нерегулируемая система крепления нашла более широкое распространение в лицевых частях типа шлем-маска. В них система крепления выполнена в виде шлема в единой конструкции (заодно) с масочной частью. Их можно разделить на две группы: со сплошным шлемом (ШМ-41-М, ШМ-62, ШМС) и со шлемом открытого типа (ШМГ, ШМ-66му). К лицевым частям с регулируемой системой крепления относятся маски (М-80, МБ-1-80, МБ-2). Регулируемая система крепления представляет собой наголовник с несколькими лямками (тесьмами), крепящийся к герметизирующему корпусу маски с помощью отлапок и пряжек. Лямки (тесьмы) имеют нумерованные упоры (уступы). Минимальное количество лямок – 5 (лобная, 2 височных и 2 щечных). Именно столько лямок в противогазах армиях России и Германии, а например, в армиях США и Англии – 6, Франции – 7.

Следует отметить, что классификация лицевых частей на шлем-маски и маски базируется не только на различиях в системе крепления. Маски, как правило, имеют более массивные корпуса и более широкую полосу обтюрации, чем шлем-маски. Шлем-маски, в силу особенностей конструкции и отсутствия возможности регулировать систему крепления, подвергаются большей деформации, а, следовательно, оказывают большее механическое воздействие на голову человека.

Очковый узел лицевой части предназначен для сохранения функциональной деятельности органа зрения человека, пользующегося противогазом. Существуют очковые узлы двух типов: с отдельными для каждого глаза стёклами и с единым для обоих глаз (нормальным) стеклом (противогаз ПФЛ). Очковые стёкла могут быть плоскими и выпуклыми. Формы их весьма разнообразны: круглые, треугольные, трапециевидные и т.д.

Ограничение зрения в противогазе также является фактором отрицательного воздействия лицевой части на боеспособность военнослужащих.

Причины ограничения зрения можно разделить на три группы:

1. конструктивные, приводящие к ограничению полей и углов обзора;

2. аэродинамические – теплообмен и массообмен в подмасочном пространстве, приводящие к снижению видимости за счет запотевания или обледенения очковых стёкол;

3. технологические, приводящие к снижению остроты зрения за счёт оптических свойств материалов, используемых для стёкол очкового узла.

Можно утверждать, что наименьшее ограничение зрения за счет конструктивных причин достигается при выполнении двух условий:

- возможно больший размер стёкол;

- расположение стёкол очкового узла как можно ближе к глазам.

Кроме того, для пользования оптическими приборами очковые стёкла должны лежать в плоскости, нормальной к оси зрения.

Одновременное выполнение этих условий сопровождается изменением других характеристик лицевых частей. Так, увеличение размеров стёкол и обеспечение перпендикулярности стёкол к оси зрения приводят к увеличению подмасочного, и, следовательно, вредного пространства. Приближение очковых стёкол к глазам существенно увеличивает вероятность наминов на лице из-за касания элементами очкового узла надбровных дуг и носа. Указанные соображения объясняют то обстоятельство, что в настоящее время нет лицевых частей, не ограничивающих поле зрения человека (см. таблицу 7.5). Введение в конструкцию лицевой части единого панорамного стекла также пока не дало положительных результатов.

Таблица 7.5 – Характеристика очковых узлов лицевых частей

Лицевые части	Поле зрения, %
	общее	бинокулярное
Шлем-маска ШМ-62	70	30
Шлем-маска ШМ-66му	60	25
Шлем-маска ШМГ	45	35
Маска М-80	70	30
Маска МБ-1-80	70	30
Маска МБ-2	80	35

Как бы ни была удачна конструкция очкового узла с точки зрения хорошей обзорности, важным требованием является сохранение оптической прозрачности стёкол при пользовании противогазом. Изоляция подмасочного пространства лицевой части приводит к образованию в ней собственного микроклимата, отличающегося повышенной влажностью и температурой. В результате происходит запотевание, а при отрицательных температурах и обледенение стёкол очкового узла, следствием которых является ухудшение видимости.

Среди средств, предусматриваемых и предусмотренных в конструкции лицевой части для борьбы с запотеванием и обледенением стёкол следует отметить:

- пальцевидный отросток, устанавливаемый при необходимости внутри лицевой части. С помощью такого отростка в разных лицевых частях производилось обтирание стёкол. Средство малоэффективное и, кроме того, требовало периодического выключения из боевой работы одной руки;

- не запотевающие плёнки с односторонним (НП) или двусторонним (НПН) желатиновым покрытием, а также специальные мыльные карандаши. Это одно из самых простых решений, но плёнки со временем мутнеют и требуют замены;

- против обледенения стёкол применяются наружные утеплительные манжеты (НМУ) или же не запотевающие плёнки, вставленные с внутренней стороны лицевой части таким образом, что между стеклом и пленкой образуется воздушный зазор.

Обтекатели предназначены для обдува очкового узла вдыхаемым воздухом. Они выполнены в виде каналов-воздуховодов, отформованных вместе с корпусом лицевой части. У противогазов ПМК, ПМК-2 и ПМК-3 обтекатели выполнены в виде патрубков из полимерного материала. Обтекатели впервые появились во французском противогазе “ARS" образца 1917 года. Лицевая часть этого противогаза имела клапанную коробку, общую для клапанов вдоха и выдоха. От клапана вдоха к стеклам шли две резиновые трубки (по одной к каждому стеклу), по которым вдыхаемый воздух поступал на стекла. Такая конструкция просуществовала до второй мировой войны.

На обтекатели накладываются два условия:

- обеспечить равномерный обдув стекол вдыхаемым воздухом;

- исключить неприятные ощущения, которые могут быть следствием воздействия обтекателей – намины и слезотечение.

Слезотечение возможно в том случае, когда струя воздуха из обтекателя частично попадает в глаза. Особенно это заметно, если воздух подается принудительно (как, например в коллекторных ФВУ). Скорость движения воздуха при этом может достигать 350 см/с. В этой связи лицевая часть ШМС, в которой воздух обдувает стекла сверху и сбоку, создаёт лучший комфорт, чем большинство лицевых частей, в которых воздух подается только снизу вверх.

С точки зрения предупреждения наминов, наиболее рациональная конструкция, в которой обтекатели выполнены с корпусом за одно целое. Величина проходного сечения обтекателя в отечественных лицевых частях  2 см² и влияет на сопротивление дыханию противогаза в целом. Однако увеличение сечения влечет рост объёма вредного пространства и вероятности наминов.

Достаточно эффективным средством борьбы с запотеванием очкового узла является подмасочник (лицевые части противогазов серии ПФЛ и противогаза ПМК-3). Подмасочник препятствует контакту влажного выдыхаемого воздуха с внутренней поверхностью очковых стёкол. Кроме этого, подмасочник выполняет следующие функции:

- уменьшает объём вредного пространства;

- предохраняет стекла очкового узла от влаги выдыхаемого воздуха;

- улучшает качество звукопередачи, направляя звуковые волны на мембрану переговорного устройства.

Для очковых узлов противогазов в настоящее время используются обычные силикатные стёкла или стёкла из полимерных материалов, также влияющих на остроту зрения. Например, коэффициент светопропускания силикатных стёкол равен 0,84. Таким образом, технология изготовления стекол также важна для обеспечения видимости в противогазе.

Клапанная коробка лицевой части предназначена для распределения потоков вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Основными элементами клапанного узла являются клапаны вдоха и выдоха. Они могут быть смонтированы в одной клапанной коробке или раздельно. При любом их размещении они должны:

- обеспечивать герметичность подмасочного пространства;

- иметь малую инерционность в работе, малые габаритные размеры и массу.

Для изготовления клапанных коробок и седловин клапанов применяются жесть, алюминиевые сплавы и пластмассы, для клапанов – слюда и резина из натурального каучука. Клапаны из слюды превосходят резиновые по морозостойкости, но резиновые клапаны лучше сохраняют герметичность при запылении и, практически, бесшумны в работе.

Основным назначением клапанов вдоха является ограничение объёма вредного пространства. Необходимость ограничения этого пространства вызывается тем, что в нем задерживается вдыхаемый человеком воздух, содержащий повышенное количество углекислого газа и пониженное – кислорода. Естественно, что при последующих вдохах это воздух в первую очередь попадает в органы дыхания. Чем больше объём воздуха, используемого для дыхания вторично, тем больший вред наносится организму человека. В современных противогазах объём вредного пространства не превышает 400 см³, а в лицевых частях с подмасочником он в 4 - 5 раз меньше. В качестве клапанов вдоха наиболее часто используются дисковые резиновые лепестки с центральным креплением их к седловине.

В лицевых частях ШМС, ШМ-62, ШМ-66му клапан вдоха расположен в клапанной коробке, в остальных лицевых частях – в узле присоединения ФПС. У противогазов ПМК-2 и ПМК-3 клапан вдоха расположен в горловине ФПК. Так как клапан вдоха располагается последовательно с ФПС, к нему предъявляются невысокие требования по герметичности.

Клапаны выдоха выполняют более ответственную роль, т.к. они обеспечивают изоляцию подмасочного пространства от внешней зараженной атмосферы. К ним предъявляются высокие требования по герметичности и надёжности, для выполнения которых последовательно монтируются два клапана выдоха – основной и дополнительный. В некоторых лицевых частях (М-80, МБ-1-80, МБ-2, МГП, МГП-В) клапаны выдоха прикрываются клапанной накладкой для предотвращения засорения и примерзания клапанов выдоха при отрицательных температурах.

В качестве клапанов выдоха получили распространение резиновые лепестковые с креплением лепестка к резиновому седлу по периферии (ШМС, ШМ-62, ШМ-66му) и грибкообразные ступенчатые с предварительным натяжением клапана (ШМГ, М-80, МБ-1-80, МБ-2). Все эти клапаны просты по устройству и обеспечивают необходимую герметичность при сравнительно невысоком аэродинамическом сопротивлении. Проходное сечение седла клапанов в отечественных лицевых частях имеет величину 1,7…4,2 см².

Как отмечалось ранее, пространство в клапанной коробке, ограниченное клапанами выдоха, называется физиологической камерой (см. рисунок 7.8).

Значение физиологической камеры состоит в том, что в ней происходит разбавление подсосанного через первый клапан наружного зараженного воздуха. Благодаря разбавлению уменьшается концентрация вредной примеси, проникающей через второй клапан в подмасочное пространство.

Рисунок 7.8 – Схема клапанной коробки с двумя клапанами выдоха.

В таблице 7.6 приведены допустимые количества подсасываемого зараженного воздуха через клапаны выдоха в лицевых частях с одним и двумя клапанами выдоха.

В современных противогазах объём физиологической камеры равен: ПМГ – 20 см³, ПМГ-2 – 35 см³, ПРВ-У (ШМС-Р) – 50 см³, ПРВ-М (ШМ-70Р) – 20 см³, ПМК (ПМК-2, ПМК-3) – 20 см³.

Таблица 7.6 – Допустимые количества подсасываемого воздуха при различном устройстве клапанной коробки

Допустимые количества подсасываемого воздуха VК, см3/вдох при конструкции клапанной коробке
С одним клапаном выдоха	С двумя клапанами выдоха при объёме физиологической камеры:
	W = 50 см3	W = 25 см3	W = 10 см3
0,002	0,31	0,22	0,14

Помимо снижения подсоса двухклапанная система повышает надежность сохранения герметичности лицевой части, уменьшая вероятность её нарушения при загрязнении клапанов.

Следует отметить, что клапаны выдоха являются наиболее уязвимыми элементами противогаза, т.к. при их неисправности (засорении, примерзании) зараженный воздух проникает под лицевую часть, минуя ФПС. Об этом командиру подразделения необходимо помнить и постоянно обращать внимание личного состава на своевременное и качественное проведение контроля технического состояния личных противогазов и их технического обслуживания.

Переговорное устройство предназначено для улучшения качества передачи речи при пользовании противогазом. Переговорное устройство лицевой части может быть выполнено в виде разборной инструкции, при этом противогазы комплектуются коробками с запасными мембранами.

Мембраны переговорного устройства изготавливаются из полимерных плёнок. Кроме мембранных, возможны и микрофонные переговорные устройства, основанные, например, на подключении микрофона в сеть (телефонную или радио) например, противогазы серии ПФЛ.

Обтюратор предназначен для обеспечения герметизации подмасочного пространства лицевых частей по полосе обтюрации. При решении этой задачи используются высокоэластические и эластические свойства каучуков, резин и пластифицированных полимерных материалов, из которых изготавливаются герметизирующие корпуса. Обтюратор из таких материалов, выполненный за одно целое с корпусом или в виде отдельного элемента его конструкции, обеспечивает плотное прилегание в различных областях лица с изменяющейся кривизной поверхности при относительно невысоких значениях местного механического воздействия.

Обтюраторы, выполненные в виде отдельного элемента конструкции, могут иметь различную конструкцию: ленточную (в виде рамки из относительно тонкой резины с внутренней стороны маски), пневматическую (в виде газонаполненной трубки), поролоновую (в виде рамки из пористого полимерного материала) и др. В отдельных лицевых частях имеются два обтюратора.

Приспособление для питья воды предназначено для приёма воды и жидкой пищи в зараженной атмосфере. Этим приспособлением оснащены лицевые части общевойсковых противогазов серии ПМК и некоторые гражданские противогазы серии ГП-7.