Химические генераторы кислорода
Химические генераторы кислорода представляют собой аппараты, в которых кислород выделяется из химических веществ путем их термического разложения, электролиза или иного вида реакции.
Применяемые в настоящее время на некоторых самолетах химические генераторы кислорода используют реакцию разложения алкалоидов металлов (хлоратов, перхлоратов), при которой может выделяться до 40... 50% кислорода по массе. Например, реакция разложения хлората натрия имеет вид:
Fe+NaClO3 FeO+NaCl+O2.
Это экзотермическая реакция.
Необходимость использования устройств для охлаждения выделяемого кислорода и для очистки его от вредных примесей повышает относительную массу аппарата, приближая ее к относительной массе баллонов.
Большим преимуществом хлоратных генераторов кислорода является возможность их многолетнего хранения практически без эксплуатационных затрат. Это особенно важно для запаса кислорода аварийного назначения, который должен находиться в постоянной готовности к работе.
Химические источники кислорода нашли широкое применение в аварийных кислородных системах пассажиров аэробусов.
Бортовые кислорододобывающие установки
Другим перспективным направлением развития самолетных источников кислорода является создание бортовых аппаратов для получения кислорода из атмосферного воздуха непосредственно в полете.
Принцип действия современных бортовых кислорододобывающих установок (БКДУ) основан на использовании специальных, синтетических «молекулярных» фильтров – цеолитов, способных в циклическом процессе сорбировать из пропускаемого через них сжатого воздуха азот, влагу, вредные примеси и очищаться от этих компонентов за счет периодической обратной продувки частью продуцируемой дыхательной газовой смеси в более разреженной газовой среде.
БКДУ содержит три блока адсорберов, которые поочередно генерируют обогащенную кислородом дыхательную смесь и продуваются.
2.2. Классификация кислородных систем
По принципу подачи системы кислородного питания можно
разделить на следующие группы: системы кислородного питания непрерывной подачи, системы кислородного питания прерывной подачи, системы кислородного питания комбинированной подачи.
Структурная схема системы кислородного питания с непрерывной подачей кислорода имеет вид, показанный на рис. 2.3:
рН
Воздух
Рис. 2.3. Структурная схема КС с непрерывной подачей кислорода:
ИК – источник кислорода (КБ, СКГ или ХИК); КР — кислородный редуктор;
РНП — регулятор непрерывной подачи; КМ — кислородная маска.
Количество подаваемого кислорода к дыхательным путям человека увеличивается с высотой. Максимальная величина подачи кислорода обычно соответствует легочной вентиляции порядка 20 л/мин.
Редуктор служит для понижения и поддержания необходимого давления кислорода перед регулятором подачи. Регулятор непрерывной подачи кислорода обеспечивает потребный расход чистого кислорода, необходимый для дыхания в зависимости от высоты. Кислородная маска предназначается для подачи кислорода к дыхательным путям.
РД
Д
Рис. 2.4 Структурные схемы РНП для одного и нескольких человек.
Система непрерывной подачи кислорода применяется на высотах до 10 км и может быть использована для питания кислородом одновременно нескольких человек. Данная система является неэкономичной из-за непрерывного расхода кислорода, кроме того, в этой системе отсутствует необходимая органическая связь между легочной вентиляцией и фактическим расходом кислорода.
РНП в этой схеме представляет собой последовательное соединение регулятора давления (РД) и дюзы (Д), одной или нескольких, как показано на рис. 2.4.
Структурная схема системы кислородного питания с прерывной подачей кислорода показана на рис. 2.5.
Рис. 2.5. Структурная схема КС с прерывной подачей кислорода: ИК – источник кислорода, КР – кислородный редуктор, РНП – регулятор непрерывной подачи, ЛА – лёгочный автомат, КПВ – клапан подсоса воздуха, КМ – кислородная маска, КВ - клапан выдоха.
Данная система более экономично расходует кислород и применяется до высот 12 км. В отличие от системы непрерывной подачи кислород подается к дыхательным путям только во время вдоха и в соответствии с потребной величиной вентиляции.
Необходимым условием нормальной работы системы прерывной подачи кислорода является ее достаточная герметичность. Если система подачи будет негерметична, то на высотах в кабине более 3 км организм начнет испытывать кислородное голодание. Для предотвращения указанного явления в системе предусмотрен регулятор малого избыточного давления, который на высотах более 4 км поддерживает в замкнутой системе небольшое избыточное давление кислорода до 40 мм. вод. ст., исключающее подсос воздуха в кислородную маску. Автомат подсоса воздуха АПВ, обеспечивает в системе кислородного питания необходимую концентрацию кислорода во вдыхаемом воздухе, а следовательно, и необходимую величину парциального давления кислорода.
Каждая дюза связана со своим РПП. Поэтому в системах коллективного пользования (СКП пассажиров или десантников) один РД может быть рассчитан на несколько человек.
Система кислородного питания с комбинированной подачей кислорода, предназначена для высот более 12 км. Её структурная схема имеет такой вид:
Рис.2.6. Структурная схема КС с комбинированной подачей кислорода: ИК – источник кислорода, КР – кислородный редуктор, РНП – регулятор непрерывной подачи кислорода, РПП – регулятор прерывной подачи кислорода, КМ – кислородная маска, ККВ – компенсированный клапан выдоха, КПВ – клапан подсоса воздуха, РИД – регулятор избыточного давления, ПБП – пускатель большой подачи кислорода, РВ – реле времени, РСД – регулятор соотношения давлений, КО – компенсирующая одежда.
Компенсированный клапан выдоха ККВ необходим для удержания избыточного давления в кислородной маске КМ, которое создаётся регулятором избыточного давления РИД с некоторым запозданием, после разгерметизации кабины, позволяющим предотвратить баротравму лёгких благодаря упреждающему созданию компенсирующего противодавления на тело лётчика. При падении давления в кабине до величин, соответствующих высотам более 12 км, пускатель большой подачи ПБП включает подачу кислорода с расходом порядка 200 л/мин, благодаря чему достигается быстрое, за 2-3 с, наполнение камер компенсирующей одежды КО. После этого происходит переключение на малую, порядка 15…20 л/мин, непрерывную подачу, которая расходуется на компенсацию утечек в камерах КО и через регулятор соотношения давлений РСД - на дыхание. РСД обеспечивает заданное соотношение избыточных давлений в КМ и камерах натяжных устройств КО. При глубоком вдохе срабатывает РПП и добавляет недостающую порцию кислорода.
Рассмотренные системы по принципу работы являются разомкнутыми системами регулирования расхода кислорода, так как выдыхаемая смесь вместе с кислородом удаляется из КМ или ГШ в кабину.
Кислородная система замкнутого типа – это система с регенерацией отработавшего газа.
Теперь перейдем к изучению устройства и принципа действия функциональных узлов КС, фигурировавших в рассмотренных структурных схемах КС.