2.5. Регулятор непрерывной подачи кислорода
Регулятор непрерывной подачи (РНП) кислорода представляет собой последовательное соединение регулятора давления и дросселирующего газоток гидравлического сопротивления (дюзы), в котором реализуется закритический режим течения.
Пример схемы РНП с дюзой на выходе из РД прямого действия показан на рис. 2.16. При закритическом течении расход через дюзу определяется давлением перед дюзой, формируемым РД, и не зависит от давления за ней.
Рис. 2.16. Схема регулятора непрерывной подачи.
Это позволяет обеспечить необходимую подачу кислорода по высотам путем разработки РД, создающего в рабочей полости (перед дюзой) требуемое давление.
2.6. Регулятор прерывной подачи (рпп) кислорода без избыточного давления
С цепью экономии кислорода в КС экипажа применяются кислородные приборы, обеспечивающие подачу дыхательной смеси только в фазе вдоха, так называемые легочные автоматы (ЛА). Схема простейшего легочного автомата показана на рис. 2.17. Недостаток таких кислородных приборов − большие габариты и сопротивление вдоху. Миниатюризация приборов достигается применением сервопривода клапана подачи.
Рис. 2.17. Схема простейшего легочного автомата: 1 - эластичная мембрана, прогибающаяся внутрь прибора под действием разряжения при вдохе; 2 - жёсткий центр, передающий усилие мембраны на рычаг; 3 - рычаг; 4 - толкатель; 5 - клапан подачи.
На рис. 2.18 показана схема рычажного ЛА с сервоприводом:
Рис. 2.18. Схема рычажного ЛА с сервоприводом:
1 − мембрана; 2 − рычаг; 3 − мембранный клапан подачи; 4 – дюза.
Перед вдохом давления в полостях Б и В одинаковы и мембранный клапан 3 прижат к седлу, так как сила, действующая на его мембрану сверху больше чем снизу.
При вдохе за счет разрежения в полости в А прогибается мембрана 1 и через рычаг 2 открывает сервоклапан. Через него кислород стравливается из полости Б.
В результате этого давление кислорода в полости В приподнимает мембрану 3 и кислород подается в полость А, В фазе выхода мембрана 1 поднимается, связанный с рычагом 2 клапан закрывается и через дюзу 4 заполняется полость Б, давление в ней возрастает и запирает подачу кислорода из полости В в полость А. Клапан подачи 3 открывается. При прекращении вдоха давление в полости А возрастает и возвращает мембрану 1 на прежнее место. Сервоклапан закрывается, а поступающий через дюзу 4 кислород снова выравнивает давления в полостях Б и В. Клапан 3 закрывается и подача кислорода на дыхание прекращается.
На рис. 2.19 представлена схема безрычажного ЛА с сервоприводом.
Рис. 2.19. Схема безрычажного ЛА с сервоприводом клапана подачи: 1 − мембрана сервоклапана.
Принцип действия аналогичен рассмотренному на схеме рис. 2.18 с той только разницей, что давление из полости Б при вдохе сбрасывается в атмосферу, а мембрана 1 управляет сервоклапаном непосредственно, а не через рычаг.
Примеры рпп без избыточного давления
Кислородный прибор КП-58 применяется в кислородных системах коллективного пользования для десантников военно-транспортных самолётов. Схема этого прибора показана на рис. 2.20.
Рис. 2.20. Схема кислородного прибора КП-58: 1 – клапан подсоса воздуха; 2 – вспомогательный клапан; 3 – рычаг; 4 – основной клапан; 5 – мембрана; 6 – дюза.
Работа прибора: При отсутствии давления на входе прибора человек дышит воздухом, поступающим через клапан подсоса воздуха 1. При подаче на вход прибора кислорода под давлением, регулируемым по высотам РНП, в подмембранной полости Б создаётся малое избыточное давление порядка
15-30 мм вод. ст., поддерживаемое клапаном 2 с пружиной. Под действием этого давления мембрана 5 прогнется вверх и с помощью рычага 3 закроет клапан 2. Это приведет к повышению давления в полости В прибора, вследствие чего клапан подсоса воздуха плотнее прижмется к седлу. При неплотном прилегании маски к лицу малое избыточное давление в маске и в полости Б прибора падает, что вызывает открытие клапана 2. Кислород через дюзу 6 непрерывным потоком поступает в маску, предотвращая подсос воздуха в нее из атмосферы кабины.
Во время вдоха в полости Б прибора создается разрежение, вследствие чего мембрана 5 прогнется вниз и рычаг 3 освободит клапан 2.Последчий под действием своей пружины открывается на большую величину. Давление, возникшее перед дюзой 6, через поршень создаст усилие, действующее на основной клапан подачи 4 кислородного прибора, помогая его открытию, и тем самым снимет часть усилия прижатия клапана к седлу пружиной и давлением подводимого кислорода, благодаря чему уменьшится сопротивление его открытию и следовательно сопротивление вдоху.
Под действием перепада давлений мембрана 5 прогнется вниз. В результате этого основной клапан подачи 4 откроется посредством рычага 3 через толкатель с поршнем.
Воздух из окружающей среды подсасывается через клапан подсоса воздуха (КПВ) 1, степень открытия которого ограничена упором. Ход клапана тем меньше, чем больше давление в полости В. Клапан перестанет открываться на высоте 9,5 км и прибор КП-58 обеспечивает дыхание чистым кислородом.
В качестве другого примера РПП рассмотрим кислородный прибор,
вмонтированный в кислородную маску КМ-114, которая применяется в
кислородных системах экипажей пассажирских самолётов.
Схема этого РПП показана на рис. 2.21. В нерабочем состоянии, когда кислородная маска уложена в укладочный блок, доступ кислорода к прибору закрыт. При открытии створок укладочного блока кислород подаётся на вход кислородного прибора.
Рис. 2.21. Схема РПП кислородной маски КМ-114: 1 – предохранительный клапан; 2 – комбинированная кнопка «ПРОВЕРКА» - «АВАРИЯ»; 3, 10 – фильтр; 4 – эжектор; 5 – основной клапан; 6 – переключатель «СМЕСЬ» – «100% О2»; 7 – клавиша наддува пневматического оголовья; 8 – автомат подсоса воздуха ; 9 – уплотнение соединения с кислородной маской; 11, 12 – клапаны.
В случае необходимости использования кислородной маски её извлекают из укладочного блока, нажимая при этом на рычаг 7, который перемещает поршень, соединяющий полость С с полостью шлангов оголовья. Кислород под давлением поступает в кольцеобразные шланги оголовья и надувает их. При отпускании рычага 7 поршень перемещается под действием давления в исходное положение, соединяя полость шлангов оголовья атмосферой. Из канала С кислород через дюзу 3 поступает в надмембранную полость основного клапана 5. При отсутствии расхода из надмембранной полости давление кислорода в ней и в подмембранной полости одинаково. При этом клапан 5 на входе в эжектор закрыт, чем предотвращается истечение кислорода из маски.
При работе кислородной маски в режиме «смесь» рычаг 6 устанавливается в положение, при котором смесительная камера эжектора 4 сообщается с атмосферой. При вдохе в полости А создается разрежение, под действием которого мембрана с клапаном 11 прогибается, преодолевая усилие пружины, открывает клапан 11 и закрывает клапан 12, изолируя тем самым полость А от атмосферы.
Через открытый клапан 11 из надмембранной полости клапана 5 кислород поступает в полость Б и далее через открытый клапан кнопки 2 в атмосферу. Так как подача кислорода в надмембранную полость через дозу 3 меньше расхода кислорода из этой полости через седло клапана 11, давление в ней падает и мембрана отходит от седла − клапан 5 открывается.
Кислород из полости С поступает в эжектор, создавая разрежение, под действием которого происходит подсос атмосферного воздуха. Смесь кислорода с воздухом поступает на дыхание.
При выдохе в полости А создается избыточное давление, превышающее давление в полости Б. Мембрана с клапаном 11, прогибаясь в сторону полости Б , прижимает клапан 11 к седлу. Это вызывает повышение давления в надмембранной полости и закрытие клапана входа в эжектор. Подача кислорода в полость маски прекращается. Одновременно мембрана с клапаном 11отходит от противоположного седла 12, и выдыхаемая смесь выходит из полости А в атмосферу. Кислород, натекающий через дюзу 3 в надмембранную полость клапана 5, закрывает его и подача кислорода в полость маски прекращается.
При необходимости переход на дыхание чистым кислородом можно осуществить на любой высоте с помощью рычага 6, установив его вручную в положение “100%”. При этом канал, соединяющий автомат подсоса воздуха с атмосферой, перекрывается. Поступление кислорода на дыхание аналогично вышеописанному.
Для включения аварийной подачи кислорода кнопку 2 переводят в положение «АВАРИЯ». При этом она изолирует полость Б от атмосферы.
Кислород из полости С через дюзу 10 поступает в полость Б. В полости Б создается определеннее избыточное давление, поддерживаемое клапаном 1. Под действием этого давления мембрана с клапаном 11 прогибается в сторону полости А, отводит клапан 11 от его седла. Открытие клапана входа в эжектор и подача кислорода на дыхание осуществляется аналогично вышеописанному.