Для экономии расхода дыхательной газовой смеси или воздуха в некоторых типах водолазного снаряжения (ГКС-Зм, ВКС-57 и др.) применяются регенеративно-вентиляционные газовые системы. Однако и в этих системах, как правило, подают гораздо больше газовой смеси, чем потребляет водолаз в процессе дыхания, но гораздо меньше, чем это необходимо для осуществления вентиляции.
Расчет таких систем имеет много особенностей и представляет значительные трудности, связанные как с характеристикой работы регенеративного вещества, так и с нормированием дыхательных смесей путем частичной вентиляции снаряжения. Для практики представляют интерес приближенные расчеты концентраций и парциального давления кислорода и допустимого времени пребывания водолаза под водой в этих системах.
Концентрация кислорода в скафандре при установившемся процессе вентиляции, совмещенном с регенерацией
где к – концентрация кислорода в скафандре (дыхательном мешке аппарата), установившаяся в процессе нормирования газового состава, л/л;
р – абсолютное давление газового состава в скафандре, кгс/см2;
КK – концентрация кислорода в газовой смеси, подаваемой на вентиляцию, л/л;
QCM – объемный расход (подача) газовой смеси на вентиляцию, л/мин;
m – объемный расход кислорода водолазом, л/мин;
КR – коэффициент регенерации (отношение объема выделившегося активного кислорода к соответствующему объему углекислого газа, поглощенного регенеративным веществом), л/л. Если коэффициент регенерации КR = 0, что соответствует такому веществу, как ХПИ, то из (10.1) следует
Коэффициент регенерации КR находится в пределах от 0 до 2 и зависит от химического состава регенеративного вещества и процесса поглощения С02 этим веществом. Для некоторых перекисных соединений щелочных металлов, применяемых как регенеративные вещества, коэффициент регенерации приведен в табл. 10.3.
Таблица 10.3. Характеристика регенеративных веществ
Коэффициент регенерации в начальный и конечный период работы регенеративного вещества изменяется, его величина, как правило, уменьшается. Примерный вид изменения коэффициента регенерации в зависимости от времени работы регенеративного вещества показан на графике (рис. 10.7). Поэтому начальный период каждого аппарата, работающего на искусственных газовых смесях, должен быть проверен на значение коэффициента регенерации КR = 0.
Рис. 10.7. График зависимости коэффициента регенерации от времени в часах
Пример 10.16. Определить в установившемся режиме парциальное давление кислорода в дыхательном мешке регенеративного аппарата, имеющего баллон с 50% азотнокислородной смесью и регенеративную коробку с химическим веществом КR = 1,3, если водолаз, находясь на глубине 40 м, потребляет кислорода 1 л/мин, а подача газа из баллона равна 2 л/мин.
Решение. Абсолютное давление газа в дыхательном мешке на глубине 40 м по (10.6)
Концентрация кислорода в азотнокислородной смеси
Расход азотнокислородной смеси QCM = 2 л/мин.
Расход кислорода водолазом т = 1 л/мин.
Концентрация кислорода в дыхательном мешке по (10.22):
Так как это безразмерная объемная концентрация, то численно она равна парциальному давлению кислорода в дыхательном мешке, поэтому рк = к = 2,82 кгс/см.
Если учесть, что отравляющее действие кислорода наступает при парциальном давлении 3 кгс/см2, то полученное значение находится на пределе. При увеличении водолазом потребления кислорода или глубины погружения может наступить кислородное отравление.
Пример 10.17. Определить для условий примера 10.16 парциальное давление кислорода в дыхательном мешке аппарата, если регенеративная коробка аппарата заряжена веществом ХПИ (КR=О) и подача газа из баллона составляет 8 л/мин.
Решение. Концентрация кислорода в дыхательном мешке по (10.23)
Пример 10.18. Определить состав газа по кислороду в дыхательном мешке аппарата на поверхности при подаче 50% гелио- кислородной смеси в количестве 2 л/мин. Если водолаз потребляет 0,85 л/мин кислорода, наружное барометрическое давление равно 760 мм рт. ст., в начальный период работы патрона коэффициент регенерации КR = 0.
Решение. Абсолютное наружное давление на поверхности по (10.4)
Парциальное давление кислорода в дыхательном мешке аппарата по (10.23)