vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2021-66-1-101-109vestift-654Research ArticleДИАГНОСТИКА И БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ И ПРИРОДНЫХ СИСТЕМDIAGNOSTICS AND SAFETY OF TECHNICAL AND ENVIRONMENT SYSTEMSОптимизация теплового режима изолирующего дыхательного аппарата на химически связанном кислородеOptimization of the thermal regime of the insulating breathing apparatus on chemically bound oxygenЕхилевскийС. Г.EkhilevskiyS. G.

Ехилевский Степан Григорьевич – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технологий программирования

ул. Блохина, 29, 211440, Новополоцк, Витебская обл., Республика Беларусь

Stepan G. Ekhilevskiy – D. Sc. (Engineering), Professor, Professor of the Department of Programming Technologies

29, Blokhin Str., 211440, Novopolotsk, Vitebsk Region, Republic of Belarus

ekhilevskiy@yandex.ruПотапенкоЕ. П.PotapenkoE. P.

Потапенко Евгений Павлович – ведущий инженер

ул. Правды, 36, 210029, Витебск, Республика Беларусь

Evgeniy P. Potapenko – Lead Engineer

36, Pravdy Str., 210029, Vitebsk, Republic of Belarus

p0tapenko@mail.ruПолоцкий государственный университетPolotsk State UniversityУнитарное предприятие «Витебскоблгаз»Unitary Enterprise “Vitsebskoblgaz”202131032021661101109Copyright © Ехилевский С.Г., Потапенко Е.П., 20212021Ехилевский С.Г., Потапенко Е.П.Ekhilevskiy S.G., Potapenko E.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/654

Обосновано, что главные перспективы совершенствования изолирующих средств защиты дыхания связаны с химическим способом резервирования кислорода. Для повышения эффективности его использования необходимо задействовать ресурс мертвого слоя хемосорбента и предотвратить спекание гранул кислородсодержащего продукта под действием экзотермического тепла. Это достигается более быстрым импульсным пропусканием выдыхаемого воздуха через лобовые слои хемосорбента и его медленной фильтрацией через остальную часть регенеративного патрона. Для оценки эффективности такого технического решения построена математическая модель регенерации воздуха в изолирующем дыхательном аппарате с неравномерной скоростью фильтрации выдоха через регенеративный патрон. Получены зависимости от времени и координаты концентрации молекул СО2 в воздушном потоке и доли использования защитного ресурса регенеративного патрона. С помощью численных экспериментов определена оптимальная для предотвращения спекания гранул координата скачка скорости фильтрации воздушного потока. В зависимости от величины демпфирования давления на выдохе и вдохе для респиратора РХС определен прирост защитного действия аппарата и рассчитано снижение мощности источников экзотермического тепла в лобовых слоях кислородсодержащего продукта. Полученные результаты подтверждают эффективность рассматриваемых усовершенствований конструкции, благодаря чему могут быть повышены надежность изолирующих дыхательных аппаратов на химически связанном кислороде и эффективность использования их защитного ресурса.

It is proved that the main prospects for improving the insulating means of respiratory protection are related to the chemical method of oxygen reservation. To increase the efficiency of its use, it is necessary to use the resource of the dead layer of the chemosorbent and prevent the sintering of the granules of the oxygen-containing product under the action of exothermic heat. This is achieved by faster pulsed passage of exhaled air through the frontal layers of the chemosorbent and its slow filtration through the rest of the regenerative cartridge. To evaluate the effectiveness of such a technical solution, a mathematical model of air regeneration in an insulating breathing apparatus with an uneven rate of exhalation filtration through a regenerative cartridge is constructed. The dependencies on the time and coordinate of the concentration of CO2 molecules in the air stream and the share of the use of the protective resource of the regenerative cartridge are obtained. Using numerical experiments, the optimal coordinate of the air flow filtration rate jump was determined to prevent sintering of the granules. Depending on the amount of pressure damping on exhalation and inspiration for the RHS respirator, an increase in the protective effect of the device was determined and a decrease in the power of exothermic heat sources in the frontal layers of the oxygen-containing product was calculated. The results obtained confirm the effectiveness of the considered improvements of the design, which make it possible to increase the reliability of insulating breathing apparatus on chemically bound oxygen and to increase the efficiency of using their protective resource.

изолирующий дыхательный аппаратрегенерация воздухакислородсодержащий продуктэкзотермическое теплодинамика хемосорбцииself-contained breathing apparatusregeneration of airoxygen-containing productexothermic heatdynamics of chemisorptionReferencesИзолирующие дыхательные аппараты и основы их проектирования : учеб. пособие / С. В. Гудков [и др.]. – М.: Машиностроение, 2008. – 188 с.Gudkov S. V., Dvoreczkij S. I., Putin S. B., Tarov V. P. Self-Contained Breathing Apparatus and Principles of their Design. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2008. 188 p. (in Russian),Диденко, Н. С. Регенеративные респираторы для горноспасательных работ / Н. С. Диденко. – М.: Недра, 1990. – 160 с.Didenko N. S. Regenerative Respirators for Mine Rescue. Moscow, Nedra Publ., 1990. 158 p. (in Russian).Гудков, С. В. Преимущества использования изолирующих самоспасателей с химически связанным кислородом в угольных шахтах / С. В. Гудков, В. Г. Матвейкин, Г. Г. Шаповалов // Безопасность труда в промышленности. – 2012. – № 11. – С. 40–44.Gudkov S. V., Matvejkin V. G., Shapovalov G. G. Advantages of using insulating self-rescuers with chemically bound oxygen in coal mines. Bezopasnost’ truda v promyshlennosti = Occupational Safety in Indystry, 2012, no. 11, pp. 40–44 (in Russian).Ехилевский, С. Г. Повышение ресурса дыхательных аппаратов на химически связанном кислороде: автореф. дис. … д-ра техн. наук / С. Г. Ехилевский. – Днепропетровск, 2002. – 36 с.Ekhilevskii S. G. Increasing the Life of Breathing Apparatus on Chemically Bound Oxygen. Dnepropetrovsk, 2002. 36 p. (in Russian).Майстренко, А. В. Моделирование дыхательных изолирующих аппаратов на химически связанном кислороде / А. В. Майстренко, Н. В. Майстренко, О. И. Ерохин // Науч. ведомости Белгород, гос. ун-та. Сер. История. Политология. Экономика. Информатика. – 2014. – № 14 (172). – В. 29/1. – С. 81–87.Majstrenko A. V., Majstrenko N. V., Erokhin O. I. Simulation of breathing isolating devices on chemically bound oxygen. Nauchnye vedomosti Belgorodskogo gosudarstvennogo universiteta. Ser. Istoriya. Politologiya. Ekonomika. Informatika [Scientific Bulletin of Belgorod State University. Series: History. Political Science. Economy. Informatics], 2014, no. 14 (172), iss. 29/1, pp. 81–87 (in Russian).Балабанов, П. В. Идентификация параметров математических моделей регенерации воздуха средствами защиты изолирующего типа / П. В. Балабанов, А. А. Кримштейн, С. В. Пономарев // Вестн. Воронеж. гос. техн. ун-та. – 2010. – Т. 6, № 7. – С. 68–73.Balabanov P. V., Krimshtejn A. A., Ponomarev S. V. Identification of parameters of mathematical models of air regeneration by means of protection of insulating type. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Voronezh State Technical University Bulletin], 2010, vol. 6, no. 7, pp. 68–73 (in Russian).Ехилевский, С. Г. Резервы более полного использования химически связанного кислорода в шахтных дыхательных аппаратах / С. Г. Ехилевский // Изв. Донец. горн. ин-та. – 1998. – № 1. – С. 17–26.Ekhilevskiy S. Reserves for more complete utilization of chemically bound oxygen in mine breathing apparatus. Izvestiya Donetskogo gornogo instituta = Bulletin of the Donetsk Mining Institute, 1998, no. 1, pp. 17–26 (in Russian).Ехилевский, С. Г. Влияние переменных краевых условий на квазистационарный профиль концентрации СО2 в регенеративном патроне шахтного респиратора / С. Г. Ехилевский, С. . Ольшаников, Е. П. Потапенко // Изв. вузов. Горн. журн. – 2013. – № 3. – С. 46–53.Ekhilevskiy S. G., Olshanikov S. A., Potapenko E. P. Influence of variable boundary conditions on the quasi-stationary profile of CO2 concentration in the regenerative cartridge of the mine respirator. Izvestiya vuzov. Gornyi zhurnal = News of the Higher Institutions. Mining Journal, 2013, no. 3, pp. 46–53 (in Russian).Значения феноменологических параметров модели хемосорбции в регенеративных патронах шахтных респираторов / В. В. Пак [и др.] // Изв. вузов. Горн. журн. – 1998. – № 11–12. – С. 108–112.Pak V. V., Ekhilevskiy S. G., Il’inskii E. G., Konopel’ko E. I. Values of the phenomenological parameters of the chemisorption model in regenerative cartridges of mine respirators. Izvestiya vuzov. Gornyi zhurnal = News of the Higher Institutions. Mining Journal, 1998, no. 11–12, pp. 108–112 (in Russian).Ехилевский, С. Г. Нестационарная задача динамики сорбции углекислого газа в регенеративном патроне изолирующего респиратора / С. Г. Ехилевский // Вестн. Фонда фундаментальных исследований. – 2019. – № 3 (89). – С. 57–65.Ekhilevskiy S. G. Nonstationary problem of the dynamics of carbon dioxide sorption in a regenerative cartridge of an insulating respirator. Vestnik Fonda fundamental’nykh issledovanii = Bulletin of the Foundation for Fundamental Research, 2019, no. 3 (89), pp. 57–65 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.