Инженерное решение для безопасности: студент КузГТУ улучшил горноспасательный респиратор

В Кузбасском государственном техническом университете заканчиваются защиты выпускных квалификационных работ студентов направления «Горное дело». Один из дипломных проектов, который вызвал особый интерес, представил студент специализации «Технологическая безопасность и горноспасательное дело» Станислав Бычков. В своей работе он предложил ряд конструктивных решений для увеличения срока защитного действия респиратора типа Р-30. Научный руководитель ВКР – доцент кафедры аэрологии, охраны труда и природы Вера Зубарева.

Респиратор Р-30 применяется специализированными горноспасательными подразделениями при ведении аварийно-спасательных и технических работ в угольных шахтах, карьерах и других областях промышленности. Он предназначен для защиты органов дыхания от вредного воздействия атмосферы, содержащей токсичные газы и угольную пыль.

Респиратор Р-30 относится к регенеративным респираторам замкнутого цикла. Это означает, что вдыхаемый и выдыхаемый воздух циркулирует по замкнутому контуру, проходя очистку и регенерацию. 

Выдыхаемый человеком воздух, содержащий около 4% углекислого газа, через лицевую часть, соединительную коробку, шланг и клапан выдоха поступает в регенеративный патрон и дыхательный мешок. В патроне, снаряженном химическим известковым поглотителем (ХП-И), воздух очищается от углекислого газа, нагревается и увлажняется. При вдохе дыхательная смесь проходит через холодильник, клапан вдоха и шланг обратно в легкие.

Станислав провел анализ конструктивных особенностей, принципа действия и эксплуатационно-технических характеристик респиратора Р-30 и определил базовые параметры устройства:

• время защитного действия – 4 часа;
• объем баллона – 2 литра;
• давление в кислородном баллоне – 20 МПа;
• запас кислорода – 400 л;
• масса поглотителя ХП-И – не менее 2 кг;
• масса респиратора в снаряженном виде с металлическим баллоном – 13,2 кг.

На основе анализа студент разработал технические решения по модернизации фильтрующе-сорбционной системы и увеличению времени защитного действия аппарата.

В базовой модели используется металлический баллон массой около 3 кг. Станислав решил заменить его на металлокомпозитный, аналогичный тому, что применяется в модели Р-30ЕX, а также увеличить рабочее давление с 200 до 300 атмосфер. Это увеличит время защитного действия с 4 до 6 часов.

Дело в том, что по действующим требованиям при спуске в шахту горноспасатель обязан сохранить не менее 50-ти атмосфер (25%) в качестве неприкосновенного резерва.

Я предложил увеличить резерв до 150 атмосфер – 150 оставить на работу и 150 на запас. Мой отец, который работает  горноспасателем уже более 20 лет, и его коллеги рассказывали о случаях, когда люди выходили из шахты почти при нулевом запасе кислорода. Кроме того, в таких ситуациях дыхание учащается, и кислород расходуется гораздо быстрее, – пояснил студент.

Станислав также увеличил габариты регенеративного патрона до 3 кг, чтобы обеспечить соответствие возросшему объему кислорода. Кроме того, он изменил расположения входного и выходного отверстий с параллельного на диагональное. Это позволяет воздуху проходить через весь объем патрона, а не только через его центральную часть:

При интенсивной работе температура внутри патрона может достигать 60 °C, а повышенная влажность приводит к спеканию ХП-И. В результате часть материала по краям патрона остается неиспользованной. Предложенное мной конструкторское решение обеспечивает более равномерную очистку воздуха и полное использование поглотителя.

Кроме того, Станислав разработал зубчатообразную схему для внешней стенки холодильника, которая увеличивает площадь теплообмена минимум в два раза, а значит, и эффективность охлаждения.

Для размещения обновленных элементов студент предложил увеличить объем ранца и выполнить его по типу модели респиратора Р-30ЕX – с облегченным корпусом, что снизит общий вес аппарата.

По результатам дипломной работы планируется оформление двух авторских свидетельств. Проект уже вызвал интерес у представителей СУЭК, а также предприятия из Тамбова.

Станислав Бычков успешно защитил выпускную квалификационную работу и скоро получит долгожданный диплом о высшем образовании.