ФИЛЬТРУЮЩИЙ ПАТРОН Российский патент 2004 года по МПК A62B19/00 

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты органов дыхания человека, в частности, к фильтрующим противогазовым, противоаэрозольным и противогазоаэрозольным патронам для респираторов и предназначено для использования в условиях вредных производств, в воздух рабочей зоны которых выделяются вредные вещества в газо-парообразном и аэрозольном состояниях раздельно или в различных сочетаниях.

В процессе эксплуатации респираторов фильтрующие патроны исчерпывают защитные величины, а их сопротивление достигает значений, превышающих установленные нормы. Предусмотренные руководством по эксплуатации (РЭ) операции, связанные со сменой фильтрующих патронов, нередко трудоемки и не всегда обеспечивают надежность их присоединения к полумаске пользователями, обуславливают увеличение ограничения поля зрения в связи с неоптимальным взаимным расположением патронов и полумаски. Эти негативные следствия, связанные с заменой фильтрующих патронов, отработавших ресурс по параметрам назначения, обусловлены конструкцией узлов их крепления к полумаске, иногда устройство этих узлов (или блоков) предопределяет конструкцию фильтрующих патронов, привносит в их конструкцию существенные элементы.

Для обеспечения минимальных значений ограничения поля зрения узел крепления патрона к полумаске смещают относительно оси симметрии патрона, выполненного в виде кругового цилиндра, либо относительно оси, проходящей через центр тяжести поперечного сечения патрона овальной формы. Возникающий при этом эксцентриситет, с одной стороны, обуславливает уменьшение значений ограничения поля зрения, с другой стороны, снижение значений защитных величин в связи с неравномерным течением вдыхаемого воздуха через шихту фильтрующего патрона. Для предотвращения негативного влияния эксцентриситета на защитные величины патронов в них устраивают компенсационные камеры с целью обеспечения равномерного течения воздуха через шихту патрона.

Известен респиратор, содержащий полумаску, оголовье, клапаны вдоха и выдоха, фильтрующие патроны и съемные пластмассовые манжеты (авторское свидетельство №223593, бюлл. №24, 2.08.1968).

Фильтрующие патроны круговой цилиндрической формы присоединены к полумаске манжетами, узел крепления которых конструктивно прост - манжета снабжена патрубком с фланцем, полумаска - отверстием меньшего диаметра по сравнению с диаметрами патрубка и фланца. Присоединение манжеты к полумаске осуществляется в процессе производства респираторов, а смена фильтрующих патронов осуществляется пользователями без труда, что обеспечивается простой конструкцией узла крепления патронов к манжете и использованием эластичного полиэтилена марок 15803-020, 17703-010 и т.д. для изготовления манжеты и полиэтилена марки 20908-040, 276-73 и др. (с большим модулем упругости) для изготовления фильтрующего патрона. Способ крепления фильтрующего патрона с помощью манжеты апробирован в процессе эксплуатации противогазоаэрозольного респиратора Ру-60 в течение длительного периода.

Компенсационная камера выполнена между сетчатым дном патрона и стенкой манжеты, а для предотвращения смыкания стенки манжеты с сетчатым дном патрона внутри камеры на манжете выполнены четыре прилива высотой и диаметром 5 мм. Такое конструктивное решение компенсационной камеры с учетом малого диаметра патрона (80 мм) и эксцентриситета (~13 мм) позволяет обеспечить малые потери давления в камере при большой ее высоте, обеспечивает равномерное распределение скорости течения вдыхаемого воздуха по площади сечения шихты и равномерную ее отработку.

Недостатком известного патрона является большая высота компенсационной камеры патрона, что увеличивает общую высоту патрона и ограничение поля зрения. Увеличению ограничения поля зрения способствуют малые значения эксцентриситета патронов круговой цилиндрической формы. Уменьшение высоты компенсационной камеры приводит к перераспределению скорости течения воздуха через шихту и к снижению времени защитного действия.

Известен фильтрующий патрон отечественного противогазового респиратора КР “Сорби”, присоединение фильтрующих патронов к полумаске которого осуществлено посредством патрубка с фланцем (патент № 2166340 РФ, 10.05.2001 г.). Отверстие в полумаске имеет меньший диаметр, чем диаметр патрубка, что обеспечивает герметичность присоединения патронов к полумаске из эластомеров, а надежность крепления обеспечена значительно большим диаметром фланца по сравнению с диаметром отверстия в полумаске. Наряду с простотой конструкции узла крепления фильтрующего патрона к полумаске это устройство предусматривает регулировку положения патронов путем их вращения вокруг оси патрубка вручную и установку их в нужное положение для любых контуров головы.

Компенсационная камера фильтрующего патрона устроена с учетом аэродинамики течения воздуха в каналах, образованных ребрами жесткости, глухой нижней стенкой корпуса патрона, на которой они закреплены. Изокинетичность течения воздуха при слиянии потоков в стоке (в патрубке) обеспечивает равномерное течение воздуха через шихту и максимальные значения времени защитного действия. Однако, этот позитивный результат достигнут сложным устройством компенсационной камеры.

Основной недостаток данного устройства узла крепления фильтрующего патрона к полумаске заключается в трудности замены патронов пользователем в связи с необходимостью приложения больших усилий пальцев рук для растяжения отверстия полумаски, увеличения диаметра отверстия до размеров фланца патрубка фильтрующего патрона (эргономическая категория).

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении эксплуатационных характеристик газо- и пылегазозащитных респираторов путем улучшения условий труда при их использовании и обеспечения максимальных значений защитных величин, минимального подавления их значений в связи с большим эксцентриситетом фильтрующих патронов овальной формы, обладающих высокими значениями эргономических величин, в данном случае, малыми значениями ограничения поля зрения.

Указанный технический результат достигается тем, что фильтрующий патрон, содержащий корпус, сетчатую крышку с кольцом, размещенные в корпусе шихту, закрепляющие ее верхнюю и нижнюю сетки, противопылевой тампон и компенсационную камеру, каналы которой образованы дном корпуса патрона и ребрами, закрепленными на дне корпуса по всей их длине, согласно изобретению, содержит пластмассовую манжету овальной формы с патрубком, а ребра каналов компенсационной камеры консольно закреплены на корпусе патрона и зафиксированы от смещений сеткой и круговой стяжкой, радиус которой равен радиусу стока воздуха в патрубок манжеты, причем плоская стенка манжеты служит основанием каналов.

Фильтрующие патроны овальной формы снабжены съемными манжетами, контур которых идентичен контуру патронов, и герметично сопрягаются с ними. Трудоемкая операция крепления манжеты к полумаске отнесена к сфере производства, что обеспечивает улучшение эргономики труда при использовании респираторов в связи с простой заменой фильтрующих патронов, нетрудоемким извлечением патрона из манжеты и его монтаж в манжету.

Для обеспечения максимально возможных значений защитных величин в фильтрующем патроне устроена компенсационная камера, пространство которой разделено ребрами жесткости, которые с сеткой корпуса патрона, круговой стяжкой и стенкой манжеты образуют каналы. Каналы компенсационной камеры обеспечивают равномерное течение воздуха через шихту и равномерную ее отработку в связи с соблюдением принципа изокинетичности слияния потоков в стоке (см. патент РФ № 2166340).

Пластмассовая манжета с патрубком выполнена из эластичного полиэтилена марок 15803-020, 177030-010 и др. с большим линейным удлинением (малым модулем продольной упругости) и сопрягается с патроном из полиэтилена марок 20908-040, 276-73 и др. с малым линейным удлинением (большим модулем продольной упругости). Узел крепления патрона выполнен в виде кольцевого выступа сечением определенной формы на манжете и впадины аналогичного профиля сечения на патроне. Ребра жесткости не могут быть выполнены на манжете в связи с увеличением ее жесткости, затрудняющей присоединение к ней патронов.

В предлагаемом устройстве ребра жесткости выполнены в фильтрующем патроне, консольно соединены с его корпусом и зафиксированы от смещений сеткой малой толщины (~1 мм) с большим живым сечением (>0,8). Ребра жесткости и сетка изготовлены заодно с корпусом патрона и вместе с сеткой нижней также малой толщины (~1 мм) образуют жесткую конструкцию, необходимую для закрепления шихты в технологическом процессе производства патронов.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид фильтрующего патрона в разрезе во взаимодействии с элементами полумаски; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, вид корпуса патрона с ребрами компенсационной камеры с фиксирующей их сеткой и круговой стяжкой; на фиг.3 - узел крепления ребер жесткости и сетки к корпусу фильтрующего патрона и патрона с манжетой.

Противогазоаэрозольный патрон включает основные защитные элементы - фильтр 2 и шихту 5 (фиг.1). Фильтр герметично закреплен между цилиндрической частью крышки 1 и корпусом патрона 3; шихта 5 закреплена между верхней сеткой 4 и нижней сеткой 6 малой толщины (~1 мм), не обеспечивающей прочности крепления шихты. Между нижней сеткой и сеткой корпуса патрона размещен противопылевой тампон 12.

Для формирования каналов, удовлетворяющих условию изокинетичности стока, в фильтрующем патроне устроены ребра 8, выполняющие и другую функцию - обеспечение прочности крепления шихты со стороны сетки нижней 6. Ребра жесткости 8 закреплены консольно к корпусу патрона 3 в точках а, в, с (фиг.2). Для предотвращения смещения консольно закрепленных ребер жесткости 8 в фильтрующем патроне устроена сетка 7 с большим живым сечением и круговая стяжка 13 (фиг.2 и 3). Ребро жесткости df (фиг.2), обеспечивающее изокинетичность стока в области с меньшим радиусом контура фильтрующего патрона, “висит” на сетке 7 и закреплено в средней части на ребре жесткости w, расположенном в плоскости симметрии патрона. Последнее закреплено двумя концами на корпусе патрона 3 (балка). Второй конец консольно закрепленных ребер жесткости фиксируется сеткой 7 и стяжкой 13, расположенной над контуром стока r_ст, равным внутреннему радиусу патрубка 10 манжеты 9.

Для герметичного присоединения фильтрующего патрона к полумаске 11 служит съемная манжета 9 с патрубком 10 из полиэтилена марок 15803-020 или 177030-010 с большим линейным удлинением (малым модулем продольной упругости). Для герметичного присоединения фильтрующего патрона к манжете 9 корпус 3 патрона снабжен по всему контуру впадиной определенной формы, например, в виде полукруга, а манжета - внутренним выступом аналогичного сечения (фиг.3 - узел I фиг.1).

Пример. Газозащитный патронный респиратор “КР Сорби” РПГ-03 устроен на основе полумаски ПР-01 и фильтрующих патронов предлагаемого изобретения, главным конструктивным элементом которого является устройство компенсационной камеры, каналы которой, обеспечивающие изокинетичность стока вдыхаемого воздуха в патрубок манжеты, выполнены ребрами жесткости и элементами плоской стенки манжеты, служащими основанием каналов. Ребра жесткости закреплены консольно к корпусу патрона в точках а, в, с; ребро жесткости w, расположенное в плоскости симметрии патрона, закреплено на корпусе патрона в двух точках, ребро жесткости df закреплено в средней части ребром w. Все ребра жесткости зафиксированы сеткой 7 с большим живым сечением и круговой стяжкой 13 радиусом R_ст.

В таблице приведены значения основных геометрических величин фильтрующего патрона и его компенсационной камеры.

Каркас, выполненный в виде ребер жесткости 8, консольно соединенных с корпусом патрона, ребро w, соединенное с корпусом патрона в двух точках (балка) большой толщины, фиксирующая сетка 7 и круговая стяжка 13, совместно с сеткой нижней 6 образуют жесткую конструкцию, которая с сеткой верхней 4 обеспечивает надежное крепление шихты 5 (см. фиг.1).

Изготовление фильтрующего патрона ориентировано на многоцелевое производство как специальное, так и общепромышленное. Производство сорбентов, составляющих шихту, и фильтрующих материалов - суть специальные технологии, присущие малому количеству предприятий; переработка пластмасс в изделия способом литья под давлением, механические операции закрепления фильтра и шихты осуществляются общепринятыми приемами.

Таким образом, предложенная конструкция фильтрующего патрона, включающего съемную пластмассовую манжету овальной формы, позволяет значительно улучшить условия эксплуатации респираторов в связи с переносом трудоемких операций по замене отработавших ресурс патронов из сферы потребления (использования) в сферу производства - монтаж пластмассовой манжеты овальной формы к полумаске осуществляется в процессе производства респираторов, а простота извлечения собственно фильтрующего патрона из манжеты и его монтаж в манжету обусловлена конструкцией узла их сопряжения и механическими свойствами пластмасс.

Конструкция компенсационной камеры фильтрующего патрона, состоящая из каналов, образованных ребрами жесткости, закрепленными консольно к корпусу патрона и зафиксированными от изгибов, смещений сеткой с большим живым сечением, круговой стяжкой и плоской стенкой манжеты, обеспечивает изокинетичность стока вдыхаемого воздуха в патрубок манжеты и равномерную отработку шихты фильтрующих патронов, что обеспечивает максимальные значения защитных величин по вредным парогазообразным веществам, причем, предложенная конструкция, обладающая большой жесткостью, обеспечивает необходимую прочность крепления шихты 5 в патроне совместно с верхней сеткой 4.

Фильтрующий патрон используется в респираторах и предназначен для индивидуальной защиты органов дыхания человека от вредных паров, газов и аэрозолей в различных сочетаниях. Фильтрующий патрон содержит корпус, сетчатую крышку с кольцом, размещенные в корпусе шихту, закрепляющие ее верхнюю и нижнюю сетки, противопылевой тампон и компенсационную камеру, каналы которой образованы дном корпуса патрона и ребрами, закрепленными на дне корпуса по всей их длине, пластмассовую манжету овальной формы с патрубком. Ребра каналов компенсационной камеры консольно закреплены на корпусе патрона и зафиксированы от смещений сеткой и круговой стяжкой, радиус которой равен радиусу стока воздуха в патрубок манжеты. Плоская стенка манжеты служит основанием каналов. Данный патрон отличается повышенными эксплуатационными характеристиками. 3 ил., 1 табл.

Фильтрующий патрон, содержащий корпус, сетчатую крышку с кольцом, размещенные в корпусе шихту, закрепляющие ее верхнюю и нижнюю сетки, противопылевой тампон и компенсационную камеру, каналы которой образованы дном корпуса патрона и ребрами, закрепленными на дне корпуса по всей их длине, отличающийся тем, что содержит пластмассовую манжету овальной формы с патрубком, а ребра каналов компенсационной камеры консольно закреплены на корпусе патрона и зафиксированы от смещений сеткой и круговой стяжкой, радиус которой равен радиусу стока воздуха в патрубок манжеты, причем плоская стенка манжеты служит основанием каналов.