ПОЛУМАСКА РЕСПИРАТОРА Российский патент 2006 года по МПК A62B18/02 

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты органов дыхания и может быть использовано в патронных респираторах для защиты от вредных паров, газов и аэрозолей в условиях вредных производств.

Полумаска является основной составной частью респираторов и состоит из сопрягающихся корпуса и обтюратора. Корпус предназначен для изоляции органов дыхания от окружающей среды, крепления фильтрующих патронов и клапана выдоха. Обтюратор служит для обеспечения герметичного прилегания полумаски к лицу с учетом широкого предела значений антропометрических величин. Задача решается путем установления ростовочного ассортимента полумасок (как правило, три ростовки) и применения для их изготовления эластичных материалов.

Сложная конфигурация полосы обтюрации, обусловленная многообразием значений антропометрических величин, их сочетаний в пределах одной расы, наличие людей в пределах небольшой территориальной общности, принадлежащих к разным расам, обуславливают сложные конструкции полумасок неправильных объемных форм, имеющих одну плоскость симметрии. Стремление упростить конструкцию обтюратора с недостаточным учетом значений антропометрических величин приводит к негативным следствиям: к увеличению давления полумасок на кожные покровы лица, к увеличению коэффициента подсоса полумаски по полосе обтюрации, к увеличению ограничения поля зрения полумаски.

Известна полумаска респиратора (свид. пол. мод. RU №14133, МПК⁶ А 62 В 18/02, опубл. 25.02.2000 г.), содержащая эластичный корпус, состоящий из несущей и носовой частей, и сопрягающийся с корпусом обтюратор. Несущая часть корпуса выполнена в виде полусферы, диаметр которой соответствует максимальному горизонтальному размеру полумаски. В секущих плоскостях, проходящих через полусферу, выполнены площадки для крепления фильтрующих патронов и клапана выдоха. Контур сечения обтюратора образован дугами окружностей, углы подгиба полосы обтюрации относительно корпуса и ее ширина имеют постоянное значение по всему большому контуру полумаски. Контуры несущей и носовой частей корпуса образуют большой контур полумаски в области обтюратора. Контур полумаски в области обтюратора в плоскости, перпендикулярной большому контуру, образован двумя прямыми, сопрягающимися дугой окружности.

Недостатками полумаски являются низкие значения защитных и эргономических величин респиратора в связи с возникновения болевых ощущений в области переносицы, крыльев носа, скуловых костей - областей с малой толщиной слоя мягких тканей и поэтому восприимчивых к болевым ощущениям. Это объясняется малой площадью контакта полосы обтюрации с лицевой поверхность в связи с малыми значениями радиусов подгиба полосы обтюрации. Большие значения радиусов подгиба полосы обтюрации увеличивают ограничение поля зрения.

Известна полумаска для респиратора, наиболее близкая к заявляемой и принятая в качестве прототипа (пат. RU №2186597, МПК⁷ А 62 В 18/02, опубл. 10.08.2002), содержащая эластичный корпус, состоящий из носовой и несущей частей с круговыми площадками, имеющими отверстия для крепления фильтрующих патронов и сопрягающийся с корпусом обтюратор. Контур корпуса полумаски во фронтальной плоскости в области обтюратора состоит из четырех сопрягающихся дуг окружностей, а в плоскости, перпендикулярной фронтальной, - из трех сопрягающихся дуг окружностей. Угол подгиба полосы обтюрации плавно увеличивается вдоль контура корпуса или имеет постоянное значение в подбородочной части.

Респиратор с полумаской имеет более высокие значения защитных и эргономических величин, так как его конструкция позволяет снизить давление обтюратора на кожные покровы лица путем распределения давления по полосе обтюрации и переноса части силы, обеспечивающей надежность крепления респиратора на лице, из области лица с повышенными болевыми ощущениями (скуловые кости, крылья носа) в область с малым болевым восприятием (щечные и подбородочную области лица). При этом обеспечиваются защитные (нормированный коэффициент подсоса по полосе обтюрации) и эргономические (малые значения ограничения поля зрения и давление на кожные покровы лица) параметры респиратора.

Однако значения защитных и эргономических величин респиратора, связанные с полумаской, недостаточны и он нетехнологичен. Это объясняется тем, что в связи с плавно увеличивающимся углом подгиба положение полосы обтюрации зависит от формы контура корпуса полумаски, что приводит к нарушению принципа построения полосы обтюрации в зависимости от среднестатистических значений антропометрических величин и приводит к снижению защитных свойств полумаски. Кроме того, полумаска имеет большой объем подмасочного пространства, что приводит к повышенной концентрации двуокиси углерода во вдыхаемом воздухе. Это объясняется расположением круговых площадок с отверстиями для крепления фильтрующих патронов на полусфере радиусом, равным половине максимального размера полумаски. Кроме того, расположение площадок на полусфере ограничивает поле зрения, так как фильтрующие патроны попадают в сектор обзора. Нетехнологичность респиратора объясняется необходимостью изготовления трех сложных пресс-форм для производства, например каркаса с узлами крепления фильтрующих патронов к полумаскам трех ростов, что снижает экономические показатели в связи с невозможностью их унификации.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения значений защитных и эргономических величин полумаски за счет построения полосы обтюрации в зависимости от среднестатистических значений антропометрических величин, уменьшения объема подмасочного пространства, расширения поля зрения, а также повышения технологичности и экономических показателей респираторов за счет обеспечения возможности использования одной пресс-формы для изготовления узлов крепления фильтрующих патронов к полумаскам трех ростов.

Для достижения указанного технического результата в конструкцию полумаски респиратора, содержащую эластичный корпус, состоящий из носовой части и несущей части с площадками, имеющими отверстия для крепления фильтрующих патронов и сопрягающийся с корпусом обтюратор с полосой обтюрации, причем контур корпуса во фронтальной плоскости в области обтюратора состоит из четырех сопрягающихся дуг окружностей, а в плоскости, перпендикулярной фронтальной, - из трех сопрягающихся дуг окружностей, причем угол подгиба полосы обтюрации плавно изменяется вдоль контура корпуса или имеет постоянное значение в подбородочной части, внесены следующие отличительные признаки:

- угол подгиба полосы обтюрации относительно фронтальной плоскости полумаски плавно увеличивается от переносицы до крыльев носа, далее плавно уменьшается в области крыльев носа, щечной области и при переменном угле плавно уменьшается в подбородочной части.

- отверстия для крепления фильтрующих патронов выполнены на площадках овальной формы, их центры расположены на одинаковом расстоянии друг от друга по образующей контура корпуса полумаски для всех ростовок, которое определяется длиной образующей для первого роста полумаски.

Кроме того, большая ось площадок овальной формы расположена в плоскости, проходящей через центры отверстий для крепления фильтрующих патронов и клапана выдоха.

Выполнение угла подгиба полосы обтюрации относительно фронтальной плоскости полумаски плавно увеличивающимся от переносицы до крыльев носа, далее плавно уменьшающимся в области крыльев носа, щечной области и при переменном угле плавно уменьшающимся в подбородочной части (или постоянным в подбородочной части) позволяет определить угол подгиба полосы обтюрации по постоянной базе, в данном случае по плоскости, проходящей через площадку для крепления клапана выдоха, параллельной фронтальной плоскости. Отсчет углов подгиба полосы обтюрации от постоянной базы приводит к фиксации углов в важных сечениях обтюратора (переносицы, крыльев носа, щечной области и подбородочной части) с последующим плавным соединением частей полосы обтюрации, что улучшает защитные и эргономические свойства полумаски.

Выполнение площадок овальной формы позволяет уменьшить объем подмасочного пространства, что обуславливает уменьшение концентрации двуокиси углерода во вдыхаемом воздухе.

Расположение центров отверстий на одинаковом расстоянии друг от друга по образующей контура корпуса полумаски для всех ростовок, которое определяется длиной образующей для первого роста полумаски, позволяет повысить технологичность производства и экономические показатели респиратора за счет обеспечения возможности использования одной пресс-формы для изготовления узлов крепления фильтрующих патронов к полумаскам трех ростов.

Расположение большой оси площадок овальной формы в плоскости, проходящей через центры отверстий для крепления фильтрующих патронов и клапана выдоха, позволяет упростить конструирование и изготовление полумаски.

Предлагаемая конструкция полумаски для респиратора представлена чертежами, где на фиг.1 изображен фронтальный вид полумаски; на фиг.2 и 3 - вертикальный и горизонтальный разрезы полумаски.

Полумаска состоит из эластичного корпуса, включающего несущую 1 и носовую 2 части и сопрягающийся с корпусом обтюратор 3 с полосой обтюрации. Контуры несущей 1 и носовой 2 частей корпуса образуют большой контур в области обтюратора 3, который состоит из носовой 4, щечных 5 и подбородочной 6 частей.

Несущая часть 1 корпуса служит для крепления фильтрующих патронов и клапана выдоха. В вертикальных плоскостях, касающихся большого и малого контуров в плоскости μ-μ и пересекающихся под углом 50-70°, выполнены площадки 7 овальной формы для крепления фильтрующих патронов так, что их контуры по большой оси сопрягаются с большим и малым контуром полумаски (фиг.3).

Центр площадки 8 и отверстия для крепления клапана выдоха размещены в плоскости μ-μ. Расстояние N зависит от антропометрических величин лица: для монголоидной расы оно может быть меньше, для нордического типа лица - больше среднеевропейского. Плоскость μ-μ располагается с учетом условия приближенного равенства моментов сил:

где F₁, F₂ и q₁, q₂ - соответствующие обобщенные силы и плечи моментов сил;

p₁, p₂ - локальные давления полосы обтюрации на кожные покровы лица, составляющие по направлению действия сил F₁ и F₂ соответственно;

J₁, J₂ - соответствующие элементарные площадки полосы обтюрации (и кожных покровов).

Конструкция полумаски обеспечивает построение полосы обтюрации с учетом физиологии организма, в частности физиологии тканей с учетом механического воздействия полосы обтюрации, которое через болевое восприятие влияет на психику. Конструкция обтюратора 3 позволяет снять избыточное давление с областей высокого болевого восприятия и перенести их в области с малым восприятием - щечную и подбородочную.

Большой контур в области обтюратора 3 (проекция) выполнен в виде четырех сопрягающихся дуг: ab, bc, cd, de (фиг.1) или тремя дугами окружностей и отрезком прямой Ш.

Построение верхней носовой части 2 большого контура обтюратора производят с учетом максимального вертикального размера Н. Радиусом R₂ из центра O₂ вычерчивают дугу. Значения радиусов R₂ для различных полумасок различны и зависят от среднестатистических антропометрических величин расы, возрастного контингента и т.п. Для полумаски ПР-01 второго роста R₂=10 мм.

Сопряжение дуг в точках b, с и d производится методом аналитической геометрии.

Формирование полосы обтюрации, ее пространственное положение внутри полумаски влияет на защитные свойства - коэффициент подсоса по полосе обтюрации. В предлагаемой конструкции отсчет угла α подгиба полосы обтюрации ведется от постоянной базы - любой плоскости, параллельной фронтальной плоскости O-O, например О′-О′ или проходящей через площадку для крепления клапана выдоха. Для формирования угла подгиба полосы обтюрации 3 приняты пять особых сечений обтюратора 3 с фиксированными углами: на переносице в плоскости А-А, в середине дуг ab, bc, в плоскости μ-μ и А-А в подбородочной части.

В вертикальной плоскости, перпендикулярной фронтальной, контур полумаски (проекция) в области обтюратора формируется тремя сопрягающимися дугами fg, gh и hk.

Малый контур полумаски состоит из неполной окружности площадки 8 для крепления клапана выдоха, дуги окружности радиуса R₃ и сопрягающихся с ними дуг или отрезков прямых 9.

Корпус полумаски формируется между большим и малым контурами: верхней части полумаски - перемещением отрезка прямой по контурам, в нижней - выпуклой поверхностью.

Пример. Полумаска респиратора имеет максимальный вертикальный размер Н=120 мм, горизонтальный L=109 мм, при этом γ=H/L≈1,1, что присуще среднеевропейскому типу лица. Полумаска сформирована четырьмя дугами окружностей разной кривизны во фронтальной плоскости и тремя - в плоскости ортогональной фронтальной. Значения геометрических величин выбраны в результате инструментальных измерений пяти зарубежных полумасок и отечественной ПР-7. В результате приняты средние значения в мм, приведенные в таблице 1.

НLr₁r₂R₁R₂lверхниз1201093440101220

Пространственное положение полосы обтюрации определяется углом α° ее подгиба в характерных сечениях обтюратора, приведенных в таблице 2.

В плоскости А-А, верхНа дуге а-bНа дуге b-сНа дуге c-dВ плоскости А-А, низ4068535147

Участки между характерными сечениями плавно соединяются, образуя сплошную полосу обтюрации.

В полумаске выполнены площадки овальной формы для крепления фильтрующих патронов, контуры которых по большой оси сопрягаются с большим и малым контуром полумаски, что уменьшает объем подмасочного пространства и снижает концентрацию двуокиси углерода во вдыхаемом воздухе.

С целью снижения затрат на производство респираторов и повышения технологичности процесса производства путем унификации крепежных блоков - втулок с триадами байонетных элементов в полумаске выполнены круглые отверстия на овальных площадках так, что их центры расположены на одинаковом расстоянии друг от друга по образующей контура корпуса для всех ростовок, которое определяется длиной образующей, равной 2Z (фиг.3) для первого роста полумаски, причем ее отверстия для крепления фильтрующих патронов смещены к обтюратору. Значения геометрических величин, характеризующих конструктивные элементы предлагаемой полумаски, приведены в таблице 3.

№ ростовкиН, ммL, ммДлина образующей 2Z, мм2r₁, мм2r₂, ммпредлагаемаяпрототип 
28 
36112010910610621271121093134116112

Для изготовления опытных образцов полумаски используется прямоугольный параллелепипед из легкообрабатываемого материала, например вязких пород дерева, с ребрами Н, L, N. На двух гранях оформляются два контура в области обтюратора (см. фиг.1, 2) и малый контур корпуса. Затем оформляют обтюратор по значениям его величин r₁, α, l. Изготавливают опытный образец полумаски из резиновой сырой смеси с последующей щадящей вулканизацией. Опытные образцы полумасок после примерочных испытаний и принятия решения, после стадии компьютерного проектирования и изготовления пресс-формы полумаску изготавливают по известной технологии - прессованием и вулканизацией.

Таким образом, применение предлагаемой полумаски повышает значения защитных и эргономических величин респиратора за счет построения полосы обтюрации в зависимости от среднестатистических значений антропометрических величин, уменьшает объем подмасочного пространства и, как следствие, снижает содержание двуокиси углерода во вдыхаемом воздухе, расширяет поле зрения, а также повышает технологичность и экономические показатели респиратора за счет обеспечения возможности использования одной пресс-формы для изготовления узлов крепления фильтрующих патронов к полумаскам трех ростов.

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты органов дыхания и может быть использовано в патронных респираторах для защиты от вредных паров, газов и аэрозолей в условиях вредных производств. Полумаска содержит эластичный корпус, состоящий из носовой части и несущей части с площадками, имеющими отверстия для крепления фильтрующих патронов и сопрягающийся с корпусом обтюратор с полосой обтюрации. Контур корпуса во фронтальной плоскости в области обтюратора состоит из четырех сопрягающихся дуг окружностей, а в плоскости, перпендикулярной фронтальной, - из трех сопрягающихся дуг окружностей. Угол подгиба полосы обтюрации плавно изменяется вдоль контура корпуса или имеет постоянное значение в подбородочной части. Угол подгиба полосы обтюрации относительно фронтальной плоскости полумаски плавно увеличивается от переносицы до крыльев носа, далее плавно уменьшается в области крыльев носа, щечной области и при переменном угле плавно уменьшается в подбородочной части. Отверстия для крепления фильтрующих патронов выполнены на площадках овальной формы, их центры расположены на одинаковом расстоянии друг от друга по образующей контура корпуса для всех ростовок, которое определяется длиной образующей для первого роста полумаски. Обеспечивается повышение значения защитных и эргономических величин и повышение технологичности и экономических показателей респиратора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.

1. Полумаска респиратора, содержащая эластичный корпус, состоящий из носовой и несущей частей с площадками, имеющими отверстия для крепления фильтрующих патронов, и сопрягающийся с корпусом обтюратор с полосой обтюрации, причем контур корпуса во фронтальной плоскости в области обтюратора состоит из четырех сопрягающихся дуг окружностей, а в плоскости, перпендикулярной фронтальной, - из трех сопрягающихся дуг окружностей, угол подгиба полосы обтюрации плавно изменяется вдоль контура корпуса или имеет постоянное значение в подбородочной части, отличающаяся тем, что угол подгиба полосы обтюрации относительно фронтальной плоскости полумаски плавно увеличивается от переносицы до крыльев носа, далее плавно уменьшается в области крыльев носа, щечной области и при переменном угле плавно уменьшается в подбородочной части, отверстия для крепления фильтрующих патронов выполнены на площадках овальной формы, их центры расположены на одинаковом расстоянии друг от друга по образующей контура корпуса полумаски для всех ростовок, которое определяется длиной образующей для первого роста полумаски.2. Полумаска респиратора по п.1, отличающаяся тем, что большая ось площадок овальной формы расположена в плоскости, проходящей через центры отверстий для крепления фильтрующих патронов и клапана выдоха.