СПОСОБ СОЗДАНИЯ, СОХРАНЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗАПАСОВ СЖАТОГО ВОЗДУХА ДЛЯ ВЫЖИВАНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ СТОЙКОСТИ ЛЮДЕЙ В АВАРИЙНЫХ И ВОЕННЫХ УСЛОВИЯХ Российский патент 2024 года по МПК F03B13/26 F03B13/24 E02B9/00 

Изобретение относится к системам обеспечения жизнедеятельности человека и может быть использовано для аварийного снабжения человеческих масс чистым атмосферным воздухом в закрытых помещениях или спасательных укрытиях [F03B 13/26].

Из уровня техники известна СИСТЕМА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СЖАТОГО ВОЗДУХА ИЗ ОКЕАНСКИХ ВОЛН [WO2018051329A1, опубл. 2018-03-22], содержащая: основание для крепления системы на дне океана; две или более колонны, идущие перпендикулярно вверх от указанного основания до поверхности океана; площадка на верхнем конце колонн; один или несколько воздушных насосов, расположенных на указанной платформе: головка молотка, соединенная с воздушными насосами для производства сжатого воздуха путем подъема и опускания головки молотка в заданном диапазоне движения; поплавок, плавающий на поверхности океана и ограниченный двумя или более колоннами: основанием и платформой; один или несколько удлиненных валов, соединенных с указанным поплавком на одном конце и с указанной головкой молотка на другом конце; при этом головка молотка приспособлена для подъема и опускания поплавком в заданном диапазоне движения за счет движения океанских волн; и при этом удлиненные валы имеют длину, регулируемую для удержания головки молотка в заданном диапазоне движения и плавания на поверхности океана в ответ на изменение высоты поверхности океана.

Недостатком данной системы является зависимость ее работы от волнения на море, и как следствие, неопределенность в плане выработки сжатого воздуха.

Наиболее близким по технической сущности заявленному изобретению является УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ СЖАТОГО ВОЗДУХА [JPH04311682A, опубл. 1992-11-04], содержащее поплавок, который перемещается вверх и вниз при изменении уровня прилива, воздушный компрессор, способный всасывать и сжимать воздух в сочетании с перемещением поплавка, при этом воздушный компрессор установлен в море на заданной глубине, подающий трубопровод для подачи сжатого воздушным компрессором воздуха в хранилище воздуха и выходной трубопровод для отправки сжатого воздуха из хранилища воздуха в море.

Основной технической проблемой прототипа является наличие штоков и рычагов для привода поршня, что значительно увеличивает сложность конструкции и уменьшает её надежность.

Задача изобретения заключается в устранении недостатков прототипа.

Технический результат изобретения заключается в создании условий для обеспечения людей атмосферным воздухом в закрытых помещениях или аварийных укрытиях за счет использования доступного и экологически чистого ресурса. Кроме того, технический результат заключается в упрощении процесса получения сжатого воздуха за счет использования природных явлений.

Технически результат достигается за счет того, что в способе получения сжатого воздуха для аварийного обеспечения жизнедеятельности людей в военных условиях, заключающемся в том, что создают хранилища для сжатого воздуха, которые постоянно пополняют посредством приливного компрессора, состоящего из цилиндра, поршня, впускного клапана, выпускного клапана и окна для впуска и выпуска воды, создают давление воздуха, согласно изобретению, приливной компрессор устанавливают на дно водоема, имеющего приливы и отливы, причем часть цилиндра приливного компрессора возвышается над уровнем воды, а давление воздуха создается за счет движения вверх-вниз поршня, обладающего положительной плавучестью, причем впускной клапан выполнен с возможностью открытия при движении поршня вниз во время отлива и закрытия при движении поршня вверх во время прилива, а выпускной клапан выполнен с возможностью открытия при достижения в компрессоре максимального давления и закрытия при движении поршня вверх и вниз, при этом к выпускному клапану прикреплен патрубок для отвода воздуха в хранилище для сжатого газа.

Общепринято, что современная война требует разработки эффективных мер по сохранению полноценных условий существования для значительного числа людей в специальных ограниченных пространствах (бомбоубежища, склады, казармы, базы). Одним из ключевых условий выживания является чистый атмосферный воздух. Локально, даже на короткое время, чистый воздух может оказаться критическим условием для выживания.

Для создания чистого воздуха сейчас основным методом являются системы его получения из окружающей среды после химической, биологической и иной очистки. Здесь необходимо отметить, что очистка воздуха требует определенных энергетических и организационных затрат и в критические моменты (сбой энергообеспечения, частичное разрушение некоторых элементов, резкая перемена состава загрязнений) может сделать воздух недоступным ресурсом.

Другим подходом является создание системы хранения воздуха. Хранить воздух можно в специальных сосудах при низких температурах (температура -180 по Цельсию при атмосферном давлении). Очевидно, что такие специальные условия хранения экономически и организационно сложны.

Более доступным и эффективным решением представляется хранение воздуха в замкнутых сосудах и емкостях. Воздух в газообразном состоянии легко сжимается, поэтому для его хранения разумно использовать сжатый воздух. Сильное и быстрое сжатие воздуха требует затрат энергии, часть которой будет безвозвратно рассеиваться, и повышает технологические (т.е. стоимость и срок службы оборудования) требования ко всей системе. Чтобы уменьшить издержки и упростить технологические требования - процесс получения сжатого воздуха целесообразно проводить поэтапно, постепенно наращивая требования к системе и конечное давление.

Кроме того, для повышения устойчивости, надежности и доступности всей системы целесообразно провести её пространственное распределение и объединение в единую сеть. Например, на первом уровне (локальный или районный уровень, суммарный объем хранения 5-10 тысяч куб. метров) в результате сжатия давление воздуха достигает 3-5 бар. Второй уровень (региональный или областной, суммарный объем хранения 50-100 тысяч куб. метров) - давление повышается до 10-20 бар и на третьем этапе (центральный узел, суммарный объем хранения несколько миллионов кубометров) давление достигает 100-200 бар.

Так как воздух не требует особых условий при хранении и нуждается только в периодическом обновлении (как и любая техническая система), то получается надежное и удобное (в смысле доступности и возможности быстрой реакции) хранилище очень важного для человеческой жизни ресурса.

Один из вариантов снижения затрат - задачу получения сжатого воздуха на первом этапе - возложить на природу. Например, основываясь на энергии приливов можно получить неисчерпаемый источник энергии на несложном и безопасном механизме использования движения Луны.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1-4 показана работа приливного компрессора. При этом на фиг.1 показано положение поршня компрессора до начала прилива; на фиг.2 показан процесс движения поршня компрессора вверх во время прилива; на фиг.3 показано положение поршня во время полной воды; на фиг.4 показан процесс движения поршня компрессора во время отлива.

На фиг. 5 показан общий вид приливного компрессора.

На фигурах обозначено: 1 - уровень воды, 2 - дно водоема, 3 - берег водоема, 4 - цилиндр компрессора, 5 - поршень компрессора, 6 - рабочая камера компрессора, 7 - впускной клапан, 8 - выпускной клапан, 9 - патрубок для отвода воздуха, 10 - направляющие поршня, 11 - окно для впуска/выпуска воды.

Способ реализуется посредством приливного компрессора, раскрытого на фиг. 5.

Приливной компрессор, в частности, состоит из цилиндра компрессора 4, который, будучи размещенным в водоеме, образует с ним систему сообщающихся сосудов за счет окна для впуска и выпуска воды 11. При этом изменение уровня воды 1 во время приливов и отливов в водоеме будет соответствовать уровню воды в цилиндре 4.

Внутри цилиндра 4 размещен поршень компрессора 5, который выполнен из материала, обеспечивающего ему положительную плавучесть. При этом для сохранения горизонтального положения поршня 5 внутри цилиндра 4, на внутренней поверхности последнего имеются направляющие 10. Поршень 5 перемещается внутри цилиндра 4 вдоль направляющих 11, что обеспечивает ему строго горизонтальное расположение без перекосов.

В верхней части цилиндра 4 расположена два клапана - один впускной клапан 7 и один выпускной клапан 8. К выпускному клапану 8 крепится патрубок для отвода воздуха 9 для направления сжатого воздуха потребителям.

Способ осуществляется следующим образом.

На дно 2 водоема, имеющего приливы и отливы, устанавливается приливной компрессор.

Во время низкой воды (отлива) уровень воды в водоеме находится на самом нижнем уровне (см. фиг. 1). При этом ввиду того, что цилиндр 4 приливного компрессора образует с водоемом систему сообщающихся сосудов, то поршень 5 находится в нижней точке. В этот момент рабочая камера 6 имеет максимальный объем.

Затем во время прилива уровень воды 1 в водоеме начинает увеличиваться. Вместе с этим увеличивается и уровень воды в цилиндре 4. За счет увеличения уровня воды в цилиндре 4, поршень 5, обладающий положительной плавучестью, перемещается внутри цилиндра вверх (см. фиг. 2).

В процессе этого движения объем рабочей камеры 6 начинает уменьшаться. За счет того, что поршень расположен в цилиндре герметично, а также за счет того, что впускной и выпускной клапаны закрыты, то уменьшение объема рабочей камеры 6 приводит к увеличению давления внутри нее.

После того как уровень воды 1 в водоеме достигнет максимума, рабочая камера 6 станет минимального объема (см. фиг. 3). При этом давление воздуха внутри камеры 6 станет максимальным. В этот момент открывается выпускной клапан 8 и воздух за счет давления перемещается посредством патрубка для отвода воздуха 9 в хранилище для сжатого воздуха (на фиг. не показан). Затем во время отлива открывается впускной клапан 7. Далее в процессе отлива уровень воды 1 в водоеме начинается уменьшаться. Вместе с ним начинается уменьшаться уровень воды в цилиндре 4, что приводит к движению поршня 5 вниз. Что в свою очередь приводит к увеличению объема рабочей камеры 6 и, как следствие, к всасыванию воздуха из атмосферы через впускной клапан 7 (см. фиг. 4).

При достижении уровня воды 1 в водоеме минимального уровня весь цикл повторяется заново.

В соответствии с заявленным изобретением была изготовлена опытная конструкция приливного компрессора.

Цилиндр компрессора был изготовлен из листа алюминия толщиной 3 мм. Размеры самого компрессора при этом составили 4 метра в высоту и 0,5 метра в диаметре (внутренний диаметр).

Поршень представлял собой герметичный цилиндр, сваренный из алюминия толщиной 3 мм. Размеры поршня составили 200 мм в высоту и 498 мм в диаметре. При этом для повышения герметичности в рабочей камере к цилиндрической поверхности поршня были приклеены два резиновых уплотнительных кольца, толщиной 1 мм каждое.

Для простоты эксперимента в качестве клапанов использовались ручные задвижки, тем более что скорость прилива и отлива позволяет управлять ими в ручном режиме.

Данный приливной компрессор был установлен на берегу Баренцева моря рядом с населенным пунктом Териберка, где разница в высоте полной и малой воды составляет порядка 2.5 метров. Компрессор был установлен на глубине двух метров при малой воде, что соответствовало глубине 4.5 метра при большой воде.

В результате эксперимента удалось получить давление воздуха примерно на 1,8 бар больше атмосферного. При этом расчеты показывают, что в случае технического усовершенствования приливного компрессора (повышение плавучести поршня, увеличение герметичности в рабочей камере), можно получить давление на выходе до 3 бар.

Описанный способ использования приливного компрессора, служит одним из аргументов по созданию мощной и разветвленной системы сохранения сжатого воздуха для поддержания дееспособности человеческих коллективов в аварийной или конфликтной ситуации, когда относительно небольшое время недоступности воздуха может привести к тяжелым человеческим потерям. В пользу создания такой системы можно привести следующие аргументы:

1) сжатый воздух - это дешевая, безопасная и экологически чистая энергия;

2) сжатый воздух - это уже подготовленная к работе энергия;

3) сжатый воздух - давно используется в большом числе пневматических механизмов;

4) сжатый воздух - это возобновляемый жизненно важный ресурс.

Таким образом, за счет того, что способ получения сжатого воздуха для аварийного обеспечения жизнедеятельности людей в военных условиях, заключающийся в том, что создаются хранилища для сжатого воздуха, которые постоянно пополняются посредством приливного компрессора, состоящего из цилиндра, поршня, впускного клапана, выпускного клапана и окна для впуска и выпуска воды, создают давление воздуха, при этом приливной компрессор устанавливают на дно водоема, имеющего приливы и отливы, причем часть цилиндра приливного компрессора возвышается над уровнем воды, а давление воздуха создается за счет движения вверх-вниз поршня, обладающего положительной плавучестью, причем впускной клапан выполнен с возможностью открытия при движении поршня вниз во время отлива и закрытия при движении поршня вверх во время прилива, а выпускной клапан выполнен с возможностью открытия при достижения в компрессоре максимального давления и закрытия при движении поршня вверх и вниз, при этом к выпускному клапану прикреплен патрубок для отвода воздуха, реализуется возможность обеспечения людей атмосферным воздухом в закрытых помещениях или различных укрытиях за счет использования экологически чистого энергоресурса. Кроме того, достигается упрощение процесса получения сжатого воздуха за счет использования для этого более простого природного механизма.

Изобретение относится к способу получения сжатого воздуха для аварийного обеспечения жизнедеятельности людей в военных условиях. Способ заключается в том, что создают хранилища для сжатого воздуха, которые постоянно пополняют посредством приливного компрессора, состоящего из цилиндра 4, поршня 5, впускного клапана 7, выпускного клапана 8 и окна для впуска и выпуска воды, создают давление воздуха. Компрессор устанавливают на дно 2 водоема, имеющего приливы и отливы. Часть цилиндра 4 возвышается над уровнем воды. Давление воздуха создается за счет движения вверх-вниз поршня 5, обладающего положительной плавучестью. Клапан 7 выполнен с возможностью открытия при движении поршня 5 вниз во время отлива и закрытия при движении поршня 5 вверх во время прилива. Клапан 8 выполнен с возможностью открытия при достижении в компрессоре максимального давления и закрытия при движении поршня 5 вверх и вниз. К клапану 8 прикреплен патрубок для отвода воздуха в хранилище для сжатого газа. Изобретение направлено на создание условий для обеспечения людей атмосферным воздухом в закрытых помещениях или аварийных укрытиях за счет использования доступного и экологически чистого ресурса. 5 ил.

Способ получения сжатого воздуха для аварийного обеспечения жизнедеятельности людей в военных условиях, заключающийся в том, что создают хранилища для сжатого воздуха, которые постоянно пополняют посредством приливного компрессора, состоящего из цилиндра, поршня, впускного клапана, выпускного клапана и окна для впуска и выпуска воды, создают давление воздуха, отличающийся тем, что приливной компрессор устанавливают на дно водоема, имеющего приливы и отливы, причем часть цилиндра приливного компрессора возвышается над уровнем воды, а давление воздуха создается за счет движения вверх-вниз поршня, обладающего положительной плавучестью, причем впускной клапан выполнен с возможностью открытия при движении поршня вниз во время отлива и закрытия при движении поршня вверх во время прилива, а выпускной клапан выполнен с возможностью открытия при достижении в компрессоре максимального давления и закрытия при движении поршня вверх и вниз, при этом к выпускному клапану прикреплен патрубок для отвода воздуха в хранилище для сжатого газа.