Разработка устройства для проверки пригодности фильтров респираторов

Медицина и промышленность относятся к ряду деятельностей, персонал которых вынужден работать в загрязненных условиях. Чтобы защитить здоровье человека от влияния загрязнений в воздухе используются респираторы. Респиратор это - средство индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД). Респиратор защищает от попадания аэрозолей - это пыль, туман, дым и различных видов газов. Респираторы бывают фильтрующими и изолирующими. Первые не допускают попадания в органы дыхания человека вредных веществ из загрязненной атмосферы путем фильтрации вдыхаемого воздуха, вторые не допускают контактов с зараженной атмосферой, поэтому состав вредных примесей тут не важен. Изолирующие респираторы обычно применяют в горнодобывающей промышленности, или в подземных объектах - шахтах, карьерах.

Рисунок 1 - Внешний вид изолирующего респиратора

Рисунок 2 - Внешний вид фильтрующего респиратора

Рассмотрим устройство и принцип работы фильтрующих респираторов. Респираторы со встроенным фильтром представляют собой полумаску, которая состоит из фильтрующего материала, она оснащена удерживающим оголовьем. Кроме лицевой части-фильтра, в конструкцию подобного рода СИЗОД может входить носовой зажим и клапан выдоха. Благодаря носовому зажиму маска более прочно фиксируется на лице, а наличие дыхательного клапана осуществляет комфортную эксплуатацию из-за отсутствия скоплений влаги в подмасочном пространстве.

Рисунок 3 - Респиратор со встроенным фильтром (полумаска)

Респираторы со сменным фильтром имеют иную конструкцию. Лицевая часть может иметь форму полумаски или полнолицевой маски. Её изготавливают из пластичного изолирующего материала, что придаёт жесткость изделию, и оснащают клапанной системой, которая регулируется лентами оголовья и креплениями под фильтры. Клапаны вдоха закреплены в боковых отверстиях маски, в них расположены сменные фильтрующие элементы. В нижнем отверстии лицевой части находится клапан выдоха, он изолирован предохранительным клапаном.

Рисунок 4 – Респиратор со сменным фильтром

Если респираторы со встроенными фильтрами либо для одноразового применения, либо полностью подлежат обработке после каждого использования, то в случае сменных фильтров после окончания работы нужно будет сменить только их, маска же может быть использована до истечения срока эксплуатации.

Принцип работы противопыльного фильтрующего респиратора основан на удержании вредных частиц на волокнах фильтрующего материала. Фильтры противогазовых СИЗОД работают на основе адсорбции (поглощении) вредного вещества. Необходимо помнить, что все фильтрующие респираторы подлежат к использованию лишь в случае содержания кислорода в воздухе не менее семнадцати процентов. В остальных случаях нужно использовать изолирующие СИЗОД.

Устройство изолирующего респиратора можно разделить на две системы: воздуховодную и кислородоподающую.

Воздуховодная система включает в себя следующие элементы:

• •    лицевая часть,

• •    соединительная коробка,

• •    клапан выдоха,

• •    шланг выдоха,

• •    слюноудаляющий насос,

• •    регенеративный патрон,

• •    избыточный клапан,

• •    дыхательный мешок,

• •    холодильник с охлаждающим элементом,

• •    клапан вдоха,

• •    шланг вдоха.

Кислородоподающая система включает в себя:

• •    кислородный баллон с вентилем, присоединненный к нему кислородораспределительный блок с вентилем перекрывного манометра,

• •    клапан аварийной подачи кислорода,

• •    редуктор давления с предохранительным клапаном,

• •    легочный автомат.

Для того чтобы не нанести ущерб здоровью необходимо вовремя заменить фильтр у противопыльных и противогазовых респираторов со сменными фильтрами. Существует несколько простых методов проверки:

• •    Замена по сроку. Производители фильтров обычно указывают время, по истечении которого фильтр придется заменить. Срок использования будет варьироваться от уровня загрязнения в помещении.

• •    Экспериментально. Уровень изношенности фильтра определяется опытным путем: сквозь фильтр пропускают загрязненный воздух, после чего составляют расписание замены.

• •    Индикаторы. На современных фильтрах есть встроенные индикаторы, которые позволяют определить, насколько сильно заполнено фильтрующее пространство конструкции.

• •    Компьютерное моделирование. Требует сбора данных с помощью компьютерных технологий (влажность, температура воздуха и др.), что позволяет спрогнозировать, когда фильтр придет в негодность.

• •    Замена по весу. Процедура предельно проста: фильтр нужно заменить, когда его вес изменился в большую сторону. Это свидетельствует о том, что внутри фильтрующего механизма скопилось большое количество загрязненных частиц.

Но не каждая организация может позволить себе фильтры с индикацией, к тому же фильтры с индикацией подходят лишь для атмосферы с известным составом газа, в других случаях он будет неэффективен. Также не всегда возможно осуществить взвешивание фильтра во время работы, а замена вследствие эксперимента и по сроку может быть не точной.

Разработанное устройство поможет максимально точно определять пригодность для эксплуатации фильтра и время его смены независимо от вида респиратора.

^лзкгщХИЛ

2ЯМ8^

Рисунок 5 – Структурная схема разрабатываемого устройства

Работа устройства основывается на измерении перепада давлений до используемого фильтра и после. Степень загрязнения фильтра будет определяться исходя из специальной формулы др = г^рф/ло2, где

• •    ζ – коэффициент сопротивления фильтра;

• •    ρ – плотность имеющегося загрязнения (зависит от его состава);

• •    Q – объемный расход газа при рабочих условиях (давлении и температуре);

• •    D – внутренний диаметр шланга подачи.

Датчики расхода газовой смеси, давления температуры и влажности фиксируют сигналы, проходящие усиление и фильтрацию. Они через мультиплексор поступают на порт микроконтроллера, который отвечает за аналого-цифровое преобразование и с помощью устройства сопряжения поступают на порт компьютера. На компьютере в специальной программе необходимо будет ввести плотность загрязнения содержащегося в зоне работы, диаметр шланга, изначально измеренные показания коэффициента сопротивления фильтра и объемный расход газа. Также необходимо ввести измеренные до фильтра и после давления. Программа рассчитает степень загрязнения фильтра и время его смены.

Данное устройство полезно в промышленности и медицине, где необходимо проводить проверку фильтров респираторов в больших масштабах.