Баллон предназначен для хранения рабочего запаса сжатого воздуха. Баллоны, входящие в состав дыхательного аппарата, выполняются в соответствии с НПБ 190-2000 "Техника пожарная. Баллоны для дыхательных аппаратов со сжатым воздухом для пожарных. Общие технические требования. Методы испытаний". Вместимость и конструкция баллонов могут быть различными (рисунок 1) от 1 до 10 л.
На цилиндрической части баллона наносится надпись: "ВОЗДУХ 29,4 МПа".
Рисунок 1. Баллоны
В зависимости от модели аппарата могут применяться металлические, металлокомпозитные баллоны (рисунок 2). Баллоны имеют цилиндрическую форму с полусферическими или полуэлептическими донышками (обечайками).
а) б) в)
Рисунок 2. Баллоны цилиндрической формы:
а - металлические, б, в - металлокомпозитные
Сферические баллоны применяются редко, несмотря на целый ряд их преимуществ. Например, у сферических баллонов меньшая масса, так как они более прочные вследствие равномерного (по сравнению с цилиндрическими баллонами) распределения давления. В дыхательном аппарате PSS 500 с тремя сферическими баллонами (рисунок 3) удается снизить положение центра масс, относительно поясного ремня, поэтому совершать наклоны с таким аппаратом более удобно.
Рисунок 3. Применение сферических баллонов в аппарате PSS 500
Баллоны для сжатого воздуха PSS 500 изготовлены из углеволоконного композитного материала. Емкость каждого баллона - 2 л. Максимальное рабочее давление - 300 бар.
Еще одним примером применения тонкостенных сферических баллонов объемам 2 л (рисунок 4) являются воздушные дыхательные аппараты ИВА-12С, ИВА-12СП (Россия).
Рисунок 4. Использование сферических баллонов в аппарате ИВА-12С
В результате работ по снижению массы аппаратов и совершенствованию применяемых материалов широкое применение получили металлокомпозитные баллоны. Производство и использование металлокомпозитных и полностью композитных баллонов позволяет, в сравнении с цельнометаллическими баллонами, увеличить время защитного действия и надежность дыхательного аппарата. Так, основу металлокомпозитного баллона составляет стальной или алюминиевый лейнер, который оплетают специальным химическим волокном (для этих целей могут использовать стекловолокно, нить «Армос» и др.). В результате этого металлокомпозитные баллоны, в отличие от цельнометаллических, становятся «безосколочными». На рисунке 5 приведен пример безосколочного искусственного разрушения металлокомпозитного баллона объемом 2-литра и с рабочим давлением 300 кгс/см2. При номинальном проверочном давлении в 450 кгс/см2 (150% от рабочего давления) разрушение баллона произошло только при давлении в 530 кгс/см2.
Рисунок 5. Пример безосколочного разрушения металлокомпозитного баллона
К недостаткам металлокомпозитных баллонов следует отнести их низкую устойчивость к механическим повреждениям и высоким температурам, а также высокую стоимость. Поэтому при эксплуатации металлокомпозитных баллонов необходимо использование специальных защитных чехлов.
Для установки запорного вентиля в горловине баллона нарезается коническая или метрическая резьба. Вентиль баллона должен быть выполнен таким образом, чтобы нельзя было полностью вывернуть его шпиндель во время эксплуатации. Конструкция вентиля должна быть такой, чтобы во время работы спасателя исключалась возможность случайного закрытия вентиля из положения «Открыто». Соединение «вентиль-баллон» должно быть герметичным. Вентиль баллона должен выдерживать не менее чем 3000 циклов открытия и закрытия. В штуцере вентиля для присоединения к редуктору, как правило, применяться внутренняя резьба диаметром 5/8".
Конструкция вентиля показана на рисунке 6 Вентиль с помощью конической резьбы или цилиндрической резьбы ввинчен в горловину баллона - 14, при варианте с цилиндрической резьбой герметичность соединения баллона с вентилем обеспечивается прокладкой - 18 и уплотнительным кольцом - 13.
Рисунок 6. Вентиль
Вентиль состоит из корпуса - 15 со штуцером А для подсоединения коллектора (или редуктора - вариант с одним баллоном; клапана - 11 со вставкой - 16; шточка - 9 с пером - 10; гайки сальниковой - 7; маховичка, состоящего из обоймы - 3 и облицовки - 2; заглушки - 1, гайки - 4 и пружины - 5. Герметичность вентиля обеспечивается прокладками - 8 и 17. Прокладка - 6 служит для уменьшения сил трения. При хранении баллонов отдельно от аппаратов в штуцер А вкручивается заглушка - 12. При вращении маховичка по часовой стрелке клапан II, перемещаясь по резьбе в корпусе вентиля - 15, прижимается вставкой - 16 к седлу и перекрывает канал, по которому воздух поступает из баллона в коллектор (или редуктор - вариант с одним баллоном).
|
|
|
|
Рисунок 7. Вентили баллонов:
а - с горизонтальным расположением маховичка, б - с вертикальным расположением маховичка, в - с наружной резьбой, г - с индикатором и предохранительным клапаном
Примером совершенствования надежности вентилей баллонов является запатентованный фирмой Interspiro (Швеция) вентиль с механизмом блокировки от случайного закрытия. Такой вентиль снабжен предохранительным устройством, предотвращающим случайное закрывание: вентиль баллона может быть закрыт только при дополнительном нажатии на вентиль (маховичок) баллона. Вентиль баллона соединяется с блоком редуктора при помощи резьбового соединительного штуцера.
Все большее распространение получают вентили баллонов, оснащенные индикаторами и предохранительными устройствами (рисунок 7 г). Индикатор позволяет контролировать наличие и величину давления сжатого воздуха в баллоне. Предохранительное устройство обеспечивает защиту баллона от разрушения вследствие увеличения в нём давления, например, при нагревании или неправильной заправке.
Для экономии времени на замену баллонов, фирмой MSA AUER разработан штекерный адаптер AlfaClik, позволяющий заменить баллоны в 10 раз быстрее, чем при использовании резьбовых соединений. AlfaClik представляет из себя быстроразъемное соединение, одна часть которого навинчивается на резьбовой соединительный штуцер редуктора, а другая устанавливается на воздушный баллон (рисунок 8). По сравнению с резьбовым соединением, система AlfaClik обеспечивает не только простоту использования, но и более высокий уровень безопасности. При использовании системы AlfaClik баллон может быть отсоединен только когда давление уже сброшено. Для отсоединения баллона необходимо повернуть специальное высвобождающее кольцо на 20 градусов, одновременно надавив на него.
Рисунок 8. Устройство AlfaClik
При отсоединении баллона начинает действовать особый клапан-ограничитель потока воздуха, встроенный в систему AlfaClik, что помогает избегать опасных ситуаций в случаях, когда вентиль баллона был случайно оставлен открытым.
Устройство AlfaClik имеет встроенный фильтр против грязи для очистки подаваемого воздуха и подходит ко всем баллонам со стандартным резьбовым соединением [EN 144].
Штекерный адаптер AlfaClik может использоваться для подсоединения баллонов к системам наполнения воздухом в мастерских (рисунок 3.13).
Рисунок 9. Вариант использование AlfaClik для наполнения баллонов в мастерских
В целях снижения времени на наполнение и перезарядку баллонов аппаратов рядом фирм производителей воздушных дыхательных аппаратов используется система быстрого наполнения баллонов. Для работы этой системы на магистрали высокого давления аппарата устанавливается адаптер (разъем) к которому подсоединяют источник высокого давления. Это соединение позволяет заправлять баллон(ы) от независимого вторичного источника высокого давления, например, от ресивера, в течение 1-2 минут, при этом спасатель может не выключаться из дыхательного аппарата. Примером реализации системы быстрого наполнения воздухом являются системы Quick-Fill фирмы MSA Auer и ChargAir фирмы Drager (рисунок 10). Недостатком системы быстрого наполнения являются зависимость от места нахождения вторичного источника воздуха, необходимость приобретения, транспортировки и наполнения ресивера.
Рисунок 10. Пример использования системы быстрого наполнения баллонов Quick-Fill
Адаптер (разъем) системы быстрой дозаправки аппарата воздухом может быть для удобства спасателя установлен на выносном шланге, расположенном в районе поясного ремня (рисунок 10) или расположен непосредственно за коллектором аппарата (рисунке 11).
Рисунок 11. Пример безшлангового варианта адаптера системы Quick-Fill
Вариант безшлангового варианта адаптера (разъема) системы быстрой дозаправки баллонов Quick-Fill позволяет не только упростить конструкцию, но и снизить вес аппарата до 10%. На рисунке 12 представлены варианты ресивера для заправки аппаратов через систему Quick-Fill.
а) Возимая ресивер-кассета
б) Передвижной ресивер 2*50л
Рисунок 12. Варианты ресивера для заправки аппаратов через систему Quick-Fill
Коллектор (рисунок 13) дыхательного аппарата предназначен для подсоединения баллонов с воздухом к редуктору.
Рисунок 13. Варианты внешнего вида коллектора
Пример конструкции коллектора приведен на рисунок 14. Коллектор состоит из корпуса - 6 со штуцером А для подсоединения редуктора. В корпус на припое ввинчены два штуцера - 1 для подсоединения баллонов.
Рисунок 14. Коллектор
Баллоны со сжатым воздухом подсоединяются к коллектору с помощью гаек – 2, прижимающих штуцеры – 4, с уплотнительными кольцами - 3 к посадочным местам баллонов. Герметичность соединения штуцеров - 4 с коллектором обеспечивается кольцами уплотнительными - 5.
Увеличение времени защитного действия дыхательного аппарата в загазованной зоне может быть достигнуто также за счет замены баллонов (при двухбаллонной схеме ВДА) непосредственно на месте работ без выключения из дыхательного аппарата. Такая возможность была реализована в аппарате АВХ – 324НТ (Россия, ЗАО «ЦАСФ») за счет оригинальной конструкции коллектора и вентиля баллона (рисунок 15).
Рисунок 15. Аппарат АВХ-НТ
Разработанная конструкция обеспечивала автоматическую продувку токсодозы при открытии вентиля и сброс остаточного давления из коллектора при закрытии вентиля баллона. Эта схема позволила производить попеременную и безопасную замену баллонов в загазованной зоне спасателю, не выключаясь из дыхательного аппарата.
Источник: Никулин В.В., Сидорчук В.К., Андрианов С.Н.
Изолирующие дыхательные аппараты. Аппараты на сжатом воздухе
и особенности их конструктивных элементов.
Т.2/ Тула, 2010. – 299 с.