Способ и устройство защиты от недопустимых перепадов давления в декомпрессионной камере

Способ и устройство защиты от недопустимых перепадов давления в декомпрессионной камере

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области судостроения и (или) медицины, в частности к системам вентиляции герметически закрытых помещений, и может быть предназначено, например, для использования в системах газообеспечения (воздухообеспечения) декомпрессионных камер, в аварийно-спасательных комплексах, гермокабинах летательных аппаратов, медицинских барокамерах и др.

Система газообеспечения (воздухообеспечения) декомпрессионных камер и других вышеуказанных замкнутых помещений должна обеспечивать вентиляцию их отсеков сжатым воздухом как в режиме постепенного повышения или понижения давления, так и в режиме без изменения в них давления. В настоящее время наибольшее количество технических решений, обеспечивающих автоматизацию регулирования давления воздуха в подобных замкнутых помещениях, имеется в области авиации и космонавтике.

Так, известна система регулирования давления воздуха в гермокабине летательного аппарата по а.с.№1225185, по которому для обеспечения минимальной длительности принудительной разгерметизации путем предотвращения срабатывания ограничителя расхода, система снабжена устройством предварительного ограничения расхода сбрасываемого воздуха при разгерметизации, включающим в себя двухмембранный пневмоделитель, реле-сигнализатор контрольного избыточного давления и двухпозиционный электроклапан, в котором привод подключен к выходу реле-сигнализатора, выход соединен с пневмоприводом исполнительного клапана, нормально открытый вход - с выходом командного прибора, а нормально закрытый вход - с выходом двухмембранного пневмоделителя, нормально открытый канал которого соединен с выходом командного прибора, а нормально закрытый - с гермокабиной.

Известна система регулирования давления воздуха в гермокабине самолета по а.с. №1056571, по которому для улучшения жизнедеятельности экипажа система снабжена пневматическим повторителем, в котором управляющий вход связан с командным прибором, а выход сообщен через ограничитель максимального давления с линией сброса на участке перед ограничителем минимального давления, а также ограничителем избыточного давления, включенным в линию сброса повторителя пред местом подключения к ней ограничителя максимального давления параллельно с ограничителем минимального давления, причем ограничитель избыточного давления выполнен с глухой надмембранной полостью, сообщенной с надмембранной полостью ограничителя минимального давления.

Известно также большое количество конструкций декомпрессионных камер, оборудованных в основном однотипными системами газообеспечения. Так, например, за рубежом известным немецким концерном Drägerwerk AG выпускается такие камеры, как "DUCOM", "Super DUCOM", "ConTreat", "TDS1" и др., различающиеся в основном по массогабаритным характеристикам и внутреннему объему. В России декомпрессионные камеры с подобными характеристиками выпускаются в основном заводами Минобороны, например, камеры ПДК-2, ПДК-2у, ПДК-3, РКУ-Му, РКМу и др.

В качестве прототипа предлагаемого способа выбрано техническое решение системы газообеспечения поточно-декомпрессионной камеры ПДК-2у. Контроль перепадов давления в этой камере осуществляется при визуальном наблюдении за уровнем давления по приборам (манометрам) и управлением подачи и давления воздуха вручную с помощью различных вентилей. Однако такой метод в области техники и медицины, где от скорости регулирования процессами вентиляции, а также от человеческого фактора может зависеть жизнь и здоровье людей, явно недостаточен.

Задачей предлагаемого технического решения является исключение человеческого фактора при обеспечении необходимого гарантированного давления воздуха в замкнутом помещении, например, в декомпрессионной камере.

Основной технический результат, достижение которого обеспечивает решение поставленной задачи, - это автоматизация отсечения входного и выходного воздушных каналов помещения камеры (автоматизация прерывания вентиляции) при резком перепаде давления внутри камеры и, соответственно, повышение надежности ее работы.

Предлагаемый способ защиты от недопустимых перепадов давления в камере декомпрессии включает систему вентиляции декомпрессионной камеры, имеющуюся в прототипе. Согласно этому способу в камеру по входному каналу от источника подачи сжатого воздуха через редукционное устройство, выполненное, например, в виде калиброванных отверстий в наборе специальных шайб, подают воздух под регламентированным избыточным давлением, с помощью системы клапанов устанавливают давление сброса и выводят воздух по выходному каналу в систему сброса. При этом контроль давления внутри камеры осуществляется визуально, а перекрытие системы вентиляции в случае необходимости - вручную. В отличие от известного способа при положительном или отрицательном расчетном перепаде регламентированного давления внутри камеры в предлагаемом способе ее входной и выходной каналы подачи воздуха автоматически одновременно перекрывают с помощью специального устройства защиты от недопустимых перепадов давления.

Предлагаемое техническое решение устройства защиты от недопустимых перепадов давления, предназначенное для реализации способа, содержит три основных узла:

- трехполостное отсечное устройство, в средней полости которого расположены два аксиально-расположенных поршня, торцы которых отделены друг от друга, вход одной крайней полости соединен с источником подачи сжатого воздуха, а выход с редукционным устройством системы вентиляции, вход второй крайней полости соединен с выходным каналом камеры декомпрессии, а выход с системой сброса воздуха, при этом для возможности прерывания вентиляции декомпрессионной камеры в крайних полостях отсечного устройства расположены управляемые указанными поршнями тарелки и соответствующие им седла,

- узел сигнализации, и

- трехмембранный управляющий пневмоблок, имеющий семь последовательно расположенных полостей, причем его первая полость подключена к крайней полости отсечного устройства с высоким давлением и отделена от второй полости пневмоблока подпружиненным невозвратным клапаном, привод которого посредством штока управляется жестким центром эластичной мембраны, находящейся в третьей полости пневмоблока, вторая полость пневмоблока соединена со средней полостью отсечного устройства и с атмосферой через канал, перекрытый первым запорным клапаном сброса давления, третья полость пневмоблока разделена мембраной на две части, причем ее подмембранная часть соединена с атмосферой через канал, перекрытый вторым запорным клапаном сброса давления, и отделена от четвертой полости вторым невозвратным клапаном, находящимся в четвертой полости, соединенной с системой сброса и отделенной от пятой полости второй эластичной мембраной, подпружиненный жесткий центр которой запирает второй невозвратный клапан, пятая полость отделена от шестой третьей эластичной мембраной и соединена с системой сброса каналом, перекрытым запорным клапаном настройки давления слежения, шестая полость соединена каналом с системой сброса, седьмая полость отделена от шестой находящимся в ней подпружиненным третьим невозвратным клапаном, управляемым жестким центром третьей эластичной мембраны, и соединена с атмосферой каналом, перекрытым вторым запорным клапаном сброса давления.

Для пояснения работы предлагаемого технического решения прилагаются чертежи, на которых показаны схема вентиляции декомпрессионной камеры, а также работа устройства защиты от недопустимых перепадов давления. При этом на фиг.1 отсечный узел устройства защиты от недопустимых перепадов давления находится в открытом положении, а на фиг.2 и 3 - в закрытом положении, спровоцированном соответственно положительным и отрицательным перепадами давления внутри камеры.

На чертежах изображены: декомпрессионная камера 1, имеющая канал входа с редукционным устройством 2, куда воздух поступает от источника подачи сжатого воздуха (не показан), и канал выхода в систему сброса (в атмосферу), оборудованную узлом клапанов 3 настройки выходящего воздуха. Кроме того, камера дополнительно оборудована узлом сигнализации 4 и устройством защиты от недопустимых перепадов давления, содержащем трехполостное (полости - А, Б и В) отсечное устройство 5, в котором расположены подпружиненный поршень-тарелка 6, второй подпружиненный поршень 7 и тарелка 8, трехмембранный управляющий пневмоблок 9, имеющий семь последовательно расположенных полостей (Г, Д, Е, Ж, И, К и Л), два запорных клапана сброса давления 10 и 11, запорный клапан настройки давления слежения 12 и три подпружиненных невозвратных клапана 13, 14 и 15, расположенных в его полостях.

Система вентиляции и предлагаемое устройство защиты от недопустимых перепадов давления работают следующим образом.

В декомпрессионную камеру 1 от источника подачи сжатого воздуха через канал входа и редукционное устройство 2 подают сжатый воздух с заданным расходом Q и давлением Р_вх, затем с помощью узла клапанов 3 настройки выходящего воздуха устанавливают давление Р_вых воздуха, выходящего по каналу выхода из декомпрессионной камеры в систему сброса (в атмосферу) и имитирующего глубину погружения (ступень декомпрессии), при этом запорные клапаны 10 и 11 закрыты, а клапан настройки давления слежения 12 открыт.

Таким образом, после подачи воздуха в декомпрессионную камеру 1 от источника подачи сжатого воздуха в полости А отсечного устройства 5 и полости Г пневмоблока 9 создается избыточное давление, например, Р_изб=4,5 МПа (45 кгс/см²), а после настройки давления, выходящего из камеры воздуха, например, на Р_вых=03 МПа (3 кгс/см²), это же давление (Р_вых) создается в полости В отсечного устройства 5, а также и в полостях Ж, И и К пневмоблока 9, после чего клапан настройки давления слежения 12 закрывают. Перед перестройкой системы вентиляции на давление Р_вых следующей ступени декомпрессии каждый раз открывают запорный клапан настройки давления слежения 12, а после установки необходимого давления этот клапан закрывают.

При положительном или отрицательном расчетном (свыше допустимого) изменении (перепаде) регламентированного давления в декомпрессионном помещении 1 ее входной и выходной каналы подачи воздуха перекрываются одновременно с помощью устройства защиты от недопустимых перепадов давления, т.е. прекращается подача и выход воздуха из декомпрессионной камеры.

При регулировании допустимого перепада с помощью устройства защиты расчетным путем устанавливают, в зависимости от заданной имитации скорости подъема (или опускания) водолаза, величину недопустимого перепада давления ΔР, при которой устройство защиты должно срабатывать, что обеспечивается эффективной площадью мембран устройства защиты. Затем, как указано выше, от источника подачи сжатого воздуха подают воздух в декомпрессионную камеру 1 и устанавливают необходимое выходное давление из декомпрессионной камеры. При этом в полости А отсечного устройства 5 и полости Г пневмоблока 9 создается избыточное давление, равное, например, Р_изб=4,5 МПа (45 кгс/см²), а после закрытия запорного клапана настройки давления слежения 12 избыточное давление (Р_вых) также создается в полости В отсечного устройства и в полостях Ж, И и К пневмоблока величиной, равной, например, Р_вых=0,3 МПа. При этом в полости Б отсечного устройства и в полостях Д, Е и Л пневмоблока избыточное давление (Р_вых) отсутствует.

В случае повышения давления воздуха в камере декомпрессии 1 на величину, равную или большую ΔР, на ту же величину повысится давление в полости В отсечного устройства и одновременно в полостях Ж и К пневмоблока, однако в полости И, вход в которую перекрыт запорным клапаном настройки давления слежения 12, давление останется равным 0,3 МПа. Жесткий центр мембраны, разделяющей полости Ж и И, под воздействием избыточного давления в полости Ж откроет невозвратный клапан 14, перекрывающий полости Е и Ж, и воздух под давлением 0,3 МПа+ΔР (или более) поступает в полость Е. Жесткий центр мембраны, находящейся в полости Е, под действием этого давления откроет невозвратный клапан 13, расположенный в полости Г, и воздух под давлением 4,5 МПа поступит в полость Д и далее по каналу в полость Б отсечного устройства 5. Это давление, действующее как пневмопривод, давит на торцы поршней 6 и 7, находящихся в полости Б отсечного устройства 5, в результате чего поршни двигаются в противоположные стороны до тех пор, пока тарелки 6 и 8, находящиеся в крайних полостях отсечного устройства 5, не сядут на соответствующие седла, как показано на фиг.2, и тем самым перекроют входной и выходной каналы декомпрессионной камеры, одновременно приводя в действие узел сигнализации 8. После корректировки давления в декомпрессионной камере открывают запорный клапан настройки давления слежения 12, затем поочередно открывают запорные клапаны 10 и 11, благодаря чему сбрасывается избыточное давление из полостей Д, Е и Л пневмоблока, а также из полости Б отсечного устройства. В результате поршни 6 и 7 отсечного устройства под действием усилия пружин, а также узел сигнализации возвратятся в исходное положение.

В случае же понижения давления в декомпрессионной камере на величину, равную или большую ΔР, на ту же величину понизится давление в полости В отсечного устройства и одновременно в полостях Ж и К пневмоблока, однако в полости И, вход в которую перекрыт запорным клапаном настройки давления слежения 12, давление останется равным 0,3 МПа. Жесткий центр мембраны, разделяющей полости И и К, под воздействием избыточного давления в полости И откроет невозвратный клапан 15 (см. фиг.3), перекрывающий полости К и Л, и воздух под давлением 0,3 МПа - ΔР поступает в полость Е и давит на находящуюся там мембрану, благодаря чему ее жесткий центр откроет невозвратный клапан 13, расположенный в полости Г, и воздух под давлением 4,5 МПа поступит в полость Д и далее по каналу в полость Б отсечного устройства 5. Этим давлением, действующим как пневмопривод, также как в первом случае перекрывается входной и выходной каналы камеры декомпрессии.

Возврат устройства в исходное положение происходит аналогично уже описанному выше.

1. Способ защиты от недопустимых перепадов давления в декомпрессионной камере, включающий вентиляцию камеры, при котором в камеру по входному каналу от источника подачи сжатого воздуха через редукционное устройство подают воздух под регламентированным избыточным давлением, с помощью системы клапанов устанавливают давление сброса и выводят воздух по выходному каналу в систему сброса, отличающийся тем, что при расчетном положительном или отрицательном перепаде регламентированного давления внутри декомпрессионной камеры перекрывают одновременно ее входной и выходной каналы с помощью устройства защиты от недопустимых перепадов давления.

2. Устройство защиты от недопустимых перепадов давления для реализации способа по п.1, содержащее трехполостное отсечное устройство, в средней полости которого расположены два аксиально расположенных подпружиненных поршня, торцы которых отделены друг от друга, вход одной крайней полости соединен с источником подачи сжатого воздуха, а выход - с редукционным устройством, вход второй крайней полости соединен с выходным каналом декомпрессионной камеры, а выход - с системой сброса воздуха, кроме того, в крайних полостях отсечного устройства расположены управляемые указанными поршнями тарелки и соответствующие им седла; узел сигнализации, а также трехмембранный управляющий пневмоблок, имеющий семь последовательно расположенных полостей, причем его первая полость подключена к крайней полости отсечного устройства с высоким входным давлением и отделена от второй полости пневмоблока подпружиненным невозвратным клапаном, привод которого посредством штока управляется жестким центром первой эластичной мембраны, находящейся в третьей полости пневмоблока, вторая полость пневмоблока соединена со средней полостью отсечного устройства и с атмосферой через канал, перекрытый запорным клапаном сброса давления, третья полость пневмоблока разделена мембраной на две части, причем ее подмембранная часть соединена с атмосферой через канал, перекрытый вторым запорным клапаном сброса давления, и отделена от четвертой полости вторым невозвратным клапаном, находящимся в четвертой полости, соединенной с системой сброса и отделенной от пятой полости второй эластичной мембраной, подпружиненный жесткий центр которой запирает второй невозвратный клапан, пятая полость отделена от шестой третьей эластичной мембраной и соединена с системой сброса каналом, перекрытым запорным клапаном настройки давления слежения, шестая полость соединена каналом с системой сброса, седьмая полость отделена от шестой находящимся в ней подпружиненным третьим невозвратным клапаном, управляемым жестким центром третьей эластичной мембраны, и соединена с атмосферой каналом, перекрытым вторым запорным клапаном сброса давления.