王红 臧琳琳 马超
煤科集团沈阳研究院有限公司 辽宁抚顺 113122
摘要：仓式正压氧气呼吸器在大运动量时其低压系统中偶尔会出现负压状态，通过研究其结构及有关参数，分析其出现负压的主要原因是自动补给供气量小、气囊有效容积小及正压弹簧不能有效施压，并据此提出了加大自动补气阀补气孔径、调高自动补气阀开启压力、改变自动补气阀结构使其即开即达到最大过气量、加大自动排气开启位置与自动补气开启位置之间的距离等针对性的改进和完善措施，以保证仓式正压氧气呼吸器在大运动量工作时其低压系统始终保持正压状态。
关键词：仓式正压氧气呼吸器；大运动量；正压特性
1前言
正压氧气呼吸器由于其系统内部的气体压力始终大于外界大气压，即系统内的正压状态，使其安全性能远高于负压氧气呼吸器，对其使用环境的有毒有害气体种类及浓度没有限制。但是在实际工作中，当使用者处于大运动量时，仓式正压氧气呼吸器低压系统中会出现短暂、间断的负压状态，即丧失其正压特性。究其原因，主要在于仓式正压氧气呼吸器的自动补给供气量小、气囊的有效容积小及正压弹簧不能有效施压。
2仓式正压氧气呼吸器的工作原理
工作时，首先打开气瓶开关，气体经分配器中的减压器减压后连续流入正压气室，即呼吸仓。当使用者吸气时，气体由呼吸仓流经冷却器，经降温后，再经吸气软管、吸气阀进入面罩内被使用者吸入。当使用者进行呼气时，呼出的气体经呼气阀、呼气软管进入清净罐，在清净罐内呼出气体中的二氧化碳被氢氧化钙吸收。被净化的气体重新进入呼吸仓，便完成了整个呼吸循环。呼出的气体进入呼吸仓后与来自气瓶中的氧气，进行混合再次参加呼吸循环，依此反复循环下去。呼吸系统内积存的多余气体经排气阀排出。
仓式正压氧气呼吸器的呼吸系统是一个密闭的回路，与外界大气处于完全隔绝状态。由于加载弹簧与自动补给阀的联合作用，使整个系统内部的气压始终保持高于外界大气压力，整个呼吸循环系统始终处于稳定的正压状态。
3自动补气量
正常情况下，人体在平静状态下呼吸频率为15～18次/min、呼吸量为10L/min，一般工作状态下呼吸频率为20次/min、呼吸量为22L/min，重体力运动时呼吸频率为35次/min，呼吸量可以达到75L/min。行业标准MT867—2000《隔绝式正压氧气呼吸器》规定，当气瓶压力为20～50MPa时自动补给的供氧量应不小于80L/min，以保证氧气供给量大于人呼吸时的最大吸入量，即75L/min。据统计，现有的一般仓式正压氧气呼吸器的自动补气量均小于80L/min，因此，在大运动量时，自动补气补气量不能满足人体吸入量的要求，更不可能维持正压状态，系统出现负压是在所难免的。为此，我们可以通过加大自动补气阀补气孔径或改变自动补气阀结构，使其即开即达到最大过气量的方式来增大其自动补给供气量，以此来保证其正压状态。
4正压弹簧的有效施压
正压弹簧的有效施压，是指其弹簧压力通过膜片硬壁或气囊硬壁直接作用于气仓或气囊中的气体，使其受压，压力上升。弹簧由自动排气开启的位置对气囊或气仓施压，行进至自动补给阀门开启的位置，终于自动补给阀门开启最大位置。当其到达自动补给阀门开启的最大位置后，弹簧弹力通过膜片硬壁或气囊硬壁直接作用于自动补给阀的触头或外壳上，对气仓或气囊中的气体不再产生压力。
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当气仓内压力达到最低值，正压弹簧继续运动，有效施压至自动补给阀门开启最大位置时终止，在正压弹簧由自动补给阀门开启位置施压到自动补给阀门开启最大位置之前，需自动补给阀门开启，大量补充气仓或气囊内的气体量，用以满足人体吸入，并维持气仓内的正压状态。由研究得知气仓或气囊运行速度与吸气体积速度及气仓内部截面积有关，当使用者进行大运动量时，人体吸气体积速度大，且在接近吸气结束时，吸气体积速度最大。即在大运动量时，吸气过程末，气仓运行速度最大，其大小与气囊硬壁或膜片硬壁面积成反比。
由以上研究可知，我们可以通过加大自动补给阀开启位置与自动补给阀开启最大位置之间的距离来保证弹簧的有效施压，以此来保证其正压状态。
5气囊有效容积
气囊工作容积是自动排气开启时气囊容积与自动补给阀开启时气囊容积的差值，其有效容积则是自动排气开启到自动补给阀开启之间的有效容气量。测量时，将呼吸器置于水平位置，堵住定量供气孔，向气囊内通气，到排气阀开始排气时停止通气，用抽气装置从气囊中抽气，到自动补给阀开启为止，用湿式流量计测量抽出气体体积。有效容积大，在正常呼吸量时，不需开启自动补气，即可满足人体呼吸需要。大运动量时，相比于有效容积小的呼吸器，有效容积大的呼吸器，其气仓或气囊压力下降的速度小，其硬壁面积大。因结构的原因，仓式正压氧气呼吸器有效容积均小于囊式正压氧气呼吸器，达不到行业标准MT867—2000《隔绝式正压氧气呼吸器》规定的5L以上，如HYZ4有效容积约3.0L，HYZ4C则约为3.2L，当使用者进行大运动量时，出现负压的几率高。且自动补气、排气频繁，耗氧快，容易造成使用时间不足的结果。为此，我们可以增大自动排气开启到自动补给阀开启之间的距离，来增大气囊的有效容积，以此来保证其正压状态。
6结语
为保证仓式正压氧气呼吸器的正压特性，需加大自动补气量、调高自动补气阀开启压力及增加有效容积。
(1)正压呼吸器减压器中压气压力恒定，为保证自动补气量，需加大自动补气阀补气孔径。
(2)调高自动补气阀开启压力，使其尽可能地达到规定值的上限，即245Pa，保证在正压弹簧短距离施压过程中，自动补气阀在短时间内补气也可保持气仓内压力。改进自动补气阀结构，保证其即开即达到最大过气量。
(3)在气仓直径不减小的前提下，加大自动排气与自动补气开启位置的距离，向上提升自动补气开启位置，减小无效容积，以相应增加有效容积。
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论文作者:王红,臧琳琳,马超
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/2
标签：正压论文; 呼吸器论文; 氧气论文; 容积论文; 气囊论文; 气量论文; 气阀论文; 《防护工程》2018年第18期论文;