Для экономии расхода дыхательной газовой смеси или воздуха в некоторых типах водолазного снаряжения (ГКС-Зм, ВКС-57 и др.) применяются регенеративно-вентиляционные газовые системы. Однако и в этих системах, как правило, подают гораздо больше газовой смеси, чем потребляет водолаз в процессе дыхания, но гораздо меньше, чем это необходимо для осуществления вентиляции.

Расчет таких систем имеет много особенностей и представляет значительные трудности, связанные как с характеристикой работы регенеративного вещества, так и с нормированием дыхательных смесей путем частичной вентиляции снаряжения. Для практики представляют интерес приближенные расчеты концентраций и парциального давления кислорода и допустимого времени пребывания водолаза под водой в этих системах.

Концентрация кислорода в скафандре при установившемся процессе вентиляции, совмещенном с регенерацией

где к — концентрация кислорода в скафандре (дыхательном мешке аппарата), установившаяся в процессе нормирования газового состава, л/л;
р — абсолютное давление газового состава в скафандре, кгс/см²;
К^K — концентрация кислорода в газовой смеси, подаваемой на вентиляцию, л/л;
Q^CM — объемный расход (подача) газовой смеси на вентиляцию, л/мин;
m — объемный расход кислорода водолазом, л/мин;
К^R — коэффициент регенерации (отношение объема выделившегося активного кислорода к соответствующему объему углекислого газа, поглощенного регенеративным веществом), л/л. Если коэффициент регенерации К^R = 0, что соответствует такому веществу, как ХПИ, то из (10.1) следует

Коэффициент регенерации К^R находится в пределах от 0 до 2 и зависит от химического состава регенеративного вещества и процесса поглощения С0² этим веществом. Для некоторых перекисных соединений щелочных металлов, применяемых как регенеративные вещества, коэффициент регенерации приведен в табл. 10.3.

Таблица 10.3. Характеристика регенеративных веществ

Коэффициент регенерации в начальный и конечный период работы регенеративного вещества изменяется, его величина, как правило, уменьшается. Примерный вид изменения коэффициента регенерации в зависимости от времени работы регенеративного вещества показан на графике (рис. 10.7). Поэтому начальный период каждого аппарата, работающего на искусственных газовых смесях, должен быть проверен на значение коэффициента регенерации К^R = 0.

Рис. 10.7. График зависимости коэффициента регенерации от времени в часах

Пример 10.16. Определить в установившемся режиме парциальное давление кислорода в дыхательном мешке регенеративного аппарата, имеющего баллон с 50% азотнокислородной смесью и регенеративную коробку с химическим веществом К^R = 1,3, если водолаз, находясь на глубине 40 м, потребляет кислорода 1 л/мин, а подача газа из баллона равна 2 л/мин.

Решение. Абсолютное давление газа в дыхательном мешке на глубине 40 м по (10.6)

Концентрация кислорода в азотнокислородной смеси

Расход азотнокислородной смеси Q^CM = 2 л/мин.

Расход кислорода водолазом т = 1 л/мин.

Концентрация кислорода в дыхательном мешке по (10.22):

Так как это безразмерная объемная концентрация, то численно она равна парциальному давлению кислорода в дыхательном мешке, поэтому р^к = к = 2,82 кгс/см.

Если учесть, что отравляющее действие кислорода наступает при парциальном давлении 3 кгс/см², то полученное значение находится на пределе. При увеличении водолазом потребления кислорода или глубины погружения может наступить кислородное отравление.

Пример 10.17. Определить для условий примера 10.16 парциальное давление кислорода в дыхательном мешке аппарата, если регенеративная коробка аппарата заряжена веществом ХПИ (К^R=О) и подача газа из баллона составляет 8 л/мин.

Решение. Концентрация кислорода в дыхательном мешке по (10.23)

Пример 10.18. Определить состав газа по кислороду в дыхательном мешке аппарата на поверхности при подаче 50% гелио- кислородной смеси в количестве 2 л/мин. Если водолаз потребляет 0,85 л/мин кислорода, наружное барометрическое давление равно 760 мм рт. ст., в начальный период работы патрона коэффициент регенерации К^R = 0.

Решение. Абсолютное наружное давление на поверхности по (10.4)

Парциальное давление кислорода в дыхательном мешке аппарата по (10.23)

Как видим, содержание кислорода в дыхательном мешке находится на пределе, так как уже при парциальном давлении кислорода 0,16 кгс/см² возможно кислородное голодание. При резком увеличении потребления кислорода водолазом может наступить кислородное голодание.

Пример 10.19. Определить содержание кислорода в дыхательном мешке аппарата, имеющего непрерывную подачу 50% азотнокислородной смеси в количестве 8 л/мин, если водолаз находится на поверхности под абсолютным давлением 1 кгс/см² и потребляет от 0,85 до 2,5 л/мин кислорода при коэффициенте регенерации К^R = 0.

Решение. Парциальное давление кислорода в дыхательном мешке при m =0,85 л/мин по (10.23)

При т = 2,5 л/мин

Таким образом, даже при весьма большом потреблении кислорода его парциальное давление в дыхательном мешке данного аппарата находится в допустимых пределах, что достигнуто за счет высокого расхода газовой смеси.

Время пребывания водолаза под водой при дыхании искусственной газовой смесью, как правило, ограничивается допустимым временем дыхания газовой смесью с повышенным парциальным давлением кислорода. Это время зависит от физической нагрузки, температуры окружающей среды, содержания С0² в дыхательной смеси и других факторов. Приближенно допустимое время дыхания водолаза газовой смесью в зависимости от парциального давления кислорода и физической нагрузки в часах формула ( 10.24 ):

где n — коэффициент физической нагрузки водолаза;
р^К — парциальное давление кислорода в скафандре (дыхательном мешке), кгс/см².

Коэффициент физической нагрузки водолаза

где т—объемный расход потребления кислорода водолазом, л/мин.

Для определения парциального давления кислорода по заданным значениям времени т^к и нагрузки n может быть использована формула

Грубые прикидочные расчеты допустимого времени дыхания искусственной газовой смесью в зависимости от нагрузки или потребления кислорода могут быть выполнены по графикам рис. 10.8.

Пример 10.20. Определить допустимое время пребывания водолаза под повышенным парциальным давлением кислорода, используя данные примеров 10.16 и 10.17.

Решение. Коэффициент физической нагрузки по (10.25)

Допустимое время пребывания в аппарате с регенеративной коробкой, заряженной веществом с K^R = 1,3 (р^к = 2,82), по (10.24)

Допустимое время пребывания в аппарате с регенеративной коробкой, заряженной ХПИ р^к = 2,14):

Из этого примера видно, что даже незначительное изменение парциального давления кислорода в дыхательной смеси значительно изменяет величину допустимого времени пребывания водолаза на глубине.