Принц А.Д. Ольденбургский

В истории создания и совершенствования средств защиты органов дыхания от отравляющих веществ можно отметить два периода: п е р в ы й – разработка так называемых влажных противогазов, в т о р о й – сухих. Первыми влажными противогазами явились марлевые и ватно-марлевые повязки (маски), пропитанные раствором гипосульфита натрия.

Рис. 3. 10.Противогазные маски 1915 года

Более совершенными оказались противогаз-маска (рис. 3.10) «рыльце» (очки и емкости с запасом пропитки) и влажный противогаз Химического комитета конструкции Н.П. Прокофьева (рис. 3.11). Однако при пользовании этими противогазами выявились существенные недостатки. Один из них – запотевание стекол очков. Во-вторых, влажные противогазы защищали лишь от некоторых отравляющих веществ и имели ограниченную защитную мощность.

Рис. 3.11.Влажный противогаз Химического комитета конструкции Н.П. Прокофьева

Таким образом, те аппараты для очистки воздуха, которые ранее применялись исключительно в промышленности, в боевой обстановке не защищали. Не оправдались надежды и на многослойные марлевые повязки, пропитанные гипосульфитом натрия. Это и предопределило создание сухих поливалентных противогазов. В России первым таким образцом стал респиратор Горного института. В качестве наполнителя коробки использовалась натронная известь, а позже – ее смесь с углем. Лицевая часть противогаза отсутствовала: коробка с помощью резиновой трубки и загубника соединялась со ртом, а на нос накладывался зажим. Клапанная система часто выходила из строя.

Только после трагических событий российское правительство привлекло к созданию надежного средства защиты медиков, химиков и технологов. В результате их совместной работы и появилось изобретение русского химика-органика Николая Дмитриевича Зелинского (1861 – 1953 г.г.): впервые созданный противогаз – прибор, надежно защищавший от воздействия газа.

Н.Д. Зелинский

Новизна его заключалась в использовании сухого древесного угля в качестве поглощающего элемента. Его-то, еще в июне 1915 года, и предлагал профессор Николай Дмитриевич Зелинский, считая самым эффективным абсорбентом ядовитых газов.

Зелинский нашел способы его активизации, то есть значительного повышения пористости. Один грамм активированного угля с чрезвычайно развитой капиллярностью имел поглощающую поверхность в 15 квадратных метров.

Первые экспериментальные испытания, проведенные в августе 1915 года, полностью подтвердили правильность идеи ученого.

В ноябре 1915 года инженер завода «Треугольник» Э.Л.Куммант придумал резиновый шлем с очками (шлем-маска жестко прикреплявшаяся непосредственно к коробке), позволявший защищать не только органы дыхания, но и большую часть головы. Но главного надежного фильтрующего элемента все еще не было.

Предложение Н.Д.Зелинского не сразу встретило поддержку. Принц А.Д.Ольденбургский сначала пытался наладить массовый выпуск противогазов собственной конструкции. Но их абсорбент – неактивированный уголь с натронной известью – при дыхании окаменевал. Аппарат выходил из строя после ряда тренировок.

Однако были и другие предложения. Поэтому в конце января 1916 года у р. Березины прошли испытания всех предложенных к тому времени средств защиты. Они проводились в присутствии царя и высшего генералитета. Закрытый железнодорожный вагон был наполнен удушливым газом. В него вошли студенты и преподаватели Горного института с надетыми противогазами, масками и другими газозащитными приборами. В течение первых пяти минут из вагона выскочили все, кроме ближайшего сподвижника Николая Дмитриевича – Сергея Степановича Степанова. Он пробыл в газовой «камере-вагоне» более часа, чем и подтвердил исключительность изобретения Зелинского.

…На следующий день после испытания противогаза в ставке Николай Дмитриевич получил официальное извещение: приказом военного министра вся армия должна быть в кратчайший срок снабжена противогазами «Зелинский-Куммант».

Недостатком противогаза Зелинского-Кумманта можно назвать то, что перед применением необходимо было его продувать от угольной пыли, скопившейся от тряски и перетирания гранул угля, что замедляло процесс надевания противогаза, а тяжелая коробка с углем, висящая в положении «по-боевому», ограничивала поворот головы. Кроме того, первоначально противогаз не имел клапанов, и потому дыхание в нем было затруднено. Авалов изобрел клапан выдоха и к названию противогаза добавилась еще одна фамилия – противогаз «Зелинского-Кумманта-Авалова» (рис. 3.12).

Рис. 3. 12.Противогаз Зелинского-Кумманта, 1916 г.

Необходимо также отметить ряд существенных недостатков, которые имели первые образцы противогаза Зелинского-Кумманта: неустойчивое положение коробки («болтание» при работе), сильное сдавление головы шлем-маской, быстрое утомление личного состава при физической нагрузке (одышка, сердцебиение, головокружение), затруднение передачи команд и разговора по телефону, нарушение видимости при запотевании стекол очков.

Однако оспаривать заслуги Зелинского, мотивируя это недостатками его противогаза, не стоит, поскольку основной целью было разработать средство защиты от газа! А вот техническое совершенствование маски, клапанов, подбор конфигурации коробки следовало возложить на инженеров, а не на химика.

После такого величайшего успеха и всемирного признания кандидатура Н.Д.Зелинского была выдвинута на соискание Нобелевской премии. Одновременно с этим немецкая сторона выдвинула своего претендента-химика Фрица Габертота, который был инициатором и разработчиком химического оружия. Узнав об этом, Николай Дмитриевич отказался от рассмотрения своей кандидатуры на присуждение премии.

Сотрудникам противогазовой лаборатории под руководством Г.В. Хлопина принадлежит приоритет в выявлении роли «вредного пространства» и сопротивления противогаза при вдохе и выдохе. Ими, в частности, установлено, что нарушение работоспособности и ухудшение самочувствия при пользовании противогазом Зелинского-Кумманта в значительной мере обусловлено повышенным содержанием углекислого газа (до 5,5%) во вдыхаемом из подмасочного пространства воздухе.

Более совершенным стал двухкамерный противогаз конструкции Авалова с клапанной системой. В нем были изменены форма и устройство коробки, наполняемой активированным углем, предусматривались разные размеры лицевой части с полым отростком для протирания стекол очков, значительно уменьшилось «вредное пространство».

Таким образом, конструкция противогаза постоянно совершенствовалась по двум направлениям: повышение его защитной мощности и улучшение эксплуатационных и физиолого-гигиенических характеристик. В короткие сроки и на достаточно высоком для того времени научном и техническом уровне в России была решена проблема защиты личного состава войск от отравляющих веществ, применяемых Германией. Однако защита от ядовитых и раздражающих дымов потребовала дальнейшего изменения конструкции противогаза с учетом медицинских требований.

За два последних года войны русская армия получила 11 млн. противогазов Зелинского-Кумманта и его усовершенствованных образцов, включая противогаз Авалова, что привело к значительному снижению числа пораженных отравляющими веществами. Потери от химического оружия за годы войны в русской армии достигли 65817 человек, из них 26,3% - в 1915 г., 57,1% - в 1916 г., 16,6% - в 1917 г. (по 1 октября). В первой половине 1916 г. Потери от химического оружия составили 21965 (58,5%) человек, а во второй - 15608 (41,5). Снижение потерь от отравляющих веществ в конце войны обусловливалось лучшей обеспеченностью войск эффективными противогазами, хотя химическое оружие немецкие войска применяли тогда не менее интенсивно, чем в предыдущие годы.

В июле 1917 года возле Ипра английские войска были обстреляны немецкими минами, содержащими маслянистую жидкость. Спустя несколько часов после соприкосновения с этим «маслом», у солдат появились какие-то новые, до сих пор неизвестные симптомы поражения. Это отравляющее вещество вызывало на коже трудноизлечимые ожоги. Оно быстро проникало через одежду и, кроме того, надолго заражало местность. В последующем его назвали «ипритом».

Так в ходе Первой мировой войны появилось новое оружие – химическое. Им стали хлор, иприт, фосген и другие.

Следует упомянуть, что в противогазовой лаборатории Химического комитета инженеры И.И. Жуков и Н.Т. Прокофьев разработали первый прибор для определения концентрации хлора и фосгена в воздухе, который был принят на снабжение в русской и английской армиях.

О масштабах использования в первой мировой войне химического оружия можно судить по следующим данным: за 4 года воюющими странами произведено почти 150 тыс. тонн различных токсичных веществ; общее число пораженных превысило 586 тыс. человек; только против русских войск было предпринято около 50 газобаллонных атак.

Период Первой мировой войны отличается не только становлением военно-химического потенциала многих стран, но и новым развитием средств индивидуальной защиты органов дыхания от отравляющих веществ и вызвавшим к жизни совершенно новую отрасль промышленности – производство противогазов. Предприятия, изготовлявшие военные противогазы, используя свой опыт и производственные достижения, после окончания войны приступили к разработке и выпуску фильтрующих приборов, необходимых многим отраслям промышленности для обеспечения производств, а также в пожарной охране.

Разработанные в 1938 году другим нашим соотечественником Петряновым-Соколовым и его коллегами высокоэффективные фильтрующие материалы с удерживаемым электростатическим зарядом позволили разрешить проблему противоаэрозольной защиты, что дало возможность к началу Великой Отечественной войны создать лучший в мире противогаз. В предвоенные годы была создана производственная база, обеспечившая производство СИЗОД в объемах, достаточных для защиты и войск, и гражданского населения.

Необходимо отметить, что благодаря наличию такой мощной базы и противогаза – эффективного и надежного средства защиты, Германия не решилась использовать отравляющие вещества во время Второй мировой войны.

Предложенная Н.Д.Зелинским конструкция противогаза оказалась настолько удачной, что стала прообразом всех современных фильтрующих противогазов, основанных на принципе предварительной очистки (фильтрации) вдыхаемого воздуха от различных примесей.

Первые упоминанияо шланговых приборах встречаются в иллюстрированном журнале " Пожарный" 1892 года (рис. 3.13).

Основными частями этих приборов являются:

- лицевая часть, обеспечивающая изоляцию дыхательных путей человека от окружающей среды;

- воздухоохлаждающая часть, состоящая из шланга с присоеди­ненным к нему воздушным насосом или без него.

Рис. 3. 13. Шланговый прибор конца XIX века

Шланговые нагнетательные приборы основаны на принципе нагнетания свежего воздуха. Системы таких приборов довольно разнообразны, но все они имели форму шлема, дымовую маску, которая надевалась на голову пожарного, воздухопроводную трубку и нагнетательный насос или меха, подающего воздух.

Шлем накрывался мягким кожаным капюшоном, составляющим одно целое с каской и маской, а для уплотнения имел ремешок, затягивающийся вокруг шеи. Сверху каски помещался шарового типа клапан выдоха, окруженный душем оросителя, что позволяло приближаться к очагу пожара.

В различные годы, вплоть до 1960 года, в пожарной охране применялись следующие аппараты: « Огнелаз ", "Инхабад", "Ориги­нал-Кениг", "Магирус", "ШР-Л", "ША-40", "ДПА-5". (Рис. 3. 14).

Рис. 3. 14. Шланговый нагнетательный прибор «Оригинал-Кениг»

Наиболее простой шланговый противогаз (ШП) имеет маску и подсоединенный к ней шланг, второй конец которого находится на свежем воздухе. Такие противогазы могут защищать органы дыхания человека в атмосфере, содержащей вредные газы в больших концентрациях, а также при недостатке кислорода. Время действия этих средств защиты не ограничено.

Несмотря на относительную простоту устройства шланговых ап­паратов, легкость в их обслуживании и неограниченный срок дейс­твия в непригодной для дыхания среде, они не нашли широкого при­менения из-за присущих им некоторых недостатков:

- ограниченного радиуса действия, зависящего от длинны шланга;

- уязвимости шланга от случайных повреждений, особенно в условиях пожара;

- громоздкости всего устройства;

- недостаточной мобильности.

Стремление избежать существенных недостатков вышеописанных приборов и придать пожарному полную независимость, а отсюда и неограниченный радиус действия, привело к созданию таких прибо­ров, которые имели бы при себе запас сжатого воздуха, обеспечи­вающий определенную продолжительность действия.

Идея использования сжатого воздуха при работе в непригодной для дыхания среде впервые была предложена в 1871 году русским инженером А.Н.Ладыгиным, а уже через два года русский изобрета­тель мичман А.Хотинский сконструировал первый автономный аппарат, работающий на сжатом воздухе и представляющий собой эластичный, газонепроницаемый мешок, наполняемый воздухом под нормальным давлением. Однако он не нашел широкого применения, поскольку запас воздуха обеспечивал возможность работы в течение нескольких минут.

В дальнейшем, по мере развития техники получения сжатого воздуха, эластичные мешки были заменены большими баллонами, и время защитного действия аппаратов возросло до 30 мин. Появилась группа изолирующих аппаратов резервуарного типа с разомкнутым циклом дыхания.

Описание одного из первых аппаратов данного типа встречается в издании графа А.Д.Шереметева «Пожарная техника. Руководство для пожарных команд, обществ» " /СПб. 1904 г., стр. 165/:

рис. 3. 15. Аппарат с запасом сжатого воздуха для работы в задымленной среде

«…Аппарат, изображенный на рис. 3. 15, имел форму водолазного шлема, сделанного из асбестовой ткани и подбитой волокном, он плотно прилегал к плечам и покрывал собой голову пожарного. С задней стороны шлема крепился резервуар, в который специальным нагнетательным насосом накачивался воздух под давлением в 60 атмосфер в течение 15 секунд. Находящийся в верхней части резервуара рычаг регулировал равномерную подачу воздуха, который, проходя через соединительные трубки, попадал непосредственно в лицевую часть шлема. Время защитного действия составляло от получаса до двух часов. В передней части шлема находились два отверстия для глаз, в которые вставлялась слюда с защитной поперечной проволокой…».

Дальнейшее свое развитие дыхательные аппараты с использованием сжатого воздуха (ДАСВ) получили в виде дыхательного при­бора инженера Вассермана "Аудос" 1925 года (рис. 3.16), аппаратов на сжатом воздухе "Влада", "Ук­раина" 1960-1980 гг., аппаратов АСВ-2, ЛАНА (легочно-автоматический носимый аппарат) и др.

Рис. 3. 16.Дыхательный аппарат на сжатом воздухе инженера Вассермана «АУДОС»

В настоящее время дыхательные аппараты на сжатом воздухе составляют около 25% общего количества средств индивидуальной защиты орга­нов дыхания, применяемых в пожарной охране.

Разработаны и успешно применяются аппараты на сжатом воздухе АИР-317, АИР-300 СВ, ПТС «ПРОФИ», «Омега», АП- 2000 и другие.

Устройство изолирующих регенеративных аппаратов, которые заняли основное место в пожарной охране, основано на предохранении органов дыхания человека от вредных газов и непрерывном очищении воздуха от углекислоты, выделяющейся при дыхании. Прототипом всех современных кислородно-изолирующих противогазов (КИП) является дыхательный аппарат «Аэрофор» со сжатым кислородом, созданный в 1853 году в Бельгии в Льежском университете профессором Теодором Шванном (рис. 3. 17). Схема

его работы осталась неизменной до настоящего времени.

Рис. 3. 17. Регенеративный респиратор Шванна со сжатым кислородом «Аэрофор»:

1. мундштук; 2- вдыхательный клапан; 3- выдыхательный клапан; 4- выдыхательный клапан; 5- вдыхательный клапан; 6- дыхательный мешок; 7- поглотительный патрон; 8- кислородные баллоны; 9- манометр высокого давления; 10- вентиль для регулирования подачи кислорода.

Через четверть века (1878 г.) аппарат замкнутого цикла дыхания (ребризер) был разработан офицером английского торгового флота Генри Флюсом.

В предложенной им конструкции автор возвращается к идее дыхательного мешка для выравнивания давления дыхательной смеси с давлением окружающей среды. Мешок соединялся с медным баллоном, наполненным сжатым кислородом (30 бар) и коробкой с поглотителем углекислого газа. Автоматического регулятора у аппарата не было, кислород постоянно выходил из баллона в мешок, а его подача регулировалась ручным клапаном.

Вдыхаемый из мешка кислород затем поступал в коробку с поглотителем, а оттуда в мешок и смешивался с новой порцией кислорода. Система была полностью замкнутой.

Респиратор является синтезом почти всех знаний по респираторостроению, имевшихся в годы его изобретения:

- круговая циркуляция воздуха, направляемая системой клапанов с включением дыхательного мешка в качестве буфера;

- регулирование подачи кислорода для постоянного обогащения циркулирующего воздуха;

- применение сухого зерненого поглотителя для очищения воздуха от углекислого газа;

- осуществление циркуляции воздуха силой легких;

- присоединение системы респиратора к органам дыхания мундштуком.

Регенеративные аппараты нашли широкое применение, прежде всего в горноспасательной службе. Респираторы Дрегера модификации 1904 - 1909, 1910 - 1911, 1923 - 1924 годов, "Вестфадия" (рис. 3.18) бы­ли самыми распространенными аппаратами почти на всех горноспаса­тельных станциях бывшего СССР.

Рис. 3. 18. Респираторы Дрегера и «Вестфадия»

В 1925 году был разработан и изготовлен советский респиратор ТП-1925 на Орлово-Еленовской станции горноспасательного оборудования, что дало толчок развитию советского противогазост­роения. Респиратор " ТП " модели 1929 года имел ряд преимуществ перед заграничными аналогами: вес меньше на 2.5 кг, количество соединительных частей уменьшилось на 8, редукционный клапан го­раздо проще по конструкции и ряд других преимуществ.

В пожарной охране регенеративные противогазы начали исполь­зовать в начале 30 годов. В основном это были аппараты зарубеж­ного производства "Аудос", «Дрегер", "Инхабад", "Магирус", одно­часового срока защитного действия.

В середине 30-х годов Всесоюзным трестом техники безопас­ности начинается разработка противогазов для защиты органов ды­хания на вредных производствах, в том числе и в пожарной охране. Тогда и начала складываться специальная служба в пожарном деле - газодымозащитная.

Первыми образцами изолирующих регенеративных противогазов, действующих на сжатом кислороде, были противогазы: КИП-1, КИП-2, КИП-3, КИП-4, защитного действия 1 час. Основные части этих про­тивогазов аналогичны, отличия лишь в конструктивном исполнении.

В конструкцию аппарата КИП-5 был внесен ряд изменений, по­вышающих его технические качества (рис. 3.19):

Рис. 3.19. Схема кислородно-изолирующего противогаза КИП-5:

1- маска; 2- гофрированные трубки; 3- нижняя соединительная коробка; 4- регенеративный патрон; 5- дыхательный мешок; 6- клапан избыточного давления; 7- баллон с кислородом; 8- вентиль; 9- комбинированный механизм подачи кислорода; 10- легочный автомат; 11- клапанная коробка.

- применение 2-х дыхательных шлангов (в место 1-го в КИП-3) обеспечило не по переменное движение вдыхаемого и выдыха­емого воздуха, а постоянный односторонний поток воздуха. Это обстоятельство дало возможность смонтировать клапанную коробку на лицевой части и тем самым исключить дыхательные шланги из вредного пространства;

- применение безрычажного редукционного клапана с байпасом высокого давления повысила надежность пользования аппаратом при случайном выходе из строя основного вида подачи кислорода.

Одновременно выпускались противогазы Кузьменко и Ковшова с 3-4-х часовым сроком защитного действия: РКК-1, РКК-2 (рис. 3.20).

Рис. 3. 20. Схема регенеративного изолирующего противогаза РКК-2:

1- слюнособирательница; 2- загубник; 3- выдыхательный шланг; 4- вдыхательный шланг; 5- носовой зажим; 6- трубка высокого давления к манометру; 7- редукционный клапан для подачи кислорода; 8- плечевой ремень; 9- нижняя крышка противогаза; 10- выдыхательный клапан; 11- регенеративный патрон; 12- манометр; 13- штуцер к дыхательному мешку; 14- влагосборник; 15- кислородный баллон; 16- вдыхательный клапан; 17- присоединение редуктора к дыхательному мешку; 18- избыточный клапан; 19- дыхательный мешок; 20- перо (рычаг) легочного автомата; 21- кислородопровод к редуктору; 22- присоединение аварийного клапана; 23- запорный вентиль; 24- распределительный тройник; 25- кнопка аварийного клапана; 26- кислородопровод к аварийному клапану; 27- кислородопровод к манометру.

В подразделениях газодымозащитной службы пожарной охраны наибольшее распространение получили КИП-5, КИП-7, КИП-8, РКК-2, Урал-1, Урал-2М, Урал-6М, Луганск-2, Р-12, РВЛ-1, Р-30.

В настоящее время вводится в эксплуатацию регенеративный противогаз Урал-10.

Все перечисленные кислородные изолирующие противогазы (за исключением Луганск-2, у которого отсутствует постоянная подача кислорода) имеют три вида подачи кислорода (постоянную, до­полнительную или легочно-автоматическую и аварийную), т.е. сконструированы по общей принципиальной схеме (рис. 3. 21).

Рис. 3. 21. Принципиальная схема, обобщающая все группы кислородно-изолирующих противогазов:

1- клапанная коробка; 2- влагосборник; 3, 4- дыхательные шланги; 5, 6- дыхательные клапаны; 7- регенеративный патрон; 8- холодильник; 9- дыхательный мешок; 10- избыточный клапан; 11- манометр; 12- байпас; 13- устройство для основной подачи кислорода; 14- опорное устройство; 15- баллончик.

Недостатками регенеративных противогазов (типа КИП-8) являются:

- неудовлетворительный микроклимат:

* влажность газовой смеси ≥ 100%;

* температура + 50◦ С;

* СО₂ ≤ 1%;

* О₂ ≤ 80%;

- опасно применение при отрицательных температурах окружающей среды;

- опасно применение при возможных контактах с маслами и нефтепродуктами;

- высокие эксплуатационные расходы на приобретение ХП-И и О₂;

- увеличение температуры на вдохе в процессе работы;

-оказывает необратимое негативное влияние на здоровье газодымозащитников.

Анализ условий работы подразделений ГДЗС, практика создания дыхательных аппаратов позволили разработать в 1980-х годах новые требования, предъявляемые к дыхательным аппаратам, предназначенным для работы в токсичной среде.

На основании проведенной работы было обосновано, что основным СИЗОД в пожарной охране должен стать дыхательный аппарат со сжатым воздухом и сроком защитного действия не менее одного часа, а для специальных подразделений укомплектованных газодымозащитниками, выезжающими на автомобилях ГДЗС на особо крупные затяжные пожары: метрополитен, большие подвалы, высотные здания и т.д., должны быть противогазы со сроком защитного действия не менее 4-х часов.

В настоящее время противогазы и респираторы изолирующие кислородные со сжатым кислородом для пожарных представлены следующими моделями: КИП-8, РОЗ-95, Урал-7, Урал-10 и Р-30 М.

Принцип работы регенеративного дыхательного аппарата со сжатым кислородом «Урал-10» рассматривается в главе 9 данного учебного пособия.

Глава 8