ККО-3 - Комплект кислородного оборудования СССР - Принципиальная схема 

Принципиальная схема комплекта кислородного оборудования ККО-3. В зависимости от режима полета и возможной ситуации данная система кислородного питания может  работать в различных режимах. Рассмотрим основные режимы работы комплекта кислородного оборудования ККО-3.

Описание:

Работа системы в загерметизированной кабине на всех высотах полета самолета.

Система кислородного питания работает в режиме прерывной подачи кислорода без избыточного давления. Работа системы кислородного питания с прибором КП-34 в рассматриваемом режиме ничем не отличается от работы системы прерывной подачи кислорода без избыточного давления с прибором КП-24М.

Кислородный прибор КП-34 подает кислород в маску в зависимости от потребной величины легочной вентиляции и «высоты» в герметической кабине. Кислород поступает из полости редуктора 5 через клапан 6 подачи в кислородную маску под давлением, равным давлению воздуха в кабине самолета.

Для дистанционного управления вручную работой кислородного прибора КП-34 в системе предусмотрен щиток дистанционного управления ДУ-2 (позиции 19, 20 и 21). При необходимости с помощью рукоятки 21 можно перейти на питание чистым кислородом на высотах менее 8 км по указателю высоты и перепада давления в кабине; для этого достаточно поставить рукоятку 21 в положение «100% О2». При таком положении рукоятки 21 автомат подсоса воздуха выключается из работы и в полость кислородной маски во время вдоха будет поступать чистый кислород.

Заметим, что работа кислородной системы в разгерметизированной кабине на высотах полета до 12 км не отличается от работы системы в загерметизированной кабине на всех высотах полета самолета.

Работа системы в момент разгерметизации кабины на высотах более 12 км.

В данном режиме система кислородного питания предотвращает возрастание давления в легких человека, обусловленное расширением газов при внезапной разгерметизации кабины, путем свободного выхода газов через клапан 38 выдоха гермошлема или кислородной маски, кроме того, обеспечивает необходимое противодавление на тело человека при дыхании под избыточным давлением.

Для ограничения давления в гермошлеме или маске в момент разгерметизации кабины в схеме предусмотрен клапан 16 блокировки, который в состоянии удерживать избыточное давление в надмембранной полости кислородного прибора КП-34 и в полости клапана 38 выдоха не более 50—70 мм вод. ст. Вследствие этого давление в маске сможет возрасти из-за расширения газов в момент разгерметизации кабины на величину не более избыточного давления под клапаном выдоха 38.

При разгерметизации кабины система кислородного питания автоматически переходит на режим непрерывной подачи кислорода. Переключение системы на режим непрерывной подачи обеспечивается пускателем 14, который в случае разгерметизации кабины на высоте более 11—12 км в результате перемещения   подвижного центра анероида переводит клапан 7 в открытое положение. Это дает возможность кислороду из полости редуктора 5 поступить в подмембранную полость реле 13 времени, а затем через открывающийся клапан 10 вследствие прогиба мембраны 12 реле времени в верхнее положение —в натяжное устройство 46 высотно-компенсирующего костюма (ВКК).

Проходное сечение клапана 10 обеспечивает форсированное заполнение натяжного устройства 46 кислородом в течение 1—2 сек. При этом величина расхода кислорода достигает 400 л/мин. Благодаря поступлению кислорода в натяжное устройство костюма в нем создается давление, величина которого определяется жесткостью анероида 35 и пружины 41, удерживающих клапан 40 в положении «Закрыто». В данном случае анероид 35 выполняет роль первоначального задатчика противодавления на тело летчика в зависимости от высоты разгерметизации кабины самолета.

К моменту полного заполнения натяжного устройства 46 костюма кислородом и создания в нем необходимого давления клапан 10 реле 13 времени приходит в исходное положение. С этого момента выключается режим форсированной подачи кислорода в костюм. Теперь кислород из полости редуктора 5 будет поступать в систему через дюзу 8, которая ограничивает непрерывный поток кислорода до 14—20 л/мин. Благодаря приходу клапана 10 в исходное закрытое положение откроется блокировочный клапан 9 и кислород через дюзу начнет поступать непрерывным потоком до 2—3 л/мин в надмембранную полость кислородного прибора КП-34 и далее через дюзу 26 и клапан 27 в полость компенсированного клапана 38 выдоха. Вследствие поступления кислорода в надмембранную полость прибора КП-34 клапан 16 блокировки выключится из работы, так как давление над мембраной 17 будет больше, чем давление под мембраной при истечении кислорода через дюзу 15.

Время работы системы с момента разгерметизации кабины составляет не более 1—2 сек. Это время определяется конструктивными параметрами реле 13 времени, т. е. в основном объемом надмембранной полости реле 13 и проходным сечением дюзы 11. Указанные конструктивные параметры подбираются так, чтобы время выравнивания давления на мембране 12 реле 13 составляло не более расчетной величины (1—2 сек).

После того как возникло необходимое давление в натяжном устройстве 46 высотно-компенсирующего костюма, кислородный прибор КП-34 автоматически переходит на режим работы с избыточным давлением.

Работа системы в разгерметизированной кабине на высотах полета более 12 км.

В рассматриваемом режиме для поддержания парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе на допустимом уровне (не менее 98 мм рт. ст.) и защиты летчика от воздействия низкого барометрического давления система кислородного питания работает с избыточным давлением.  

Необходимое избыточное давление кислорода в гермошлеме или кислородной маске и соответствующее противодавление на тело летчика в зависимости от высоты разгерметизации кабины обеспечивается регулятором 33 избыточного давления и регулятором соотношения давлений (позиции 36—41).

Давление кислорода в маске будет определяться регулируемым по высоте давлением под клапаном 38 выдоха. К моменту полного заполнения камер натяжного устройства 46 кислородом не только срабатывает реле 13 времени, но и вступает в работу регулятор соотношения давлений (позиции 36—41). Работа регулятора соотношения давлений (РСД) заключается в следующем. По мере наполнения камер натяжного устройства 46 костюма кислородом давление под клапаном 40 РСД будет повышаться и при определенной величине преодолеет усилие пружины 41 и анероида 35, прижимающих клапан 40 к седлу. Вследствие указанного благодаря анероиду 35 в камерах устройства 46 костюма возникает вполне определенное давление, что обеспечивает первоначальное противодавление на тело летчика и создает необходимые условия для восприятия организмом человека избыточного давления кислорода. В результате открытия клапана 40 кислород из полости редуктора 5 через дюзу 8 начнет поступать в кислородную маску непрерывным потоком с расходом порядка 14—20 л/мин. При наличии потока кислорода через клапан 40 мембрана 36 прогнется вверх, переместит подвижный центр анероида 35 и выключит его из работы. С этого момента задатчиком давления в системе будет анероид регулятора 33 избыточного давления в маске. Анероид регулятора с клапаном 34 поддерживает необходимое давление кислорода в полости под клапаном 38 выдоха, а следовательно, и в маске. Давление же в маске с помощью РСД (позиции 36—41) обеспечивает необходимое давление в камерах натяжного устройства высотно-компенсирующего костюма, вследствие этого создается необходимое условие компенсации избыточного давления в легких человека. Работа регулятора соотношения давлений в данном случае сводится к следующему. На мембраны 37 и 39 действует одно и то же давление, имеющееся в маске. Так как эффективная площадь мембраны 37 больше эффективной площади мембраны 39, то усилие, развиваемое мембраной 37 и стремящееся закрыть клапан 40, соответственно всегда больше усилия, развиваемого мембраной 39, стремящегося открыть клапан 10. При непрерывном поступлении кислорода из полости редуктора 5 к регулятору соотношения давлений давление под клапаном 40, а следовательно, и в натяжном устройстве 46 будет во столько раз больше давления кислорода в маске, во сколько раз избыточная эффективная площадь мембраны 37 больше площади клапана 40. С изменением давления в маске изменяется результирующее усилие прижатия клапана 40 к седлу, а следовательно, изменяется давление в камерах натяжного устройства костюма. Таким образом, на всех высотах поддерживается определенное   соотношение давлений в маске и в камерах натяжного устройства высотно-компенсирующего костюма.

Поскольку высотно-компенсирующий костюм должен быть в допустимых пределах малогабаритным (см. гл. 5), то давление в камерах натяжного устройства высотно-компенсирующего костюма определяется известным соотношением

где рк — давление кислорода в камерах натяжного устройства костюма;

р — необходимое давление на компенсируемый участок тела человека, равное избыточному давлению кислорода в легких;

R1 — радиус кривизны компенсируемого участка тела человека;

R — радиус кривизны камеры натяжного устройства костюма.

В высотно-компенсирующих костюмах (ВКК) кратность R1/R лежит в пределах 3—10. Отсюда давление кислорода в камерах натяжного устройства 46 ВКК всегда должно быть в 3—10 раз больше избыточного давления в маске. Для реализации указанного условия в регуляторах соотношения давлений избыточная эффективная площадь мембраны 37 всегда должна быть больше в 3—10 раз площади поперечного сечения клапана 40.

Работа системы при катапультировании с высот более 12 км.

В момент катапультирования автоматически раскрывается объединенный разъем 29 и включается в работу кислородный прибор КП-27М. При включении прибора 47 в первый момент времени кислород из дополнительного баллончика 48 поступает по шлангу через обратный клапан 44 в пневмосистему устройства 46 костюма, подходит к клапану 40, а также через дюзу 43 поступает в маску. Пневмосистема компенсирующего костюма быстро заполняется и по достижении давления в ней, равного силе прижатия клапана 40 к седлу, происходит открытие данного клапана. В результате кислород непрерывным потоком поступает через дюзу 43 и клапан 40 в полость маски. Повышение давления кислорода в полости маски приводит к открытию клапана 45 и подаче кислорода под клапан 38 выдоха. Одновременно с этим происходит истечение кислорода из основных баллончиков через капиллярный змеевик.

Как только давление на выходе прибора 47 становится меньше 2 ат, обратный клапан 44 закрывается и с этого момента кислород поступает через дюзу 43 только в полость маски и под клапан 38. Подача кислорода в пневмосистему костюма прекращается. Избыточное давление кислорода в маске регулируется с помощью регулятора 33 избыточного давления. При парашютировании

Принципиальная схема комплекта кислородного оборудования типа ККО-3:

1 — кислородный баллон: 2 — приборный вентиль; 3 — манометр кислорода на 150 ат; 4 — редуктор кислорода КР-26; 5 — приборный редуктор: 6 — клапан подачи; 7 — клапан: 8, 15, 26 — дюзы подачи кислорода; 9 — блокировочный клапан; 10 — клапан большой подачи: 11 — дюза реле времени: 12, 17, 22 — мембраны; 13 — пневматическое реле времени; 14 — пускатель; 16 — клапан блокировки прибора: 18 — индикатор кислородного потока; 19 — рукоятка «Подача кислорода в костюм»; 20 — задатчик избыточного давления вручную: 21 — рукоятка для перевода системы на питание чистым кислородом; 23 — регулятор избыточного давления (аварийный); 24 — вакуумный клапан: 25 — обратный клапан; 27 — перепускной клапан: 28 — манометр избыточного давления; 29 — объединенный разъем коммуникаций; 30 — автомат давления противоперегрузочного устройства; 31 — фильтр подачи воздуха; 32 — клапан подсоса воздуха; 33 — регулятор избыточного давления: 34 — клапан; 35 — анероид РСД; 36 — верхняя мембрана; 37 — средняя мембрана: 38 — компенсированный клапан выдоха; 39 — нижняя мембрана: 40 — клапан подачи; 41 — пружина; 42 — предохранительный регулятор соотношения давлений; 43 — дюза подачи кислорода; 44 — обратный клапан на 2 ат; 45 — клапан подачи кислорода в полость под клапан выдоха; 46 — натяжное устройство ВКК; 47 — парашютный кислородный прибор; 48 — дополнительный баллончик/

------------------------------------------

по мере снижения избыточное давление в маске в результате работы регулятора 33 уменьшается, а следовательно, через регулятор соотношения давлений уменьшается и давление в пневмосистеме натяжного устройства.

При нарушении герметичности камер натяжного устройства 46 благодаря клапану 44 и дюзе 43 подача кислорода в маску не прекратится. В этом случае избыточное давление в маске будет регулироваться предохранительным регулятором 42 соотношения давлений. Это достигается следующим образом. Эффективная площадь мембраны и клапана регулятора 42 подобраны с таким расчетом, чтобы под клапаном 38 выдоха удерживалось давление в определенной зависимости от давления в натяжном устройстве костюма. Поэтому при снижении давления на мембрану регулятора 42 снижается давление под клапаном 38 выдоха. При полном отсутствии давления в камере натяжного устройства костюма давление под клапаном 38 выдоха зависит от жесткости пружины регулятора 42.

Жесткость пружины регулятора 42 соотношения давлений обеспечивает даже при полной потере давления в камерах костюма избыточное давление кислорода в маске порядка 800 мм вод. ст.

По достижении какого-то минимального давления кислорода в баллончиках прибора 47, при котором ощущается недостаток кислорода для дыхания, начинается подсос атмосферного воздуха при вдохе через обратный клапан 32, расположенный в объединенном разъеме 29.

Работа системы при избыточном давлении в наземных условиях.

Для проверки работоспособности кислородной системы под избыточным давлением в период предполетной подготовки в комплекте предусмотрен щиток дистанционного управления ДУ-2. Для создания избыточного давления в натяжном устройстве 46 высотно-компенсирующего костюма и в маске в наземных условиях следует установить рукоятку «Подача кислорода в костюм» (19) на щитке дистанционного управления в положение «Вкл. кост.». В этом случае трос рукоятки, натягиваясь, повернет рычаг пускателя 14 в сторону открытия клапана 7. Это даст возможность кислороду поступить в подмембранную полость реле 13 времени, а затем через открывающийся клапан 10 в натяжное устройство 46 ВКК. После выравнивания давления на мембране 12 откроется клапан 9, через который кислород будет поступать в надмембранную полость клапана блокировки и своим давлением закроет клапан 16. Одновременно через дюзу 15 кислород будет поступать в надмембранную полость прибора КП-34 и, пока клапаны задатчика 20 и 23 давления вручную и предохранительного регулятора избыточного давления находятся в неприжатом состоянии, кислород будет выходить через них в атмосферу.

После включения непрерывной подачи следует закрыть пальцем отверстие Т на регуляторе соотношения давлений. Затем, медленно вращая маховичок клапана задатчика 20 давления вручную    против движения часовой стрелки, установить по манометру 28 давление 1000 мм вод. ст.

Избыточное давление, возникшее в надмебранной полости прибора КП-34, распространяется под клапан 38 выдоха. Так как кислород непрерывно подается в маску через клапан 40, в ней также возникнет избыточное давление. Одновременно повышается давление в натяжном устройстве 46 ВКК, так как усилие прижатия клапана 40 к седлу из-за избыточной эффективной площади мембраны 37 увеличивается.

В комплекте кислородного оборудования ККО-3 предусмотрен контур защиты летчика от действия положительных продольных перегрузок. Этот контур состоит из фильтра 31 подачи воздуха, акселерометра с золотниковым устройством (автомата давления АД-5А) и противоперегрузочных камер, которые вмонтированы в натяжное устройство 46 высотно-компенсирующего костюма ВКК-4.

При наличии перегрузок срабатывает акселерометр 30 и сжатый воздух от одной из ступеней компрессора авиадвигателя через фильтр 31 и золотниковое устройство устремляется в противоперегрузочные камеры натяжного устройства 46 ВКК. В результате происходит почти мгновенное обжатие нижней части тела летчика, чем ослабляется вредное действие перегрузок на кровеносную систему организма человека. Давление воздуха в противоперегрузочных камерах натяжного устройства 46 ВКК в зависимости от величины перегрузки регулируется автоматом давления АД-5А, состоящим из акселерометра и золотникового распределительного устройства.

Общая характеристика комплекта кислородного оборудования
Одной из наиболее важных проблем, которая может возникнуть при полете на большой высоте, является проблема жизнеобеспечения экипажа при разгерметизации кабины самолета на высотах, превышающих 12 км.

Время пребывания человека на большой высоте ограничено допустимым парциальным давлением кислорода и нижним пределом общего барометрического давления. Это время составляет 50 сек на высоте порядка 14 км и 15 сек на высоте порядка 16 км (даже при питании чистым кислородом без избыточного давления). Более продолжительное пребывание человека в условиях, соответствующих указанным высотам, вызывает потерю сознания и возможную гибель вследствие кислородного голодания (гипоксии) и декомпрессионной болезни.

Обычно единственным средством спасения в таких случаях является вдыхание чистого кислорода под избыточным давлением и рекомпрессия тела человека (создание противодавления) с помощью высотно-компенсирующего костюма. Однако рекомпрессия помогает только в том случае, если она создается не позже 3—5 сек после разгерметизации кабины. В связи с указанным при полетах на высотах, превышающих 12 км, экипаж снабжается специальной системой кислородного питания с избыточным давлением, в практике получившей название комплекта кислородного оборудования (ККО).

Комплект кислородного оборудования (ККО) относится к кислородным системам индивидуального пользования и устанавливается на всех самолетах-истребителях. ККО позволяет:

— совершать длительные полеты в загерметизированной кабине до максимальной высоты (для конкретного типа истребителя) и в разгерметизированной кабине на высотах до 12 км;

— снижаться на безопасную высоту в случае разгерметизации   кабины (с максимальной высоты до 12 км), когда комплект используется как аварийное средство питания кислородом и для защиты летчика от вредного действия атмосферы больших высот;

— катапультироваться при аварийной ситуации на борту истребителя с максимальной высоты полета.

В комплект кислородного оборудования ККО-3 входит бортовое кислородное оборудование и личное высотное спецснаряжение.

Бортовое кислородное оборудование состоит из кислородного прибора КП-34, кислородного редуктора КР-26А, кислородного вентиля КВ-2МС, комплекта бортовых кислородных шлангов КШ-26, бортовой кислородной аппаратуры (кислородных баллонов, зарядного штуцера и др.), объединенного разъема коммуникаций ОРК-2, индикатора кислорода ИК-18Н, манометра избыточного давления М-2000, щитка дистанционного управления ДУ-2.

Высотное спецснаряжение включает: высотно-компенсирующий костюм ВКК-4, герметический шлем ГШ-4МС или кислородную маску КМ-32 с защитным шлемом ЗШ-3, регулятор соотношения давлений РСД-3М, парашютный кислородный прибор КП-27М.

Соединение коммуникаций бортового оборудования и личного снаряжения летчика производится с помощью объединенного разъема ОРК-2, установленного на левом борту чашки сиденья, и шлангов с байонетными соединениями.

Запас кислорода на самолете содержится в шаровых двухлитровых баллонах под давлением 150 ат. Для повышения живучести кислородной системы кислородные баллоны разделены на отдельные группы, а кислородные магистрали проходят по обоим бортам самолета.

Контроль за работой системы ведется по индикатору кислорода ИК-18Н и манометру избыточного давления М-2000, установленных на левом пульте кабины.

Для ослабления действия на организм летчика положительных продольных перегрузок предусмотрено противоперегрузочное устройство, работа которого заключается в том, что в противоперегрузочные камеры ВКК-4 при перегрузках подается сжатый воздух от одной из ступеней компрессора двигателя. Давление воздуха в камерах костюма в зависимости от величины перегрузки регулируется автоматом давления АД-5А. Для повышения надежности работы АД-5А на входе к нему установлен фильтр подачи воздуха. Автомат давления АД-5А устанавливается на левом пульте кабины, фильтр — на левом борту самолета.

Возможные неисправности кислородного оборудования.
К характерным неисправностям и отказам комплектов кислородного оборудования можно отнести:

— негерметичность системы высокого и низкого давления;

— негерметичность кислородных шлангов;

— наличие трещин в трубопроводах бортовых кислородных магистралей в местах повышенной вибрации на самолете;

— негерметичность кислородных вентилей;

— заклинивание шпинделей кислородных вентилей КВ-2М из-за образования смолистых отложений при высыхании кислородно-устойчивой смазки;

— разрыв ткани высотно-компенсирующих костюмов;

— негерметичность клапанов выдоха в кислородных масках (гермошлемах);

— разрушение светофильтров и трещин на них, ухудшение оптических свойств смотровых щитков гермошлемов;

— повышенный расход жидкого кислорода из самолетных кислородных газификаторов (СКГ);

— отказ измерительной системы запасомеров жидкого кислорода.

Неисправности и отказы систем кислородного питания экипажей самолетов обычно обнаруживаются в период проведения   технических осмотров и замера основных параметров, характеризующих работоспособность кислородных систем.

Опыт технической эксплуатации кислородного оборудования самолетов показывает, что наибольшее количество неисправностей приходится на следующие проверяемые параметры систем кислородного питания:

— герметичность системы высокого давления;

— герметичность системы низкого давления;

— сопротивление кислородного прибора вдоху;

— процентное содержание кислорода во вдыхаемом воздухе по высоте.

При выполнении работ по технической эксплуатации кислородных систем следует обращать особое внимание на указанные неисправности.

В случае обнаружения неисправностей кислородных систем необходимо производить демонтаж отказавшего устройства и замену его исправным.

Следует иметь в виду, что ремонт комплектов кислородного оборудования, связанный с их разборкой и регулировкой, в строевых частях не разрешается.

Изделия комплектов, требующие такого ремонта, должны заменяться новыми (исправными), а снятые с самолета должны направляться в ремонтные органы ВВС.

Физические свойства кислорода
Кислород — самый распространенный элемент на Земле. Он встречается как в свободном состоянии в виде газа, так и в виде соединений с другими элементами.

Кислород — прозрачный, бесцветный газ, не имеющий ни вкуса, ни запаха, обладает необычной химической активностью, вступает энергично в реакцию со всеми элементами, за исключением «редких» газов (аргон, неон, ксенон, криптон) и благородных металлов (платина, золото).

Плотность газообразного кислорода при температуре 0°С и давлении 760 мм рт. ст. составляет ρO2 = 1,429 кг/м3.

Удельная теплоемкость газообразного кислорода при температуре 0°С и давлении 760 мм рт. ст. равна ср = 0,218 · 4,1868 · 103 дж/кг · град.

Теплопроводность кислорода равна λ = 0,56 · 4,1868 · 10–4 дж/см · сек · град

Газовая постоянная кислорода принимается равной RO2 = 26,5 м/град.

Кислород растворим в воде: в 100 объемах воды при температуре 0°С растворяется около 5 объемов кислорода, при температуре 20°С — около 3 объемов кислорода.

Газообразный кислород при обычных температурах независимо от давления, под которым он находится, не может перейти в жидкое состояние. Кислород начинает переходить в жидкое состояние только при критической температуре и критическом давлении.

Критическая температура для кислорода Tкр = –118,82°С.

Критическое давление для кислорода Ркр = 49,71 · 9,8 · 104 н/м2.  

Критическая плотность ρкр = 0,43 г/см3.

Жидкий кислород представляет собой голубоватую жидкость с плотностью при температуре кипения ρ = 1,132 кг/л.

Температура кипения кислорода при нормальном атмосферном давлении Ткип = –182,97°С.

Теплоемкость жидкого кислорода при температуре от –200 до –183°С равна ср = 0,406 · 4,1868 · 103 дж/кг · град.

Диэлектрическая постоянная жидкого кислорода в диапазоне температур от –188 до –158°С равна ε = 1,5–1,3.

Скрытая теплота испарения жидкого кислорода при атмосферном давлении составляет q = 51 · 4,1868 · 103 дж/град.

При испарении 1 кг жидкого кислорода образуется примерно 800 л газообразного кислорода давлением 760 мм рт. ст. и температурой 0°С. Для превращения 1 кг жидкого кислорода в газообразное состояние с подогревом от –183 до +20°С необходимо подвести около 95 · 4,1868 · 103 дж тепла. Жидкий кислород обладает чрезвычайно сильными окислительными свойствами. Жидкий кислород, попадая на кожу, вызывает тяжелые ожоги. Для безопасности эксплуатации оборудования с кислородом необходимо тщательно следить за тем, чтобы кислород не входил в соприкосновение с легковоспламеняющимися и горючими веществами.

Источник:

https://studfiles.net/preview/6708484/page:30/

https://studfiles.net/preview/6708484/page:29/#38

https://studfiles.net/preview/6708484/page:39/

https://studfiles.net/preview/6708484/page:40/