空气呼吸器、正压式空气呼吸器

      空气呼吸器是一种自给开放式呼吸保护器具。空气呼吸器根据使用时面罩内压力状况，分为负压式空气呼吸器和正压式空气呼吸器。
吸保护器具发展史 
      1834年英国诞生了通风式空气呼吸器。 
      1879年制造出自给负压式空气呼吸器。 
      二十世纪四十年代发明自给正压式空气呼吸器。 
      1981年中国研制成功负压式消防空气呼吸器。 
      1988年中国研制成功正压式消防空气呼吸器。
一、呼吸生理和呼吸保护
     （一）呼吸生理和呼吸保护
　  人的机体在新陈代谢过程中，不断地消耗氧，同时产生二氧化碳。氧要由外界获得，而二氧化碳需排出体外，因此，机体需要不断地与外界境之间进行气体交换，即摄取氧而排出二氧化碳，这个过程就是呼吸。
人的呼吸过程由人体呼吸系统完成，呼吸系统包括鼻、咽、喉、气管、支气管和肺等器官。
      （二）火灾过程中周围大气成份和环境的改变及对人体的影响
1、火灾环境大气成分的变化特点     
    一是要耗掉大量的氧气，使其浓度可能降低到使人体出现危险的值。此外，地道、地下室、船舱等发生火灾时，烟气也要排出大气中的一部分氧气；
二是会产生肉眼看不见的各种有毒气体。三是释放大量的烟雾。
2、对人体的影响
      一是窒息；二是中毒；三是灼伤。
      （三）呼吸保护
1.呼吸保护器具分类
      （1） 根据对人体呼出气体的处理方式分类：可分为开放式和密闭式两种呼吸器。 
      ①开放式呼吸器：对供给气体仅呼吸一次，人体呼出的废气经单向开启的呼气阀排入大气中。这类呼吸器有空气呼吸器和过滤式防毒面罩(或称过滤式"自救器")。
      ②密闭式呼吸器：对供给气体呼出后并不废弃或基本不废弃，而在呼吸器内部经过密闭循环系统加以处理，吸收二氧化碳，补充氧气，再供人体呼吸，这类呼吸器有压缩氧气呼吸器和化学氧气呼吸器。
      （2）根据人体吸入气体的来源分类
      可分为过滤式防毒面具和自给式呼吸器。
      过滤式防毒面具的吸入气体来自火场或救援现场大气，滤除毒害尘埃和吸收毒害气体后供人体呼吸使用；而自给式呼吸器的供给气体由呼吸器本身提供，如氧气呼吸器和空气呼吸器。
2.各种呼吸器具优缺点比较
      （1）过滤式防毒面具
      结构简单、重量轻、携带使用方便，对佩戴者有一定的呼吸保护作用。
     不足之处：①使用时外界的一氧化碳浓度不能大 于2%，氧气浓度不能低于18%； ②且呼吸阻力大； ③一种滤毒罐只能过滤一种或几种毒气，其选择性强。
      （2）氧气呼吸器
      氧气呼吸器使用范围较为广泛，我国消防部队在80年代以前大都装备过这种呼吸器。因气源系纯氧，故气瓶体积小，重量轻，便于携带，且有效使用时间长。
    不足之处 ：①结构复杂，维修保养技术要求高； ②部分人员对高浓度氧(含量大于21%)呼，吸适应性差；③泄漏氧气有助燃作用，安全性差；④ 再生后的氧气温度高，使用受到环境温度限制，一般不超过60℃； ⑤ 氧气来源不易，成本高。
      （3）空气呼吸器
      空气呼吸器适用范围广，结构简单，空气气源经济方便，呼吸阻力小，空气新鲜，流量充足，呼吸舒畅，佩戴舒适，大多数人都能适应；操作使用和维护保养简便；视野开阔，传声较好，不易发生事故，安全性好；尤其是正压式空气呼吸器，面罩内始终保持正压，毒气不易进入面罩，使用更加安全。
       不足之处：钢瓶重量较大。
       从上述三种呼吸器的优缺点比较可见，空气呼吸器具有许多独特优点。特别是正压式空气呼吸器，更适合在灭火战斗中使用。因此，正压式空气呼吸器正在逐步取代其他几种呼吸器 全面装备消防部队。

二、正压式空气呼吸器
      正压式空气呼吸器是一种自给、开放式正压型呼吸保护器具。它具有性能可靠，安全程度高，佩戴舒适，呼吸舒畅，视野广阔，适应性强，操作维护方便等优点。广泛地适用于消防、化工、船舶、矿山等部门，可供消防队员或抢险救护人员在有浓烟、毒气或缺氧的各种环境下，安全有效地进行灭火、火情侦察、抢险和救护等工作。
     （一）构造
     正压式空气呼吸器主要由高压空气瓶与气瓶开关、减压器、快速接头、正压型空气供给阀、正压型全面罩、气源压力表、气瓶余气报警器、中压安全阀、正压呼气阀、背托、肩带、腰带等部件组成。


1、  高压气瓶与瓶阀
     （1）高压气瓶材料
      高压气瓶材料有高强度钢、超高强度钢、碳纤维和凯夫拉纤维等材料。
      （2）碳纤维气瓶的结构
      碳纤维复合材料气瓶是在铝合金内胆、外用碳纤维、玻璃纤维和环氧树脂层等高强度纤维制成。
      铝合金内胆按照美国交通部的CFR178.463，AL制造标准制造，100 %检查，检查项目：壁厚、直线度、同轴度、光洁度和硬度。主要缠绕层为细丝碳纤维，外层采的玻璃纤维和环氧树脂层数层，以增加抗冲击及耐磨性。
      （3）损伤
       一级：深度浅，到树脂层；
      二级：划痕到玻璃纤维，深度〈0.25mm（白色）修复用树脂
      三级（报废）：1、〉 0.25mm（深灰色）；
2、强酸强碱腐蚀场所；
3、划痕水平投影长度为瓶3/4周。
      (4) 气瓶阀
      通过手轮的旋转来打开或关闭高压气瓶的阀门。 EN-137、GA-124标准要求:气瓶阀手轮有防止误关的结构。气瓶阀出口G5/8雌螺纹。 目前，各种气瓶阀，按外形不同，可分为三种：分别为立式、横式、带表横式。瓶阀上装有安全膜片，在气瓶内压力升到40-42 MPa 时，自动卸压，可防止由于瓶内压力过高引起气瓶爆裂，避免人员伤亡。


2、集成减压器
      减压器总成：减压器总成包括减压器、中压安全阀、气源余气警报器、压力显示装置、空气输出导管(中压管)等，作用是把高压气体的压力降至 0.7MPa，并不断供给适量的空气，以满足人体呼吸的需求。当气源压力在3—30MPa之间时，减压器膛室压力为0.7±0.15MPa。这时，最大输出流量不小于3001／min。
      ①减压器：减压器一般由黄铜或铝合金作为外壳的材料，其内部结构可分为两类：活塞式和膜片式。无论活塞式或膜片式，均可分为恒压输出与非恒压输出两大类，所以减压器就能分成四种：恒压活塞式、非恒压活塞式、恒压膜片式、非恒压膜片式。
      现以非恒压活塞式介绍其结构及原理。
      减压器的工作原理如图所示。活塞式减压器的原理是通过压力调节弹簧压力和中压腔B的气体压力平衡来控制活塞上下移动，从而带动阀杆运动，使得阀杆与阀座的间隙减小或增大，控制进入中压腔的空气量，保证其输出压力在 0.7MPa 。当佩戴者停止吸气时,减压器气体输出量为零时， 
      由于中压腔B内气体压力的上升，将导致活塞1向上运动， 高压气体进入中压腔，中压腔的气压随之升高，推动活塞关闭高压阀门，直至阀杆10和阀门11之间的间隙减小，最终完全关闭。佩戴者吸气时，中压腔的气压会降低，压力调节弹簧就会推动活塞，打开高压阀门，达到新的平衡

      由图可以看出，中压腔B和减压器输出端及中压安全阀相通；高压腔A和气体输人端、压力表导管及气源余气警报器相通。膜片式减压器式采用橡胶膜片替代活塞对压力的感应。
      佩戴者吸气时，中压腔的气压会降低，膜片在主平衡弹簧的弹力作用下向内弯曲，就会推动顶杆，打开高压阀门，高压气体进入中压腔。当佩戴者停止吸气时，中压腔的气压随之升高，推动膜片复位，关闭高压阀门，达到新的平衡。
      非恒压输出的减压器的高压阀头直接顶在高压气上，随着高压的变化，阀头上所受的力也随之改变，因此，其输出的压力不是恒压。它的结构简单，保养上要比恒压输出的减压器方便，所以现在还有部份的空气呼吸器的减压器采用非恒压输出的减压器。
      恒压减压器的高压阀头不顶在高压气上，其输出的压力不随气源压力的变化而改变，使供气阀维持恒压输入，吸气阻力相对稳定，佩戴者长时间的呼吸，不容易疲劳，是当前受佩戴者欢迎的减压器。
      ②中压安全阀
      中压安全阀的作用是当减压器失去对高压空气的减压作用(如减压弹簧或膜片、阀门损坏)时，中压安全阀开启，高压空气经安全阀泄压后再保持较低压力输出，避免高压空气直接输出，发生意外。要求当减压器膛室内的压力为(1±0.2)MPa时，中压安全阀应开启。
      ③气源余气警报器
      气源余气警报器的作用是当气瓶内压力降至5±1MPa时，发出警报声，提醒佩戴者迅速撤离火场。
      如图所示，高压腔A内的气体压力PA作用在开启顶尖上，使其压缩警报器调整弹簧向右运动，使开启顶尖和阀门垫接触并保证气密。当高压腔A内的气体压力下降到某一数值时，PA作用在开启顶尖上的力小于警报器调整弹簧作用在开启顶尖上的力，开启顶尖向左运动；开启顶尖和阀门垫脱离接触，高压腔气体由开启顶尖流入气源余气警报器发出报警声响。
      从警报器起鸣到气瓶内气体完全用完，以中等劳动强度的耗气量30L／min计算，若使用5L气瓶，则可继续使用6～lOmin。佩戴者听到警报音响后，应立即撤离灾区现场。
      标称使用时间是按如下公式计算得来的。 
                            气瓶容积(L)X气瓶工作压力(MPa)
标称使用时间=  --------------------------------- 
                            30(L/min)X0.098(MPa)
式中： 30(L／min)  是指我国有关行业中等劳动强度每分钟消耗的空气量。
      使用时间会受到多种因素的影响而与标称使用时间有所不同，对于不同使用者和使用情况的气体消耗量是不同的，工作强度越大气瓶内的气体消耗就越快。
      空气呼吸器的使用时间主要考虑以下因素： 
      ---使用者的劳动强度；
      ---使用者的身体状况；
      ---使用者受自身的兴奋、害怕或其它情感因素的影响程度； 
      ---使用者对这种或类似的装具受培训程度和使用经验的多少；
      ---开始使用时气瓶是否达到规定的压力要求；
      ---气瓶中压缩空气的二氧化碳浓度是否大于正常值； 
      ---使用环境中的大气压力，例如，如果在2个大气压的环境中使用(如被加压的隧道或箱体中)，使用时间是在1个大气压下的一半，如果在3个大气压下使用，使用时间是1个大气压下的三分之一；
      ---面罩与脸面贴合过松或佩戴不正确； 
      ---所使用空呼器的性能状况；
      ---也必须考虑报警器起鸣后的气体消耗量。
      警报器有两种结构型式，一种直接安装在减压器上，称为后置警报器，另一种与压力表一同置于使用者的胸前，称为前置警报器。前置警报器，便于使用者清楚地听到报警声，尤其多人同时在抢险救援作业现场时，很容易辨别出是自己还是他人的空气呼吸器报警。
3、气源压力指示装置
      气源压力指示装置由高压导管和压力表组成，用于指示气瓶内的储气压力。估计剩余作业时间。高压导管和压力表外壳设有保护罩，以防冲撞时损坏。
4、中压管和快速接头
      中压管是胶质夹布胶管，它与快速接头组成空气输出软导管，其一端连接供气阀，另一端连接减压器。
      快速接头由接头和接头座两部分组成，当两个部件未连接时，连接减压器的软导管接头座是闭锁的，即使打开气瓶也不会漏气。当接供气阀的快速接头插入接头座寸，则闭锁机构被打开，使气体进入供气阀。