Применение кислорода в авиации кратко

Обновлено: 03.07.2024

Кислород необходим практически всем живым существам. Дыхание – это окислительно-восстановительный процесс, где кислород является окислителем. С помощью дыхания живые существа вырабатывают энергию, необходимую для поддержания жизни. К счастью, атмосфера Земли пока не испытывает заметного недостатка кислорода, но такая опасность может возникнуть в будущем.
Вне земной атмосферы человек вынужден брать с собой запас кислорода. Мы уже говорили о его применении на подводных лодках. Точно так же полученный искусственно кислород используют для дыхания в любой чуждой среде, где приходится работать людям: в авиации при полетах на больших высотах, в пилотируемых космических аппаратах, при восхождении на высокие горные вершины, в экипировке пожарных, которым часто приходится действовать в задымленной и ядовитой атмосфере и т. д.
Во всех этих устройствах есть источники кислорода для автономного дыхания.

В медицине кислород используют для поддержания жизни больных с затрудненным дыханием и для лечения некоторых заболеваний. Однако чистым кислородом при нормальном давлении долго дышать нельзя – это опасно для здоровья.
Но главными потребителями кислорода, конечно, являются энергетика, металлургия и химическая промышленность.
Электрические и тепловые станции, работающие на угле, нефти или природном газе используют атмосферный кислород для сжигания топлива. Если даже небольшой автомобиль является настоящим "пожирателем" кислорода (как мы выяснили в предыдущей главе), то гигантские тепловые и электрические станции расходуют кислорода неизмеримо больше. До сих пор они вырабатывают около 80 % всего электричества в нашей стране и только остальные 20 % электроэнергии дают гидростанции и атомные станции, не расходующие атмосферного кислорода.
Для металлургической и химической промышленности нужен уже не атмосферный, а чистый кислород. Ежегодно во всем мире получают свыше 80 млн. тонн кислорода. Для его производства требуется огромное количество электроэнергии, получение которой, как мы уже знаем, тоже связано с расходованием кислорода.
Чистый кислород расходуется главным образом на получение стали из чугуна и металлолома. С этим важным процессом вы познакомитесь в следующем классе.
В машиностроении, в строительстве кислород используют для сварки и резки металлов. Горючий газ ацетилен, сгорая в токе кислорода, позволяет получить температуру выше 3000 С! Это приблизительно вдвое больше температуры плавления железа.
2 C2H2+5 O2=4 CO2+2 H2O+теплота
ацетилен
Ацетиленовая горелка состоит из двух трубок, вставленных одна в другую. В одну трубку подается кислород, в другую – ацетилен, после чего смесь газов поджигается. Таким пламенем можно расплавить металлические детали в месте их соединения, то есть сварить их между собой.
Немного по-другому осуществляют резку металла. Если сначала сильно разогреть металл ацетиленовой горелкой, а затем уменьшить поток ацетилена и увеличить поток кислорода, то получается "кислородный резак". Железо, как мы знаем, горит в кислороде. Поэтому дальнейшее горение поддерживается уже без участия ацетилена, а струя кислорода прожигает металл, превращая его в оксиды железа. Сноп искр, вырывающихся из прожигаемого кислородом металла - это раскаленные частицы железной окалины.

Кислород используют при сжигании топлива, в металлургии при выплавке чугуна и стали, при сварке металлов, для получения высоких температур. Температура кислородно-ацетиленового пламени 3500°С, кислородно-водородного – 2800 °С.

Кислород необходим для дыхания живых организмов, для окисления углеводов, жиров и белков. Применяется в медицине для облегчения дыхания

Научные доклады

Кислород является неотъемлемой частью жизнедеятельности всех живых организмов и химических процессов на планете. В этой статье мы рассмотрим наиболее частые области применения кислорода:

Применение кислорода в медицине

В данной области он чрезвычайно важен: химический элемент используется для жизненного поддержания людей, страдающих на затрудненное дыхание и для лечения некоторых недугов. Примечательно, что при нормальном давлении чистым кислородом дышать долго нельзя. Это небезопасно для здоровья.

Применение кислорода в стекольной промышленности

Данный химический элемент в стекловаренных печах используется в качестве компонента, улучшающего горение в них. Также благодаря кислороду промышленность уменьшает выбросы оксидов азота до уровня безопасных для жизни.

Применение кислорода в целлюлозно–бумажной промышленности

Данный химический элемент используется при спиртовании, делигнификации и в других процессах, таких как:

Отбеливание бумаги
Очистка сточных вод
Подготовка питьевой воды
Интенсификация горения мусоросжигательных печей
Переработка покрышек

Применение кислорода в авиации

Поскольку человек не может дышать вне атмосферы без кислорода, то ему необходимо брать запас данного полезного элемента с собой. Искусственно полученный кислород используется людьми для дыхания в чуждой среде: в авиации при полетах, в космических аппаратах.

Применение кислорода в природе

В природе существует круговорот кислорода: в процессе фотосинтеза растения на свету превращают углекислый газ и воду в органические соединения. Данный процесс характеризуется выделением кислорода. Как человек и животные, растения в темное время суток потребляют кислород из атмосферы. Круговорот кислорода в природе определяется тем, что человек и животные потребляют кислород, а растения производят его днем и расходуют ночью.

Применение кислорода в металлургии

Для химической и металлургической промышленности нужен чистый кислород, а не атмосферный. В мире каждый год предприятия получают больше 80 млн. тонн данного химического элемента. Он израсходуется в процессе получения стали из металлолома и чугуна.

Какое применение кислорода в машиностроении?

В строительстве и машиностроении он используется для резки и сварки металлов. Данные процессы осуществляются при высоких температурах.

Применение кислорода в жизни

В жизни человек использует кислород в различных сферах, таких как:

Выращивание рыбы в прудовых хозяйствах (вода насыщается кислородом).
Обработка воды во время изготовления пищевых продуктов.
Обеззараживание хранилищ и производственных помещений кислородом.
Разработка кислородных коктейлей для животных, чтобы те прибавляли в весе.

Применение кислорода человеком в электроэнергии

Тепловые и электрические станции, которые работают на нефти, природном газе или угле, для сжигания топлива используют кислород. Без него все производственные промышленные заводы просто бы не работали.

Источником кислорода в высотном полете, подаваемого на дыхание экипажу воздушного судна может быть пополняемый на земле запас, хранящийся в кислородных баллонах, либо бортовая кислорододобывающая установка (БКДУ).

Запас кислорода для высотных кислородных приборов, применяемых в авиации, может содержаться в двух видах: газообразном и жидком. Наиболее широко применяется газообразный кислород, сохраняемый в сжатом виде в специальных стальных баллонах.

Промышленное добывание кислорода для нужд авиации

Кислород-газ, не имеющий цвета и запаха; он не горит, но поддерживает горение.

В промышленности кислород добывается из атмосферного воздуха методом его глубокого охлаждения и сжижения, а затем последующего разделения на составляющие газы. Получаемый этим методом жидкий кислород переводится в газообразный и обычно содержит небольшое количество азота. В авиации и космонавтике для дыхания применяется только такой кислород, который содержит азот в количестве, не превышающем 2%.

Газообразный кислород в авиации

Для установки на самолете обычно пользуются баллонами различной емкости с рабочим давлением 150 атмосфер. Применяются также баллоны с рабочим давлением 30 атмосфер. Такие баллоны изготавливают из более легкой стали и поэтому имеют относительно незначительный вес.

При наполнении баллона кислородом в него попадает вода из компрессора, под действием которой внутренняя поверхность стенок со временем ржавеет и постепенно разрушается. Поэтому, во избежание разрывов давлением находящегося в нем кислорода, баллоны регулярно проходят проверочные испытания.

Вторым и более значительным фактором накопления внутри баллона воды является конденсация и замерзание влаги при полетах на большой высоте.

Количество кислорода измеряется в литрах, приведенных к давлению 760мм.рт.ст. при температуре 15 градусов. Чтобы найти эту величину, достаточно умножить емкость баллона на давление в нем кислорода. Так, например, в 4-литровом баллоне с давлением 150 атмосфер при температуре 15 градусов содержится 4х150=600 л кислорода.

При полете на высоте, где температура всегда значительно ниже чем на земле, давление кислорода уменьшается на 1/273 на каждый градус. Поэтому предварительный расчет запаса кислорода нужно производить с учетом разницы между температурой на земле и на предполагаемой высоте. Так, например, если в 4-литровом баллоне при температуре 15 градусов давление было 150 ат, а количество кислорода 600 л, то при ожидаемой на высоте температуре минус 20 градусов давление в баллоне уменьшится на 35/273 первоначальной величины и будет равно 150-(35х150)/273=131 ат, а количество литров снизится с 600 до 524.

Практически можно считать, что во время пребывания на высоте запас кислорода, вследствие его охлаждения, уменьшается в среднем на 1/6 и уменьшается время нахождения на высоте.

Если баллон загрязнен разлагающимися органическими веществами или в нем скопилось большое количество ржавчины, то кислород довольно быстро приобретает запах и привкус железа. Таким кислородом дышать неприятно.

Жидкий кислород

Жидкий кислород- это прозрачная жидкость голубоватого цвета, без запаха, имеющая температуру минус 183 градуса. Литр жидкого кислорода весит 1149 г и при переходе в газообразное состояние образует 789 л газообразного кислорода при температуре 0 градусов и давлении 760 мм.рт.ст.

В жидком кислороде возможна примесь ацетилена и продуктов пригорания масел, идущих на смазывание компрессоров кислорододобывающей установки. При определенной концентрации ацетилена жидкий кислород может взрываться. Примесь продуктов пригорания масел придает образующемуся газообразному кислороду неприятный запах и вызывает головную боль. Жидкий кислород с большой примесью посторонних веществ содержит муть. По этой причине для дыхания пользуются жидким кислородом, содержащим ацетилена не более 4 см3 на 10 л и не содержащим примеси посторонних веществ, т.е. прозрачным.

Для удаления последних, кислород фильтруется через фильтровальную бумагу и некоторые другие вещества.

Образование из жидкого кислорода газообразного происходит уже при минус 183 градусах. Это затрудняет хранение жидкого кислорода и требует применения специальных сосудов, максимально защищающих его от доступа тепла из окружающего воздуха. Для этой цели служат сосуды Дюара.

Сосуд Дюара состоит из двух шарообразны латунных сосудов с длинным горлом, вставленных друг в друга. Они соединяются только узкой перемычкой у верхних концов горла. Из пространства между стенками выкачивается воздух, а образовавшееся вакуумное пространство является хорошим теплоизолятором. Обращенные друг к другу стенки сосуда дополнительно полируются для отражения лучистого тепла. На наружной поверхности внутреннего сосуда подвешивается корзиночка с активированным углем или другим абсорбентом, хорошо поглощающим газы, проникающие через поры металла и понижающие вакуум.

Таким образом, доступ тепла к жидкому кислороду сводится до минимума. Небольшое количество тепла передается в сосуд по перемычке, соединяющий горла сосудов. Тем не менее все же наблюдается непрерывное испарение жидкого кислорода, притом тем большее, чем хуже вакуум. Путем повторного взвешивания сосуда Дюара легко установить величину испарения и потерю жидкого кислорода, а тем самым и качество сосуда. В хорошем сосуде Дюара потеря жидкого кислорода не должна превышать 45 г в час. Чтобы предохранить сосуд Дюара от механических повреждений его защищают прочным кожухом.

Ту-142 Возможно, это единственный тип ЛА, на которых сохранилось применение жидкого кислорода. Фото из открытых источников интернета.

Кислород – химический элемент VI группы периодической системы Менделеева и самый распространенный элемент в земной коре (47% от ее массы). Кислород является жизненно важным элементом почти всех живых организмов. Более подробно о функциях и применении кислорода в этой статье.

Общие сведения

Кислород представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха, который плохо растворяется в воде. Он входит в состав воды, минералов, горных пород. Свободный кислород образуется благодаря процессам фотосинтеза. Кислород играет наиважнейшую роль в жизни человека. Прежде всего кислород необходим для дыхания живых организмов. Также он принимает участие в процессах разложения погибших животных и растений.

Воздух содержит около 20,95% по объему кислорода. В гидросфере содержится почти 86% по массе кислорода.

Кислород был получен одновременно двумя учеными, но сделали они это независимо друг от друга. Швед К. Шееле получил кислород при прокаливании селитры и других веществ, а англичанин Дж. Пристли – при нагревании оксида ртути.

Рис. 1. Получение кислорода из оксида ртути

Применение кислорода в промышленности

Области применения кислорода обширны.

В металлургии он необходим для производства стали, которую получают из металлолома и чугуна. Во многих металлургических агрегатах для лучшего сжигания топлива используют воздух, обогащенный кислородом.

В авиации кислород используется как окислитель топлива в ракетных двигателях. Также он необходим для полетов в космос и в условиях, где нет атмосферы.

В области машиностроения кислород очень важен для резки и сварки металлов. Чтобы расплавить металл нужна специальная горелка, состоящая из металлических труб. Эти две трубы вставляются друг в друга. Свободное пространство между ними заполняют ацетиленом и зажигают. Кислород же в это время пускают по внутренней трубке. И кислород и ацетилен подаются из баллона под давлением. Образуется пламя, температура в котором достигает 2000 градусов. При такой температуре плавится практически любой металл.

Рис. 2. Ацетиленовая горелка

Применение кислорода в целлюлозно-бумажной промышленности очень важно. Он используется для отбеливания бумаги, при спиртовании, при вымывании лишних компонентов из целлюлозы (делигнификация).

В химической промышленности кислород используется в качестве реагента.

Для создания взрывчатых веществ необходим жидкий кислород. Жидкий кислород производится путем сжижения воздуха и последующего отделения кислорода от азота.

Применение кислорода в природе и жизни человека

Кислород играет наиважнейшую роль в жизни человека и животных. Свободный кислород существует на нашей планете благодаря фотосинтезу. Фотосинтез – это процесс образования органического вещества на свету с помощью углекислого газа и воды. В результате этого процесса образуется кислород, который необходим для жизнедеятельности животных и человека. Животные и человек потребляют кислород постоянно, растения же расходуют кислород только ночью, а днем производят его.

Применение кислорода в медицине

Кислород находит применение и в медицине. Особенно актуально его использование при затрудненном дыхании во время некоторых заболеваний. Он применяется для обогащения дыхательных путей при туберкулезе легких, а также используется в наркозной аппаратуре. Кислород в медицине используется для лечения бронхиальной астмы, болезней желудочно-кишечного тракта. Для этих целей используют кислородные коктейли.

Также большое значение имеют кислородные подушки – прорезиненная емкость, заполненная кислородом. Она служит для индивидуального применения медицинского кислорода.

Рис. 3. Кислородная подушка

Что мы узнали?

Для чего нужно кислородное оборудование?

Известно, что в тех слоях атмосферы, где летают гражданские и военные самолеты, состав воздуха постоянен. Благодаря томe, что атмосфера находится в движении, воздух перемешивается, и содержание кислорода составляет одни и те же 21%. Для чего же тогда при полетах на больших высотах нужно использовать специальное кислородное оборудование?

Для нормального дыхания важно не только количество кислорода в воздухе, но и его парциальное давление. Это часть общего давления, которая приходится на долю кислорода в газовой смеси. Парциальное давление влияет на переход кислорода из воздуха в кровь. Чем дальше человек находится от земли, тем парциальное давление меньше. Кровь хуже насыщается кислородом, и наступает кислородное голодание, что в свою очередь приводить сначала к снижению работоспособности, а затем – к обмороку.

Ученый и естествоиспытатель Иван Сеченов, основатель высотной физиологии, так описал признаки гипоксии (кислородного голодания): вялость, сонливость, затруднение в распределении и переключении внимания. В некоторых случаях вместо вялости может, наоборот, наблюдаться эйфория, ослабляющая критическое мышление, что особенно опасно для летчиков.

Признаки высотной болезни были известны еще до первых полетов. Гипоксия долгое время сдерживала альпинистов в покорении главных вершин мира. В комплексе с другими факторами она вызывала горную болезнь. В среднем жители равнинной местности начинают испытывать воздействие высоты уже на уровне 3000 м. Пассажирские самолеты сегодня летают на высоте около 10000 м, а военные – еще выше. Поэтому с развитием авиации вопрос борьбы с высотной болезнью стал еще более актуальным.

Как устроено кислородное оборудование

Начиная с высоты 5000 метров полеты возможны только с использованием герметической кабины, скафандра или кислородных приборов. Авиационное кислородное оборудование увеличивает процентное содержание кислорода во вдыхаемом воздухе. Такое оборудование устанавливается на все летательные аппараты, поднимающиеся выше 4000 м.

В состав кислородного оборудования входят баллон с запасом кислорода, кислородный прибор, соединительные трубки и маска со шлангом. В современных самолетах часто вместо баллонов используется кислородная система, которая вырабатывает кислород из воздуха.

Для непродолжительного использования применяются кислородные маски открытого типа. Их можно увидеть на учебных и транспортных самолетах, а также в качестве средства спасения в составе ранцевых парашютных приборов. Более современной системой является клапанная маска с герметичным прилеганием к лицу. В этом варианте, в отличие от открытой маски, кислород подается не постоянно, а только во время вдоха.

При полетах на высоте более 12000 метров необходимо повышать давление, с которым подается кислород. Но при повышенном давлении нарушаются процессы перехода кислорода в кровь и выделения из нее углекислого газа. Чтобы уравновесить этот эффект, нужно создать обратное внешнее давление. Для этого пилоты надевают специальные компенсирующие костюмы, плотно облегающие тело в области груди, рук и ног. Чтобы привыкнуть к такой одежде, нужно выполнять упражнения на укрепление дыхательных мышц.

Кислород для системы хранится в баллонах с термокомпенсированным контролем запаса, цифровыми датчиками и обменом информации. Подача кислорода регулируется устройством дистанционного управления с ручным и электронным управлением. Если во время обычного полета кому-то из пассажиров не хватает воздуха, используется переносное кислородное оборудование.

Читайте также: