Метою дослідження було визначення впливу зростання опору фільтруючих елементів на термін експлуатації моторованих фільтрувальних респіраторів під час експлуатації в гірничих умовах та обґрунтування параметрів джерела живлення респіратора Дослідження проводилося методом комп'ютерного імітаційного моделювання роботи моторованого респіратора, що дозволяє обчислити додатковий опір фільтра через накопичення пилу. Імітаційна модель моторованого респіратора була створена на основі його фізичної моделі та, з урахуванням емпіричної залежності зміни опору фільтрувальних елементів при осіданні пилу, дозволяє визначити витрату повітря через фільтр та концентрацію пилового аерозолю в повітрі робочої зони. Обґрунтовані параметри імітаційної моделі моторизованого респіратора: керуючий вплив – швидкість обертання вентилятора, обмеження по витраті повітря та тиску повітря в масці респіратора (залежить від режиму фізичної роботи користувача), концентрація пилу в повітрі робочої зони, ємність джерела живлення, споживану потужність електродвигуна вентилятора та компонентів системи керування, параметри фільтрувальних елементів (щільність пакування волокон, товщину фільтруючого шару, діаметр волокон та інше), вхідну концентрацію пилового аерозолю, що дозволило встановити залежність між величиною опору фільтрувальних елементів та часом до повної розрядки джерела живлення. Встановлено критичну величину опору фільтрувальних елементів моторованого респіратора, яка призводить до значного розряду джерела живлення, виходячи з різної витрати повітря, що подається у підмасковий простір при зданій концентрації пилу в робочої зоні. Встановлено залежності між зміною опору дихання фільтрів і розрядом джерела живлення, що дозволяє встановити термін безпечної експлуатації моторованого респіратора, виходячи із концентрації пилу в повітрі робочої зони та режиму роботи користувача. Практичне значення полягає у визначені терміну експлуатації моторованого респіратора, виходячи з критичної величини опору фільтра, який призводить до швидкого розрядження джерела живлення
керуючий вплив, імітаційна модель, об’єкт керування, ідентифікація, дослідження, витрата повітря, акумулятор, електроенергія, тривалість роботи
[1] Baek, S., Kim, S., Yoon, Y., Kim, K.S., & Bae, J. (2024). Development of an air filter to remove fine dust from indoor air using a traditional Korean paper, ‘Hanji’. Sustainability, 16(1), article number 179. doi: 10.3390/su16010179.
[2] Bašić, H., Bobanac, V., & Pandžić, H. (2023). Determination of lithium-ion battery capacity for practical applications. Batteries, 9(9), article number 459. doi: 10.3390/batteries9090459.
[3] Bazaluk, O., Cheberiachko, S., Cheberiachko, Y., Deryugin, O., Lozynskyi, V., Knysh, I., Saik, P., & Naumov, M. (2021). Development of a dust respirator by improving the half mask frame design. International Journal of Environmental Research and Public Health, 18(10), article number 5482. doi: 10.3390/ijerph18105482.
[4] Bergman, M., Lei, Z., Xu, S., Strickland, K., & Zhuang, Z. (2019). Validation of computational fluid dynamics models for evaluating loose-fitting powered air-purifying respirators. Proceedings of the 20th Congress of the International Ergonomics Association (IEA 2018), 819, 176-185. doi: 10.1007/978-3-319-96089-0_20.
[5] Bergman, M.S., Zhuang, Z., Hanson, D., Heimbuch, B.K., McDonald, M.J., Palmiero, A.J., Shaffer, R.E., Harnish, D., Husband, M., & Wander, J.D. (2014). Development of an advanced respirator fit-test headform. Journal of Occupational and Environmental Hygiene, 11(2), 117-125. doi: 10.1080/15459624.2013.816434.
[6] Boraey, M.A. (2021). An analytical model for the effective filtration efficiency of single and multiple face masks considering leakage. Chaos, Solitons & Fractals, 152, article number 111466. doi: 10.1016/j.chaos.2021.111466.
[7] Cheberiachko, S.I., Slavinskyi, D.V., Cheberiachko, Yu.I., & Deryugin, O.V. (2023) Mathematical model of air flow movement in a motorized filter respirator. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 3, 97-103. doi: 10.33271/nvngu/2023-3/097.
[8] Collins, A.P., Service, B.C., Gupta, S., Mubarak, N., Zeini, I.M., Osbahr, D.C., & Romeo, A.A. (2021). N95 respirator and surgical mask effectiveness against respiratory viral illnesses in the healthcare setting: A systematic review and meta-analysis. Journal of the American College of Emergency Physicians Open, 2(5), article number e12582. doi: 10.1002/emp2.12582.
[9] Dziubak, T. (2024). Experimental testing of filter materials for two-stage inlet air systems of internal combustion engines. Energies, 17, article number 2462. doi: 10.3390/en17112462.
[10] Edirisooriya, M., & Haas, E.J. (2023). Examining the roles of training, fit testing, and safety climate on user confidence in respiratory protection: A case example with reusable respirators in health delivery settings. Sustainability, 15, article number 12822. doi: 10.3390/su151712822.
[11] Forgez, C., Do, D.V., Friedrich, G., Morcrette, M., & Delacourt, C. (2010). Thermal modeling of a cylindrical LiFePO4/graphite lithiumion battery. Journal of Power Sources, 195(9), 2961-2968. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.10.105.
[12] Kothakonda, A., Atta, L., Plana, D., Ward, F., Davis, C., Cramer, A., Moran, R., Freake, J., Tian, E., Mazor, O., Gorelik, P., Van, C., Hansen, C., Yang, H., Li, Y., Sinha, M.S., Li, J., Yu, S.H., LeBoeuf, N.R., & Sorger, P.K. (2021). De novo powered air-purifying respirator design and fabrication for pandemic response. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 9, article number 690905. doi: 10.3389/fbioe.2021.690905.
[13] Licina, A., Silvers, A., & Stuart, R.L. (2020). Use of powered air-purifying respirator (PAPR) by healthcare workers for preventing highly infectious viral diseases-a systematic review of evidence. Systematic Reviews, 9(1), article number 173. doi: 10.1186/s13643-020-01431-5.
[14] Shi, B., Yu, X., Pu, Y., & Wang, D. (2023). A theoretical study on the filtration efficiency and dust holding performance of pleated air filters, Heliyon, 9(7), article number e17944, doi: 10.1016/j.heliyon.2023.e17944.
[15] Slavynskyi, D. (2023). Determination of the model of a powered air-purifying respirator for researching its operational modes. Collection of Research Papers of the National Mining University, 72, 172-185. doi: 10.33271/crpnmu/72.172.
[16] Strickland, K.T., Bergman, M.S., Xu, S., & Zhuang, Z. (2023). A manikin-based assessment of loose-fitting powered air-purifying respirator performance at variable flow rates and work rates. Journal of Occupational and Environmental Hygiene, 20(7), 279-288. doi: 10.1080/15459624.2023.2205481.
[17] Tcharkhtchi, A., Abbasnezhad, N., Zarbini Seydani, M., Zirak, N., Farzaneh, S., & Shirinbayan, M. (2021). An overview of filtration efficiency through the masks: Mechanisms of the aerosols penetration. Bioactive Materials, 6(1), 106-122. doi: 10.1016/j.bioactmat.2020.08.002.
[18] Villanueva, E.M., & Ahmad, R. (2021). An open-source powered and ergonomic personal protective respirator for frontline COVID-19 response. HardwareX, 10, article number e00223. doi: 10.1016/j.ohx.2021.e00223.
[19] Wagner, N. (2012). Servo blower control for powered air purifying respirators. (Master’s thesis, Colorado State University, Fort Collins, USA).
[20] Wood, S. (2020). Numerical modelling of fluid flow through a powered air-purifying respirator filter. Newcastle: Newcastle University.
[21] Wu, X., Li, H., Wang, B., & Zhu, M. (2022). Review on improvements to the safety level of coal mines by applying intelligent coal mining. Sustainability, 14(24), article number 16400. doi: 10.3390/su142416400.
[22] Xia, X., Liu, S., Xia, K., Liu, Y., Zhang, J., Liu, X., Yao, Y., & Li, G. (2023). The impact of wearing powered air purifying respirators or N95 masks on the olfactory function in healthcare workers: A randomized controlled trial. Medicine (Baltimore), 102(3), article number e32669. doi: 10.1097/MD.0000000000032669.
[23] Xu, Z., Shi, L., Wang, Y., Zhang, J., Huang, L., Zhang, C., Liu, S., Zhao, P., Liu, H., Zhu, L., Tai, Y., Bai, C., Gao, T., Song, J., Xia, P., Dong, J., Zhao, J., & Wang, F.S. (2020). Pathological findings of COVID-19 associated with acute respiratory distress syndrome. The Lancet. Respiratory Medicine, 8(4), 420-422. doi: 10.1016/S2213-2600(20)30076-X.