Evaluation оf the Protective Properties of Filtering Half-Masks by Measuring Pressure Difference

Introduction. An important characteristic of respirator is the capability of its half-mask to protect the respiratory organs against the surrounding contaminated atmosphere due to a tight half-mask-face contact. Problem statement. Keeping a constant pressure difference under the mask is a low-cost...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Наука та інновації
Date:	2018
Main Authors:	Golinko, V.I., Cheberiachko, S.I., Yavorska, O.O.
Format:	Article
Language:	English
Published:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2018
Subjects:	Наукові основи інноваційної діяльності
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134027
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Evaluation оf the Protective Properties of Filtering Half-Masks by Measuring Pressure Difference / V.I. Golinko, S.I. Cheberiachko, O.O. Yavorska // Наука та інновації. — 2018. — Т. 14, № 3. — С. 46-54. — Бібліогр.: 14 назв. — англ.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-134027
record_format	dspace
spelling	Golinko, V.I. Cheberiachko, S.I. Yavorska, O.O. 2018-06-11T15:28:02Z 2018-06-11T15:28:02Z 2018 Evaluation оf the Protective Properties of Filtering Half-Masks by Measuring Pressure Difference / V.I. Golinko, S.I. Cheberiachko, O.O. Yavorska // Наука та інновації. — 2018. — Т. 14, № 3. — С. 46-54. — Бібліогр.: 14 назв. — англ. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin14.03.046 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134027 Introduction. An important characteristic of respirator is the capability of its half-mask to protect the respiratory organs against the surrounding contaminated atmosphere due to a tight half-mask-face contact. Problem statement. Keeping a constant pressure difference under the mask is a low-cost and simple method of alternative diagnostics of half-mask protective properties involving special-purpose test aerosols. The method is based on the determination of the air amount entrained through the gaps while generating rarefaction within the under-mask area. However, there have been no recommendations on the use of the method for evaluating the insulating properties of lightweight filtering half-masks from under which it is impossible to evacuate air. Purpose is to represent a simplified method with measuring the rarefaction under a filtering half-mask making possible to determine its insulating properties and protection coefficient. Materials and Methods. Protection coefficient of respirator can be evaluated in terms of air amount passing through the filtering material and gaps with the preset coefficient of penetration and suction. The latter is calculated as coefficient of aspiration into the gap of the preset length. Air consumption is determined experimentally as pressure difference between the half-mask mounted tightly on a dummy and the tubes of preset diameter positioned along the obturation line. Results. A calibration line of the relation between the pressure difference and the air consumption through a gap for the filtering half-masks has been developed. Coefficients of insulation and protection of Lepestok-type respirators have been calculated. The protection coefficients have been established to proportionally depend on the ratio of air consumption through a filter and gaps between the face and the half-mask along the obturation line. Conclusions. It has been proved that the methods for determining the protective properties of filtering half-masks in terms of measuring pressure difference may be used as a low-cost alternative to expensive diagnostics of the quality of respiratory protective devices. Also, they can be employed for selecting and training workers to properly use the respirators under manufacturing conditions in accordance with EN 529:2006 requirements. Вступ. Важливою характеристикою респіратора є здатність його напівмаски захищати органи дихання від різноманітних забруднень в атмосфері за рахунок щільного прилягання до обличчя. Проблематика. Одним з низьковартісних і простих методів альтернатив діагностики захисних властивостей напівмасок за допомогою спеціальних тест-аерозолів є підтримання постійного перепаду тиску під маскою. Він базується на визначенні кількості повітря, що підсмоктується через щілини, при створенні розрядження у підмасочному просторі. Однак, немає рекомендацій щодо можливостей цього методу в оцінюванні ізолюючих властивостей легких фільтруючих напівмасок, з-під яких не можна відкачати повітря. Мета. Розробити спрощений метод оцінювання захисних властивостей напівмасок з використанням вимірювання ступеню розрідження повітря під фільтрувальною напівмаскою, який дозволяє встановити її ізолюючі властивості та коефіцієнт захисту. Матеріали й методи. Коефіцієнт захисту респіратора можна оцінити за кількістю повітря, що проходить через фільтруючий матеріал і щілини з відомим коефіцієнтом проникнення і підсосу. Останній обчислюється як коефіцієнт аспірації в щілину відомої довжини. Витрати повітря визначаються експериментально за різницею тисків між герметично розташованою напівмаскою на манекені та розташованими по її периметру обтюрації трубочками з відомим діаметром. Результати. Побудована калібрувальна шкала взаємозв’язку перепадів тиску і витрат повітря через зазор для фільтруючих напівмасок. Розраховано коефіцієнти ізоляції та захисту респіраторів типу «Лепесток». Встановлено, що коефіцієнт захисту прямопропорційно залежить від співвідношення витрат повітря через фільтр і щілини між обличчям і напівмаскою по смузі обтюрації. Висновки. Доведено, що метод визначення захисних властивостей фільтруючих напівмасок вимірюванням перепадів тиску можна використовувати як альтернативу високовартісній діагностиці якості засобів індивідуального захисту органів дихання, а також застосовувати при підборі та навчанні працівників правильній експлуатації респіраторів на виробництві відповідно до вимог ЕN 529: 2006. Введение. Важной характеристикой респиратора является способность его полумаски ограждать органы дыхания от различных загрязнений атмосферы за счет плотного прилегания к лицу. Проблематика. Одним из недорогих и простых методов альтернативой диагностики защитных свойств полумасок с помощью специальных тест-аэрозолей является поддержание постоянного перепада давления под маской. Он основан на определении количества подсасываемого воздуха через зазоры при создании разряжения в подмасочном пространстве. Однако, нет рекомендаций о возможности оценить с помощью этого метода изолирующие свойства легких фильтрующих полумасок, из-под которых нельзя откачать воздух. Цель. Разработать упрощенный метод оценки защитных свойств полумасок с использованием измерения разрежения воздуха под фильтрующей полумаской, позволяющий установить ее изолирующие свойства и коэффициент защиты. Материалы и методы. Коэффициент защиты респиратора можно оценить по количеству проходящего воздуха через фильтрующий материал и зазоры с известным коэффициентом проникания и подсоса. Последний вычисляется как коэффициент аспирации в щель известной длины. Расходы воздуха определяются экспериментально по разности давления между герметически расположенной полумаской на манекене и с расположенными по ее периметру обтюрации трубочками с известным диаметром. Результаты. Построена калибровочная шкала взаимосвязи перепада давления и расхода воздуха через зазор для фильтрующих полумасок. Рассчитаны коэффициенты изоляции и защиты респираторов типа «Лепесток». Установлено, что коэффициент защиты прямопропорционально зависит от соотношения расходов воздуха через фильтр и зазоры между лицом и полумаской по полосе обтюрации. Выводы. Доказано, что метод определения защитных свойств фильтрующих полумасок по измерению перепадов давления можно использовать как альтернативу дорогостоящей диагностике качества средств индивидуальной защиты органов дыхания, а также использовать при подборе и обучении работников правильной эксплуатации респираторов на производстве в соответствии с требованиями ЕN 529:2006. en Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Наука та інновації Наукові основи інноваційної діяльності Evaluation оf the Protective Properties of Filtering Half-Masks by Measuring Pressure Difference Оцінка захисних властивостей фільтруючих півмасок за допомогою вимірювання перепаду тиску Оценка защитных свойств фильтрующих полумасок с помощью измерения перепада давления Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Evaluation оf the Protective Properties of Filtering Half-Masks by Measuring Pressure Difference
spellingShingle	Evaluation оf the Protective Properties of Filtering Half-Masks by Measuring Pressure Difference Golinko, V.I. Cheberiachko, S.I. Yavorska, O.O. Наукові основи інноваційної діяльності
title_short	Evaluation оf the Protective Properties of Filtering Half-Masks by Measuring Pressure Difference
title_full	Evaluation оf the Protective Properties of Filtering Half-Masks by Measuring Pressure Difference
title_fullStr	Evaluation оf the Protective Properties of Filtering Half-Masks by Measuring Pressure Difference
title_full_unstemmed	Evaluation оf the Protective Properties of Filtering Half-Masks by Measuring Pressure Difference
title_sort	evaluation оf the protective properties of filtering half-masks by measuring pressure difference
author	Golinko, V.I. Cheberiachko, S.I. Yavorska, O.O.
author_facet	Golinko, V.I. Cheberiachko, S.I. Yavorska, O.O.
topic	Наукові основи інноваційної діяльності
topic_facet	Наукові основи інноваційної діяльності
publishDate	2018
language	English
container_title	Наука та інновації
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
format	Article
title_alt	Оцінка захисних властивостей фільтруючих півмасок за допомогою вимірювання перепаду тиску Оценка защитных свойств фильтрующих полумасок с помощью измерения перепада давления
description	Introduction. An important characteristic of respirator is the capability of its half-mask to protect the respiratory organs against the surrounding contaminated atmosphere due to a tight half-mask-face contact. Problem statement. Keeping a constant pressure difference under the mask is a low-cost and simple method of alternative diagnostics of half-mask protective properties involving special-purpose test aerosols. The method is based on the determination of the air amount entrained through the gaps while generating rarefaction within the under-mask area. However, there have been no recommendations on the use of the method for evaluating the insulating properties of lightweight filtering half-masks from under which it is impossible to evacuate air. Purpose is to represent a simplified method with measuring the rarefaction under a filtering half-mask making possible to determine its insulating properties and protection coefficient. Materials and Methods. Protection coefficient of respirator can be evaluated in terms of air amount passing through the filtering material and gaps with the preset coefficient of penetration and suction. The latter is calculated as coefficient of aspiration into the gap of the preset length. Air consumption is determined experimentally as pressure difference between the half-mask mounted tightly on a dummy and the tubes of preset diameter positioned along the obturation line. Results. A calibration line of the relation between the pressure difference and the air consumption through a gap for the filtering half-masks has been developed. Coefficients of insulation and protection of Lepestok-type respirators have been calculated. The protection coefficients have been established to proportionally depend on the ratio of air consumption through a filter and gaps between the face and the half-mask along the obturation line. Conclusions. It has been proved that the methods for determining the protective properties of filtering half-masks in terms of measuring pressure difference may be used as a low-cost alternative to expensive diagnostics of the quality of respiratory protective devices. Also, they can be employed for selecting and training workers to properly use the respirators under manufacturing conditions in accordance with EN 529:2006 requirements. Вступ. Важливою характеристикою респіратора є здатність його напівмаски захищати органи дихання від різноманітних забруднень в атмосфері за рахунок щільного прилягання до обличчя. Проблематика. Одним з низьковартісних і простих методів альтернатив діагностики захисних властивостей напівмасок за допомогою спеціальних тест-аерозолів є підтримання постійного перепаду тиску під маскою. Він базується на визначенні кількості повітря, що підсмоктується через щілини, при створенні розрядження у підмасочному просторі. Однак, немає рекомендацій щодо можливостей цього методу в оцінюванні ізолюючих властивостей легких фільтруючих напівмасок, з-під яких не можна відкачати повітря. Мета. Розробити спрощений метод оцінювання захисних властивостей напівмасок з використанням вимірювання ступеню розрідження повітря під фільтрувальною напівмаскою, який дозволяє встановити її ізолюючі властивості та коефіцієнт захисту. Матеріали й методи. Коефіцієнт захисту респіратора можна оцінити за кількістю повітря, що проходить через фільтруючий матеріал і щілини з відомим коефіцієнтом проникнення і підсосу. Останній обчислюється як коефіцієнт аспірації в щілину відомої довжини. Витрати повітря визначаються експериментально за різницею тисків між герметично розташованою напівмаскою на манекені та розташованими по її периметру обтюрації трубочками з відомим діаметром. Результати. Побудована калібрувальна шкала взаємозв’язку перепадів тиску і витрат повітря через зазор для фільтруючих напівмасок. Розраховано коефіцієнти ізоляції та захисту респіраторів типу «Лепесток». Встановлено, що коефіцієнт захисту прямопропорційно залежить від співвідношення витрат повітря через фільтр і щілини між обличчям і напівмаскою по смузі обтюрації. Висновки. Доведено, що метод визначення захисних властивостей фільтруючих напівмасок вимірюванням перепадів тиску можна використовувати як альтернативу високовартісній діагностиці якості засобів індивідуального захисту органів дихання, а також застосовувати при підборі та навчанні працівників правильній експлуатації респіраторів на виробництві відповідно до вимог ЕN 529: 2006. Введение. Важной характеристикой респиратора является способность его полумаски ограждать органы дыхания от различных загрязнений атмосферы за счет плотного прилегания к лицу. Проблематика. Одним из недорогих и простых методов альтернативой диагностики защитных свойств полумасок с помощью специальных тест-аэрозолей является поддержание постоянного перепада давления под маской. Он основан на определении количества подсасываемого воздуха через зазоры при создании разряжения в подмасочном пространстве. Однако, нет рекомендаций о возможности оценить с помощью этого метода изолирующие свойства легких фильтрующих полумасок, из-под которых нельзя откачать воздух. Цель. Разработать упрощенный метод оценки защитных свойств полумасок с использованием измерения разрежения воздуха под фильтрующей полумаской, позволяющий установить ее изолирующие свойства и коэффициент защиты. Материалы и методы. Коэффициент защиты респиратора можно оценить по количеству проходящего воздуха через фильтрующий материал и зазоры с известным коэффициентом проникания и подсоса. Последний вычисляется как коэффициент аспирации в щель известной длины. Расходы воздуха определяются экспериментально по разности давления между герметически расположенной полумаской на манекене и с расположенными по ее периметру обтюрации трубочками с известным диаметром. Результаты. Построена калибровочная шкала взаимосвязи перепада давления и расхода воздуха через зазор для фильтрующих полумасок. Рассчитаны коэффициенты изоляции и защиты респираторов типа «Лепесток». Установлено, что коэффициент защиты прямопропорционально зависит от соотношения расходов воздуха через фильтр и зазоры между лицом и полумаской по полосе обтюрации. Выводы. Доказано, что метод определения защитных свойств фильтрующих полумасок по измерению перепадов давления можно использовать как альтернативу дорогостоящей диагностике качества средств индивидуальной защиты органов дыхания, а также использовать при подборе и обучении работников правильной эксплуатации респираторов на производстве в соответствии с требованиями ЕN 529:2006.
issn	1815-2066
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134027
citation_txt	Evaluation оf the Protective Properties of Filtering Half-Masks by Measuring Pressure Difference / V.I. Golinko, S.I. Cheberiachko, O.O. Yavorska // Наука та інновації. — 2018. — Т. 14, № 3. — С. 46-54. — Бібліогр.: 14 назв. — англ.
work_keys_str_mv	AT golinkovi evaluationoftheprotectivepropertiesoffilteringhalfmasksbymeasuringpressuredifference AT cheberiachkosi evaluationoftheprotectivepropertiesoffilteringhalfmasksbymeasuringpressuredifference AT yavorskaoo evaluationoftheprotectivepropertiesoffilteringhalfmasksbymeasuringpressuredifference AT golinkovi ocínkazahisnihvlastivosteifílʹtruûčihpívmasokzadopomogoûvimírûvannâperepadutisku AT cheberiachkosi ocínkazahisnihvlastivosteifílʹtruûčihpívmasokzadopomogoûvimírûvannâperepadutisku AT yavorskaoo ocínkazahisnihvlastivosteifílʹtruûčihpívmasokzadopomogoûvimírûvannâperepadutisku AT golinkovi ocenkazaŝitnyhsvoistvfilʹtruûŝihpolumasokspomoŝʹûizmereniâperepadadavleniâ AT cheberiachkosi ocenkazaŝitnyhsvoistvfilʹtruûŝihpolumasokspomoŝʹûizmereniâperepadadavleniâ AT yavorskaoo ocenkazaŝitnyhsvoistvfilʹtruûŝihpolumasokspomoŝʹûizmereniâperepadadavleniâ
first_indexed	2025-11-27T04:27:30Z
last_indexed	2025-11-27T04:27:30Z
_version_	1850796415161204736
fulltext	46 Golinko, V.I., Cheberiachko, S.I., and Yavorska, O.O. National Mining University, 19, Yavornytskoho Ave., Dnipro, 49600, Ukraine, +380 56 744 7339, rector@nmu.org.ua EVALUATION OF THE PROTECTIVE PROPERTIES OF FILTERING HALF-MASKS BY MEASURING PRESSURE DIFFERENCE © GOLINKO, V.I., CHEBERIACHKO, S.I., and YAVORSKA, O.O., 2018 Introduction. An important characteristic of respirator is the capability of its half-mask to protect the respiratory organs against the surrounding contaminated atmosphere due to a tight half-mask-face contact. Problem statement. Keeping a constant pressure difference under the mask is a low-cost and simple method of alternative diagnostics of half-mask protective properties involving special-purpose test aerosols. The method is based on the determination of the air amount entrained through the gaps while generating rarefaction within the under-mask area. However, there have been no recommendations on the use of the method for evaluating the insulating properties of lightweight filtering half-masks from under which it is impossible to evacuate air. Purpose is to represent a simplified method with measuring the rarefaction under a filtering half-mask making possible to determine its insulating properties and protection coefficient. Materials and Methods. Protection coefficient of respirator can be evaluated in terms of air amount passing through the filtering material and gaps with the preset coefficient of penetration and suction. The latter is calculated as coefficient of aspiration into the gap of the preset length. Air consumption is determined experimentally as pressure difference between the half-mask mounted tightly on a dummy and the tubes of preset diameter positioned along the obturation line. Results. A calibration line of the relation between the pressure difference and the air consumption through a gap for the filtering half-masks has been developed. Coefficients of insulation and protection of Lepestok-type respirators have been calculated. The protection coefficients have been established to proportionally depend on the ratio of air consumption through a filter and gaps between the face and the half-mask along the obturation line. Conclusions. It has been proved that the methods for determining the protective properties of filtering half-masks in terms of measuring pressure difference may be used as a low-cost alternative to expensive diagnostics of the quality of respiratory protective devices. Also, they can be employed for selecting and training workers to properly use the respirators under manufacturing conditions in accordance with EN 529:2006 requirements. K e y w o r d s: concentration of harmful substances, coefficient of penetration, air consumption, protective properties, and filtering half-mask. ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2018, 14(3): 46—54 https://doi.org/10.15407/scin14.03.046 TOPICALITY In the opinion of experts in the field of air fil- tration, the application of fibrous filters is the simplest, the most reliable, and economical means to capture highly dispersed aerosols [1]. Nume- rous designs with the use of colmasels, fibers of lavsan, polypropylene, polyacrylonitrile etc. are available [2]. Petrianov filters (PFs) hold a spe- cific place among them. A high efficiency under the conditions of comparatively low hydrody- namic resistance is their characteristic feature. The unique properties of materials used for the PFs (i.e. those bearing a high electrostatic charge within their fibers) have enabled to develop light and comfortable respiratory protective devices (RPDs). They are characterized by high brea- thing resistance; moreover, they can suppress dif- 47ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2018, 14 (3) Evaluation of the Protective Properties of Filtering Half-Masks by Measuring Pressure Difference ferent aerosol types [3]. However, the capabi- li ty of half-mask to protect respiratory organs against dusty atmosphere due to a tight fitting to face is another important characteristic. Pos- sible leakage of polluted air along the obturation line deteriorates significantly the RPDs protec- tive efficiency. That is why, the evaluation of protective properties of filtering half-masks at the stage of their design and laboratory tests is a topical issue. ANALYSIS OF SCHOLARLY RESEARCH SOURCES The leakage between the face and the half- mask is possible to be detected using either quali- tative or quantitative method. The qualitative test of respirators is based on certain subjective reactions of the sense organs to strong smell of sprayed saccharine aerosols, Bitrex, and isoamyl acetate. The research papers [4, 5] contain the detailed description of this test. Different indi- vidual sensitivity threshold that, in some cases, can exceed the maximum permissible concentra- tion of aerosol is disadvantage of the methods. The qualitative methods are based on instru- mental tests. They are more accurate as they ap- ply special-purpose equipment fixing the avai- lable aerosol leakage under half-masks. The most popular method is to determine the coefficient of suction according to DSTU EN 149. The essence is to estimate the ratio of the external special- purpose test aerosol concentration to the under- mask concentration; in case of filtering half- masks. It is the difference between the penetration coefficients of the respirator and the filtering component [6]. However, the procedure requires rather expensive and complex devices as well as trained specialists. Moreover, the obtained re- sults will depend not only upon particle size and testing method but also upon the conditions of mixing the flows under the half-mask, the posi- tion of sampling probe, and the gap along the ob- turation line, if any [7—9]. The method disadvan- tage is the impossibility to evaluate the protective properties under working conditions as to obtain the average coefficient of penetration. It is re- quired to have multiple sample probes for every testee that is quite costly, labor-consuming, and impracticable [10]. That is why, a simpler and more accurate method to evaluate the protective properties of respirators with the help of constant pressure control has been developed. The idea of the method is in evaluating the amount of air leakage in the context of applied under-mask rare- faction with the help of a small-size pump and a pressure sensor [11]. A test person puts on a res- pirator (which filters are closed tightly with spe- cial-purpose headers) and holds his/her breathe for some seconds; the pump connected through the valve system is activated and evacuates some air. In this context, rarefaction is recorded by the pressure sensor. If there are any gaps between the face and the half-mask, then the rarefaction is re- duced, the pump is activated, with air evacuated up to the specified rarefaction. The amount of the evacuated air precisely corresponds to the leaked one. The whole procedure takes only 7—10 s [12]. The method is notable for a relatively low cost of the equipment; though, it cannot be applied for the filtering half-masks. Thus, the problem of its improvement as well as the determination of the protective properties of filtering half-masks has arisen. The research objective is to represent a simpli- fied method for evaluating the protective proper- ties of filtering half-masks based on the measure- ment of rarefaction within the under-mask area. The aim is also to compare the efficiency of wide- spread half-masks Lepestok and Snezhok manu- factured in Ukraine. THEORETICAL PART While using the respirator, two airflows enter the under-mask area. The first (main) flow Qо goes through the filters while the second one Qп goes through the gaps being, as a rule, minor openings between the face and the mask (also, lea kage may be a result of exhalation valve de- fects (Fig. 1)). The respirator protective level is determined by the coefficient of protection (ratio of external 48 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2018, 14 (3) Golinko, V.I., Cheberiachko, S.I., and Yavorska, O.O. contaminator concentration, i.e. CN , to the un- der-mask Cп concentration) CNKz = Cп . (1) The amount of under-mask contaminator Сп depends upon the consumption of the air pene- trating through filter Qо and gaps Qп as well as upon the coefficients of efficiency of aerosol cap- turing ηс and suction of the nonpurified air due to leakages along the obturation line ηп Cп = . (2) Thus, taking into consideration formula (2), the coefficient of respirator protection will be equal to Кz = . (3) While performing the quantitative evaluation of the insulating properties with the help of test aerosol, the high-efficiency particle filters applied in the respirators have been established to cap- ture, at least, 99.97% aerosol (ηc ≡ 1). The mea- sured Кz takes into account only penetration through gaps Q. Hence, equation (3) makes it possible to obtain an expression to evaluate the coefficient of insulation: Ku = , (4) where Kр is the coefficient of air consumption characterizing the tightness of mask-face contact, Kр = Q/Qп . The previous studies have demonstrated that air penetration through the filter is of laminar character; thus, the airflow through filter Qо de- pends linearly upon the pressure difference with- in the filter, if there are no gaps Qо = ff Δр, (5) where ff is the coefficient of filter resistance de- termined experimentally. The relation between the air consumption through gap Qп and pressure difference Δр can be represented as follows Qп = fz (Δрz — Δр), (6) where fz and Δрz are the coefficient of gap resis- tance and pressure difference within the half- mask in terms of possible availability of gaps. Taking into consideration formulas (5) and (6), coefficient of consumption can be determined as Kр = , (7) where а is the coefficient of respirator resistance determined from the calibration curve, а = ff/fz. The dependence of consumption coefficient Kр upon pressure difference Δр shows the air con- sumption through the gaps, i.e. the protective properties of half-mask. Having inserted the for- mula (7) into the formula (3), we obtain: KЗ = . (8) EXPERIMENTAL PART A trial stand (Fig. 2) to measure the pressure difference within the respirator mounted on head dummy consists of the following components: a head dummy, an electronic differential vacuum micro manometer (Testo 512, measurement range is 0…200 Pa, a response time is 0.2 s; manufac- tured by Testo AG, Germany); Microsoft Office Excel software; a piston pump with 2.5 dm3/cycle and 12 cycle/min air consumption. The filtering Fig. 1. Scheme of airflows penetrating under the mask Qп Qо Qп CN Qо (1 – ηc) + CN Qп (1 – ηn) Qо + Qп Δр (Δрz – Δр) 1 + Kр ηn 1 + Qп Qо Qп Qо (1 – ηc) + (1 – ηn) (1 – ηc) + (1 – ηn) 10 + (1 – ) Δрz Δр 49ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2018, 14 (3) Evaluation of the Protective Properties of Filtering Half-Masks by Measuring Pressure Difference respirators Lepestok of FFP2 class were selected for testing the protective properties (Fig. 3). An aspirator was used to generate rarefaction identical to the inhalation process. The system is adjusted so that in terms of maximum air con- sumption through the respirator filters the amount of air coming through the gap will make up 2% of general consumption. The basic stage of the research involved the measurements of air consumption and rarefaction under the filtering half-mask for six head dum- mies. Their sizes corresponded to the parametric table for the selection of participants while test- ing the protective properties of respirators and checking their meeting the standard require- ments (Table 1). Thus, 5 closed tubes of various diameters, from 2.5 to 14 mm, were set between the half-mask and the human-face dummy; the half-mask was tigh- tened along the obturation line with the help of liquid silicone. That way, the air consumption and rarefaction under the filtering half-mask in the process of sequential opening of tubes were measured (Fig. 3). According to the results, a calibration curve of the interaction between the pressure difference Δр and the air consumption through the gap Qп was plotted. The standard de- viation of air consumption through the gap va- ried up to 3% of the average value — the dimen- sions are indicated in Table 1. The test stages are as follows: 1. Half-masks were mounted on head dummy sequentially. 2. As the vacuum micro manometer is connec- ted, the airflow consumption and the pressure difference are measured in terms of inhalation for Fig. 3. Respirators for the tests Lepestok Fig. 2. Determination of leakages through the gaps (res- pirators of standart type): 1 — respirator; 2 — head dummy; 3 — air outlet ports; 4 — piston pump 4 1 2 3 Table 1 Sizes of Head Dummies Used While Testing Face height, mm Face width, mm 129—139 (zone 1) 140—145 (zone 2) 146—155 (zone 3) 136—126 — 1 (2) — 125—116 1 (1)* 1 (3) 1 (4) different head positions (the figures indicate the positions of head dummy while testing: 1 — stan- dard position of the dummy; 2 — the dummy lies on its right side; 3 — the dummy lies on its left side; 4 — the dummy is turned backward; 5 — the dummy leans forward). After that, the closed tubes of various diame- ters are mounted between the half-mask and the dummy along the obturation line. 3. The obturation line is tightened with the help of liquid silicone. 50 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2018, 14 (3) Golinko, V.I., Cheberiachko, S.I., and Yavorska, O.O. 4. The initial half-mask resistance at an air con- sumption of 95 l/min with the closed tubes is measured. 5. The tubes are opened sequentially, with the under-mask rarefaction Δр measured. 6. According to the obtained data, the depen- dence of pressure difference Δр on air consump- tion through the gaps Qп and filters Qп is found (Fig. 4, 5); 7. Taking into consideration the calibration curves, Kр , Ku , and Kz characterizing the insula- ting and protective properties of the respirator are calculated. The calculation stages are as follows: 1. Kр is calculated as index of the insulating properties of the respirator taking into account the obtained calibration curve and air con- sumption. 2. According to DSTU EN 149, the penetra- tion coefficient of the filtering material used to manufacture filters for the second protective class respirators is taken to be, at most, 6% at an air con- sumption of 95 l/min. 3. The coefficient of suction through the gap along the obturation line is calculated according to the formulas [12] ηn = 1 – 5.5k2/3 + 3.77k, at k < 0.009, ηn = 0.819exp (–11.5k) + 0.0975exp (–70.1k), at k > 0.009, where k = ; L is the tube length (being equal to 15 mm while testing), m; D is the coefficient of diffusion (1.46 · 10–5 m2/s); and Ql is air consump- tion through a tube, m3/s. RESULTS OF THE RESEARCH Table 2 shows the measured values of pressure difference for Lepestok-type respirator and vari- ous dummies. Table 3 shows the results of air consumption calculations along the obturation line according to the formula (6). According to DSTU EN 149, the penetration coefficient of the filtering mate- rial used to manufacture filters for the second protection class respirators should not exceed 6 % at an air consumption of 95 l/min. The coefficient of suction through the gap along the obturation line can be calculated using the formulas [13]. Table 4 gives the values of the calculated coef- ficients of air consumption, insulation, and pro- tection of respirators. DISCUSSION OF THE RESULTS Fig. 4 represents the relation between the air consumption through the gaps and the pressure difference for the filtering half-mask of Lepestok type. Each point in the graph is the value of five measurements. While using the approximation of the obtained results, we have got coefficient а re- quired to determine the consumption of air pene- Fig. 4. Calibration line of the relation of pressure difference Δр and air consumption through the gap Qп for the filtering half-masks of Lepestok type A ir s uc ti on , m l/ m in 1600 Pressure diference, Pa 0 800 400 60 65 70 75 80 1200 Qп = 105 (80 – Δр) Fig. 5. Calibration line of the relation of pressure difference Δр and air consumption Qо through the filtering half-mask of Lepestok type P re ss ur e di fe re nc e, P a Air suction, ml/min 80 0 40 20 20 40 60 80 100 60 Δр = 0.836Qо DL Ql 51ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2018, 14 (3) Evaluation of the Protective Properties of Filtering Half-Masks by Measuring Pressure Difference Table 2 Values of Pressure Difference within Lepestok Type Respirators Mounted on Dummies Number of zone Number of dummy Pressure difference within the respirator for various head dummy positions, Δр, Pa 1 2 3 4 5 Average 1 1 72 70 73 73 72 72.0 ± 1.0 2 2 74 71 72 73 73 72.6 ± 0.9 3 73 75 72 74 73 73.4 ± 0.9 4 74 76 76 74 75 75.0 ± 0.8 3 5 70 71 73 71 72 71.4 ± 0.9 6 68 71 70 71 71 70.2 ± 1.1 AVERAGE 71.7 ± 2.0 72.3 ± 2.1 72.7 ± 1.3 72.7 ± 1.1 72.7 ± 1.0 Table 3 Relation between the Pressure Difference and the Suction within the Half-Masks Number of dummy Average pressure difference within the half-mask fixed air-tightly on dummy, Δр, Pa Average pressure difference for the half-masks on dummies, Δр, Pa Air consumption along the obturation line Qп, ml/min 1 80.1 ± 0.8 72.0 ± 1.0 840 2 72.6 ± 0.9 777 3 73.4 ± 0.9 693 4 75.0 ± 0.8 525 5 71.4 ± 0.9 903 6 70.2 ± 1.1 1029 Table 4 Calculations of Insulation and Protection Coefficients for the Lepestok-Type Respirators Number of dummy Air consumption along the obturation line Qп, ml/min Equivalent diameter of hole along the obturation line, d, mm Coeffi- cient of con- sumption Кр Coeffi- cient of insula- tion Кu Coeffi- cient of protec- tion Кz 1 840 3.0 1.1 1.1 34.2 2 777 2.5 1.2 1.2 35.9 3 693 2.0 1.4 1.4 38.3 4 525 1.8 1.9 1.9 44.1 5 903 3.2 1.0 1.0 32.5 6 1029 3.5 0.9 0.9 29.6 trating through the half-mask gaps (the half-mask is on head dummies). It should be noted that the calibration graph is necessary for each type of filtering half-masks as they can differ in their filter resistance, which considerably affects the suction. The experiment results indicate that in the cases of 5 and 6, the respirator has demonstrated the worst results. It shows that if the head size is rather large, it is hard to provide the required in- sulating properties along the obturation line. One of the possible reasons is the necessity of indivi- dual assembly of Lepestok respirator as it is avai- lable in the form of “semi-finished product”. It is rather difficult to assemble the respirator pro per- ly without adequate training. In most cases, the user does not pay attention to the arrangement of folds along the perimeter of obturator; that re- sults in the formation of additional channels for unfiltered air suction (Fig. 6). The conclusion also confirms the test results for the insulating and protective properties of frame Snezhok-type respirator which final calculation is presented in Table 5. The analysis of obtained data demonstrates comparatively similar results; in our opinion, this tells about fewer gaps formed along the obtura- tion line. Similar conclusions have been made in [14]. The research shows that the respirator of Le- 52 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2018, 14 (3) Golinko, V.I., Cheberiachko, S.I., and Yavorska, O.O. Fig. 6. Arrangement of corrugations within the obturator of Lepestok-type filtering res pi- rators in terms of correct (a) and incorrect (b) assembly pestok type provides the stated level of protec- tion only for 70% of the testees. The authors pointed out the importance of proper respirator preparation. It appeared that the further tests showed better results. It should be noted that those testees learnt how to assemble the respira- tor correctly and to fix it on their faces. Atten- tion was paid to a uniform arrangement of the obturator folds along the perimeter of assembled respirator, to a proper fit between the metal car- rier and the nasal bridges, and to positioning of main-set strings on the back of their heads. Sum- ming up the carried out studies, the authors em- phasize that the protective level of Lepestok- type respirator depends mostly upon the level of user’s preparation and training. It should be mentioned that according to DSTU EN 529:2006 “Recommendations on the selection, use, and maintenance of RPD” ap- proved by Resolution No.179 of 29.06.2006 of the Cabinet of Ministers of Ukraine “On the appro- val and cancellation of the national standards of Ukraine”, which came into effect since 01.10.2007, it is required to have obligatory tests for the ade- quacy of each selected RPD protection. Conse- quently, as a result of RPD testing under working conditions, each worker can ask his/her employer to replace one respirator for another to have the required protection level. The proposed method may be applied as alter- native to costly tests of protective properties of respirators in terms of special-purpose test aero- sols. It is convenient for preliminary evaluation of the protective properties of filtering half-masks in order to prevent using low-quality RPD while carrying out human tests in special-purpose chambers. Moreover, one of the areas is the trai- ning of workers how to use RPD properly under working conditions. It is of special importance in the case of Lepestok-type respirators. According to DSTU EN 529:2006, the procedure of training is compulsory; its organization is a mandatory condition for high-quality respiratory protection of workers while using the proposed method. The following results have been obtained from the research:  A calibration line of the relation between pres- sure difference Δр and air consumption through the gap Qп for the filtering half-masks of Lepe- stok-type has been plotted;  Dependence of the protection coefficient upon the insulation coefficient for the Lepestok-type respirators has been determined;  The protection coefficient has been proved to be directly proportional to the consumption coefficient and inversely proportional to the resistance coefficient of filtering materials;  The filtering half-masks of Lepestok type have been found to have a considerably lower coef- ficient of protection as compared with the Sne- zhok half-masks; Table 5 Calculation Results of Insulation and Protection Coefficients for the Snezhok-Type Respirators Number of dummy Air consumption along the obturation line Qп, ml/min Equivalent diameter of hole along the obturation line, d, mm Coeffi- cient of con- sumption Кр Coeffi- cient of insula- tion Кu Coeffi- cient of protec- tion Кz 1 315 1.3 2.0 5.1 80 2 210 0.9 3.1 7.2 115 3 210 0.9 3.1 7.2 115 4 315 1.3 2.0 5.1 80 5 315 1.3 2.0 5.1 80 6 420 1.5 1.5 4.3 65 a b 53ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2018, 14 (3) Evaluation of the Protective Properties of Filtering Half-Masks by Measuring Pressure Difference  The main reason for the degradation of protec- tive properties, i.e. the complexity of uniform arrangement of folds along the obturation line, has been substantiated;  It has been proved that the method may be used to train the workers how to use RPD properly at the production site, according to DSTU EN 529:2006. REFERENCES 1. Prechistenskii, S. А. (1961). Radioaktivnyie vybrosy v atmosferu. Proektirovaniie ustanovok dlia ochistki vybrosov ot aerozolei i gazov. Moskva. 2. Ogorodnikov, B. I. (1973). Ulavlivamiie radioaktivnykh aerozolei voloknistymi filtruiushchimi materialami. Moskva. 3. Ogorodnikov, B. I. (2006). Radioaktivnyie aerozoli obiekta “Ukrytiie” (obzor): Ch. 5. Sredstva ulavlivaniia i analiza aerozolei. Radioaktivnyie aerozoli v liogkikh. Chernobyl. 4. Nancy Bollinger, M. S. (2004). NIOSH Respirator Selection Logic. Columbia Parkway Cincinnati. 5. Luinenburg, D. M., Mullins, E. Н., Danisch, S. G., Nelson, T. J. (2003). Evaluation of a Quantitative Fit Testing Method for N95 Filtering Facepiece Respirators. American Industrial Hygiene Association Journal, 64(4), 480—486. 6. Zhuang, Z., Coffey, C. C., Jensen, P. A., Campbell, D. L., Lawrence, R. B., Myers, W. R. (2004). Correlation Between Quantitative Fit Factors and Workplace Protection Factors Measured in Actual Workplace Environments at a Steel Foundry. American Industrial Hygiene Association Journal, 64(6), 730—739. 7. Holton, P. M., Tackett, D. L., Willeke, K. (1987). Particle Size-Dependent Leakage and Losses of Aerosols in Respirators. American Industrial Hygiene Association Journal, 48(10), 848—854. 8. Patricia, M. H., Willeke, K. (1987). The Effect of Aerosol Size Distribution and Measurement Method on Respirator Fit. American Industrial Hygiene Association Journal, 48(10), 855—860. 9. Coffey, C. C., Lawrence, R. B., Zhuang, Z., Campbell, D. L., Jensen, P. A., Myers, W. R. (2002). Comparison of five methods for fit—testing N95 filtering—facepiece respirators. Appl. Occup. Environ. Hyg., 17, 723—730. 10. Kaptsev, V. А., Chirkin, А. V. (2015). Ob otsenke effektivnosti sredstv individualnoi zashchity organov dykhaniia. Bezopasnost v tekhnosfere, 5, 7—14. 11. Han, D., Xu, M., Foo, S., Pilacinski, W., Willeke, K. (1991). Simplified Pressure Method for Respirator Fit Testing. American Industrial Hygiene Association Journal, 52(8), 305—308. 12. Janssen, L. L., Luinenburg, M. D., Mullins, H. E., Nelson, T. J. (2002). Comparison of Three Commercially Available Fit-Test Methods. American Industrial Hygiene Association Journal, 63(6), 762—767. 13. Hinds, W. C. (1987). Performance of dust respirators with facial seal leaks experimental. American Industrial Hygiene Association Journal, 48, 836—842. 14. Carpenter, D. R., Willeke, К. (1988). Noninvasive, Quantitative Respirator Fit Testing through Dynamic Pressure Measurement. American Industrial Hygiene Association Journal, 49(10), 485—491. Received 23.11.17 В.І. Голінько, С.І. Чеберячко, О.О. Яворська Державний вищий навчальний заклад «Національний гірничий університет», просп. Д. Яворницького, 19, Дніпро, 49600, Україна, +380 56 744 7339, rector@nmu.org.ua ОЦІНКА ЗАХИСНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ФІЛЬТРУЮЧИХ ПІВМАСОК ЗА ДОПОМОГОЮ ВИМІРЮВАННЯ ПЕРЕПАДУ ТИСКУ Вступ. Важливою характеристикою респіратора є здатність його напівмаски захищати органи дихання від різ- номанітних забруднень в атмосфері за рахунок щільного прилягання до обличчя. Проблематика. Одним з низьковартісних і простих методів альтернатив діагностики захисних властивостей напівмасок за допомогою спеціальних тест-аерозолів є підтримання постійного перепаду тиску під маскою. Він базу- ється на визначенні кількості повітря, що підсмоктується через щілини, при створенні розрядження у підмасочному просторі. Однак, немає рекомендацій щодо можливостей цього методу в оцінюванні ізолюючих властивостей легких фільтруючих напівмасок, з-під яких не можна відкачати повітря. Мета. Розробити спрощений метод оцінювання захисних властивостей напівмасок з використанням вимірю- вання ступеню розрідження повітря під фільтрувальною напівмаскою, який дозволяє встановити її ізолюючі власти- вості та коефіцієнт захисту. 54 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2018, 14 (3) Golinko, V.I., Cheberiachko, S.I., and Yavorska, O.O. Матеріали й методи. Коефіцієнт захисту респіратора можна оцінити за кількістю повітря, що проходить через фільтруючий матеріал і щілини з відомим коефіцієнтом проникнення і підсосу. Останній обчислюється як коефі- цієнт аспірації в щілину відомої довжини. Витрати повітря визначаються експериментально за різницею тисків між герметично розташованою напівмаскою на манекені та розташованими по її периметру обтюрації трубочками з відо- мим діаметром. Результати. Побудована калібрувальна шкала взаємозв’язку перепадів тиску і витрат повітря через зазор для фільтруючих напівмасок. Розраховано коефіцієнти ізоляції та захисту респіраторів типу «Лепесток». Встановлено, що коефіцієнт захисту прямопропорційно залежить від співвідношення витрат повітря через фільтр і щілини між обличчям і напівмаскою по смузі обтюрації. Висновки. Доведено, що метод визначення захисних властивостей фільтруючих напівмасок вимірюванням пе- репадів тиску можна використовувати як альтернативу високовартісній діагностиці якості засобів індивідуального захисту органів дихання, а також застосовувати при підборі та навчанні працівників правильній експлуатації респі- раторів на виробництві відповідно до вимог ЕN 529: 2006. Ключові слова : концентрація шкідливих речовин, коефіцієнт проникнення, витрата повітря, захисні власти- вості, фільтрувальна напівмаска. В.И. Голинько, С.И. Чеберячко, Е.А. Яворская Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет», просп. Д. Яворницкого, 19, Днепр, 49600, Украина, +380 56 744 7339, rector@nmu.org.ua ОЦЕНКА ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ФИЛЬТРУЮЩИХ ПОЛУМАСОК С ПОМОЩЬЮ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ Введение. Важной характеристикой респиратора является способность его полумаски ограждать органы дыха- ния от различных загрязнений атмосферы за счет плотного прилегания к лицу. Проблематика. Одним из недорогих и простых методов альтернативой диагностики защитных свойств полума- сок с помощью специальных тест-аэрозолей является поддержание постоянного перепада давления под маской. Он основан на определении количества подсасываемого воздуха через зазоры при создании разряжения в подмасочном пространстве. Однако, нет рекомендаций о возможности оценить с помощью этого метода изолирующие свойства легких фильтрующих полумасок, из-под которых нельзя откачать воздух. Цель. Разработать упрощенный метод оценки защитных свойств полумасок с использованием измерения раз- режения воздуха под фильтрующей полумаской, позволяющий установить ее изолирующие свойства и коэффи- циент защиты. Материалы и методы. Коэффициент защиты респиратора можно оценить по количеству проходящего воздуха через фильтрующий материал и зазоры с известным коэффициентом проникания и подсоса. Последний вычисляется как коэффициент аспирации в щель известной длины. Расходы воздуха определяются экспериментально по разнос- ти давления между герметически расположенной полумаской на манекене и с расположенными по ее периметру об- тюрации трубочками с известным диаметром. Результаты. Построена калибровочная шкала взаимосвязи перепада давления и расхода воздуха через зазор для фильтрующих полумасок. Рассчитаны коэффициенты изоляции и защиты респираторов типа «Лепесток». Установ- лено, что коэффициент защиты прямопропорционально зависит от соотношения расходов воздуха через фильтр и зазоры между лицом и полумаской по полосе обтюрации. Выводы. Доказано, что метод определения защитных свойств фильтрующих полумасок по измерению перепа- дов давления можно использовать как альтернативу дорогостоящей диагностике качества средств индивидуальной защиты органов дыхания, а также использовать при подборе и обучении работников правильной эксплуатации рес- пираторов на производстве в соответствии с требованиями ЕN 529:2006. Ключевые слова : концентрация вредных веществ, коэффициент проникания, расход воздуха, защитные свойст- ва, фильтрующая полумаска.

Evaluation оf the Protective Properties of Filtering Half-Masks by Measuring Pressure Difference

Institution

Similar Items