一种移动式的压缩空气快速充气装置的制造方法

一种移动式的压缩空气快速充气装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于移动式压缩空气快速充气技术领域，具体涉及一种移动式的压缩空气快速充气装置，它是一种给正压式空气呼吸器气瓶等超过常压设备进行压缩空气快速充气的装置。
【背景技术】
[0002]正压式空气呼吸器依靠空气气瓶提供清洁空气供人员呼吸，用于保护人员呼吸器官、眼睛、面部避免受到化学、生物等危险物质的伤害，避免吸入放射性沾染空气对人员的伤害，适用于核化生污染程度严重、污染源种类不明或环境缺氧等现场中使用。正压式空气呼吸器是当前国际上进行个人隔绝式呼吸防护主要装备，由于正压式空气呼吸器具有正压供气、呼吸舒适、安全可靠、着装快捷、操作简单等优点，在某些场合将逐渐取代防毒面具、生氧式呼吸防护装具等传统防护装备，使用具有广泛的场合。
[0003]制约空气呼吸器使用的一个重要瓶颈问题，就是供人员呼吸使用的压缩空气气源的供给问题。以往人员使用的充气方法，是依靠设在固定场所的空气压缩机充气，使压缩空气充填装置给呼吸器的气瓶充气。但随着现场使用空气呼吸器的数量和频率不断增加，为了保证整体工作的顺利进行，后方保障部队运用传统的方法对用尽呼吸气体的空气呼吸器气瓶充气，显然已不适应一些应急救援工作的需要，限制了空气呼吸器这种个人防护装备的使用。为此，有些单位将空气压缩机，搬至野外进行充气。当前国内外有对各类充气泵的研宄，有对天然气供气系统的改进，致力于提高系统的安全可靠性研宄等等。在国外和国内城市消防救援中使用的大型移动式车载消防充气装备，较好地解决了现场供气问题。但是其造价昂贵、使用成本高等缺点，并不适用于小型机动救援和野外执行任务对空气呼吸器充气实际需求。
[0004]发明人在实现本实用新型的过程中发现现有技术的缺陷在于:
[0005]在执行应急救援任务时，野外现场给空气呼吸器充气对充气效率提出了很高的要求，需要空气呼吸器每个气瓶在较短时间内充好、在一段时间内可以充多个气瓶并且气瓶内空气质量较好。而当前情况，压缩空气充气设备为每只气瓶^.8L)的充气时间一般在8分钟左右。在充气过程中会产生热量，对充气气瓶有影响，并且长时间工作设备过热，一般采取连续工作I小时后正常停机冷却10-20分钟。这些影响了充气的效率。
[0006]为满足在野外现场一段时间内给空气呼吸器气瓶充气效率高，需进一步解决两个主要问题:一是在保证安全和气瓶使用寿命前提下给每个气瓶充气时间尽可能短。二是在一定时间内使充气设备持续工作时间延长，可以充多个气瓶。同时要考虑其造价费用和使用成本不高、适于小型机动救援和野外行动等特点。目前未见较好地解决方案。
[0007]为了提高野外应急救援现场对空气呼吸器充气的效率，进一步高效保障空气呼吸器使用，野外移动式的压缩空气充气必须遵循快速、低耗、安全、高效的原则，这也是本实用新型的【背景技术】要求。
[0008]本实用新型适用于野外应急救援现场对空气呼吸器快速、安全、高效的充气。【实用新型内容】
[0009]本实用新型的技术解决问题:克服现有野外充气对应急现场快速充气的不足，提高充气效率，解决空气呼吸器每个气瓶在较短时间内充好、在一段时间内可以充多个气瓶的问题。发明一种安全高效的野外快速充气装置。
[0010]本实用新型的技术方案:
[0011](一)具体解决思路
[0012]针对问题一，如何解决单个气瓶充满高压气体时间尽可能短。分析当前实际情况是利用空气压缩机充气，对常压空气进行逐级压缩，使空气呼吸器气瓶内空气达到30MPa压力，并充满气瓶容量。设其单个气瓶充满气的时间为T，将常压气体压缩到30MPa气体的压缩时间为Tl，填充满气瓶容量的30MPa气体的填充时间为T2，即T = T1+T2。经实验研宄，在针对给单个气瓶充气时间尽可能短的约束条件下，采用等压对流补气的方法，将装有30MPa压力的压缩空气直接充给气瓶，省略Tl时间，达到单个气瓶充满气时间只需填充时间为T2，做到时间尽可能短。即采用容量大的高压储气瓶组可直接给碳纤维气瓶“灌充”，相当于充气机提前工作。
[0013]针对问题二，如何在一段时间内充多个气瓶。由于在快速充气过程中压力变化会使气瓶产生热量，为保证安全和气瓶使用寿命，我们要控制气瓶充气时的温度变化。当前长时间工作设备过热，一般采取连续工作I小时后正常停机冷却10-20分钟。采取减少停机冷却时间，延长设备工作时间，同时给多个气瓶同时充气，真正实现快速充气。
[0014]由以上可知，充气效率高的充气系统应为:大排量充气机+大容量的储气瓶组+充气机不间断的工作。
[0015]经对快速充气过程进行实验研宄和数值仿真，快速充气时由于充气过程中的温度效应同时影响气瓶的使用温度限制和充气率，因此在缩短充气时间的同时如何控制温度效应就成为提高充气效率并确保气瓶安全的关键。实验表明提高气源压力虽然会增大充气率，但增大加了运行成本。提高充气率和增加气源储气体积之间有一个成本分析最优值，这需要针对具体情况分析。
[0016]运用变质量系统热力学和气体动力学理论研宄了密闭容器快速充气过程中管路内流体的流动规律和密闭容器温度变化规律。设初始时刻，容器内的气体参数为P1、Tl、ml。打开阀门，充气t时间后，容器内气体参数为pt、Tt、mt。当充气系统本身确定后，充气前后温度的变化与pt/pl有关，与容器本身的大小无关。这是因为从物理本质上可以把充气过程理解为对原在容器中的气体进行绝热压缩，以及与充入气体相混合这两个过程的综合结果。实验表明快速充气过程中的温度显著变化主要出现在开始阶段，说明只要减弱开始阶段的温度效应就可以控制整个充气过程中的温度效应。
[0017]具体措施:一是控制充气实际压力比的下降趋势，即使气源压力阶梯式变化，可以有效地避免由“压力浪费”造成的容器温升，从而使容器温度较无控情况下大幅下降。二是通过散热降温。为此采用控制各设备温度升幅的方法，减少停机冷却时间，延长设备工作时间，同时给多个气瓶同时充气，真正实现快速充气。
[0018](二)具体方案
[0019]I)本实用新型一种移动式的压缩空气快速充气装置，该装置由移动载体、供电部分、高效充气机(含过滤系统)、降温部分、高压储气装置、控制管路、防爆箱及被充气装置配套设备组成；它们之间的位置连接关系是:移动载体为车辆底盘或拖车底盘；供电部分与高效充气机和降温部分相连；高效充气机通过控制管路与高压储气装置相连；高压储气装置通过控制管路与被充气装置配套设备相连；高效充气机通过控制管路也与被充气装置配套设备相连；充气装置配套设备装在防爆箱内。
[0020]所述移动载体用于装载该装置的其余部分，可为车辆底盘后部分或拖车底盘。
[0021 ] 所述供电部分提供装置运转所需电源，一般为柴油发电机。
[0022]所述高效充气机(含过滤系统)用于将空气压缩、降温、过滤成合格的压缩空气填充到高压碳纤维瓶。
[0023]所述降温部分包括风扇、雾化喷头及进水装置等。雾化喷头在风扇出气口的上方，出气口对准充气机机体、高压储气装置。通过风扇吹起喷头雾化的水形成微细的水帘和风对设备进行散热，起到降温的效果。
[0024]所述高压储气装置为装有高压空气的不同容量的储气瓶组成。
[0025]所述控制管路包括压力表、压力变送器、输出阀、放气阀、充气阀、排气阀、截止阀等。
[0026]所述防爆箱是用于为被充气气瓶提供防护，防止气瓶爆炸的箱式装置。
[0027]所述被充气装置配套设备是用于在充气时固定被充气气瓶，可方便拿取被充气气瓶的辅助装置。
[0028]2) 一种移动式的压缩空气快速充气方法，该方法具体步骤如下:
[0029]步骤一:提前给高压储气瓶充满高压气体。将高效充气机与高压储气瓶连接，提前给高压储气瓶充满高压气体。高压储气瓶为装有高压空气的多个较大容量的储气瓶串并联组成。高效充气机给高压储气瓶采用循环式补气，即充完一个被充气气瓶再充下一个被充气气瓶。具体流程见图1。
[0030]步骤二:高压储气瓶采用近似等压对流补气的方法对被充气气瓶充气。将高压储气瓶与被充气气瓶连接，采用近似等压对流补气的方法，将高压储气瓶的气体直接快速充向被充气气瓶。其中高压储气瓶内气体压力略高于被充气气瓶最终所需压力。
[0031]步骤三:高压储气瓶与多个被充气气瓶采用并联结构充气。当给多个需要被充气气瓶充气时，高压储气瓶与被充气气瓶采用并联结构进行多个被充气气瓶充气。当高压储气瓶的一个储气瓶压力不足时，控制管路马上切换到另一个高压储气瓶给被充气气瓶充气。
[0032]步骤四:当高压储气瓶所有储气瓶内压力都低于被充气 气瓶的标准气压时，控制管路切换到高效充气机直接给被充气气瓶充气。高效充气机与被充气气瓶为并联结构，同时充气给多个被充气气瓶。
[0033]步骤五:高效充气机工作时，利用风冷水雾降温方法，对所有设备进行散热，出气口朝向工作设备，同时依靠风扇运转形成向设备舱方向的空气流，可达到净化设备舱内空气质量和为设备降温延长工作时间的目的。
[0034]步骤六:为控制温度效应，高效充气机给高压储气瓶充气和高压气体向空容器充气时，采用调压控温方法，通过控制管路的节流阀控制开始阶段的充气质量的流量(或在充气装置前面串联一小容量高压气瓶)，以降低开始阶段压力快速变化从而达到减小充气中的整体温度的快速升高。
[0035]优点及功效:本实用新型一种移动式的压缩空气快速充气装置。由于使用储气供气一体化、排气通风、雾化风冷降温、调节压力控温等技术，通过此方法进行充气，可实现野外对充气装置的快速充气，比单独利用充气机充气效率提高5-7倍以上，达到充气更高效，安全，还可净化狭小空间充气的空气质量。
[0036]此发明将提高我国呼吸道防护装备的技术保障水平，小型移动充气装置满足了轻型、机动、快速现场保障的需要，大幅提高空气呼吸器在我国野外现场使用的范围和频率，可满足新阶段核化生应急救援、反核生化恐怖等核生化应急行动中人员的呼吸安全，适用于小型机动救援和野外作战，适于我国国情和野外对空气呼吸器充气的实际需要，其军事效益、社会效益突出。
【附图说明】
[0037]此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中:
[0038]图1:给高压储气装置充气方法流程图
[0039]图2:本实用新型的给空气呼吸器气瓶快速充气方法流程图
[0040]图3:本实用新型的快速充气装置组成示意图
[0041]图4:充气装置位置示意图
[0042]图中符号说明如下:
[0043]1、被充气气瓶
[0044]2、控制管路
[0045]3、高效充气机
[0046]4、高压储气瓶
[0047]5、风扇(箭头表示空气进气流向)
【具体实施方式】
[0048]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图2，对本实用新型实施例作进一步详细说明。
[0049]实施例1:
[0050]本实施例提供一种移动式的压缩空气快速充气装置。
[0051]其装置如图3、图4所示，主要组成由移动载体拖车底盘、供电部分、高效充气机3 (含过滤系统)、降温部分、至少2个高压储气瓶4的高压储气装置、控制管路2、防爆箱及被充气气瓶I等配套设备组成。
[0052]其工作原理为高效充气机3将外界空气压缩升压至0_30MPa后，通过控制管路2可分别输送至高压储气瓶4、被充气气瓶I。高压储气瓶4也可将压力30MPa的压缩空气通过控制管路2输送至被充气气瓶4。被充气气瓶4装在防爆箱内。
[0053]压力变送器可将压力信号转变为电信号传送给数显控制仪，放气阀用于工作结束后排除系统内余气。
[0054]其中:高效充气机4还包括过滤系统、排污、排气系统等。高效充气机4最大排气压力33MPa，排气量> 200L/min，风冷。高压储气瓶4的数量2只，单只高压储气瓶4水容积50L，额定压力30MPa。
[0055]实施例2:
[0056]本实用新型提供一种快速充气方法，以给6.8L空气呼吸器气瓶充气为实际例子，进行说明。具体实施为:见图1、图2，
[0057]1、用高效充气机3向车载储气瓶充气
[0058](I)打开操作面板上的高效充气机3的输出阀和高压储气瓶4管路阀，关闭其他阀门。
[0059](2)打开设备侧门，开启要充气的被充气气瓶I上的气瓶阀，启动高效充气机3即可向车载储气瓶内充气，压力到达30MPa后设备自动停机。即充满一个高压储气瓶4。
[0060](3)继续充气重复上述步骤，可充满其余高压储气瓶4。停机后，关闭被充气气瓶I上的气瓶阀，打开放气阀放掉系统内余气，依次打开高效充气机3上的排污阀排掉污水，将设备恢复至初始状态，工作结束。
[0061]2、用高压储气瓶4向被充气气瓶I充气
[0062](I)打开防爆箱门，取出充气软管，将被充气气瓶I连接在充气接头上，连接要可靠，打开气瓶阀和截止阀，关闭排气阀，将连接好的被6.8L的充气瓶放入箱内防爆筒中并关闭箱门。
[0063](2)开启车载储气瓶的瓶阀和控制面板上的储气瓶管路阀即可输出高压空气。可同时并联充2-4个6.8L的充气瓶。
[0064](3)工作结束后，关闭储气瓶瓶阀，排净系统内余气，将设备恢复至初始状态。
[0065]3、用高效充气机3向被充气气瓶I充气
[0066]当高压储气瓶4内压力低于被充气气瓶I所需压力时，启动高效充气机3向被充气气瓶I充气。
[0067](I)打开操作面板上的高效充气机3的输出阀和相应的充气阀，关闭其他阀门，启动高效充气机3即可向6.8L被充气气瓶I内充气，压力到达30MPa后设备自动停机。
[0068](2)停机后，取出被充气气瓶1，关闭被充气气瓶I的瓶阀和充气接头上的截止阀，打开充气接头上的排气阀排气，排气完毕后即可卸下被充气气瓶I。
[0069](3)继续充气重复上述步骤，充气完毕后打开放气阀，放掉系统内余气，依次打开高效充气机3上的排污阀排掉污水，将设备恢复至初始状态，工作结束。
[0070]在高效充气机3工作时，启动风冷雾化降温部分。利用风扇5加喷头雾化的水帘对所有设备进行散热，出气口朝向高效充气机3的机体、供电部分如柴油发动机机体、高压储气瓶4，同时依靠风扇5运转形成向设备舱方向的空气流，可达到净化设备舱内空气质量和为设备降温达到延长工作时间的目的。启动风扇5，依靠风扇5运转形成向设备舱方向的空气流，可同时达到净化设备舱内空气质量和为设备降温的目的，保证充气系统长时间连续工作。
[0071]在压缩高压气体向空容器充气时，控制部分通过节流阀控制开始阶段的充气质量的流量，以降低压力快速变化从而达到减小快速充气中的整体温度的升高。在充气开始前15s内(时间根据充气容量计算确定)控制部分通过节流阀由半开逐渐开置到最大，来控制充气质量流量从而达到被充气容器内压力的逐渐变化，就可减小快速充气中整体温度的升1? O
【主权项】
1.一种移动式的压缩空气快速充气装置，其特征在于:该装置由移动载体、供电部分、高效充气机、降温部分、高压储气装置、控制管路、防爆箱及被充气装置配套设备组成；移动载体为车辆底盘或拖车底盘；供电部分与高效充气机和降温部分相连；高效充气机通过控制管路与高压储气装置相连；高压储气装置通过控制管路与被充气装置配套设备相连；高效充气机通过控制管路也与被充气装置配套设备相连；充气装置配套设备装在防爆箱内；所述移动载体为车辆底盘后部分或拖车底盘； 所述供电部分为柴油发电机； 所述高效充气机将空气压缩、降温、过滤成合格的压缩空气填充到高压碳纤维瓶； 所述降温部分包括风扇、雾化喷头及进水装置； 所述高压储气装置为装有高压空气的不同容量的储气瓶； 所述控制管路包括压力表、压力变送器、输出阀、放气阀、充气阀、排气阀、截止阀； 所述防爆箱是防止气瓶爆炸的箱式装置； 所述被充气装置配套设备是用于在充气时固定被充气气瓶，方便拿取被充气气瓶的辅助装置。
【专利摘要】一种移动式的压缩空气快速充气装置，它由移动载体、供电部分、高效充气机、降温部分、高压储气装置、控制管路、防爆箱及被充气装置配套设备组成；移动载体为车辆底盘或拖车底盘承载其他部分在其上；供电部分与高效充气机和降温部分相连；高效充气机通过控制管路与高压储气装置相连；高压储气装置通过控制管路与被充气装置配套设备相连；高效充气机通过控制管路也与被充气装置配套设备相连；充气装置配套设备装在防爆箱内。本实用新型适用于小型机动救援和野外作战，适于我国国情和野外对空气呼吸器充气的实际需要，其军事效益、社会效益突出。
【IPC分类】F17C13-12, F17C13-08, F17C13-02, F17C5-06
【公开号】CN204611335
【申请号】CN201520096237
【发明人】张宏远, 刘桐, 李英松, 王颖辉, 李德红, 廖翰林, 沈庭云, 刘斌
【申请人】中国人民解放军防化学院
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年2月10日