一種移動式的壓縮空氣快速充氣裝置的制造方法

一種移動式的壓縮空氣快速充氣裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于移動式壓縮空氣快速充氣技術領域，具體涉及一種移動式的壓縮空氣快速充氣裝置，它是一種給正壓式空氣呼吸器氣瓶等超過常壓設備進行壓縮空氣快速充氣的裝置。
【背景技術】
[0002]正壓式空氣呼吸器依靠空氣氣瓶提供清潔空氣供人員呼吸，用于保護人員呼吸器官、眼睛、面部避免受到化學、生物等危險物質的傷害，避免吸入放射性沾染空氣對人員的傷害，適用于核化生污染程度嚴重、污染源種類不明或環境缺氧等現場中使用。正壓式空氣呼吸器是當前國際上進行個人隔絕式呼吸防護主要裝備，由于正壓式空氣呼吸器具有正壓供氣、呼吸舒適、安全可靠、著裝快捷、操作簡單等優點，在某些場合將逐漸取代防毒面具、生氧式呼吸防護裝具等傳統防護裝備，使用具有廣泛的場合。
[0003]制約空氣呼吸器使用的一個重要瓶頸問題，就是供人員呼吸使用的壓縮空氣氣源的供給問題。以往人員使用的充氣方法，是依靠設在固定場所的空氣壓縮機充氣，使壓縮空氣充填裝置給呼吸器的氣瓶充氣。但隨著現場使用空氣呼吸器的數量和頻率不斷增加，為了保證整體工作的順利進行，后方保障部隊運用傳統的方法對用盡呼吸氣體的空氣呼吸器氣瓶充氣，顯然已不適應一些應急救援工作的需要，限制了空氣呼吸器這種個人防護裝備的使用。為此，有些單位將空氣壓縮機，搬至野外進行充氣。當前國內外有對各類充氣泵的研宄，有對天然氣供氣系統的改進，致力于提高系統的安全可靠性研宄等等。在國外和國內城市消防救援中使用的大型移動式車載消防充氣裝備，較好地解決了現場供氣問題。但是其造價昂貴、使用成本高等缺點，并不適用于小型機動救援和野外執行任務對空氣呼吸器充氣實際需求。
[0004]發明人在實現本實用新型的過程中發現現有技術的缺陷在于:
[0005]在執行應急救援任務時，野外現場給空氣呼吸器充氣對充氣效率提出了很高的要求，需要空氣呼吸器每個氣瓶在較短時間內充好、在一段時間內可以充多個氣瓶并且氣瓶內空氣質量較好。而當前情況，壓縮空氣充氣設備為每只氣瓶^.8L)的充氣時間一般在8分鐘左右。在充氣過程中會產生熱量，對充氣氣瓶有影響，并且長時間工作設備過熱，一般采取連續工作I小時后正常停機冷卻10-20分鐘。這些影響了充氣的效率。
[0006]為滿足在野外現場一段時間內給空氣呼吸器氣瓶充氣效率高，需進一步解決兩個主要問題:一是在保證安全和氣瓶使用壽命前提下給每個氣瓶充氣時間盡可能短。二是在一定時間內使充氣設備持續工作時間延長，可以充多個氣瓶。同時要考慮其造價費用和使用成本不高、適于小型機動救援和野外行動等特點。目前未見較好地解決方案。
[0007]為了提高野外應急救援現場對空氣呼吸器充氣的效率，進一步高效保障空氣呼吸器使用，野外移動式的壓縮空氣充氣必須遵循快速、低耗、安全、高效的原則，這也是本實用新型的【背景技術】要求。
[0008]本實用新型適用于野外應急救援現場對空氣呼吸器快速、安全、高效的充氣。【實用新型內容】
[0009]本實用新型的技術解決問題:克服現有野外充氣對應急現場快速充氣的不足，提高充氣效率，解決空氣呼吸器每個氣瓶在較短時間內充好、在一段時間內可以充多個氣瓶的問題。發明一種安全高效的野外快速充氣裝置。
[0010]本實用新型的技術方案:
[0011](一)具體解決思路
[0012]針對問題一，如何解決單個氣瓶充滿高壓氣體時間盡可能短。分析當前實際情況是利用空氣壓縮機充氣，對常壓空氣進行逐級壓縮，使空氣呼吸器氣瓶內空氣達到30MPa壓力，并充滿氣瓶容量。設其單個氣瓶充滿氣的時間為T，將常壓氣體壓縮到30MPa氣體的壓縮時間為Tl，填充滿氣瓶容量的30MPa氣體的填充時間為T2，即T = T1+T2。經實驗研宄，在針對給單個氣瓶充氣時間盡可能短的約束條件下，采用等壓對流補氣的方法，將裝有30MPa壓力的壓縮空氣直接充給氣瓶，省略Tl時間，達到單個氣瓶充滿氣時間只需填充時間為T2，做到時間盡可能短。即采用容量大的高壓儲氣瓶組可直接給碳纖維氣瓶“灌充”，相當于充氣機提前工作。
[0013]針對問題二，如何在一段時間內充多個氣瓶。由于在快速充氣過程中壓力變化會使氣瓶產生熱量，為保證安全和氣瓶使用壽命，我們要控制氣瓶充氣時的溫度變化。當前長時間工作設備過熱，一般采取連續工作I小時后正常停機冷卻10-20分鐘。采取減少停機冷卻時間，延長設備工作時間，同時給多個氣瓶同時充氣，真正實現快速充氣。
[0014]由以上可知，充氣效率高的充氣系統應為:大排量充氣機+大容量的儲氣瓶組+充氣機不間斷的工作。
[0015]經對快速充氣過程進行實驗研宄和數值仿真，快速充氣時由于充氣過程中的溫度效應同時影響氣瓶的使用溫度限制和充氣率，因此在縮短充氣時間的同時如何控制溫度效應就成為提高充氣效率并確保氣瓶安全的關鍵。實驗表明提高氣源壓力雖然會增大充氣率，但增大加了運行成本。提高充氣率和增加氣源儲氣體積之間有一個成本分析最優值，這需要針對具體情況分析。
[0016]運用變質量系統熱力學和氣體動力學理論研宄了密閉容器快速充氣過程中管路內流體的流動規律和密閉容器溫度變化規律。設初始時刻，容器內的氣體參數為P1、Tl、ml。打開閥門，充氣t時間后，容器內氣體參數為pt、Tt、mt。當充氣系統本身確定后，充氣前后溫度的變化與pt/pl有關，與容器本身的大小無關。這是因為從物理本質上可以把充氣過程理解為對原在容器中的氣體進行絕熱壓縮，以及與充入氣體相混合這兩個過程的綜合結果。實驗表明快速充氣過程中的溫度顯著變化主要出現在開始階段，說明只要減弱開始階段的溫度效應就可以控制整個充氣過程中的溫度效應。
[0017]具體措施:一是控制充氣實際壓力比的下降趨勢，即使氣源壓力階梯式變化，可以有效地避免由“壓力浪費”造成的容器溫升，從而使容器溫度較無控情況下大幅下降。二是通過散熱降溫。為此采用控制各設備溫度升幅的方法，減少停機冷卻時間，延長設備工作時間，同時給多個氣瓶同時充氣，真正實現快速充氣。
[0018](二)具體方案
[0019]I)本實用新型一種移動式的壓縮空氣快速充氣裝置，該裝置由移動載體、供電部分、高效充氣機(含過濾系統)、降溫部分、高壓儲氣裝置、控制管路、防爆箱及被充氣裝置配套設備組成；它們之間的位置連接關系是:移動載體為車輛底盤或拖車底盤；供電部分與高效充氣機和降溫部分相連；高效充氣機通過控制管路與高壓儲氣裝置相連；高壓儲氣裝置通過控制管路與被充氣裝置配套設備相連；高效充氣機通過控制管路也與被充氣裝置配套設備相連；充氣裝置配套設備裝在防爆箱內。
[0020]所述移動載體用于裝載該裝置的其余部分，可為車輛底盤后部分或拖車底盤。
[0021 ] 所述供電部分提供裝置運轉所需電源，一般為柴油發電機。
[0022]所述高效充氣機(含過濾系統)用于將空氣壓縮、降溫、過濾成合格的壓縮空氣填充到高壓碳纖維瓶。
[0023]所述降溫部分包括風扇、霧化噴頭及進水裝置等。霧化噴頭在風扇出氣口的上方，出氣口對準充氣機機體、高壓儲氣裝置。通過風扇吹起噴頭霧化的水形成微細的水簾和風對設備進行散熱，起到降溫的效果。
[0024]所述高壓儲氣裝置為裝有高壓空氣的不同容量的儲氣瓶組成。
[0025]所述控制管路包括壓力表、壓力變送器、輸出閥、放氣閥、充氣閥、排氣閥、截止閥等。
[0026]所述防爆箱是用于為被充氣氣瓶提供防護，防止氣瓶爆炸的箱式裝置。
[0027]所述被充氣裝置配套設備是用于在充氣時固定被充氣氣瓶，可方便拿取被充氣氣瓶的輔助裝置。
[0028]2) 一種移動式的壓縮空氣快速充氣方法，該方法具體步驟如下:
[0029]步驟一:提前給高壓儲氣瓶充滿高壓氣體。將高效充氣機與高壓儲氣瓶連接，提前給高壓儲氣瓶充滿高壓氣體。高壓儲氣瓶為裝有高壓空氣的多個較大容量的儲氣瓶串并聯組成。高效充氣機給高壓儲氣瓶采用循環式補氣，即充完一個被充氣氣瓶再充下一個被充氣氣瓶。具體流程見圖1。
[0030]步驟二:高壓儲氣瓶采用近似等壓對流補氣的方法對被充氣氣瓶充氣。將高壓儲氣瓶與被充氣氣瓶連接，采用近似等壓對流補氣的方法，將高壓儲氣瓶的氣體直接快速充向被充氣氣瓶。其中高壓儲氣瓶內氣體壓力略高于被充氣氣瓶最終所需壓力。
[0031]步驟三:高壓儲氣瓶與多個被充氣氣瓶采用并聯結構充氣。當給多個需要被充氣氣瓶充氣時，高壓儲氣瓶與被充氣氣瓶采用并聯結構進行多個被充氣氣瓶充氣。當高壓儲氣瓶的一個儲氣瓶壓力不足時，控制管路馬上切換到另一個高壓儲氣瓶給被充氣氣瓶充氣。
[0032]步驟四:當高壓儲氣瓶所有儲氣瓶內壓力都低于被充氣