一种深潜呼吸器预混气瓶的气体浓度检测及补充系统 |
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| 申请号 | CN202311707268.4 | 申请日 | 2023-12-13 | 公开(公告)号 | CN117387000B | 公开(公告)日 | 2024-04-09 |
| 申请人 | 抚顺抚运安仪救生装备有限公司; | 发明人 | 李俊明; 杨东星; 李斌辉; 计伟; 关达雷; 刘岩; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种深潜呼吸器预混气瓶的气体浓度检测及补充系统，包括：预混气瓶，称重装置， 氧 气浓度分析仪，氧气气源瓶，氦气气源瓶，计算机；所述氧气浓度分析仪用于检测所述预混气瓶中混合气体的氧气浓度#imgabs0#；所述称重装置用于称量所述预混气瓶的总 质量 #imgabs1#；当氧气浓度#imgabs2#不在要求氧气浓度#imgabs3#的允许误差范围内时，若测量的氧气浓度#imgabs4#小于要求氧气浓度#imgabs5#，由所述计算机计算需要向所述预混气瓶补充氧气的质量#imgabs6#，并由所述氧气气源瓶补充质量为#imgabs7#的氧气，若测量的氧气浓度#imgabs8#大于要求氧气浓度#imgabs9#，由所述计算机计算需要向所述预混气瓶补充氦气的质量#imgabs10#，并由所述氦气气源瓶补充质量为#imgabs11#的氦气。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种深潜呼吸器预混气瓶的气体浓度检测及补充系统，其特征在于，包括：预混气瓶，称重装置，氧气浓度分析仪，氧气气源瓶，氦气气源瓶，计算机；其中，所述氧气浓度分析仪用于检测所述预混气瓶中混合气体的氧气浓度 ； |
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| 说明书全文 | 一种深潜呼吸器预混气瓶的气体浓度检测及补充系统技术领域背景技术[0002] 深潜呼吸器是深水、大规模、长期水下施工和打捞作业必需配备的潜水装备，作为唯一一种可使潜水员直接暴露于高压环境开展水下作业的个人潜水防护装备，深潜呼吸器已广泛应用于失事潜艇救援、海底施工作业、水下资源勘探、海洋科学考察等军事和民用领域。 [0003] 众所周知，在深海探索中，潜水员需要面对极大的压力环境，在潜水后若减压处理不当，极易发生减压病，减压病是由于高压环境作业后减压不当，体内原已溶解的气体超过了过饱和界限，在血管内外及组织中形成气泡所致的全身性疾病。为了保障潜水员的安全，减少减压病的发生，混合气开始被广泛应用于深水潜水，例如，2019年，法国潜水员下潜到马里亚纳海沟10928米深处，创造了人类深潜的纪录，这次潜水使用了氦氧混合气，成功避免了减压病的发生，证明了氦氧混合气在深潜水的安全性和有效性。混合气是一种按照一定比例混合的气体，在深水潜水中，由于氦气的分子较小，能够更好地穿过潜水员的身体组织，从而降低减压病的风险，氦气还能减少空气的密度，使潜水员能够更加轻松地在水下活动。同时，根据水下作业的实际环境，用户还会对混合气体中的氧气、氮气含量按要求进行调整，达到适应不同情况下潜水作业的要求。绝大多数的休闲潜水者所背的气瓶内是压缩空气，即氮气、氧气的比例近似79：21，经过一定训练的潜水者可以采用高氧空气，即氧气占32%。随着科技的发展，未来将开发出更加高效的气体混合比例，从而提高潜水员的安全性和舒适度。此外，随着深海探索领域的不断拓展，氮氦氧混合气在海洋资源开发、科学研究等方面也将发挥重要作用。 [0004] 混合气体的配比精度是保障潜水员安全、顺利完成深潜水工作的关键。作为深潜呼气器核心部件的深潜呼吸器气瓶需要进行配气和充气，在配气时，需要按照使用需求将相应比例的各种气体通入预混气瓶进行混合，然后进行充气，即：将预混气瓶中配制好的混合气体加压充装到深潜呼吸器气瓶中。 发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种深潜呼吸器预混气瓶的气体浓度检测及补充系统，以便在配气后对混合气体的浓度进行检测，对混合气体中少于浓度要求的气体进行补充，向呼气器气瓶进行充气之前，确保预混气瓶中混合气体具有较高的配比精度，进而保证呼气器气瓶产品的混合气体配比精度。 [0006] 为实现上述目的，本发明的技术方案如下： [0007] 一种深潜呼吸器预混气瓶的气体浓度检测及补充系统，包括：预混气瓶，称重装置，氧气浓度分析仪，氧气气源瓶，氦气气源瓶，计算机；其中， [0008] 所述氧气浓度分析仪用于检测所述预混气瓶中混合气体的氧气浓度 ； [0009] 所述称重装置用于称量所述预混气瓶的总质量 ； [0010] 当氧气浓度 不在要求氧气浓度 的允许误差范围内时，若测量的氧气浓度小于要求氧气浓度 ，由所述计算机按下式计算需要向所述预混气瓶补充氧气的质量 ，并由所述氧气气源瓶补充质量为 的氧气， [0011] [0012] 若测量的氧气浓度 大于要求氧气浓度 ，由所述计算机按下式计算需要向所述预混气瓶补充氦气的质量 ，并由所述氦气气源瓶补充质量为 的氦气， [0013] 上述式中， 为抽真空后且未充入所述混合气体前的所述预混气瓶的质量。 [0014] 进一步，所述深潜呼吸器预混气瓶的气体浓度检测及补充系统还包括控制设备，所述称重装置还用于监测所述预混气瓶的质量； [0015] 当向所述预混气瓶中补充氧气时，所述称重装置监测所述预混气瓶的质量为时，由所述控制设备控制停止向所述预混气瓶充入氧气； [0016] 当向所述预混气瓶中补充氦气时，所述称重装置监测所述预混气瓶的质量为时，由所述控制设备控制停止向所述预混气瓶充入氦气。 [0017] 进一步，所述深潜呼吸器预混气瓶的气体浓度检测及补充系统还包括氦气增压装置和氧气增压装置； [0018] 所述氧气增压装置用于将质量 氧气以第一压力范围充入所述预混气瓶中； [0019] 所述氦气增压装置用于将质量 氦气以第二压力范围充入所述预混气瓶中。 [0021] 进一步，所述氦气增压装置包括电动固体润滑升压泵，所述电动固体润滑升压泵用于将待充入所述预混气瓶的氦气升压。 [0022] 进一步，所述深潜呼吸器预混气瓶的气体浓度检测及补充系统还包括摇匀装置，所述摇匀装置用于将充入所述预混气瓶的混合气体摇匀。 [0023] 本发明深潜呼吸器预混气瓶的气体浓度检测及补充系统，对已充有混合气体的预混气瓶中的氧气浓度进行检测，当氧气浓度 不在要求氧气浓度 的允许误差范围内，通过称重装置测量预混气瓶质量，根据氧气浓度和预混气瓶的质量计算需要向预混气瓶中充入氧气的质量或充入氦气的质量，并向预混气瓶中补充入相应质量的氧气或相应质量的氦气。本发明的气体浓度检测及补充系统计算需要向预混气瓶中补充的氧气质量或氦气质量时，根据质量配比完成预混气瓶中相应气体的补充，使补气过程不受压力、温度等环境因素的影响，从而保证深潜呼吸器的预混气瓶中混合气体的配比精度。附图说明 [0024] 图1为本发明实施例提供的深潜呼吸器预混气瓶的气体浓度检测及补充系统示意图； [0025] 图中： [0026] 101—氦气气源瓶；102—氧气气源瓶；103—氦气气动泵；104—氧气气动泵；105、106—预混气瓶；107、108—称重装置；110—驱动气泵；111、112、113、114、115、116、117、 118、119、120—电磁阀；121、122—气动阀；123—氧气浓度分析仪；124—二级减压阀。 具体实施方式[0027] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的方案，下面结合本发明示例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例仅仅是本发明的一部分示例，而不是全部的示例。基于本发明中的示例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施方式都应当属于本发明保护的范围。 [0028] 在本实施方式的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于区别类似的对象，而不能理解为特定的顺序或先后次序，应该理解这样的使用在适当情况想可以互换。实施例 [0029] 如图1所示，本实施例提供了本发明一种深潜呼吸器预混气瓶的气体浓度检测及补充系统，包括：预混气瓶105、106，称重装置107、108，氧气浓度分析仪123，氧气气源瓶102，氦气气源瓶101，计算机（图中未示出）； [0030] 氦气气源瓶101用于为混合气体供应氦气，氧气气源瓶102用于为混合气体供应氧气。本发明的气体浓度检测及补充系统可同时向多个预混气瓶充入氦氧混合气体，本实施例的混合气体补充系统中具有两个预混气瓶105和106，称重装置107和108分别用于称量预混气瓶105和106的质量。 [0031] 氧气浓度分析仪123用于检测预混气瓶105、106中混合气体的氧气浓度 ； [0032] 称重装置107、108用于称量预混气瓶105、106的质量 （预混气瓶105和106分别称量 ）；称重装置107、108可采用电子测量装置，在整个补气过程中，电子测量装置可以实时检测预混气瓶105、106的质量。 [0033] 本实施例向预混气瓶补充气体的过程中，称重装置107、108分别用于实时检测预混气瓶105、106的质量，以40L的预混气瓶为例，抽真空状态下的质量为50kg左右，因此，用于称量质量的称重装置的称量范围需要达到60kg左右，质量称量精度越高，配气精度越高，需要称重装置的称量精度也得很高。那么，采用称量质量的方法配气必须选择一个测量范围大于等于60kg、称量精度高的测量装置。例如，称重装置称量范围为80kg、称量精度1g，完全满足配气的需要；再如，称重装置称量范围为120kg，精度达到1×30000e，检定分度值5g，氧气比重1.429g/L，按照40L/20MPa充装25%氧气计算，氧气的质量为2858g，电子天平精度为5g，因此，理论计算的称重误差为0.175%，满足称量范围和称量精度的要求。 [0034] 当氧气浓度 不在要求氧气浓度 的允许误差范围内时，若测量的氧气浓度小于要求氧气浓度 （深潜呼气器气瓶产品要求氧气浓度），由计算机按下列公式： [0035] [0036] [0037] 计算需要向预混气瓶补充氧气的质量 ，然后由氧气气源瓶向预混气瓶补充质量为 的氧气； [0038] 若测量的氧气浓度 大于要求氧气浓度 ，由计算机按下列公式： [0039] [0040] 计算需要向预混气瓶补充氦气的质量 ，然后由氦气气源瓶向预混气瓶补充质量为 的氦气； [0041] 上述公式中， 为抽真空后且未充入混合气体前的预混气瓶105、106的质量，其数值为已知， 为要求充入预混气瓶105、106中混合气体的质量， 为要求充入预混气瓶中氧气的质量。 [0042] 本实施例的气体浓度检测及补充系统还包括控制设备（图中未示出），并且，称重装置107、108还用于监测预混气瓶105、106的质量。 [0043] 当向预混气瓶105、106中补充氧气时，称重装置107、108监测预混气瓶105、106的质量为 时，控制设备控制停止向预混气瓶105、106充入氧气； [0044] 当向预混气瓶105、106中补充氦气时，称重装置107、108监测预混气瓶105、106的质量为 时，控制设备控制停止向预混气瓶105、106充入氦气。 [0045] 本实施例的气体浓度检测及补充系统还包括氦气增压装置和氧气增压装置； [0046] 氧气增压装置用于将质量 氧气以第一压力范围充入预混气瓶中，优选地，第一压力范围大于或等于2.5MPa； [0047] 氦气增压装置用于将质量为 氦气以第二压力范围充入预混气瓶中，优选地，第二压力范围大于或等于2.5MPa。 [0048] 本实施例的氧气增压装置包括氧气气动泵104和驱动气泵110，氧气气动泵104用于为待充入预混气瓶105、106的氧气升压，驱动气泵110用于为氧气气动泵104提供驱动气源。氧气气动泵104的工作动力为气体驱动，采用驱动气泵110供气，氧气气动泵104为气动增压泵，本身无电弧及火花，适合应用于易燃、易爆的场所，且输出压力稳定，产生的脉冲小，在对氧气进行增压时，具有更高的安全性。驱动气泵110为氧气升压提供驱动气源，本实施例的驱动气泵采用通用气体压缩机，具有达到0.8MPa压力停机功能。 [0049] 本实施例的氦气增压装置包括氦气气动泵103和驱动气泵110，氦气气动泵103用于为待充入预混气瓶105、106的氦气升压，驱动气泵110用于为氦气气动泵103提供驱动气源。驱动气泵110能够稳定地驱动氦气气动泵103对氮气进行增压。 [0050] 本实施例的驱动气泵110还用于为气动阀121、122提供驱动气体。 [0051] 在其他实施方式，氦气增压装置包括电动固体润滑升压泵，电动固体润滑升压泵用于将待充入预混气瓶105、106的氦气升压。 [0052] 在本实施例中，氧气浓度分析仪123与二级减压阀124连接，在检测完预混气瓶105、106中的氧气浓度后，二级减压阀124用于调节和释放氧气浓度分析仪123中的气体，以调节氧气分析仪的压力。 [0053] 需要注意的是，在采用发明的气体浓度检测及补充系统进行混合气体浓度的检测和补充气体之前，不限预混气瓶中混合气体采用何种方式充入，预混气瓶中混合气体的种类包括但不限于：氦氧混合气体，氮氦氧混合气体。 [0054] 本实施例深潜呼吸器预混气瓶的气体浓度检测和补充系统的工作过程可以是： [0055] 采用氧气浓度分析仪123分别检测预混气瓶105和106的混合气体中氧气的浓度，开启电磁阀117、119和气动阀121，氧气浓度分析仪123检测预混气瓶105中氧气的浓度，关闭电磁阀117、119和气动阀121，开启电磁阀118、119和气动阀122，氧气浓度分析仪123检测预混气瓶106中氧气的浓度，关闭电磁阀118、119和气动阀122，分别得到预混气瓶105和106的氧气浓度 ，若氧气浓度 符合要求氧气浓度 允许误差范围，说明相应预混气瓶中的混合气体配比精度是合格的，此时，不需要向该预混气瓶补充气体；否则，需要采用称重装置107和108分别称量预混气瓶105和106的质量 ；利用计算机计算需要向预混气瓶105和106中补充氧气的质量 或者补充氦气的质量 ；例如，需要向预混气瓶105中补充质量 的氧气，需要向预混气瓶106中补充质量 的氦气，补充的过程可以是： [0056] （1）向预混气瓶105中补充质量 的氧气：开启电磁阀112和116，使氧气气源瓶102中的氧气通过管路进入到氧气气动泵104，利用驱动气泵110为氧气气动泵104提供驱动气体，以便对氧气进行增压，将氧气增压至大于或等于2.5 MPa，开启电磁阀114、117和气动阀121，将增压后的氧气充入预混气瓶105中，当称重装置107称量预混气瓶105的质量为预混气瓶105质量 与补充氧气的质量 之和时，关闭电磁阀114、117和气动阀121，停止向预混气瓶105充入氧气，得到符合氦氧浓度配比要求的混合气体；关闭预混气瓶105上的瓶阀，开启电磁阀114和120，释放补充系统中氧气气动泵104和管路中多余的气体，以保证该气体浓度检测及补充系统能够持续安全使用，并不影响向预混气瓶106中补充气体的纯度。 [0057] （2）向预混气瓶106中补充质量 的氦气：开启电磁阀111和115，使氦气气源瓶101中的氦气通过管路进入到氦气气动泵103，利用驱动气泵110为氦气气动泵103提供驱动气体，以便对氦气进行增压，将氦气增压至大于或等于2.5 MPa，开启电磁阀113、118和气动阀122，将增压后的氦气充入预混气瓶106中，当称重装置108称量预混气瓶106的质量为预混气瓶106质量 与补充氦气的质量 之和时，关闭电磁阀113、118和气动阀122，停止向预混气瓶106充入氦气，得到符合氦氧浓度配比要求的混合气体；关闭预混气瓶106上的瓶阀，开启电磁阀113和120，释放补充系统中氦气气动泵103和管路中多余的气体，以保证该气体浓度检测及补充系统能够持续安全使用，以保证向其他预混气瓶补充气体的纯度。 [0058] 需要说明的是，本实施例中，电磁阀111、112、113、114、119、120为高压电磁阀，电磁阀115、116、117、118为低压电磁阀；电磁阀117、118与驱动气泵110配合使用，控制驱动气泵110向气动阀121和122供应驱动气体。 [0059] 本实施例深潜呼吸器预混气瓶的气体浓度检测及补充系统，对已充混合气体的预混气瓶105和106中氧气浓度分别进行检测，当氧气浓度 不在要求氧气浓度 的允许误差范围内时，通过相应的称重装置107和108分别测量预混气瓶105和106质量，根据测得的氧气浓度 和预混气瓶105和106的质量计算需要向预混气瓶105和106中补充氧气的质量 或补充氦气的质量 ，并向预混气瓶105和106中补充相应质量的氧气或相应质量的氦气。本实施例的气体浓度检测及补充系统计算需要向预混气瓶105、106中补充的氧气质量或氦气质量，根据质量配比完成预混气瓶中相应气体的补充，使补气过程不受压力、温度等环境因素的影响，从而保证深潜呼吸器的预混气瓶中混合气体的配气精度。 [0060] 本实施例的气体浓度检测及补充系统还包括摇匀装置（图中未示出），摇匀装置用于将充入预混气瓶的混合气体摇匀。充分利用离心力原理，反复摆动混合气体气瓶，加速气瓶内各种气体成分的混合速度，提高摇匀效率和混合气质量。摇匀装置具有设定转速、摆动幅度、摆动时间等功能，传统的摇匀方式有静置和人工摇匀两种，人工摇匀（滚动方式）和静置混合气体，气瓶混合时间较长，达不到完全混合均匀的目的。摇匀装置减少了配气后的混合气体气瓶内气体混合时间，大幅提高了混合气的配气效率，内部混合气体达到充分混合并稳定。 [0061] 在摇匀后，可将补充相应气体的预混气瓶105和106再次用氧气浓度分析仪123检测其中氧气的浓度，若测得的氧气浓度在要求氧气浓度的允许误差范围内，即预混气瓶中混合气体浓度满足深潜呼吸器的配气精度要求，可将充好混合气体的预混气瓶105、106转移到充气系统，以便向深潜呼吸器的气瓶中充气。 [0062] 本实施例深潜呼吸器预混气瓶的气体浓度检测及补充系统，对待充气的预混气瓶中混合气体的氧气浓度进行检测，并通过称重装置测量预混气瓶质量，根据氧气浓度和预混气瓶的质量计算需要向预混气瓶中补充氧气的质量或补充氦气的质量，并向预混气瓶中补充相应质量的氧气或相应质量的氦气。本发明的气体浓度检测及补充系统计算需要向预混气瓶中补充的氧气质量或氦气质量，根据质量配比完成预混气瓶中混合气体的配制，使配气过程不受压力、温度等环境因素的影响，从而保证深潜呼吸器的配气精度更加准确。 [0063] 最后，可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。 |
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