專(zhuān)利名稱(chēng)：一種集成的流體灌充控制方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于流體控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種流體灌充控制方法及其裝置。
背景技術(shù)：
流體分裝是工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的單元操作方法。利用事先存儲(chǔ)在高壓氣瓶中的高壓 氣體分裝到目標(biāo)氣瓶進(jìn)行灌充作業(yè)時(shí)，存儲(chǔ)氣瓶通常有著遠(yuǎn)高于目標(biāo)分裝氣瓶的壓力與容 積，隨著分裝過(guò)程的進(jìn)行，存儲(chǔ)氣瓶的壓力不斷下降，當(dāng)其壓力下降至額定分裝壓力以下時(shí) 即失去分裝能力，此時(shí)，需要更換具有較高壓力的存儲(chǔ)氣瓶或?qū)Υ鎯?chǔ)氣瓶進(jìn)行再增壓方可 繼續(xù)完成分裝作業(yè)。在航空技術(shù)領(lǐng)域，如對(duì)飛機(jī)上機(jī)載氣瓶補(bǔ)充氧氣、氮?dú)饣虻吐饵c(diǎn)壓縮空 氣(冷氣)的作業(yè)過(guò)程中，目前大都采用依靠在內(nèi)場(chǎng)(即在具備水、電、氣源等保障條件的 作業(yè)環(huán)境)事先將氧氣、氮?dú)饣虻吐饵c(diǎn)壓縮空氣(冷氣)灌充到高壓儲(chǔ)存氣瓶中，然后在外 場(chǎng)(即在水、電、氣源難以獲得保障的臨近飛機(jī)附近的作業(yè)環(huán)境)將高壓氣瓶組內(nèi)的氣體分 裝到機(jī)載氣瓶中。一般地，為有效的利用高壓氣瓶中的氣體，均采取二次增壓的方式來(lái)提高 其氣體利用率。換句話說(shuō)，在分裝作業(yè)過(guò)程中，當(dāng)存儲(chǔ)氣瓶的壓力下降至額定分裝壓力以下 時(shí)，需依靠額外的增壓設(shè)備進(jìn)行倒瓶作業(yè)再增壓后以滿足分裝要求。這樣，外場(chǎng)保障設(shè)備龐 大，一般以車(chē)載動(dòng)力滿足這種移動(dòng)式分裝要求，或者需返回內(nèi)場(chǎng)進(jìn)行重新增壓以確保儲(chǔ)存 氣瓶壓力高于額定分裝壓力后返回外場(chǎng)保障。通常情況下，外場(chǎng)的電力保障難以滿足，尤其 是難以滿足對(duì)多架次飛機(jī)移動(dòng)的充裝作業(yè)保障。另一特定的條件是野戰(zhàn)作業(yè)環(huán)境條件下， 在外場(chǎng)提供電力保障顯得非常不方便或難以保障。以上及本發(fā)明中涉及的概念有存儲(chǔ)氣瓶是指預(yù)先灌充好一定量氣體的氣瓶，通常具有較高的壓力，優(yōu)選較額定 分裝壓力高，也稱(chēng)為氣源鋼瓶。存儲(chǔ)氣瓶組是指預(yù)先灌充好一定量氣體的一個(gè)以上的氣瓶組成的氣瓶組，通常具 有較高的壓力，優(yōu)選較額定分裝壓力高，也稱(chēng)為氣源鋼瓶組。補(bǔ)壓氣瓶是指預(yù)先灌充好一定量氣體的至少一個(gè)或者以上氣瓶組成的氣瓶、氣瓶 組，具有高于額定分裝壓力的氣源鋼瓶或瓶組。目標(biāo)分裝氣瓶待灌充的氣瓶，通常具有較低的壓力，一般較存儲(chǔ)氣瓶與氣瓶組更 小的容積，如機(jī)載的氧氣瓶、氮?dú)馄?、冷氣瓶。存?chǔ)壓力存儲(chǔ)氣瓶與氣瓶組的壓力，表壓。分裝壓力目標(biāo)分裝氣瓶需要補(bǔ)給的壓力，也稱(chēng)灌充壓力，表壓。分裝將事先灌充好可壓縮流體的存儲(chǔ)氣瓶與氣瓶組的氣體分裝到目標(biāo)分裝氣瓶 的操作過(guò)程，也稱(chēng)為灌充；一般地，利用存儲(chǔ)氣瓶對(duì)目標(biāo)分裝氣瓶進(jìn)行灌充、分裝作業(yè)有如下幾種模式1、單個(gè)存儲(chǔ)氣瓶直接向目標(biāo)分裝氣瓶的進(jìn)行充裝，當(dāng)存儲(chǔ)氣瓶壓力降至額定分裝 壓力以下時(shí)，需更換具有更高存儲(chǔ)壓力的存儲(chǔ)氣瓶繼續(xù)進(jìn)行分裝。2、存儲(chǔ)氣瓶并聯(lián)成存儲(chǔ)氣瓶組直接向目標(biāo)分裝氣瓶的進(jìn)行充裝，當(dāng)存儲(chǔ)氣瓶組壓力降至額定分裝壓力以下時(shí)，需更換具有更高存儲(chǔ)壓力的存儲(chǔ)氣瓶組繼續(xù)進(jìn)行分裝。3、存儲(chǔ)氣瓶分成兩組或更多組，先依次直接向目標(biāo)分裝氣瓶進(jìn)行充裝，在各組存 儲(chǔ)氣瓶組均低于額定分裝壓力時(shí)失去充裝能力，通過(guò)啟動(dòng)增壓設(shè)備進(jìn)行倒瓶轉(zhuǎn)注作業(yè)，即 將壓力低于額定分裝壓力失去充裝能力的某一組或多組存儲(chǔ)氣瓶組內(nèi)氣體增壓轉(zhuǎn)注到另 至少一組存儲(chǔ)瓶組，使之增壓到高于額定分裝壓力的較高存儲(chǔ)壓力，繼續(xù)以此存儲(chǔ)氣瓶組 完成分裝。以上，1、2兩種分裝過(guò)程方式實(shí)質(zhì)上并沒(méi)有區(qū)別，當(dāng)存儲(chǔ)氣瓶壓力下降至額定充裝 壓力以下時(shí)失去充裝能力。第3種分裝過(guò)程氣體利用率較高，存儲(chǔ)氣瓶中的氣體可通過(guò)增 壓轉(zhuǎn)注得到更充分的利用，但顯然，這種分裝方式是以額外消耗增壓動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也即， 當(dāng)存儲(chǔ)氣瓶壓力降低到不足以升壓目標(biāo)分裝氣瓶時(shí)，將通過(guò)壓縮機(jī)將一組或者多組存儲(chǔ)氣 瓶?jī)?nèi)的氣體增壓到至少一組存儲(chǔ)氣瓶?jī)?nèi)，將其壓力提升至至少滿足額定分裝壓力的要求， 從而提高了存儲(chǔ)氣瓶組內(nèi)氣體的整體利用率。但是，這在如航空領(lǐng)域機(jī)載氣瓶的分裝過(guò)程， 尤其是野戰(zhàn)作業(yè)條件下機(jī)載氣瓶的分裝作業(yè)時(shí)，往往受限于動(dòng)力條件保障等難以滿足。因 此，如何最大限度地利用存儲(chǔ)氣瓶中的氣體而盡量減少或拋棄額外的動(dòng)力消耗完成灌充分 裝作業(yè)，是本發(fā)明需要解決的問(wèn)題；

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種有效儲(chǔ)存氣量利用率高的流體灌充控制方法及其裝置。眾所周知，存儲(chǔ)氣瓶壓力下降到額定充裝壓力即已失去充裝能力，也即不可能使 目標(biāo)分裝氣瓶壓力升高達(dá)到額定的分裝壓力。但是，因氣體總是由高壓往低壓方向流動(dòng)，分 裝過(guò)程進(jìn)行時(shí)，存儲(chǔ)氣瓶的壓力是逐步升高的，只要存儲(chǔ)氣瓶的壓力高于目標(biāo)分裝氣瓶的 壓力，存儲(chǔ)氣瓶就能對(duì)目標(biāo)分裝氣瓶進(jìn)行一定程度的升壓并且直至壓力平衡，如繼續(xù)以壓 力更高的存儲(chǔ)氣瓶對(duì)充裝氣瓶充裝，則可以達(dá)到更高的壓力平衡，最終，以超過(guò)額定充裝壓 力的補(bǔ)壓氣瓶最終對(duì)分裝氣瓶進(jìn)行一次滿足額定充裝壓力的補(bǔ)壓過(guò)程，則可完全滿足額定 壓力的分裝作業(yè)。通過(guò)這種多次分裝、逐級(jí)升壓的梯度灌充的方法改良，可有效提高充裝過(guò) 程中存儲(chǔ)氣瓶?jī)?nèi)氣體的利用率，同時(shí)，由于其通過(guò)比較存儲(chǔ)氣瓶和充裝氣瓶的實(shí)時(shí)壓力，由 低到高選擇存儲(chǔ)氣瓶供氣，也減少了灌充過(guò)程中絕熱壓縮的風(fēng)險(xiǎn)(存儲(chǔ)氣瓶與充裝氣瓶的 壓力比減小了)以及間接的氣體壓縮耗能(氣體壓力越高時(shí)，壓縮時(shí)耗能越大，對(duì)高壓的氣 瓶和低壓的氣瓶補(bǔ)充同樣多的氣體，其能耗是不一致的)。本發(fā)明提出的流體灌充控制方法 正是這樣一種以分步驟、逐級(jí)、梯度灌充的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的集成分裝方法，具體內(nèi)容如下設(shè)置N個(gè)存儲(chǔ)氣瓶(含補(bǔ)壓氣瓶)，順序連接，作為分裝作業(yè)的氣源鋼瓶；N優(yōu)選4 個(gè)以上，如N為5-15，具體根據(jù)實(shí)際使用要求選定。該存儲(chǔ)氣瓶組首先應(yīng)能夠接收高壓氣 源，并事先灌充至一定的壓力，其中，第N個(gè)存儲(chǔ)氣瓶必須滿足超過(guò)額定分裝壓力方能確保 證分裝過(guò)程的最終升壓達(dá)到額定分裝壓力，第N個(gè)存儲(chǔ)氣瓶也稱(chēng)為補(bǔ)壓氣瓶，第1至N-I個(gè) 存儲(chǔ)氣瓶則不然，可以是任意壓力，稱(chēng)為普通存儲(chǔ)氣瓶；分裝過(guò)程進(jìn)行時(shí)，首先以存儲(chǔ)氣瓶組內(nèi)第1個(gè)存儲(chǔ)氣瓶對(duì)目標(biāo)分裝氣瓶進(jìn)行灌 充，如目標(biāo)分裝氣瓶升壓到額定分裝壓力，則第1個(gè)存儲(chǔ)氣瓶停止對(duì)目標(biāo)分裝氣瓶的灌充， 換下一個(gè)目標(biāo)分裝氣瓶，如果第1個(gè)存儲(chǔ)氣瓶?jī)?nèi)壓力與目標(biāo)分裝氣瓶壓力平衡后，目標(biāo)分裝氣瓶這時(shí)還沒(méi)有達(dá)到額定分裝壓力，則由第2個(gè)存儲(chǔ)氣瓶繼續(xù)對(duì)目標(biāo)分裝氣瓶灌充，達(dá) 到更高的壓力平衡，直到充滿達(dá)到額定分裝壓力后，換下一個(gè)目標(biāo)分裝氣瓶，以此類(lèi)推；當(dāng) 第三、第四、第五、第六……第N-I個(gè)存儲(chǔ)氣瓶均未能滿足目標(biāo)分裝氣瓶的額定充裝壓力時(shí)， 由第N個(gè)補(bǔ)壓氣瓶進(jìn)行補(bǔ)充壓力至額定分裝壓力。當(dāng)外部氣源壓力不足以將補(bǔ)壓氣瓶增壓到額定分裝壓力以上時(shí)，通過(guò)一壓縮機(jī)， 接收外部氣源或者直接吸入順序編號(hào)Q1 Qim的存儲(chǔ)氣瓶?jī)?nèi)的氣體，將補(bǔ)壓氣瓶Qn增壓到 額定分裝壓力以上；當(dāng)外部氣源足以將補(bǔ)壓氣瓶Qn增壓到額定分裝壓力以上時(shí)，也可通過(guò) 直接將補(bǔ)壓氣瓶Qn增壓到額定分裝壓力以上，甚至僅將該氣瓶增壓到一個(gè)遠(yuǎn)高于額定分裝 壓力的水平；首先以第一個(gè)存儲(chǔ)氣瓶向目標(biāo)分裝氣瓶充氣，再由第二個(gè)……存儲(chǔ)氣瓶繼續(xù)充 氣，直到存儲(chǔ)氣瓶基本完全變空，這種直到存儲(chǔ)氣瓶與目標(biāo)分裝氣瓶?jī)?nèi)的壓力持平的近乎 于無(wú)級(jí)變速式的梯度順序灌充方法可將存儲(chǔ)氣瓶組內(nèi)的儲(chǔ)存氣體最大限度的利用起來(lái)，物 盡其用，最大限度的提高了氣體利用率，并且，該分裝作業(yè)方法可以在事先灌充一個(gè)/組具 有較高壓力的補(bǔ)壓氣瓶時(shí)完全拋棄額外的動(dòng)力消耗完成分裝作業(yè)。本發(fā)明提出的集成的流體灌充控制方法的實(shí)現(xiàn)裝置主要主要由如下幾部分組 成1、N個(gè)存儲(chǔ)氣瓶，順序連接，作為分裝作業(yè)的氣源鋼瓶，N優(yōu)選4以上，如5-15，見(jiàn) 原理圖1，其中，順序編號(hào)為Q1 Qim存儲(chǔ)氣瓶是普通存儲(chǔ)氣瓶；順序編號(hào)為Qn的存儲(chǔ)氣瓶 為補(bǔ)壓氣瓶，補(bǔ)壓氣瓶至少有一個(gè)；2、能自存儲(chǔ)氣瓶(含補(bǔ)壓氣瓶)到外部高壓氣源的接收管線與必要的控制閥門(mén)， 見(jiàn)原理圖1，包括減壓閥4 (用于調(diào)定存儲(chǔ)氣瓶Q1 Qim的存儲(chǔ)壓力)，截止閥5(開(kāi)啟則 接收外部高壓氣源對(duì)氣瓶進(jìn)行補(bǔ)壓灌充，關(guān)閉則停止)，順序編號(hào)為C1 CV1的單向閥，優(yōu) 選但非必要增壓?jiǎn)蜗蜷yCn用于進(jìn)行單元擴(kuò)展；3、能夠分步驟、逐級(jí)、梯度灌充的系統(tǒng)閥件與必要的管線，見(jiàn)原理圖1，包括主灌 充管線1-1，壓力反饋管線1-2，氣動(dòng)控制閥A1 AN，單向閥B1 BN，截止閥2，取樣閥3，以 及梯度分裝單元第一單元 第N單元；其中，第一單元1 第N單元中，第一單元，由氣動(dòng)控 制閥A1與單向閥B1組成，當(dāng)打開(kāi)截止閥2分裝時(shí)，存儲(chǔ)氣瓶Q1內(nèi)氣體經(jīng)單向閥B1經(jīng)管線 1-1進(jìn)入目標(biāo)分裝氣瓶，壓力平衡后，因氣動(dòng)控制閥A1的K位連接到壓力反饋管線1-2，氣 動(dòng)控制閥A1的B位連接到存儲(chǔ)氣瓶Q1，此時(shí)，氣動(dòng)控制閥A1導(dǎo)通，存儲(chǔ)氣瓶Q2內(nèi)的氣體經(jīng) 氣動(dòng)控制閥A1流出進(jìn)行更高壓力的灌充，同時(shí)，也因存儲(chǔ)氣瓶Q2更高的壓力流出，存儲(chǔ)氣瓶 Q1對(duì)應(yīng)的單向閥B1截止而終止存儲(chǔ)氣瓶Q1內(nèi)氣體流出；其它分裝單元結(jié)構(gòu)以此類(lèi)推，直至 存儲(chǔ)氣瓶Qim內(nèi)氣體流出形成分步驟、逐級(jí)、梯度灌充；同時(shí)，補(bǔ)壓氣瓶Qn則可對(duì)目標(biāo)分裝 氣瓶進(jìn)行一次補(bǔ)壓以滿足額定分裝壓力的要求；4、一套增壓系統(tǒng)與必要的控制閥門(mén)和管線，對(duì)補(bǔ)壓氣瓶進(jìn)行增壓，見(jiàn)原理圖1，包 括減壓閥4，截止閥5，順序編號(hào)為C1 CV1的單向閥，順序編號(hào)為E1 Eh的瓶頭閥，順 序編號(hào)為D1 Dim的截止閥，增壓泵ABO1，減壓閥7，截止閥8 ；當(dāng)外部氣源壓力不足以將補(bǔ)壓氣瓶增壓到額定分裝壓力以上時(shí)，可通過(guò)減壓閥4， 截止閥5，順序編號(hào)為C1 CV1的單向閥，經(jīng)順序編號(hào)為E1 Eim的瓶頭閥，進(jìn)入順序編號(hào) 為Q1-Qim的存儲(chǔ)氣瓶，再經(jīng)順序編號(hào)為D1-Dim的截止閥，進(jìn)入增壓泵ABOl ；該增壓泵可以是任意形式的增壓泵，優(yōu)選手動(dòng)的隔膜式壓縮機(jī)，也可以是電動(dòng)或氣動(dòng)的其它形式的壓 縮機(jī)。通過(guò)該增壓泵，可以接收外部氣源或者直接吸入順序編號(hào)為Q1 Qim的存儲(chǔ)氣瓶?jī)?nèi) 的氣體將補(bǔ)壓氣瓶Qn增壓到額定分裝壓力以上；當(dāng)外部氣源足以將補(bǔ)壓氣瓶Qn增壓到額 定分裝壓力以上時(shí)，也可通過(guò)減壓閥7，截止閥8直接將補(bǔ)壓氣瓶Qn增壓到額定分裝壓力以 上，甚至僅將該氣瓶增壓到一個(gè)遠(yuǎn)高于額定分裝壓力的水平。


圖1為本發(fā)明集成的流體灌充控制方法原理圖。其中，存儲(chǔ)氣瓶充壓接口 接收外 接高壓氣源對(duì)存儲(chǔ)氣瓶進(jìn)行灌充。分裝氣瓶灌充接口 接入目標(biāo)分裝氣瓶進(jìn)行分裝。圖中標(biāo)號(hào)Ai AN 氣動(dòng)控制閥(每個(gè)閥門(mén)上，B位反饋存儲(chǔ)氣瓶出口壓力，K位反 饋連接的目標(biāo)充裝氣瓶壓力，B位壓力大于K位，閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉狀態(tài)，反之則為打開(kāi)狀態(tài))，B1 Bn:單向閥，C1-Cn:單向閥，D1 Dn 截止閥，E1-En:瓶頭閥，Q1 Qn 存 儲(chǔ)氣瓶,P1 Pn 壓力表，1-1 主灌充管線，1-2 反饋管線，2 截止閥，3 取樣閥(接各氣動(dòng) 控制閥的K位，充裝氣瓶充裝接口，未連接充裝氣瓶時(shí)為關(guān)閉狀態(tài))，4 減壓閥(調(diào)定存儲(chǔ) 氣瓶Q1 Qim的存儲(chǔ)壓力)，5 截止閥，6 單向閥，7 減壓閥，ABOl 倒瓶增壓泵，用于抽取 Q1 Qim中氣體并轉(zhuǎn)注到Qn，梯度分裝單元第一單元 第N單元整合氣動(dòng)控制閥Ai、單向 閥B”單向閥Ci及其管路構(gòu)成的功能單元，可視為或制成一個(gè)特殊閥門(mén)，本發(fā)明統(tǒng)一稱(chēng)之為 梯度充裝單元組件，
具體實(shí)施例方式如原理圖1所示，當(dāng)打開(kāi)截止閥2進(jìn)行分裝時(shí)，存儲(chǔ)氣瓶Q1內(nèi)氣體經(jīng)單向閥B1經(jīng) 主灌充管線1-1進(jìn)入目標(biāo)分裝氣瓶，壓力平衡后，如此壓力滿足額定充裝壓力，則更換新的 目標(biāo)分裝氣瓶，如果未滿足額定分裝壓力，此時(shí)，因氣動(dòng)控制閥A1WK位連接到壓力反饋管 線1-2，氣動(dòng)控制閥A1的B位連接到存儲(chǔ)氣瓶Q1，氣動(dòng)控制閥A1導(dǎo)通，存儲(chǔ)氣瓶Q2內(nèi)的氣體 經(jīng)A1流出進(jìn)行更高壓力的灌充，同時(shí)，也因存儲(chǔ)氣瓶Q2更高的壓力流出，存儲(chǔ)氣瓶Q1對(duì)應(yīng) 的單向閥&截止而終止存儲(chǔ)氣瓶Q1內(nèi)氣體流出，以此類(lèi)推，直至存儲(chǔ)氣瓶Qim內(nèi)氣體流出 形成分步驟、逐級(jí)、梯度灌充，最后以補(bǔ)壓氣瓶Qn對(duì)目標(biāo)分裝氣瓶進(jìn)行一次補(bǔ)壓，滿足額定 分裝壓力的要求；實(shí)際上，分裝氣瓶灌充接口每接入一目標(biāo)分裝氣瓶，都將通過(guò)壓力反饋管線比較 存儲(chǔ)氣瓶Q1 Qn與待接通進(jìn)行分裝的氣瓶的壓力以自動(dòng)完成A1 An的開(kāi)關(guān),A1關(guān)閉則由 存儲(chǔ)氣瓶Q1開(kāi)始供氣，Ai關(guān)閉則由存儲(chǔ)氣瓶Qi開(kāi)始供氣，只要接入氣瓶的初始?jí)毫π∮诖?儲(chǔ)氣瓶Q1的余壓，充裝都將由存儲(chǔ)氣瓶Q1首先進(jìn)行供氣，如達(dá)到額定分裝壓力即重新接入 新的目標(biāo)分裝氣瓶，當(dāng)一次充裝存儲(chǔ)氣瓶Q1供氣未能達(dá)到額定分裝壓力時(shí)，將順序以存儲(chǔ)
氣瓶Q2.......Qn-!供氣，直至采用補(bǔ)壓氣瓶Qn進(jìn)行補(bǔ)壓供氣以最終滿足額定分裝壓力的要
求，以此類(lèi)推，當(dāng)補(bǔ)壓氣瓶Qn壓力在分裝過(guò)程中下降到不足以滿足額定分裝壓力時(shí)，可啟用 倒瓶增壓機(jī)ABOl抽取存儲(chǔ)氣瓶Q1 Qim中氣體并轉(zhuǎn)注到補(bǔ)壓氣瓶Qn，繼續(xù)充裝，直至補(bǔ)壓 氣瓶Qn再次失去充裝能力，通過(guò)存儲(chǔ)氣瓶充壓接口接入氣源，開(kāi)啟閥門(mén)對(duì)存儲(chǔ)氣瓶Q1 Qn 進(jìn)行灌充充壓，下面通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)施例以說(shuō)明采用本發(fā)明充裝方法的優(yōu)點(diǎn)實(shí)施例機(jī)載氧氣瓶的分裝
按GJB1565飛機(jī)氣氧系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝通用規(guī)范，機(jī)載氣瓶的余壓應(yīng)不低于30kg/假設(shè)配套一組6個(gè)36L，承壓能力15MPa的氣瓶組，滿壓儲(chǔ)存150kg/cm2時(shí)，可存 儲(chǔ)NPT條件下氧量為6X36X150 = 32400L，按其最低使用余壓30kg/cm2計(jì)，可達(dá)理論的 最大氧氣利用量為6X36LX (150-30) = 25920L ；為比較整體氣體利用率，另設(shè)置一個(gè)存 儲(chǔ)氣瓶，儲(chǔ)存水容積為36L，滿壓儲(chǔ)存300kg/cm2時(shí)，可存儲(chǔ)NPT條件下氧量為36X300 = 10800L，按其最低使用余壓30kg/cm2計(jì)，可達(dá)理論的最大氧氣利用量為36LX (300-30)= 9720L ；7個(gè)氣瓶合計(jì)可利用的最大氧氣利用量為25920+9720 = 35640L。一個(gè)4L機(jī)載氣瓶，假設(shè)其余壓為30kg/cm2，灌充到額定工作壓力150kg/cm2時(shí) 需灌充氧氣量為4LX (150-30) = 480L ；因此，按理論計(jì)算，上述7個(gè)氣瓶，存儲(chǔ)的NPT條 件下氧量可灌充4L的機(jī)載氣瓶到額定工作壓力150kg/cm2時(shí)的數(shù)量為35640 + 480 = 74個(gè)，也就是說(shuō)如果以隔膜式壓縮機(jī)等增壓機(jī)械，將以上7個(gè)36L氧氣瓶?jī)?nèi)的氣體全部增 壓到機(jī)載目標(biāo)鋼瓶中，可以獲得74個(gè)機(jī)載目標(biāo)鋼瓶的分裝能力，但在無(wú)增壓設(shè)備的前提 下，只有一個(gè)300kg/cm2的氣瓶具備分裝能力至滿足額定分裝壓力，可分裝的氣瓶數(shù)為 (300-150) X36/480 = 11 個(gè)。采用本發(fā)明上述梯度灌充分裝原理時(shí)，同樣的，按GJB1565飛機(jī)氣氧系統(tǒng)設(shè)計(jì)和 安裝通用規(guī)范，6個(gè)36L，承壓能力15MPa的氣瓶組，滿壓儲(chǔ)存150kg/cm2時(shí)，可存儲(chǔ)NPT條 件下氧量為216X150 = 32400L ；當(dāng)最低使用余壓30kg/cm2計(jì)，可達(dá)理論最大利用氧量為 216LX (150-30) = 25920L ；采用的補(bǔ)壓氣瓶，事先灌充以30MPa的壓力，為機(jī)載目標(biāo)鋼瓶進(jìn) 行補(bǔ)壓操作，理論上補(bǔ)壓鋼瓶經(jīng)補(bǔ)壓消耗后其存儲(chǔ)壓力不能低于150kg/cm2即可，如低于這 一目標(biāo)機(jī)載鋼瓶的額定充裝壓力，理論上將無(wú)法滿足機(jī)載氣瓶的額定灌充壓力要求。通過(guò)梯度充裝單元組件，模擬計(jì)算表明，順序以第1，2，3，4，5，6個(gè)氣源鋼瓶對(duì)目 標(biāo)機(jī)載氣瓶梯度灌充，再以補(bǔ)壓氣瓶將機(jī)載目標(biāo)鋼瓶補(bǔ)充到額定充裝壓力150kg/cm2時(shí)，經(jīng) 計(jì)算，可分裝57個(gè)、4L、儲(chǔ)存壓力150kg/cm2的機(jī)載鋼瓶，分裝完成后第1，2，3，4，5，6個(gè)氣源鋼瓶的儲(chǔ)存壓力分別為30· 30kg/cm2，31. 98kg/ cm2, 36. 87kg/cm2，46. 49kg/cm2，60. 91 kg/cm2, 78. 51 kg/cm2 ；瓶?jī)?nèi)可用的儲(chǔ)存氣體僅為 3782. 139L，有效儲(chǔ)存氣量利用率高達(dá)(25920-3782. 139)/25920 = 85.4%。補(bǔ)壓氣瓶的儲(chǔ)存壓力為154.941kg/cm2，仍然具有額定儲(chǔ)存壓力的補(bǔ)償能力，瓶 內(nèi)還可用于補(bǔ)壓的氣體36LX4. 941 = 177. 876L。整體有效儲(chǔ)存氣量利用率(25920-3782. 139+5400-177. 876) / (25920+5400+5400) = 74. 51%從以上可以看出，采用梯度充裝單元組件，可以滿足4L儲(chǔ)存壓力150kg/cm2的機(jī) 載鋼瓶57次的分裝要求，既滿足額定灌充壓力，灌充架次比較帶動(dòng)力設(shè)備的分裝方法僅降 低了 17架次，并可通過(guò)調(diào)整氧氣瓶壓力等級(jí)、自帶手動(dòng)增壓設(shè)施等進(jìn)行擴(kuò)展保障，顯然，這 對(duì)無(wú)動(dòng)力環(huán)境條件等野戰(zhàn)作業(yè)環(huán)境下的氣體分裝無(wú)疑具有重大意義。
權(quán)利要求
一種集成的流體灌充控制方法，其特征在于設(shè)置N個(gè)存儲(chǔ)氣瓶，順序連接，作為分裝作業(yè)的氣源鋼瓶；該存儲(chǔ)氣瓶組能夠接收高壓氣源，并事先灌充至一定的壓力，其中，第N個(gè)存儲(chǔ)氣瓶滿足超過(guò)額定分裝壓力方，確保證分裝過(guò)程的最終升壓達(dá)到額定分裝壓力，第N個(gè)存儲(chǔ)氣瓶也稱(chēng)為補(bǔ)壓氣瓶，第1至N-1個(gè)存儲(chǔ)氣瓶是任意壓力，稱(chēng)為普通存儲(chǔ)氣瓶；進(jìn)行分裝時(shí)，首先以存儲(chǔ)氣瓶組內(nèi)第1個(gè)存儲(chǔ)氣瓶對(duì)目標(biāo)分裝氣瓶進(jìn)行灌充，如目標(biāo)分裝氣瓶升壓到額定分裝壓力，則第1個(gè)存儲(chǔ)氣瓶停止對(duì)目標(biāo)分裝氣瓶的灌充，對(duì)下一個(gè)目標(biāo)分裝氣瓶進(jìn)行灌充；如果第1個(gè)存儲(chǔ)氣瓶?jī)?nèi)壓力與目標(biāo)分裝氣瓶壓力平衡后，目標(biāo)分裝氣瓶這時(shí)還沒(méi)有達(dá)到額定分裝壓力，則由第2個(gè)存儲(chǔ)氣瓶繼續(xù)對(duì)目標(biāo)分裝氣瓶進(jìn)行灌充，以達(dá)到更高的壓力平衡，直到灌充達(dá)到額定分裝壓力后，換下一個(gè)目標(biāo)分裝氣瓶，以此類(lèi)推；當(dāng)?shù)谌⒌谒?、第五、第六……第N-1個(gè)存儲(chǔ)氣瓶均未能滿足目標(biāo)分裝氣瓶的額定充裝壓力時(shí)，由補(bǔ)壓氣瓶進(jìn)行補(bǔ)充壓力至額定分裝壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所示的集成的流體灌充控制方法，其特征在于當(dāng)外部氣源壓力不 足以將補(bǔ)壓氣瓶增壓到額定分裝壓力以上時(shí)，通過(guò)一壓縮機(jī)，接收外部氣源或者直接吸入 順序編號(hào)Q1 Qim的存儲(chǔ)氣瓶?jī)?nèi)的氣體，將補(bǔ)壓氣瓶Qn增壓到額定分裝壓力以上；當(dāng)外部 氣源足以將補(bǔ)壓氣瓶Qn增壓到額定分裝壓力以上時(shí)，直接將補(bǔ)壓氣瓶Qn增壓到額定分裝壓 力以上。
3.—種如權(quán)利要求1所示的集成的流體灌充控制方法的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于包括(1)N個(gè)存儲(chǔ)氣瓶，順序連接，作為分裝作業(yè)的氣源鋼瓶，其中，順序編號(hào)為Q1 Qim的 存儲(chǔ)氣瓶是普通存儲(chǔ)氣瓶；順序編號(hào)為Qn的存儲(chǔ)氣瓶為補(bǔ)壓氣瓶，補(bǔ)壓氣瓶至少有一個(gè)；(2)能自存儲(chǔ)氣瓶到外部高壓氣源的接收管線與相應(yīng)的控制閥門(mén)，包括減壓閥(4)， 該閥用于調(diào)定存儲(chǔ)氣瓶Q1 Qim的存儲(chǔ)壓力，截止閥(5)，該閥開(kāi)啟則接收外部高壓氣源對(duì) 氣瓶進(jìn)行補(bǔ)壓灌充，關(guān)閉則停止，順序編號(hào)為C1 CV1的單向閥；(3)能分步驟、逐級(jí)、梯度灌充的系統(tǒng)閥件與相應(yīng)的管線，包括主灌充管線(1-1)，壓 力反饋管線(1-2)，氣動(dòng)控制閥A1 AN，單向閥B1 BN，截止閥(2)，取樣閥(3)，以及梯度 分裝單元第一單元 第N單元；其中，第一單元1 第N單元中，第一單元，由氣動(dòng)控制閥 A1與單向閥B1組成，當(dāng)打開(kāi)截止閥2分裝時(shí)，存儲(chǔ)氣瓶Q1內(nèi)氣體經(jīng)單向閥B1經(jīng)主灌充管線 (1-1)進(jìn)入目標(biāo)分裝氣瓶，壓力平衡后，因氣動(dòng)控制閥A1WK位連接到壓力反饋管線(1-2)， 氣動(dòng)控制閥A1的B位連接到存儲(chǔ)氣瓶Q1，此時(shí)，氣動(dòng)控制閥A1導(dǎo)通，存儲(chǔ)氣瓶Q2內(nèi)的氣體 經(jīng)氣動(dòng)控制閥A1流出進(jìn)行更高壓力的灌充；同時(shí)，也因存儲(chǔ)氣瓶Q2更高的壓力流出，存儲(chǔ)氣 瓶Q1對(duì)應(yīng)的單向閥B1截止而終止存儲(chǔ)氣瓶Q1內(nèi)氣體流出；其它分裝單元結(jié)構(gòu)以此類(lèi)推，直 至存儲(chǔ)氣瓶Qim內(nèi)氣體流出形成分步驟、逐級(jí)、梯度灌充；補(bǔ)壓氣瓶Qn對(duì)目標(biāo)分裝氣瓶進(jìn)行 一次補(bǔ)壓以滿足額定分裝壓力的要求；(4)增壓系統(tǒng)與相應(yīng)的控制閥門(mén)和管線，對(duì)補(bǔ)壓氣瓶進(jìn)行增壓，包括減壓閥⑷，截止 閥(5)，順序編號(hào)為C1 CV1的單向閥，順序編號(hào)為E1 Eh的瓶頭閥，順序編號(hào)為D1 DH 的截止閥，增壓泵(ABOl)，減壓閥(7)，截止閥(8)；當(dāng)外部氣源壓力不足以將補(bǔ)壓氣瓶增壓到額定分裝壓力以上時(shí)，通過(guò)減壓閥(4)和截 止閥(5)，順序編號(hào)為C1 CV1的單向閥，經(jīng)順序編號(hào)為E1 Eim的瓶頭閥，進(jìn)入順序編號(hào) 為Q1 Qim的存儲(chǔ)氣瓶，再經(jīng)順序編號(hào)為D1 Dim的截止閥，進(jìn)入增壓泵(ABOl)；通過(guò)該增 壓泵，接收外部氣源或者直接吸入順序編號(hào)為Q1 Qim的存儲(chǔ)氣瓶?jī)?nèi)的氣體，將補(bǔ)壓氣瓶Qn2增壓到額定分裝壓力以上；當(dāng)外部氣源足以將補(bǔ)壓氣瓶Qn增壓到額定分裝壓力以上時(shí)，通 過(guò)減壓閥(7)和截止閥(8)直接將補(bǔ)壓氣瓶Qn增壓到額定分裝壓力以上。
全文摘要
本發(fā)明屬于流體控制技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種流體灌充控制方法及其裝置。設(shè)置N個(gè)存儲(chǔ)氣瓶，順序連接，作為分裝作業(yè)的氣源鋼瓶；其中，第1至N-1個(gè)作為普通存儲(chǔ)氣瓶，第N個(gè)作為補(bǔ)壓氣瓶。另設(shè)置相應(yīng)的各種控制閥門(mén)、單相閥門(mén)和連接管道等。分裝灌充作業(yè)時(shí)，通過(guò)實(shí)時(shí)比較存儲(chǔ)氣瓶和目標(biāo)分裝氣瓶的壓力，逐級(jí)由低到高選擇存儲(chǔ)氣瓶供氣實(shí)現(xiàn)梯度灌充，最大限度地利用存儲(chǔ)于高壓氣瓶中的可壓縮流體，減少了灌充過(guò)程中絕熱壓縮的風(fēng)險(xiǎn)以及間接的氣體壓縮耗能，提高了有效儲(chǔ)存氣量利用率。
文檔編號(hào)F17C13/00GK101886737SQ20101020901
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者丁艷賓, 宗雯雯, 張濤濤, 蔡風(fēng)平, 趙宏煒 申請(qǐng)人:上海穗杉實(shí)業(yè)有限公司