CN110606175A - 旅客逃生快速引射充气系统用混合工质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种引射充气系统引射器用混合工质，其特征在于，所述混合工质由N2和CO2两种气体组成。因此，通过使用N2和CO2的混合气体作为引射充气系统引射器用混合工质，提高了救生充气过程的充气效率，既能够快速充气，还能够减少所需压缩气体的重量，降低了救生设备的体积以及重量。

Description

旅客逃生快速引射充气系统用混合工质
技术领域
本发明属于航空、航海、消防应急逃生领域，特别涉及一种旅客逃生快速引射充气系统用混合工质。
背景技术
对于救生气囊、救生船等救生设备的充气方式，在危机情况下需要充气救生时，以往采用的方法之一是采用的化学的方式使两种物质反应，瞬间产生大量气体来填充救生设备，这种方式因为反应物往往因存放较长时间而出现安全性问题，从而导致救生设备的可靠性较低而逐渐被淘汰。
后来，人们研究出了利用压缩气体来对救生设备进行充气的救生方式，而由于往往救生设备本身体积大而需要大量的气源来充气成形，若仅仅依靠压缩气体来完成救生功能，则要求盛装压缩气体的气瓶体积和重量随之增大，导致救生设备的尺寸和重量相应上升，难以达到国际通用标准。
后来，人们发明了引射器，利用引射器的吸气效应，在将高压气瓶内的压缩气体引射到救生设备的充气容积内的同时，会将周围的环境大气也吸入到充气容积内，由此提高了充气效率，使得救生用充气容积能够快速充气成形的同时，还降低了对压缩气体总量以及高压气瓶体积的要求，总体上降低了救生船的重量。因而越来越得到广泛的应用。
在这种基于引射器和吸气效应的旅客逃生快速引射充气系统中，一般包括高压气源、高压减压稳压阀、高压引射器以及高压引气管路等构件，如图1所示。其中，引射器的结构如图2所示，其中喷嘴包括扩张喷嘴以及拉法尔喷嘴两种形式。高压气源内装高压CO2气体，在发生危机情况需要救生时，利用高压减压稳压阀将高压气源内的气体压力降低到引射所需压力，通过引气管路使气源气体流进引射器，利用引射器的吸入效应来从周围吸入大量环境大气，使得气源气体与环境大气共同进入充气容积进行快速引射充气，缩短充气时间，从而尽快帮助旅客逃生。
为了评价引射充气的效果，现在将气源气体的流量称为为引射流量，将因吸气效应而吸入的环境大气流量为吸入流量，将吸入流量与引射流量之比为引射比。
对旅客逃生快速引射充气系统的要求是，要在尽可能短的时间内使充气容积达到要求的压力，即达到救生充气标准的充气时间越短越好，因此要求该系统引射流量大，引射比高，同时还不能增加系统体积、重量。
鉴于此，本申请的发明人经研究发现，高压气源中的气体组分、充装质量、引射压力、高压引射器结构等参数对系统要求的上述性能都有很大影响，需要对这些参数进行合理设计确定，以便于快速引射充气系统的广泛应用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种一种引射充气系统引射器用混合工质，其特征在于，所述混合工质由N2和CO2两种气体组成。
在如上所述的引射充气系统引射器用混合工质中，优选：N2和CO2两种气体以高压气源的形式存在于高压气瓶。
在如上所述的引射充气系统引射器用混合工质中，优选：N2和CO2两种气体以2MPa～5MPa的压力存在于所述高压气瓶中。
在如上所述的引射充气系统引射器用混合工质中，优选：N2的质量百分数为40-70％。
在如上所述的引射充气系统引射器用混合工质中，优选：N2的质量百分数为50-60％。
因此，通过使用N2和CO2的混合气体作为引射充气系统引射器用混合工质，提高了救生充气过程的充气效率，既能够快速充气，还能够减少所需压缩气体的重量，降低了救生设备的体积以及重量。具体来说，可以有效增加高压气源中的工质质量，维持引射过程中气源压力，延长引射过程，从而吸入足够的环境空气，满足充气容积所需压力，使旅客能够安全逃生。
本发明的其他特征和优点将在如下的具体实施方式部分详细描述。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为旅客逃生快速引射充气系统的结构示意图。
图2为高压引射器结构图。
图3示出了混合工质中N2含量对充气性能的影响图。
图中的附图标记说明如下：
10高压气源；20高压减压稳压阀；30高压引气管道；35高压引气管；40引射器；50引射流入口；60混合室；70吸入室；80引射喷嘴；Dh混合室直径；Lh混合室总长度。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于电和通信领域而言，可以是有线连接，也可以是无线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
由于救生用的高压气源体积有限，且以高压形式储存于高压气瓶中，快速引射充气系统只能在短时间内利用有限的混合工质尽可能多地吸入环境空气，提高引射阶段流入充气容积中的气体质量。因此参数设计应尽可能提高引射流量及引射比。
以往，作为在高压气源内存在的压缩气体，往往是单一的某种气体，比如N2或者CO2，而鲜有人尝试混合气体作为引射充气用工质气体的情况。
本申请的发明人发现，利用N2+CO2的混合气体作为引射系统用的混合工质时，往往比单一气体具有更好的引射效果。发明人发现，高压气源工质由纯N2逐渐增加CO2含量过程中，即随混合工质中N2质量分数的降低，系统引射流量逐渐升高，吸入流量变化不明显，引射比逐渐降低。由这方面看，混合工质中N2含量高对快速充气有利，因为在这种情况下引射比高，说明引射效率高，有限的混合工质质量能吸入更多的环境空气。然而，当高压气源中N2含量很高时，同样容积、压力下气源中储存的工质质量非常少，在引射过程中，随气源工质消耗，气源中剩余工质压力降低非常快，大大缩短引射充气时间，引射充气过程过短，从而降低了引射过程中吸入充气容积中的环境空气量，达不到充气压力,降低旅客安全逃生机会。因此，适当提高混合工质中CO2含量，可以有效增加高压气源中的工质质量，维持引射过程中气源压力，延长引射过程，从而吸入足够的环境空气，满足充气容积所需压力，使旅客能够安全逃生。当然随高压气源混合工质中CO2含量的增加，气源充装工质质量增加很快，使快速引射充气系统重量增加，对系统不利。
高压气源工质中N2的质量分数、引射比与混合气质量(充气容积)之间的关系如图3所示。
根据图3可知，混合工质组分需要合理确定，首先应保证系统充气容积需求，在此情况下尽可能提高引射器的引射比，同时减少气源混合工质总质量。由图3可见，当混合气中N2质量分数低于0.4左右时，混合气质量增加非常快，N2含量继续降低，引射效率明显比较低，对充分利用气源中的工质不利。
因此，本发明选用CO2与N2混合气作为混合工质，并且将CO2与N2混合工质中的N2的质量组分范围确定为0.4～0.7(即，N2的质量分数为40％-70％)，例如可以为0.45、0.48、0.50、0.53、0.55、0.57、0.60、0.62、0.65、0.68等。
另外，高压气瓶中CO2与N2混合气以2MPa～5MPa的压力范围存在，例如可以为2.2MPa、2.4MPa、2.6MPa、3MPa、3.3MPa、3.6MPa、3.9MPa、4.0MPa、4.1MPa、4.4MPa、4.6MPa、4.8MPa等。
作为存放上述混合工质的高压气瓶，可以采用任何能承受上述压力且不会与混合工质中任一气体发生反应的材质来制成。
2、引射压力
对于快速引射充气系统，引射压力均很高，引射压力与系统背压之比远大于10，喷嘴出口为超音速气流。在这种情况下，引射压力提高可以成比例的增大引射流量，但引射比将降低，引射效率低对充分利用气源工质不利。另一方面，引射压力过低会由于引射流量低造成过低的混合流量，达不到充气要求。因此引射压力设置非常重要，合理设置也可以使系统达到快速、高效的充气要求。为保证系统引射效率，对于拉法尔喷嘴引射器，优选引射流入口处的总压绝对压力不大于3.4MPa；对于扩张喷嘴引射器，优选引射流入口总压绝对压力不大于3.8MPa。
也就是说，图1中的高压减压稳压阀出来的气体压力，可根据喷嘴的类型选择不同的压力。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (5)

1.一种引射充气系统引射器用混合工质，其特征在于，
所述混合工质由N2和CO2两种气体组成。
2.根据权利要求1所述的引射充气系统引射器用混合工质，其特征在于，N2和CO2两种气体以高压气源的形式存在于高压气瓶。
3.根据权利要求2所述的引射充气系统引射器用混合工质，其特征在于，N2和CO2两种气体以2MPa～5MPa的压力存在于所述高压气瓶中。
4.根据权利要求1所述的引射充气系统引射器用混合工质，其特征在于，N2的质量百分数为40-70％。
5.根据权利要求1所述的引射充气系统引射器用混合工质，其特征在于，N2的质量百分数为50-60％。
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