CN113144925B - 一种实时混气系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实时混气系统，包括第一气瓶组、第二气瓶组、第一缓冲罐、第二缓冲罐、混气器和用户，所述第一气瓶组采用管道依次经第一截止阀和第一减压阀连接至第一缓冲罐，所述第一缓冲罐出气口采用管道依次经第一调节阀和第一单向阀连接至混气器的端面进气口b，所述第二气瓶组采用管道依次经第二截止阀和第二减压阀连接至第二缓冲罐，所述第二缓冲罐出气口采用管道依次经第二调节阀和第二单向阀连接至混气器的切向进气口a，所述混气器的出口d经压差单向阀接至背压调节阀，所述背压调节阀出口经第三截止阀连接至用户。本发明能实现气体的充分混合；有效保障用户侧的用气要求；实时改变混合气体流量、压力和配比，满足不同行业的需求。

Description

一种实时混气系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及混合气体供气技术领域，具体涉及一种实时混气系统及其工作方法。
背景技术
混合气体是由两种以上的气体混合而成的气体，根据用途的不同可分为标准混合气体和一般混合气体。标准混合气体就是一种具有高度均匀、性质稳定的气体，主要用于测量仪器的检查与校正，是一种标准的计量工具。一般混合气体要求的纯度不高，满足使用要求即可，其广泛应用于电子、食品、制药、化工等领域。例如在焊接技术中，采用混合气体的焊接效果比单一气体更好，但混合气体的配比并不是随意的，相关文献《混合气体的应用与发展》表明，在使用Ar-He混合气体控制焊接保护器中的阴极斑点位置时，Ar与He的配比大于9：1时会影响电弧和焊缝的力学特性，Ar与He的配比至少小于8：2时才能形成和保持稳定的喷射电弧效果。
混合气体供气系统同时也是实验室必不可少的一部分。实验室对混合气体的流量、压力、配比等都有着很高的精度要求，然而现有配气系统在使用过程中其组分会发生变化，导致气体配比出现偏差，混合气体产品质量低，这会对实验结果的精确性和实验仪器的稳定性产生不利的影响，同时针对不同的实验可能需要使用不同流量、压力、配比的混合气体，传统的供气系统难以实现实验室的实时供气需求。
所以迫切地需要设计一种实时混气系统，该系统能根据不同的用户需求有效合理调节混合气体的流量和压力，保证用户供气组分的稳定，同时还能满足用户实时改变不同气体配比的需求。
发明内容
本发明的目的是针对现有混合气体配气系统使用过程中组分难以保持恒定，并且对混合气体的流量、压力、配比难以实时调节等问题，提出了一种实时混气系统，通过控制减压阀的设定压力和调节阀的阀门开度实现对混合气体流量、压力、配比的调节。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种实时混气系统，包括第一气瓶组1、第二气瓶组2、第一缓冲罐3、第二缓冲罐4、混气器5和用户6，所述第一气瓶组1采用管道依次经第一截止阀13和第一减压阀7连接至第一缓冲罐3，所述第一缓冲罐3出气口采用管道依次经第一调节阀8和第一单向阀15连接至混气器5的端面进气口b，所述第二气瓶组2采用管道依次经第二截止阀14和第二减压阀9连接至第二缓冲罐4，所述第二缓冲罐4出气口采用管道依次经第二调节阀10和第二单向阀16连接至混气器5的切向进气口a，所述混气器的出口d经压差单向阀11接至背压调节阀12，所述背压调节阀12出口经第三截止阀18连接至用户6。
进一步优选，所述混气器5为上端设有圆锥面和出口d，下端设有端面入口b，内部设有混合腔f的圆柱形空腔体，所述混合腔f中设置有连通端面入口b，具有空腔的圆台形喷气柱e，所述喷气柱e的壳壁上均匀设有若干气孔c，所述混气器5的下端设有连通混合腔f的切向进气口a。
进一步优选，所述混气器5的混合腔f与喷气柱e的容积比为(1.5～2.2)：1，，孔间距为气孔c直径的1.5～2.5倍，气孔c直径为≤8mm，喷气柱e的开孔率为60％～80％。
进一步优选，所述混气器5的出口d和压差单向阀11之间管道上设有压力控制器17，所述压力控制器17采用信号线分别连接第一调节阀8和第二调节阀10。
本发明的一种实时混气系统的工作方法，具体步骤包括：
第一步，根据用户6需求的混合气体气量、组分比例、用气压力及混合器5进气管的管径，设定第一减压阀7和第二减压阀9的压力以及压差单向阀11的开阀压力和背压调节阀12的设定压力；
第二步，打开第一截止阀13、第二截止阀14和第三截止阀18，第一气瓶组1中的气体A经第一截止阀13和第一减压阀7后进入到第一缓冲罐3，第二气瓶组2中的气体B经第二截止阀14和第二减压阀9进入第二缓冲罐4；
第三步，当第一缓冲罐3和第二缓冲罐4内压力稳定后，打开第一调节阀8和第二调节阀10至设定开度，气体A从混气器5的端面入口b进入喷气柱e，然后通过混气器5的喷气柱e上的气孔c喷入混气器5的混合腔f与气体B混合，第二气瓶组2的气体B从混合器5的切向入口a进入混合腔f与气体A混合，待混气器5与用户6之间的压差达到压差单向阀11设定的开阀压力后，充分混合后A-B混合气体通过混合器5的出口d流出，经背压调节阀12和第三截止阀18通往用户6，背压调节阀12根据用户6用气量变化产生的压力波动，自动调整阀的开度，当用户6停止用气时，关闭第一截止阀13、第二截止阀14和第三截止阀18。
进一步，所述混合气体的配比调节方法，包括方法一和方法二：
方法一：所述第一减压阀7和第二减压阀9阀门设定压力不变，通过调节第一调节阀8和第二调节阀10的阀门开度，实现对混合气体比例的调节。
方法二：所述第一减压阀7和第一调节阀8阀门开度不变，通过调节第二减压阀9的设定压力和第二调节阀10的阀门开度或第二减压阀9和第二调节阀10的阀门开度不变，通过调节第一减压阀7的设定压力和第一调节阀8的阀门开度，实现对混合气体比例和压力的调节。
进一步优选，所述第一调节阀8和第二调节阀10的阀门开度根据压力控制器17的压力成反比例关系，压力降低则需增大阀门开度，增加气体流量。
进一步优选，所述第一减压阀7的设定压力控制与气体A的混合比例成正比例关系，气体A的混合比例增加则需增大第一减压阀7的设定压力。
本发明相对于现有技术所具有的特点和有益效果：
本发明考虑了在使用配气过程中，其组分会随时间而发生变化的问题，设计了一种实时混气系统，在两种不同的纯气体输送管路上设置减压阀和调节阀，通过更换纯气体瓶来配比不同组分的混合气体，通过对阀门的组合控制，实现了对混合气体流量、压力、配比的调节，不再需要将事先配比好的混合气体装入瓶后再使用，节约人力物力与时间成本，满足多种不同应用场合对混合气体的使用要求，同时利用混气器可将两种纯气体充分混合后再从混气器流向用户，以保证在实时控制流量和压力过程中保持组分的稳定性，具有广泛的适用性和应用前景。
附图说明
图1是本发明的实施例的实时混气系统的构造示意图；
图2(a)是混气器的内部结构示意图；图2(b)是混气器的外形结构示意图；
图中附图标记说明：1为第一气瓶组，2为第二气瓶组，3为第一缓冲罐，4为第二缓冲罐，5为混气器，6为用户，7为第一减压阀，8为第一调节阀，9为第二减压阀，10为第二调节阀，11为压差单向阀，12为背压调节阀，13为第一截止阀，14为第二截止阀，15为第一单向阀，16为第二单向阀，17为压力控制器，18为第三截止阀。
a为切向进气口，b为端面入口，c为气孔，d为出口，e为喷气柱，f为混合腔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的一种实时混气系统，包括第一气瓶组1、第二气瓶组2、第一缓冲罐3、第二缓冲罐4、混气器5和用户6，所述第一气瓶组1采用管道依次经第一截止阀13和第一减压阀7连接至第一缓冲罐3，所述第一缓冲罐3出气口采用管道依次经第一调节阀8和第一单向阀15连接至混气器5的端面进气口b，所述第二气瓶组2采用管道依次经第二截止阀14和第二减压阀9连接至第二缓冲罐4，所述第二缓冲罐4出气口采用管道依次经第二调节阀10和第二单向阀16连接至混气器5的切向进气口a，所述混气器的出口d经压差单向阀11接至背压调节阀12，所述背压调节阀12出口经第三截止阀18连接至用户6；两种气体经过第一缓冲罐3、第二缓冲罐4时能有效缓冲系统的压力波动，保障第一调节阀8和第二调节阀10的阀前压力，稳定各组分的流量，保障配比，由于压差单向阀11的存在，避免了混合气体回流，同时背压调节阀12是一种阀后压力控制的稳压阀，当用户侧用气量发生改变时，能稳定用户侧的用气压力。
如图2所示，为本发明中的混气器5，所述混气器5为上端设有圆锥面和出口d，下端设有端面入口b，内部设有混合腔f的圆柱形空腔体，所述混合腔f中设置有连通端面入口b，具有空腔的圆台形喷气柱e，所述喷气柱e的壳壁上均匀设有若干气孔c，所述混气器5的下端设有连通混合腔f的切向进气口a。
所述混气器5的出口d和压差单向阀11之间管道上设有压力控制器17，所述压力控制器17采用信号线分别连接第一调节阀8和第二调节阀10。
所述混气器5的混合腔f与喷气柱e的容积比为(1.5～2.2)：1，，孔间距为气孔c直径的1.5～2.5倍，气孔c直径为≤8mm，喷气柱e的开孔率为60％～80％。
本发明的一种实时混气系统的工作方法，具体步骤包括：
第一步，根据用户6需求的混合气体气量、组分比例、用气压力及混合器5进气管的管径，设定第一减压阀7和第二减压阀9的压力以及压差单向阀11的开阀压力和背压调节阀12的设定压力；
第二步，打开第一截止阀13、第二截止阀14和第三截止阀18，第一气瓶组1中的气体A经第一截止阀13和第一减压阀7后进入到第一缓冲罐3，第二气瓶组2中的气体B经第二截止阀14和第二减压阀9进入第二缓冲罐4；
第三步，当第一缓冲罐3和第二缓冲罐4内压力稳定后，打开第一调节阀8和第二调节阀10至一定开度，气体A从混气器5的端面入口b进入喷气柱e，然后通过混气器5的喷气柱e上的气孔c喷入混气器5的混合腔f与气体B混合，第二气瓶组2的气体B从混合器5的切向入口a进入混合腔f与气体A混合，待混气器5与用户6之间的压差达到压差单向阀11设定的开阀压力后，充分混合后A-B混合气体通过混合器5的出口d流出，经背压调节阀12和第三截止阀18通往用户6，背压调节阀12根据用户6用气量变化产生的压力波动，自动调整阀的开度，当用户6停止用气时，关闭第一截止阀13、第二截止阀14和第三截止阀18。
其中，所述混合气体的配比调节方法，包括方法一和方法二：
调节方法一：所述第一减压阀7和第二减压阀9阀门设定压力不变，通过调节第一调节阀8和第二调节阀10的阀门开度，实现对混合气体比例的调节。
调节方法二：所述第一减压阀7和第一调节阀8阀门开度不变，通过调节第二减压阀9的设定压力和第二调节阀10的阀门开度或第二减压阀9和第二调节阀10的阀门开度不变，通过控制第一减压阀7的设定压力和第一调节阀8的阀门开度，实现对混合气体比例和压力的调节。
所述第一调节阀8和第二调节阀10的阀门开度根据压力控制器17的压力成反比例关系，压力降低则需增大阀门开度，增加气体流量。
所述第一减压阀7的设定压力控制与气体A的混合比例成正比例关系，气体A的混合比例增加则需增大第一减压阀7的设定压力。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种变更与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (4)

1.一种实时混气系统，其特征在于，包括第一气瓶组(1)、第二气瓶组(2)、第一缓冲罐(3)、第二缓冲罐(4)、混气器(5)和用户(6)，所述第一气瓶组(1)采用管道依次经第一截止阀(13)和第一减压阀(7)连接至第一缓冲罐(3)，所述第一缓冲罐(3)出气口采用管道依次经第一调节阀(8)和第一单向阀(15)连接至混气器(5)的端面进气口b，所述第二气瓶组(2)采用管道依次经第二截止阀(14)和第二减压阀(9)连接至第二缓冲罐(4)，所述第二缓冲罐(4)出气口采用管道依次经第二调节阀(10)和第二单向阀(16)连接至混气器(5)的切向进气口a，所述混气器(5)的出口d经压差单向阀(11)接至背压调节阀(12)，所述背压调节阀(12)出口经第三截止阀(18)连接至用户(6)；
所述混气器(5)的出口d和压差单向阀(11)之间管道上设有压力控制器(17)，所述压力控制器(17)采用信号线分别连接第一调节阀(8)和第二调节阀(10)；
所述混气器(5)为上端设有圆锥面和出口d，下端设有端面入口b，内部设有混合腔f的圆柱形空腔体，所述混合腔f中设置有连通端面入口b，具有空腔的圆台形喷气柱e，所述喷气柱e的壳壁上均匀设有若干气孔c，所述混气器(5)的下端设有连通混合腔f的切向进气口a；
所述混气器(5)的混合腔f与喷气柱e的容积比为(1.5～2.2)：1，孔间距为气孔c直径的1.5～2.5倍，气孔c直径为≤8mm，喷气柱e的开孔率为60％～80％。
2.根据权利要求1所述的一种实时混气系统的工作方法，其特征在于，具体步骤包括：
第一步，根据用户(6)需求的混合气体气量、组分比例、用气压力及混气器(5)进气管的管径，设定第一减压阀(7)和第二减压阀(9)的压力以及压差单向阀(11)的开阀压力和背压调节阀(12)的压力；
第二步，打开第一截止阀(13)、第二截止阀(14)和第三截止阀(18)，第一气瓶组(1)中的气体A经第一截止阀(13)和第一减压阀(7)后进入到第一缓冲罐(3)，第二气瓶组(2)中的气体B经第二截止阀(14)和第二减压阀(9)进入第二缓冲罐(4)；
第三步，当第一缓冲罐(3)和第二缓冲罐(4)内压力稳定后，打开第一调节阀(8)和第二调节阀(10)至设定开度，气体A从混气器(5)的端面入口b进入喷气柱e，然后通过混气器(5)的喷气柱e上的气孔c喷入混气器(5)的混合腔f与气体B混合，第二气瓶组(2)的气体B从混气器(5)的切向入口a进入混合腔f与气体A混合，待混气器(5)与用户(6)之间的压差达到压差单向阀(11)设定的开阀压力后，充分混合后A-B混合气体通过混气器(5)的出口d流出，经背压调节阀(12)和第三截止阀(18)通往用户(6)，背压调节阀(12)根据用户(6)用气量变化产生的压力波动，自动调整阀的开度，当用户(6)停止用气时，关闭第一截止阀(13)、第二截止阀(14)和第三截止阀(18)；
所述混合气体的配比调节方法，包括方法一和方法二：
方法一、所述第一减压阀(7)和第二减压阀(9)设定压力不变，通过调节第一调节阀(8)和第二调节阀(10)的阀门开度，实现对混合气体比例的调节；
方法二、所述第一减压阀(7)和第一调节阀(8)阀门开度不变，通过调节第二减压阀(9)的设定压力和第二调节阀(10)的阀门开度或第二减压阀(9)和第二调节阀(10)的阀门开度不变，通过调节第一减压阀(7)的设定压力和第一调节阀(8)的阀门开度，实现对混合气体比例和压力的调节。
3.根据权利要求2所述的一种实时混气系统的工作方法，其特征在于，所述第一调节阀(8)和第二调节阀(10)的阀门开度根据压力控制器(17)的压力成反比例关系，压力降低则需增大阀门开度，增加气体流量。
4.根据权利要求2所述的一种实时混气系统的工作方法，其特征在于，所述第一减压阀(7)的设定压力控制与气体A的混合比例成正比例关系，气体A的混合比例增加则需增大第一减压阀(7)的设定压力。
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