CN115264391A - 一种应用于深海载人平台的气态供氧系统 - Google Patents

一种应用于深海载人平台的气态供氧系统 Download PDF

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吴宪
赵远辉
徐蒙
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Abstract

本发明涉及一种应用于深海载人平台的气态供氧系统，包括氧源模块，所述氧源模块的出口通过阀门连接进气汇流排，所述进气汇流排的一路连接决策控制模块，决策控制模块的一端安装有氧分压传感器，所述进气汇流排的另一路连接保护阀，所述保护阀的出口通过管路连接氧源切换阀，氧源切换阀的出口分支成并联的上管和下管，上管上依次串联连接有进气阀、减压阀、低压表、常开电磁阀、流量调节阀和止回阀，下管上依次串联有进气阀、减压阀、低压表、流量调节阀和截止止回阀，所述止回阀和截止止回阀的出口同时连接出气汇流排，出气汇流排通过出氧截止阀连接出氧口。实现在恶劣环境下的闭式呼吸功能，供氧安全性和可靠性高。

Description

一种应用于深海载人平台的气态供氧系统
技术领域
本发明涉及供氧系统技术领域，尤其是一种应用于深海载人平台的气态供氧系统。
背景技术
在深海领域的装备应用中，因大潜深、大承压、设备众多等因素，载人舱室内为供氧系统预留的空间和能源均有限，无法应用电解水等方式产氧；过氧化物和超氧化物虽然能够兼顾产氧和二氧化碳清除的功能，但均会产生污染性粉尘，破坏舱室大气环境，引起人员呼吸不适，甚至造成永久性呼吸疾病。
钢制氧气瓶承压能力较低，用于深海载人装备中携氧量有限。此外，高压氧管路超压后将氧气直接泄放至装备内，引起舱室氧分压和总压的上升，不利于为人员提供良好的生理呼吸环境，同时降低舱室内各材料的燃点，存在消防隐患。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种应用于深海载人平台的气态供氧系统，从而可以方便的实现在恶劣环境下的闭式呼吸功能，供氧安全性和可靠性高。
本发明所采用的技术方案如下：
一种应用于深海载人平台的气态供氧系统，包括氧源模块，所述氧源模块的出口通过阀门连接进气汇流排，所述进气汇流排的一路连接决策控制模块，决策控制模块的一端安装有氧分压传感器，所述进气汇流排的另一路连接保护阀，所述保护阀的出口通过管路连接氧源切换阀，氧源切换阀的出口分支成并联的上管和下管，上管上依次串联连接有进气阀、减压阀、低压表、常开电磁阀、流量调节阀和止回阀，下管上依次串联有进气阀、减压阀、低压表、流量调节阀和截止止回阀，所述止回阀和截止止回阀的出口同时连接出气汇流排，出气汇流排通过出氧截止阀连接出氧口；上管中，流量调节阀和止回阀之间的管路与低压表和常开电磁阀之间的管路上安装常闭电磁阀，所述常闭电磁阀的一端连接低压传感器，低压传感器、常开电磁阀和常闭电磁阀同时与决策控制模块信号连接；下管中，流量调节阀和截止止回阀之间通过管路并联连接有多个快插接头，每个快插接头连接闭式应急呼吸器。
其进一步技术方案在于：
所述氧源模块采用多个氧气瓶，每个氧气瓶的出口安装有气瓶组阀，每个气瓶组阀通过管路与进气汇流排连接。
氧气瓶采用轻质高强度材料制造。
进气汇流排的一路管路上安装有高压传感器，高压传感器与决策控制模块信号连接。
保护阀与氧源切换阀之间的管路上安装高压表。
减压阀出口处通过分支管路连接安全阀，安全阀的出口处串联氧回收阀和氧回收空瓶。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，具有多路供氧、多种供氧控制方式的特点，且能够实现恶劣环境下的闭式呼吸功能，供氧安全性和可靠性高；具备氧气超压泄放和回收再使用功能，可保证管路系统及舱室环境的安全，并在一定程度上提高深海载人装备的自持力。本发明设置多个出氧口，可满足不同区域人员个性化耗氧需求，同时，具备向上层系统发送氧源状态的功能，可为自持力评估提供数据支撑。
同时，本发明还具备如下优点：
(1)本发明所述的氧气瓶分成多组，可单独分别向舱室内供氧，显著提高了系统供氧功能的可靠性；
(2)本发明所述氧气瓶采用轻质高强的材料制造(如碳纤维材料)，可承受较大的内部压力且重量较轻，能够安全地存储足够的气氧量，满足装备不同携氧量的要求；
(3)本发明所述的系统设置氧回收阀和氧回收空瓶，既可解决管道氧气超压时向舱内排放过量氧气引起氧中毒和材料燃点降低等问题，也可将超压氧气回收并利用，一定程度上减少氧气的浪费并提高深海装备的续航力；
(3)本发明设置自动供氧和手动供氧两种控制方式，配置流量调节阀，可满足多种状态下不同耗氧量的特殊需求；
(4)本发明设置与闭式应急呼吸器联通的分支管路，在舱室环境并不适合于人员呼吸使用时保证人员安全；
(5)本发明在密闭舱室内设置多个出氧口及控制阀，可根据实际需求调整供氧；
(6)本发明所述的系统共设置两个减压阀，解决了以往气瓶组每个气瓶均配备减压阀引起设备众多及调节困难、故障点和泄露点较多的问题；
(7)本发明所述的系统设置高低压传感器，可通过决策控制模块实时分析，为装备后续制定实际工作内容提供数据输入。
附图说明
图1为本发明的系统原理图。
其中：1、氧气瓶；2、气瓶组阀；3、进气汇流排；4、高压传感器；5、高压表；6、氧源切换阀；7、进气阀；8、决策控制模块；9、低压表；10、低压传感器；11、常开电磁阀；12、流量调节阀；13、止回阀；14、氧分压传感器；15、常闭电磁阀；16、出气汇流排；17、出氧截止阀；18、出氧口；19、截止止回阀；20、快插接头；21、闭式应急呼吸器；22、氧回收阀；23、氧回收空瓶；24、安全阀；25、减压阀；26、保护阀。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实施例的应用于深海载人平台的气态供氧系统，包括氧源模块，氧源模块的出口通过阀门连接进气汇流排3，进气汇流排3的一路连接决策控制模块8，决策控制模块8的一端安装有氧分压传感器14，进气汇流排3的另一路连接保护阀26，保护阀26的出口通过管路连接氧源切换阀6，氧源切换阀6的出口分支成并联的上管和下管，上管上依次串联连接有进气阀7、减压阀25、低压表9、常开电磁阀11、流量调节阀12和止回阀13，下管上依次串联有进气阀7、减压阀25、低压表9、流量调节阀12和截止止回阀19，止回阀13和截止止回阀19的出口同时连接出气汇流排16，出气汇流排16通过出氧截止阀17连接出氧口18；上管中，流量调节阀12和止回阀13之间的管路与低压表9和常开电磁阀11之间的管路上安装常闭电磁阀15，常闭电磁阀15的一端连接低压传感器10，低压传感器10、常开电磁阀11和常闭电磁阀15同时与决策控制模块8信号连接；下管中，流量调节阀12和截止止回阀19之间通过管路并联连接有多个快插接头20，每个快插接头20连接闭式应急呼吸器21。
氧源模块采用多个氧气瓶1，每个氧气瓶1的出口安装有气瓶组阀2，每个气瓶组阀2通过管路与进气汇流排3连接。
氧气瓶1采用轻质高强度材料制造。
进气汇流排3的一路管路上安装有高压传感器4，高压传感器4与决策控制模块8信号连接。
保护阀26与氧源切换阀6之间的管路上安装高压表5。
减压阀25出口处通过分支管路连接安全阀24，安全阀24的出口处串联氧回收阀22和氧回收空瓶23。
本发明的具体结构和功能如下：
如图1所示，本发明包括氧气瓶1、气瓶组阀2、进气汇流排3、高压传感器4、高压表5、氧源切换阀6、进气阀7、决策控制模块8、低压表9、低压传感器10、常开电磁阀11、流量调节阀12、止回阀13、氧分压传感器14、常闭电磁阀15、出气汇流排16、出氧截止阀17、出氧口18、截止止回阀19、快插接头20、闭式应急呼吸器21、氧回收阀22、氧回收空瓶23、安全阀24、减压阀25。
高压氧气瓶1分成三组，分别经气瓶组阀2、进气汇流排3独立汇入氧源切换阀6的上下管路中，可由自动控制方式和手动控制方式供氧，自动控制方式由进气阀7、减压阀25、常开电磁阀11、流量调节阀12、常闭电磁阀15实现，手动控制方式由进气阀7、减压阀25、流量调节阀12实现。两种控制方式输出的氧气均经过出氧截止阀17和出氧口18向舱室内释放。
闭式应急呼吸器21通过快插接头20与手动控制方式连接。
氧回收空瓶23通过氧回收阀22与安全阀24的泄放口连接。
实际工作过程中：
决策控制模块8接收高压传感器4、低压传感器10的信号，并控制常开电磁阀11和常闭电磁阀15的启闭动作。高压传感器4用于实时监测三组氧气瓶1的氧源压力，低压传感器10用于实时监测减压阀25减压后的氧气压力。高压表5和低压表9分别用于直观显示减压阀25的前、后压力。止回阀13和截止止回阀19用于防止氧气倒流，避免引起流量调节阀12的损伤。同时，截止止回阀19具备手动操作功能，该阀关闭后才能进行闭式应急呼吸器21的连接和使用。
氧源切换阀6用于切换氧源与控制方式的组合使用，保证两种供氧方式均可以调用三组氧气瓶1的氧气。默认优先使用左侧氧气瓶1，当左侧氧气瓶1作对应的高压传感器4(或高压表5)显示氧源压力不足时发出报警信号，人员手动关闭该侧气瓶组阀2并打开中间组的气瓶组阀2后继续控制供氧。第三组使用切换流程与之相同。
自动控制为上一路，使用时打开进气阀7，常开电磁阀11为常开状态，调整减压阀25至低压表9示数为设置值，且流量调节阀12等于平均需求氧量后开始自动供氧。系统工作后，由高压传感器4反馈氧源状态、低压传感器10反馈供氧压力状态，决策控制模块8实时接收氧分压传感器14的数值，并按如下策略驱动常开电磁阀11和常闭电磁阀15动作：当高压传感器4、低压传感器10反馈状态正常可供氧时，氧分压传感器14反馈数值高于舱内设定分压上限值时，常开电磁阀11上电并关闭，停止供氧；当高压传感器4、低压传感器10反馈状态正常可供氧时，氧分压传感器14反馈数值低于舱内设定分压上限值时，常闭电磁阀15上电并形成通路，管路向舱室内大流量供氧。其余工况时，两电磁阀均不上电，维持原始状态。
手动供氧为下一路，在正常供氧控制失效且高压表5显示氧源可正常供氧时使用。打开该路进气阀7、截止止回阀19，并调整减压阀25至低压表9示数为设置值、流量调节阀12等于平均需求氧量后开始供氧。与自动控制方式相类似，首先启用最左侧氧气瓶1，根据氧源压力状态适时切换各路氧源。系统设置三个出氧截止阀17和三个出氧口18，分布于舱室内人员密集区域。出氧口18各所在区人员可以根据需求手动调节出氧截止阀17状态，满足不同区域供氧的个性化使用需求。
当管路因各种原因超压后，高压氧气由设置的安全阀24经氧回收阀22回收至氧回收空瓶23，该氧回收空瓶23内氧气可作为氧气瓶1的备用，实现携带氧的回收和再利用。
当舱室内大气环境不适宜人员直接呼吸使用时，采取手动供氧控制方式并关闭截止止回阀19，将闭式应急呼吸器21通过快插接头20直接接入手动供氧支路中，满足人员用氧需求。
系统配备的高压传感器4可通过决策控制模块8进行分析，为上层系统评估自持力提供数据支撑。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (6)

1.一种应用于深海载人平台的气态供氧系统，其特征在于：包括氧源模块，所述氧源模块的出口通过阀门连接进气汇流排(3)，所述进气汇流排(3)的一路连接决策控制模块(8)，决策控制模块(8)的一端安装有氧分压传感器(14)，所述进气汇流排(3)的另一路连接保护阀(26)，所述保护阀(26)的出口通过管路连接氧源切换阀(6)，氧源切换阀(6)的出口分支成并联的上管和下管，上管上依次串联连接有进气阀(7)、减压阀(25)、低压表(9)、常开电磁阀(11)、流量调节阀(12)和止回阀(13)，下管上依次串联有进气阀(7)、减压阀(25)、低压表(9)、流量调节阀(12)和截止止回阀(19)，所述止回阀(13)和截止止回阀(19)的出口同时连接出气汇流排(16)，出气汇流排(16)通过出氧截止阀(17)连接出氧口(18)；上管中，流量调节阀(12)和止回阀(13)之间的管路与低压表(9)和常开电磁阀(11)之间的管路上安装常闭电磁阀(15)，所述常闭电磁阀(15)的一端连接低压传感器(10)，低压传感器(10)、常开电磁阀(11)和常闭电磁阀(15)同时与决策控制模块(8)信号连接；下管中，流量调节阀(12)和截止止回阀(19)之间通过管路并联连接有多个快插接头(20)，每个快插接头(20)连接闭式应急呼吸器(21)。
2.如权利要求1所述的一种应用于深海载人平台的气态供氧系统，其特征在于：所述氧源模块采用多个氧气瓶(1)，每个氧气瓶(1)的出口安装有气瓶组阀(2)，每个气瓶组阀(2)通过管路与进气汇流排(3)连接。
3.如权利要求2所述的一种应用于深海载人平台的气态供氧系统，其特征在于：氧气瓶(1)采用轻质高强度材料制造。
4.如权利要求1所述的一种应用于深海载人平台的气态供氧系统，其特征在于：进气汇流排(3)的一路管路上安装有高压传感器(4)，高压传感器(4)与决策控制模块(8)信号连接。
5.如权利要求1所述的一种应用于深海载人平台的气态供氧系统，其特征在于：保护阀(26)与氧源切换阀(6)之间的管路上安装高压表(5)。
6.如权利要求1所述的一种应用于深海载人平台的气态供氧系统，其特征在于：减压阀(25)出口处通过分支管路连接安全阀(24)，安全阀(24)的出口处串联氧回收阀(22)和氧回收空瓶(23)。
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