устройство для подачи кислорода в барокамеру

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ КИСЛОРОДА В БАРОКАМЕРУ, содержащее включенный в рециркуляционный контур смеситель, в корпусе которого установлен полый металлокерамический распределитель, источник кислорода, соединенный со смесителем через дозатор кислорода трубопроводами, регулирующую и запорную арматуру, отличающееся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик путем повышения безопасности при подаче кислорода в водородсодержащую газовую среду барокамеры, дозатор выполнен в виде барботера с электромагнитным клапаном долива воды, связанным с регулятором уровня воды, причем газовый вход дозатора соединен с источником кислорода через электромагнитный клапан, а в газовой полости установлены датчик давления и электромагнитный клапан стравливания кислорода, при этом газовая полость дозатора через электромагнитный клапан, связанный с датчиком парциального давления в барокамере, и невозвратный клапан соединена трубопроводом с полостью распределителя, а входной и выходной патрубки смесителя подключены трубопроводами к барокамере.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что смеситель снабжен направляющим кольцом, дроссельным устройством, установленным на входе перед металлокерамическим распределителем, и турбулизатором потока, выполненным в виде решетки из радиальных лопаток.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к кислородному трубопроводу перед распределителем кислорода смесителя и невозвратным клапаном подключен трубопровод подачи гелия из расходного баллона через редуктор и электромагнитный клапан.

4. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что в смесителе установлен датчик парциального давления кислорода, связанный через автоматический регулятор с электромагнитными клапанами, установленными в трубопроводах подачи гелия и кислорода в смеситель.

5. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что оно снабжено автоматическим регулятором перепада давления, входы которого связаны с датчиками давления, установленными в барокамере и в газовой полости дозатора, а выходы с электромагнитными клапанами на трубопроводе подачи кислорода в дозатор и стравливания кислорода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к водолазной технике и предназначается для поддержания заданного парциального давления кислорода в водородсодержащей газовой среде барокамер.

Устройство может быть использовано в водолазных барокомплексах и медицинских барокамерах, в которых применяются многокомпонентные водородсодержащие газовые смеси.

Известно устройство для смешения кислорода и водорода (патент США N 4206753, А 62 В 7/00, 1977), содержащее смеситель и циркуляционный контур, который состоит из коллектора и смесительной колонки с соединительными трубками и арматурой. Внутри смесительной колонки установлен электровентилятор, обеспечивающий перемешивание газов. Кислород поступает в коллектор по трубопроводу через редуктор, клапан переменной подачи и дюзу. Из коллектора готовая газовая смесь через клапан и ротаметр подается на газоанализатор. Для контроля перепада давления в магистрали подачи кислорода и в коллекторе предусмотрена обводная магистраль с манометром и преобразователем дифманометра, подающего сигнал на показывающий прибор. На основании показаний приборов оператор с помощью клапанов управляет подачей кислорода. Данное устройство из-за его сложности имеет низкую надежность, кроме того, требует большой точности в управлении процессом от оператора.

Наиболее близким является "Устройство для подачи кислорода в барокамеру, состоящее из источника кислорода, соединенного трубопроводами через ручные и электромагнитные клапаны, редуктор и дозатор с внутренней полостью смесителя, образованной металлокерамической мембраной в виде полого цилиндра, и установленной внутри прочного корпуса, при этом полость смесителя соединена через ручной и электромагнитный клапаны с рециркуляционным контуром барокамеры специальными трубопроводами. Во внутренней и внешней полостях смесителя установлены датчики давления. Управление электромагнитными клапанами осуществляется по сигналам датчиков давления в смесителе и датчика парциального давления кислорода в барокамере. Подача кислорода в барокамеру через рециркуляционный контур из смесителя осуществляется порциями по приготовлению в нем взрывобезопасной смеси путем открытия ручного и электромагнитного клапанов. Подача кислорода для приготовления газовой смеси во внешней полости смесителя производится посредством перепуска повышенного давления в дозаторе через дюзу и металлокерамическую мембрану (авторское свидетельство СССР N 1624894, кл. В 63 С 11/00, 1989).

Недостатками данного устройства является его низкая надежность и эксплуатационная безопасность из-за возможности образования во внешней полости смесителя взрывоопасной смеси кислорода с водородом в процессе обогащения кислородом газовой смеси в барокамере. Это возможно при повышении концентрации кислорода в объеме внешней полости смесителя при подаче кислорода неcколько раз подряд. Hакопление киcлорода в смесителе будет происходить при этом из-за большой инерционности процесса обогащения газовой смеси барокамеры кислородом от момента подачи первой порции кислорода из смесителя в рециркуляционный контур до поступления в барокамеру в количестве, достаточном для срабатывания в ней датчика кислорода, и прекращения подачи новых порций кислорода в смеситель из дозатора. Большая инерционность процесса обогащения водородсодержащей газовой смеси кислородом обусловлена в рассматриваемом устройстве параллельным подключением смесителя к рециркуляционному контуру и импульсным характером процесса, что определяет низкую скорость вентиляции внешней полости смесителя после открытия клапанов, соединяющих его с рециркуляционным контуром и выравнивания давления. Данное обстоятельство усугубляется отсутствием контроля за концентрацией кислорода во внешней полости смесителя.

Кроме того, наличие в устройстве клапанов с ручным управлением снижает надежность и эксплуатационную безопасность процесса обогащения кислородом водородсодержащих газовых смесей и всего устройства в целом.

Цель изобретения улучшение эксплуатационных характеристик путем повышения безопасности устройства при подаче кислорода в водородсодержащую газовую смесь барокамеры.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для подачи кислорода в барокамеру, содержащем включенный в рециркуляционный контур смеситель, в корпусе которого установлен полый металлокерамический распределитель, источник кислорода, соединенный со смесителем через дозатор кислорода трубопроводами, регулирующую и запорную арматуру. Дозатор выполнен в виде баростера с электромагнитным клапаном долива воды, связанным с регулятором уровня воды, причем, газовый вход дозатора соединен с источником кислорода через электромагнитный клапан, а в газовой полости установлен датчик давления и электромагнитный клапан, стравливания кислорода, при этом газовая полость дозатора через электромагнитный клапан, связанный с датчиком парциального давления в барокамере и невозвратный клапан соединена трубопроводом с полостью распределителя, а входной и выходной патрубки смесителя подключены трубопроводами к барокамере.

Цель достигается также тем, что смеситель снабжен направляющим кольцом, дроссельным устройством, установленным на входе перед металлокерамическим распределителем и турбулизатором потока, выполненным в виде решетки из радиальных лопаток.

Кроме того, кислородному трубопроводу перед распределителем кислорода смесителя и невозвратным клапаном подключен трубопровод подачи гелия из расходного баллона через редуктор и электромагнитный клапан.

В смесителе установлен датчик парциального давления кислорода, связанный через автоматический регулятор с электромагнитными клапанами, установленными в трубопроводах подачи гелия и кислорода в смеситель.

При этом устройство снабжено автоматическим регулятором перепада давления, входы которого связаны с датчиками давления, установленными в барокамере и в газовой полости дозатора, а выходы с электромагнитными клапанами на трубопроводе подачи кислорода в дозатор и стравливание кислорода.

На чертеже показана схема устройства.

Устройство состоит из источника кислорода в виде расходных баллонов с кислородом 1, соединенных трубопроводами через редуктор 2 и электромагнитный клапан 3 с распределителем кислорода 4 в дозаторе 5. Дозатор выполнен в виде барбатера и оборудован электромагнитным клапаном 6, установленным на трубопроводе стравливания кислорода из газовой полости "а", автоматическим регулятором 7, электрически связанным с электромагнитным клапаном 8 на трубопроводе долива воды, а также автоматическим регулятором постоянного перепада давления 9, работающим по сигналам от датчика давления 10 в полости а дозатора 5 и датчика давления 11 в барокамере (БК). Газовая полость а дозатора 5 через электромагнитный клапан 12, управляемый автоматическим регулятором 13 по сигналу датчика парциального давления кислорода 14 в барокамере, через невозвратный клапан 15 связана трубопроводами с распределителем кислорода 16 смесителя 17, последовательно включенного через входной 18 и выходной 19 патрубки в рециркуляционный контур барокамеры. Распределитель кислорода 16 представляет собой металлокерамическую мембрану, выполненную в виде полого цилиндра 20 с внутренней полостью б и направляющего кольца 21. Внутри смесителя 17, перед распределителем кислорода 16 установлено дроссельное устройство 22, а после него турбулизатор потока 23 в виде решетки из радиальных лопаток.

Баллон с гелием 24 через редуктор 25 и электромагнитный клапан 26, управляемый по сигналу регулятора 13 от датчика парциального давления кислорода 27, установленного в полости в смесителя 17, связан с трубопроводом подачи кислорода из дозатора 5 в смеситель 17 перед невозвратным клапаном 15.

Устройство работает следующим образом.

По сигналам датчиков парциального давления кислорода в барокамере 14 и датчика 27 в полости в смесителя 17 о недостатке кислорода в водородсодержащей газовой смеси (менее 2% объемн.) регулятор 13 выдает сигнал на открытие электромагнитного клапана 12. При этом, из газовой полости а дозатор 5 через невозвратный клапан 15 под действием повышенного давления кислород поступает в полость б распределителя кислорода 16 смесителя 17. Из полости б через металлокерамическую мембрану 20 распределителя кислорода 16 поступает непосредственно в водородсодержащую газовую смесь, состоящую из кислорода (до 2% объемн.), гелия (39-49% объемн.) и водорода (59-49%) рециркуляционного контура барокамеры.

Пропускная способность мембраны 20 при постоянном перепаде давления кислорода в полости а дозатора 5 и газовой смеси в барокамере с учетом скорости омывающего ее потока газа в смесителе 17, выбирается такой, чтобы поступающее в поток газовой смеси количество кислорода не превышало 3-3,5% и не образовывало взрывоопасной концентрации в объеме газовой смеси в смесителе 17 в каждый момент времени. Количество подаваемого в барокамеру кислорода для дыхания акванавтов определяется из расччета 25л О₂/4 на одного человека.

Кислород с мембраны 20 ускоренным в дроссельном устройстве 22 газовым потоком с кольца 21 направляется на лопатки турбулизатора потока 23, после которого окончательно смешивается с газовой смесью в полости в смесителя 17 и поступает в барокамеру. После достижения необходимой концентрации кислорода в барокамере (2%) датчик 14 через регулятор 13 дает сигнал на закрытие клапана 12. Пополнение дозатора 5 кислородом из расходных баллонов 1 через редуктор 2 происходит после открытия электромагнитного клапана 3, управляемого регулятором 9 по сигналам датчиков 10 и 11 об изменении перепада давления кислорода в полости а дозатора 5 и в газовой смеси барокамеры. При этом кислород поступает на распределитель 4 и барботируется через столб воды в полость а с целью увлажнения для снятия его взрывоопасности в смеси с водородом. Для компенсации уносимой с кислородом воды предусмотрено пополнение ее количества через клапан 8 по сигналам регулятора 7. При декомпрессии в период понижения давления в барокамере для поддержания заданного перепада давления в полости а и в барокамере по сигналам регулятора 9 кислород стравливается из газовой полости а дозатора 5 через открывающийся клапан 6.

В случае возникновения нештатной ситуации, связанной с повышением концентрации кислорода в смесителе 17 (выше 3,5%), регулятор 13 по сигналу датчика 27 дает сигнал на открытие клапана 26 и подачу порции гелия из баллона 24 через редуктор 25, невозвратный клапан 15 и распределитель кислорода 20 с целью продувки смесителя 17 для флегматизации газовой смеси.

Устройство позволяет с большей надежностью и взрывобезопасностью обогащать кислородом водородсодержащие газовые смеси барокамер в автоматическом режиме, обеспечивает безопасность эксплуатации.