时间对于抢险救援工作来说是至关重要的因素,以往消防部队在抢险救援过程中气瓶充气需要送到部队的充气室才能充气,这个过程往往需要占用多时间和人力,对整个救援工作的影响也是不可忽视的。为此,我公司的车载式呼吸空气充填系统,配合专业消防车,为消防部队提供了现场充气方案,这将彻底改变原来消防部队在紧张的抢险救援过程中,气瓶充气需要往返于救援现场和充气室之间的状况。实现现场充气将为消防部队的营救工作争取到更多的时间,为进一步提高救援工作的效果提供了又一重保障。
2系统组成及其特点
2.1组成
LELUX600车载充气系统设备为车载的左侧,右侧以及后侧开门式结构设计,设备的布局清晰合理,操作方便简单。其外形图见图3-2~3。
系统主要设备包括:改装车子、呼吸空气充填泵、高效过滤器组、自动化阶梯充气控制系统、钢瓶组、防爆箱、PLC全自动控制系统、碳纤维瓶储柜及正压式呼吸器等。
系统主要配置表
序号 | 名称 | 规格 | 单位 | 数量 |
1 | 高压空气充填泵 | 型号(MCH36/ET) 流量(600L/min) 压力(400bar) | 台 | 1 |
2 | 呼吸空气净化过滤系统 | 处理量1200m3@21℃,提供符合EN12021品质的呼吸空气 | 套 | 1 |
3 | 高压空气储存系统 | 8个50L/40Mpa高压钢瓶,带有国家压力容器检测报告 | 套 | 1 |
4 | 全自动阶梯式充气控制系统 | 采用4阶梯全自动充气控制 | 套 | 1 |
5 | 防爆充 气箱 | 采用两个CFSR-4防爆充气箱。 | 个 | 2 |
6 | PLC全自动控制系统 | 采用PLC控制,中文液晶显示屏显示系统运行参数、状态等 | 套 | 1 |
7 | 碳纤维瓶储架 | 可储存60个6.9碳纤维瓶的储架,分两组 | 组 | 2 |
8 | 改装车 | 载重4000KG以上 | 辆 | 1 |
2.2特点
♦结构紧凑、合理、整个系统融入人机工程学机理,提高了人员的操作舒适度。
♦大排气量、高效率、多功能的车载充气系统的主要功能是用于救援现场对空气呼吸器气瓶进行充气,安全、快捷、方便是始终贯穿本套设备设计、制造的理念和准则。
♦呼吸空气充填泵采用风冷设计,特殊的气缸布局,超大尺寸冷却器(无需用水冷却)。
♦我司专利设计的全自动阶梯式充气控制系统,提供更优越的充气速度与充气效率。
♦重载设计,适用于各种恶劣工况。
♦原装进口,高性能,重载连续运行设计主机,能很好的满足特殊环境要求。
♦高压钢瓶均为符合中国压力容器标准,并带有检验报告,是有力的质量保证。
♦达到EN12021的呼吸空气标准的呼吸空气净化系统,保证消防战士的呼吸空气质量。
♦LELUX AIR采用美国消防协会(NFPA)标准设计制造CFSR系列防爆充气箱。
♦拟采用压缩机集中控制的方式,提高系统使用率。
♦全自动PLC控制系统--不需人工操作。
3设计原理与结构布局
3.1设计原理
大气中的自由空气,由呼吸空气充填泵的入口过滤器,进入到呼吸空气充填泵的一级气缸,在气缸中对空气进行压缩,增压,再进行冷却及汽水分离后,进入到下一级气缸。**空气经过一至四级压缩增压,达到400bar(G)后,进入到由活性碳,分子筛,一氧化碳吸收分子构成三重呼吸空气净化过滤器组,使空气质量达到EN12021的呼吸空气标准。净化后高质量的空气,由我司拥有专利设计的全自动阶梯式充气控制系统对高压钢瓶组以及采用美国消防协会(NFPA)标准设计制造CFSR系列防爆充气箱内对碳纤维瓶进行充气。同时,为了保证系统设备长时间,高效率的运行。我们在整体系统上分别设计了独特的冷却系统,优良的润滑系统,简单的操作系统,完整的排污收集系统等。其系统流程示意图如下所示
呼吸空气充填泵 净化空滤系统 自动高效优化充气控制系统
带控制系统的防爆箱 高压钢瓶组
原理设计流程示意图3-1
3.2结构布局
LELUX600车载充气系统设备为车载的左侧,右侧以及后侧开门式结构设计,在高压钢瓶组两侧面,机压缩机侧面设计有可拆卸的防护网格,同时设备的布局清晰合理,操作方便简单,其布局示意图如图3-2~3。
外形尺寸图
4主要设备选型
4.1呼吸空气充填泵
4.1.1压缩机概述
乐力士设计的MCH36/ET高压空气充填泵
在入口压力1bar(A)情况下,流量600L/min
排气压力400bar G可调
用于车载固定安装方式。
压缩机采用电机驱动,皮带传动方式。
压缩机采用风冷冷却方式。
使用环境条件为:
温度3℃ ~ 45℃ ;环境相对湿度(平均)0%~90%
乐力士取得SGS认证的ISO9001质量体系认证。
压缩机组安装在一个撬装底盘上,出厂前经过整体测试。
压缩机组主要参数表
型号 | MCH36/ET |
驱动方式 | 皮带驱动 |
主动机 | 电机 |
冷却方式 | 风冷 |
压缩介质 | 空气 |
流量 | 600L/min(FAD) |
进气压力 | 1bar(A) |
进气温度 | 25°C |
工作压力 | 400barG可调 |
排气口尺寸 | 内牙7/16-20UNF |
最终排气温度(后冷却器之后) | 不超过环境温度15℃ |
压缩级数 | 4级 |
气缸数 | 4个 |
气缸布局 | “X”形布局 |
电机 | 15kW |
电机类型 | 鼠笼式异步电机 |
电机转速 | 2980rpm |
电机防护等级 | IP54/ B3/ IsolF |
电压/频率 | 380V、50赫兹 |
整机重量 | 约370kg |
尺寸(长X宽X高) | 900mmX740mmX1400mm |
4.1.2 MCH36/ET机组特点介绍
我们的MCH36/ET系列空气呼吸充填泵是专门针对中高压,大流量需求而设计。
原装进口主机,为连续无故障运行的高压工况而设计。
“X”型机构设计,充分平衡各级内部受力,机组运行平稳,提高机组效率,气缸之间无干涉,便于维护,同时”X”更适合冷却风的流向。
机组进气消音/过滤器(10微米级),有效的降低进气的噪音,同时拦截进气总的杂质,保护压缩机。
不锈钢中间冷却器,带有翅片的不锈钢冷却器,带有翅片的气缸和铝制缸头,以及带有真正意义上的风扇叶片的飞轮,均为机组提供良好的冷却,降低机组运行温度和排气温度。
全自动智能控制系统确保简单操作和无人值守的可行。
传动机构采用重载型设计,且经过**平衡,从而减少机组震动,适合长期运行。
运行噪音低,符合OSHA标准。
分离器均带有自动排水和卸载功能。
采用强制润滑,并带有油过滤器,确保高压机润滑充分,清除油路中的杂质。出口含油量≤10PPM,加装过滤器,含油量小于0.01PPM。
主机特点
●可靠的性能:采用了可靠的设计和耐腐蚀的过滤器和不锈刚冷却器,适用于连续运行场合。
●**的设计:驱动部分的运动部件和连杆均经过**平衡,因此机组的震动极小,连杆的负荷平衡.级间冷却器,翅片式后冷却器,翅片式气缸,翅片式铝制缸头,带有风扇的飞轮,均保证极低的运行和排气温度.
●**的材质:铸铁的气缸确保长寿命,采用具有延展性铁制材料制成的平衡曲轴,带有大直径平衡块确保低轴承负荷,高强度并增加了机组寿命.铝制缸头提供**的散热.7075-T6铝合金连杆提供高强度.铝制曲轴箱消除了不必要的重量.
●高质量部件:低摩擦轴承提供平滑的运行并降低功耗,前后轴承提供**的曲轴对中,延长曲轴寿命,全封闭风扇防护罩,飞轮经过**平衡并带有风扇叶片,提供极好的冷却能力.;重载型曲轴驱动齿轮式油泵为磨损区域提供充足的润滑;不锈钢阀片耐磨损,散热性好.,阀座采用镀镍处理,耐腐蚀.
●运行维护简单:进气过滤器便于快速更换.曲轴箱前后有盖板,便于快速拆卸,方便更换轴承和检查曲轴,连杆.
4.1.3空气呼吸充填泵主要系统介绍
驱动系统:
空气呼吸充填泵采用高性能电机驱动,皮带传动的设计。电机主轴经皮带,带动空气呼吸充填泵的曲轴。经空气呼吸充填泵的连杆机构将曲轴的旋转运动转换成活塞的往复直线运动,从而进行空气的压缩。电机与压缩机主要安装在一个底座上,使其结构紧促,运输方便。
气路系统:
气路系统作用,主要是将气体引向空气呼吸充填泵,经过空气呼吸充填泵各级压缩之后,在引向使用场所。从空气呼吸充填泵的一级前的过滤器开始,到空气呼吸充填泵末级排气管的止回阀结束。其中的管道,进气过滤器,汽水分离器,冷却器,排污管路,安全阀等组成空气呼吸充填泵的气路系统。汉纬尔空气呼吸充填泵气路系统的主要特点:
♦装有10微米进气过滤/,实用于复杂的环境。
♦自动排污系统,能更好的提供工作效率。
♦每一级压力表及安全阀,使安全运行进一步提高。
♦排气口设有止回阀,确保机组安全,可靠运行。
♦在排气口设置有压缩机排气压力过高,停机保护。
♦压缩机的气路系统如图所示。
为了保证不超过规定压力,防止发生事故,除自动控制中的压力保护外本机各级冷却器后均装有相应的安全阀。
各级安全阀设定值
设计参数 | |||
位置 | 名称 | 位置 | 名称 |
/ | 排气压力 | / | 安全阀设定值 |
一级缸 | 3.6Bar | 安全阀01 | 4 Bar |
二级缸 | 20Bar | 安全阀02 | 23Bar |
三级缸 | 80Bar | 安全阀03 | 88 Bar |
四级缸 | 400Bar | 安全阀04 | 420 Bar |
为了更好的提高机组效率和保证空气质量,在压缩机的每一级汽水分离后都设计了排污管道及阀门,组成排污总管路,该排污系统设置有手动排污与自动排污功能。每个汽水分离器装有一个自动排污阀。当压缩机停机时,这些阀自动打开;同时,在压缩机连续运行的过程中,这些阀会间歇打开,用来排出汽水分离器里面的冷凝液。在压缩机启动时,所有的自动排污阀是打开的,确保压缩机轻载启动。启动5秒后,自动排污阀关闭,压缩机加载。当压缩机停机时,自动排污阀打开,释放掉气缸和管路里面的压力。
其结构示意图如下,
| |||
润滑系统
乐力士MCH36/ET空气充填泵采用飞溅润滑结合强制润滑的特殊设计,单动作活塞式压缩使用飞溅润滑就足够了,但高压尖塔式气缸和曲轴连杆润滑则必须要强制润滑。曲轴箱中的油箱同样向气缸提供润滑油。油路入口的过滤器可以在润滑油被吸入前过滤掉润滑油中较大的杂质,防止其进入润滑油路。曲轴箱也向高压气缸的气缸润滑系统提供润滑油。油污过滤器可以过滤掉润滑油中的固体微粒和氧化物,防止其进入润滑管路。压力传感器可以在油压过低向控制系统发出关机信号。
1-入口过滤器 2-润滑油泵 3-油过滤器
4-油压开关 5-针阀 6-油位开关 7-油位镜
冷却系统:
我们的空气充填泵采用高效冷却系统设计,级间冷却器和末级冷却器集成为一个整体,带有真正意义上的风扇叶片飞轮,主轴带动风扇对冷却器和主机进行强制冷却,同时“X”型结构设计的气缸分布,更适合冷却风的流向,提高率却效率,同时采用铝制缸头提供**的散热,使得整机排气温度升温约为15℃。
*“X”分布的气缸 *6组风扇盘,每组3片,为主机提供充分的冷却
4.1.4空气充填泵系统的供货范围
型号:MCH36/ET,主要包括以下部分
风冷,单动作,四级压缩四缸压缩机主体。
可拆卸式进气消声过滤器,10微米精度
铝制汽缸头,独立阀座
常规惯性飞轮,V带驱动
V型皮带及皮带防护罩
专用冷却风扇
飞溅润滑系统+压力润滑系统
轻合金活塞
全自动环形阀和活塞环,大流量,多动作,高效率
风冷不锈钢中间冷却器
风冷后冷却器带安全阀
二,三级和末级水气分离器
自动排污阀
排污收集及消音系统
3相鼠笼转子式电机
功率 Horse Power15KW
转速 Speed 2980rpm
电压 Voltage 380V
频率 Frequency 50Hz
防护 ProtectionIP-54
绝缘 Insulation Class F级
温升 B级 temprise
钢制机组标准型防护罩
防震脚垫
机组润滑合成油
4.2呼吸空气净化系统
呼吸空气净化系统主要是将压缩机出口的空气进行净化,过滤,以达到EN12021的呼吸空气标准。当气体温度为21oC时,整个净化系统可处理2400m3的压缩空气(2套AB组合)。净化系统包含机械式过滤分离器以及由活性碳,分子筛,一氧化碳吸收分子构成三重呼吸空气净化过滤器。并且配有止回阀,安全阀,压力表,放空阀,背压阀等。整个系统安装在一个支架上,安装在压缩机的侧面,方便更换滤芯及维护保养。
*不锈钢过滤器(含压力容器证书)
*选装:在呼吸空气净化系统之后,可选装CO在线分析仪。
可实时监视呼吸空气内CO的含量,反应滤芯的使用情况,
一旦呼吸空气中CO的含量超标,立刻在PLC上显示报警,
提示更换滤芯,同时切断压缩机的运行。
*本图仅供参考。
4.3高压空气储存系统
高压空气储存系统的主要功能是在站内充满经过净化的呼吸空气,一旦到达火场现场,即可使消防车马上投入充气工作。在给碳纤维瓶进行充气时,可以先利用储存系统内的空气进行一次充装,如果不能达到30Mpa时,再由压缩机对碳纤维瓶进行二次充装,以达到快速充气的目的。
高压空气储存系统包含8个50L、40Mpa钢瓶,钢瓶压力表,钢瓶安全阀,钢瓶截止阀,钢瓶支架等。同时配有钢瓶压力监视开关,一旦钢瓶内空气压力在存储过程中出现压力不足,及时发出声光报警,提示操作人员及时检查并补充空气,防止在紧急状况时没有足够的空气进行充瓶。所有的高压钢瓶均为符合中国压力容器标准,并带有检验报告的产品。同时为了方便安装,我们将8个50L、40Mpa钢瓶,分为两组,每组4个50L、40Mpa钢瓶。这样模块化设计,无论是安装,运输,维护等都能提高很好的效率。
每组4个50L、40Mpa钢瓶组示意图
型 号 | 钢瓶数 | 长(mm) | 宽(mm) | 高(mm) | 重量(kg) |
GPZ2-4 | 8 | 2150 | 660 | 1350 | 1100 |
4.4全自动高效优化充气控制系统
1、原理:全自动阶梯式充气控制系统为我司的专利设计。该系统采用4阶梯控制方式。8个钢瓶被分为4组,二个钢瓶为一组,并联在一起。4组钢瓶被编为从底到高的压力顺序。如第1组为低压组,第4组为高压组。当压缩机对钢瓶组进行充气时,先对第4组进行充气,当4组的压力达到40MPa时,再对第3组钢瓶进行充气,当第3组压力达到40MPa时,再对第2组钢瓶进行充气,以此类推,**对第1组钢瓶进行充气。充气结束时,所有钢瓶的压力均达到40MPa。同样,当压缩机对钢瓶组进行补气时,总是先补第4组钢瓶。当对碳纤维瓶进行充气时,先用第1组钢瓶对碳纤维瓶进行充气,如果第1组钢瓶无法将碳纤维瓶充到30Mpa时,则切换到由第2组钢瓶对其进行充气;同样,如果第2组钢瓶也无法将碳纤维瓶充到30Mpa时,则切换到由第3组钢瓶对其进行充气;以此类推,当第4组钢瓶也无法将碳纤维瓶充到30Mpa时,则切换到由压缩机对碳纤维瓶进行充气。整个切换及序列的控制均自动完成,不需要人工操作。在充气过程中,当第1组钢瓶的压力低于30Mpa时,压缩机自动启动,对钢瓶组系统进行补气。
2、优势:此全自动高效优化充气控制系统,与传统的并联式充气系统具有极大的差别和优势。传统的并联充气系统中,所有的钢瓶是并联连接的,因此压力始终是一致的。当给碳纤维瓶进行充气时,所有钢瓶压力一起下降;当钢瓶组压力降到30Mpa以下时,则必须由压缩机对碳纤维瓶进行充气。由于钢瓶组、碳纤维瓶是连接在一起的,此时压缩机等于是要将钢瓶组和碳纤维瓶一起充到30Mpa。因此,并联充气系统的后段充气速度是相当慢的。
3、保护:全自动高效优化充气控制系统内配有原装进口气动控制阀门,实现阶梯功能的自动切换,并配有充气回路压力调节阀,防止充气压力超过30Mpa。调节阀后配有安全阀,防止调节阀失效后的危险。
*阶梯中所含阀门均来自美国原装进口
4.5防爆充气箱
LELUXAIR采用美国消防协会(NFPA)标准设计制造CFSR系列防爆充气箱。CFSR系列防爆充气箱采用箱体采用双层结构:外箱采用5mm钢板;内箱中相邻的两个碳纤维瓶放置位置单独隔开,中间采用6mm钢板分隔,前侧采用3mm钢板,门采用5mm钢板制成,防爆充气箱和操作人员间的钢板厚度为8mm,以致操作人员的安全得以充分保证。
CFSR系列防爆充气箱,具有以下特点:
外箱内层和箱体底部开有泄压孔,气瓶爆破时,膨胀的压缩空气通过内、外箱之间的空间和箱体底部泄压孔排出,防止对操作人员的伤害。
开门连锁装置,开门时自动切断充气回路,关门时自动打开充气回路。
独立充瓶软管和充瓶阀,可根据情况选择充瓶数量。
关门自锁装置,防止充瓶时及气瓶爆破时门被打开。
气瓶装填高度低,方便操作。
放空阀含放空消音器。
气瓶托架采用旋转结构,并配有气动弹簧,方便开关,减轻操作人员负荷。
充填到设定压力自动声光提醒
6.8L和9L气瓶通用设计
节流阀控制充填速度,确保碳纤维瓶安全
减压阀防止碳纤维瓶超压
图片仅供参考
型 号 | 充瓶数 | 长(mm) | 宽(mm) | 高(mm) |
CFSR4 | 4 | 972 | 539 | 1339 |
4.6 PLC全自动控制系统
整个系统的电器控制采用PLC控制系统,并配有中文液晶显示屏。所有设备的操作和控制都是通过控制面板来完成的,控制面板的作用就是将复杂的设备控制简单化,使整套移动充气车的操作变得方便快捷。该控制系统可对充填泵、钢瓶组、CO在线监视仪等系统进行监视(选配产品)、设定、安全保护。自动控制充填泵的运行,提供故障报警及停机,显示故障原因,显示维护建议。
显示功能:
充填泵排气压力
充填泵末级排气温度
钢瓶储存系统压力
运行模式
运行状态
运行时间累积显示
故障内容显示
保护功能:
低油位报警停机
低油压报警停机
排气温度超高停机
钢瓶储存系统低压声光报警(提醒客户需要充气)
CO含量高报警(选配)
设定功能:
手动模式
自动模式
自动停机压力
自动启动压力
排污间隔时间
排污时间
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