氧气系统

2024-08-31

氧气系统（精选9篇）

氧气系统篇1

摘要：本文对A320系列飞机机组氧气系统的作用、组成部分、保护功能和几种工作模式等进行了详细的阐述, 根据维护标准对维护中的常见问题进行了分析, 同时描述了维护的安全注意事项。

关键词：机组氧气系统,维护,安全

飞机氧气系统在飞机座舱增压失效时为机组、乘务员和乘客提供生命活动所必需的氧气, 保障生命安全。飞机氧气系统可分为机组氧气系统、旅客氧气系统和便携式氧气系统。驾驶舱机组人员可根据需要随时使用氧气, 而旅客和乘务人员只能在座舱增压失效, 氧气面罩自动脱落或人工操控时才允许使用。便携式氧气系统主要用于急救和一些特殊需求的人员。本文着重介绍A320飞机的机组氧气系统。

1 工作原理

机组氧气系统是为了在客舱紧急释压或当驾驶舱出现烟雾、有毒气体时为机组提供氧气。对于A320飞机, 机组氧气系统是主要是由一个位于左侧电子舱内的高压氧气瓶提供氧气, 主要由以下四部分组成:机组氧气瓶、机组氧气高压调节部分、机组氧气低压总管部分, 机组氧气面罩 (如图1) 。

绿色的高压氧气瓶具有较强地抗冲击能力, 其最大灌充压力为1850PSI。当人工关断活门打开时, 高压氧气经过压力调节器调节到78±8PSI至低压供氧活门, 通过低压总管低压调节供给机组所需压力的氧气到机组氧气面罩组件。机组氧气瓶上除了人工关断活门、压力调节器外, 还有氧气压力指示表和超压释压活门。

2 超压保护功能

压力调节器的用途是将高压压力进行减压, 调节到稳定的低压输出。在压力调节器的高压段和低压段都有超压保护功能。当高压段的压力超过2550~2775PSI, 高压段的超压保护系统将把压力排出机外。同样的, 当低压段的压力 (压力调节器出口压力) 超过175PSI时, 低压段的超压保护系统将把压力排出机外。在飞机的左侧有一个绿色的释压保护片, 当出现超压保护时, 释放的超压气体会将保护片吹走 (当超压达到40~100PSI时) , 露出黄色的底片。

在绕机检查中发现绿色圆片丢失, 应及时检查氧气瓶。对氧气瓶充氧或更换氧气瓶后, 应重新安装该保护片, 同时更换O形环和卡环。由于低压段的超压保护是通过单向活门实现的, 当单向活门出现渗漏时就要造成机组氧气压力渗漏。而且这种渗漏的流量较小, 达不到吹走释压保护片的标准 (>40PSI) , 因此很难发现。在实践中可以在释压保护片上喷洒肥皂水来判断是否是压力调节器渗漏。

3 压力指示

机组氧气瓶压力除了在瓶体上的压力表指示外, 也通过高压调节压力传感器在ECAM的DOOR/OXY页面右上角以数值显示。当氧气瓶压力为0~400PSI, ECAM上数值为琥珀色。当压力为400~1850PSI, 数值为绿色。当压力低于1500PSI时, 在数值下方会出现一个琥珀色半框指示。但这并不意味要更换氧气瓶。机组飞行所需的氧气量由温度、飞行机组人数等多个原因决定空客在AMMTASK35-10-00-200-001和FCOM3.3.4中给出了放行标准。表1是A320飞机机组氧气压力最低要求的一个示例。但要指出的是该标准的使用也是有条件的, 由经验值可以看出正常日氧气压力下降值为0~20PSI, 如果在一个航段或者一天的飞行中氧气压力下降了几百PSI, 即使残余的压力满足放行标准, 也不应该将飞机放行, 必须查明氧气泄漏的原因。

低压部分的压力在ECAM上并没有具体数值体现, 但低压总管部分的低压调节装有低压电门, 当它探测到低压低于50±5PSIG E CAM的DOOR/OXY页面出现琥珀色的‘REGULLOPR’信息。若在航前出现该信息可通过按压驾驶舱OXYGEN面板上的CREWSUPPLY电门接通供气活门, 活门打开1.5s, 低压总管压力上升, “REGULLOPR”信息会消失。

在低压总管上还连接有一测试端口用于低压总管的压力调节测试、渗漏测试等。

(1) 参考温度。

地面上: (外界温度+驾驶舱温度) ÷2;

飞行中:驾驶舱温度 (℃) -10℃;或驾驶舱温度 (℉) -18℉。

(2) 最低瓶体压力以保障。

(1) 航前检查。

(2) 当只有一名飞行员在驾驶舱使用氧气。

(3) 不可使用的氧气量 (保证调节功能的最低压力) 。

(4) 正常系统渗漏。

客舱释压后氧气面罩模式选择器选在NORMAL位 (稀释氧气) 的保护。

(1) 在紧急下降时所有的驾驶舱成员呼吸13min。

(2) 在巡航阶段高度层100时两名机组人员呼吸107min。或在客舱高度8000英尺有烟雾时提供所有机组人员100%纯氧15min。

提示:以上特性是基于氧气面罩密封完好的情况, 如果机组人员有胡子, 可能会受影响。

4 机组氧气面罩

在主副驾座位两边各有一个盒子分别装有两个氧气面罩, 供给机组使用。在机组氧气面罩盒上有氧气流量指示、RESET/TEST按钮、氧气使用旗。每个氧气面罩包括充气挽具、目视窗、模式选择器、应急超压旋钮和话筒 (第四观察员氧气面罩上无话筒) 。

在氧气面罩存储箱的左侧门下方有一个供气活门, 控制氧气系统向氧气面罩供氧。当氧气面罩存储箱的左侧门打开, 供气活门就打开, 取出氧气面罩, 挤压红色夹子给挽具充气, 可使氧气面罩戴到头部。此时在存储箱左侧会有一个白色OXYON的指示旗跳出, 指示开始供氧。戴上面罩后, 松开红色夹子, 面罩贴在脸上, 开始正常呼吸。如果要停止供氧, 必须要将氧气面罩叠好放入存储箱, 盖好存储箱的门, 按压RESET/TEST按钮, 供气活门才会关闭, OXYON的指示旗将消失。

按压RESET/TEST按钮除了重置氧气面罩还可进行渗漏测试。地面按压CREW SUPPLY电门后, 按压RESET/TEST按钮, 氧气流量指示器先打开 (显示黄色十字) 后关闭 (黑色十字) , 说明氧气在流动。压下并保持RESET/TEST按钮以及氧气面罩上的应急超压按钮, 氧气流量指示器持续打开 (显示黄色) 说明有持续不间断的氧气流动。可以通过扬声器听到氧气的流动。当氧气流量指示器无作动反应, 应优先考虑更换机组氧气面罩盒。

在氧气面罩上的应急超压电门用于产生超压, 消除水汽, 防止烟雾、异味、烟灰进入面罩。当按下应急超压按钮可持续提供几秒钟的较高压力氧气。当旋钮转到应急位将产生持续的较高压力纯氧。当客舱高度大于30000英尺时自动产生持续的较高压力的氧气。

机组人员可通过模式选择器选择供氧的纯度: (1) 选择Normal位时, 提供纯氧和空气的混合气体供呼吸;当飞机高度大于10600m时, 空气进口自动关闭提供纯氧。 (2) 选择100%位时, 提供纯氧呼吸;当应急超压旋钮在超压位时, 提供更高流量的纯氧。

5 机组氧气系统维护

氧气易燃、易爆, 是非常危险的气体, 应远离电源、火源、易燃、易爆材料、油脂等碳水化合物。机组氧气使用的是纯度至少为99.5%的“航空呼吸用氧”, 应使用绿色的高压氧气瓶。在灌充氧气和执行氧气系统维护工作时务必严格按照工作手册和行业标准操作且务必小心, 保护好自身安全。

安装氧气瓶应严格按照AMM步骤执行:注意施工时不能粘有任何油迹;使用干净的手套、工具设备;封圈安装位置一定要正确, 以免渗漏;机组氧气瓶安装完毕后旋转气瓶人工关断活门供氧时先旋转3~4圈等待90s后方能完全打开气瓶人工关断活门;使用指定的试漏液进行试漏。

机组氧气渗漏常见的四种情况: (1) 机组氧气面罩或面罩管路漏气。 (2) 机组氧气面罩没有完全复位。 (3) 低压调节接头或低压调节连接机组氧气盒的管路损坏渗漏。 (4) 低压调节器内部或外部渗漏。严格按照手册及工作单维护是防止机组氧气渗漏的根本途径。当出现泄漏后, 应及时寻找泄漏原因, 以防止出现不安全事件。

氧气系统篇2

医院氧气是供抢救病人之用，氧气瓶分布门诊部，病区和手术室使用。氧气是助燃危险品，氧气房是要害部位为了切实加强医院氧气安全使用管理，特制订此制度。

一、氧气瓶存放的地方，严禁烟火、禁止易燃易爆、油类等危险物品入内或混放。须有专人负责管理，做好安全防火防爆工作，备有灭火器材。

二、氧气瓶的管理、搬运人员须经过专门培训并持有合格证上岗，运输氧气瓶的车辆须持有危险品运输证，严格执行安全操作规程和安全制度，氧气瓶搬运谨防撞击，使用人员须注重安全，不准吸烟，氧气瓶阀门和管道开关须勤查、关闭好，不允许有漏气现象。非工作人员不准动用。

三、严格执行上级的有关规定，定期对氧气瓶进行试压检验和报废更新，标志明显，并做好每年的年检工作。

四、氧气瓶必须有专人维修和管理，如有破损、失灵和漏气等情况应及时检修，实行不定时防火巡查制。如有不安全因素 , 须立即采取有效措施，消除隐患，确保正常的医疗供氧。

医用氧气供给系统消防安全浅析篇3

关键词：医用氧气,火灾,危险性,消防安全

当前,随着科学技术的不断发展和人民生活水平的提高,患者对医院的环境和服务质量的要求越来越高;同时随着医疗手段的改进,医用制氧机在国内逐步成为大中型医院供氧的必要设备,因为它克服了瓶装氧气及液态氧的缺点与隐患,而目前国家对瓶装氧及液态氧的规范仍停留在以往的认识上,对医用制氧机尚无相关规范,这给工程设计及消防审核带来不利的影响。因此,如何在确保消防安全的前提下合理使用医用氧气供给系统,已经成为迫切需要解决的问题。

1 医院的几种主要供氧方式

1.1 瓶装氧供气

即把氧气瓶运到需要用氧的病房,直接给患者使用。为此,每个科室都备有多个氧气瓶,结果导致氧气瓶在病房楼分布比较分散,不易管理,火灾危险性较大。20世纪七八十年代,我国医院基本上都采用这种供气方式,目前县、乡镇级的部分小型医院仍采用这种方式供氧。

1.2 液态氧供气

即采用液氧储罐,汽化器集中利用罐网供气,这种方式相对瓶装氧供气具有气源稳定集中、患者使用方便、消防安全性较高等优点。目前被较多医院采用,一些原本使用瓶装氧的病房楼也通过技术改造,改用该种方式供气。

1.3 医用制氧机供气

制氧机根据其原理又可分电化学制氧法、低温空气分离法和医用分子筛变压吸附法。由于低温空气分离法和电化学制氧法工艺较复杂,设备占地面积也较大,很少采用。目前采用较多的是医用分子筛吸附法制氧,其工作原理是采用5A沸石分子筛为吸附剂。5A沸石分子筛的晶体石笼型结构,有非常发达的晶穴。在晶穴中具有非常强的阳离子和氧负离子,构成了极性极强的极性分子筛,而氧和氮是非极性分子。当氧氮通过5A极性分子筛时,在极性分子作用下,氧氮产生了诱导偶极。氧氮的诱导偶极和5A沸石分子筛的极性偶极作用产生一种诱导力,而容易极化的氮产生的诱导力远远大于氧产生的诱导力。因此,5A分子筛对氮的吸附容量大于对氧的吸附容量,所以氮被5A沸石分子筛优先吸附而富集于分子筛的固相中,氧富集于非固相中,这就是氧的产品气。5A分子筛还具有加压时对氮的吸附容量增加,减压时吸附容量减少的特性。因此,可采用5A沸石分子筛加压时吸附氮,减压时,氮从5A分子筛中解吸出来的方法来实现变压吸附制氧。目前,这种制氧方式已成为医院中心供氧系统的主要形式,其优良的安全性、可靠性、经济性为医院所认可,近几年很快在全国的大中小型医院普及。

2 国家规范对医院供氧系统的规定[2]

目前在《建筑设计防火规范》对医院等民用建筑供氧系统并未作出相关规定的情况下,医院供氧系统只能参照乙类厂房和助燃气体储罐的规定,根据《建筑设计防火规范》第4.5.6条要求,液氧储罐离医院病房楼的防火间距不应小于25m,根据第3.3.8条要求,医用制氧系统离医院病房楼的防火间距也不应小于25 m。

《高层民用建筑设计防火规范》(以下简称《高规》)仅在第4.2.6条规定:高层医院等液氧储罐总容量不超过3 m3时,储罐间可一面贴邻高层建筑外墙建造,但应采用防火墙隔开,并应直通室外的出口。对超过3 m3者,仍按小型甲、乙类液体储罐的要求,离高层病房楼应不小于35 m的防火间距。医用制氧系统按乙类厂房的要求,根据《建筑设计防火规范》第3.3.8条的规定,离高层病房楼(重要的公共建筑)应不小于50m的防火间距。

3 医用供氧系统的火灾危险性分析

液氧储罐设置的火灾危险性。《高规》规定的3 m3的液氧储罐,可供100张床位的病房用一星期,而目前新建医院病房楼的床位数大多在500张以上,3 m3的液氧只能供应1~2 d,这必然导致液氧槽车经常要装卸液氧,给医院带来了一定的不安全因素。而增大液氧储罐的容量,与病房楼的防火间距就要保证在25 m以上。据调查,一些城市医院修建病房楼,是结合城市改造进行的,一般都是拆迁旧房原地而兴建起新高层建筑,用地比较紧张,实际操作中难以满足上述的防火间距。即便是新建的医院,由于城市用地的紧张,也很难做到25 m以上的防火间距。

医用制氧机设施的火灾危险性。氧气是助燃气体,不是可燃气体,它比可燃气体火灾危险性低。常用的医用分子筛变压吸附法制氧机,其原料采用取之不尽的空气,在常温低压(最高压力不大于0.7 MPa)条件下工作,分子筛再生不用加热等其他手段,自动化程度高,操作简单,维护方便,且其氧气是现制现用,一旦发生事故,只需停止设备运行即可切断气源。它克服了瓶装氧的缺点与隐患,具有较好的安全性,正在逐步取代以上2种供氧方式[2]。另外,制氧机系统与燃气锅炉房相比,氧气比可燃气体的火灾危险性要低,制氧机的生产工艺火灾危险性也要比锅炉房低,显然其火灾危险性要小于燃气锅炉房。

通过对以上几种氧气供气设施火灾危险性分析,以及与可燃气体、燃气锅炉房火灾危险性的比较,并不是说氧气供气设施的火灾危险性就不存在了。氧气毕竟是助燃气体,为此,任何单位或个人切不可掉以轻心,应经常对氧气供气设施进行检查,将隐患消灭在萌芽状态,做到有备无患,使氧气设施更好地为医疗服务。

参考文献

[1]GB50030-1991氧气站设计规范[S].

[2]YY/T0298-1998医用分子筛法制氧设备通用技术规范[S].

氧气教案篇4

能力目标培养学生的观察能力和语言表达能力

教育目标掌握科学规律

重点难点氧气的化学性质; 反应现象;反应类型的判断

策略和方法讲演结合教学媒体有关仪器和药品

教学程序教学内容教师活动学生

活动

复习

导课

新授

氧气可与哪些物质发生反应?

煤、汽油、酒精、煤气等

本节课来系统学习氧气的有关知识

一、氧气的化学性质:

1、碳和氧气反应:(文字表达式)

点燃

c o2 ====== co2

现象:发出白光,放热,生成无色气体co2

2、硫和氧气反应:(文字表达式)

点燃

s o2 ====== so2

现象:(空气中)

发出淡蓝色火焰,放热,

有刺激性气味的气体生成。

现象:(氧气中)

发出明亮的蓝紫色火焰,放热,

有刺激性气味的气体生成。

3、磷和氧气的反应:

点燃

p o2 ====== p2o5

现象:发出黄光,放热,有大量浓烟生成提问引导

启发学生与生活相联系

演示 [1-2]

板书

强调

演示 [1-3]

板书

强调硫在氧气和空气中燃烧的不同现象

演示[1-4]

讲清意义和写法思考

讨论

回答

做好充分准备

观察

描述反应现象

掌握

观察

描述反应现象

进行区别

观察

理解

记忆掌握

小结

作业

课后记 4、铁和氧气反应:

点燃

fe o2 ====== fe3o4

现象:剧烈燃烧火星四射,放热,有黑色固体生成

5、铝和氧气反应:

点燃

ai o2 ====== al2o3

6、石蜡与氧气反应:

点燃

蜡烛氧气 ==== 二氧化碳水

氧气的化学性质:

1、与金属反应:

2、与非金属反应:

3、与其他物质反应(石蜡煤气天然气)

1、课本p14

2、目标p12

3、复习已学元素符号

4、记忆化学式

o2 n2 co2 so2 no2 fe3o4 h2o al2o3 p2o5 co

5、识记5个化学反应式:

反应现象容易发生混淆,应强化记忆

演示[1-5]

注意事项:

集气瓶中应预先留有少量水或细纱

解释原因

引导分析

归纳

观察

理解

记忆

掌握

观察

注意生成物的种类和数量

掌握规律。

氧气系统篇5

飞机氧气系统在舱内压力高度超过设定值或舱内着火、有烟雾时为乘员提供生命活动必要的氧气。因为供氧对象和需求不同分为机组氧气系统、旅客氧气系统和便携式氧气设备。旅客氧气系统因供氧时间短多为化学氧;机组氧气系统按适航要求需要2H以上供氧, 因此需要氧气瓶持续供氧。

按照AC25-20中对生理极限高度的定义:人类对高度增加的反应因人而异, 在相当低的高度, 抽烟或健康状况欠佳人员会先于年轻和身体健康人员出现影响反应, 如果没有氧气辅助, 多数人员会开始经历夜视能力减弱现象, 而正常视觉敏感度是在约5000英尺高度, 在大约10000英尺高度上, 经历几个小时之后, 人员会开始表现出智力敏感度和体力灵巧度减弱, 在18000英尺, 智力减弱会引起神志不清, 有效清醒时间 (TUC) 约为15分钟, 在25000英尺, 多数人员的TUC约为3-10分钟, 在25000英尺以上高度, TUC快速降低, 在40000英尺, 就只剩几秒钟了。然而, 如果一人呼吸的是100%的氧气, 在34000英尺高度, 肺内局部氧压与在海平面呼吸空气时相同, 在40000英尺, 呼吸100%的氧气, 肺内局部氧压与在10000英尺呼吸空气时相同, 所以, 34000英尺为人体组织缺氧完全防护的最高高度, 40000英尺为100%吸氧人身防护最高高度, 必须在有限的时间降低到安全高度。

通过人体在不同高度对氧气的需求分析以我们可以发现随着气压高度和自身条件的不同对氧气浓度和压力有着不同的需求, 但现有氧气设备在佩戴时即为飞行员提供100%浓度的加压氧气, 从经济性和科学性上还有待优化。如果能按外界气压高度不同和飞行员不同场合需要为机组人员提供不同工况的氧气, 会极大减轻氧气系统重量, 提升飞机经济性。但作为实现的基础, 氧气系统精确控制方面研究还处于起步阶段, 氧气系统数学建模存在空白。

本文针对机组氧气系统的氧气面罩容积、供氧人数及执行器件等均对系统稳定性造成影响的问题, 依据实际控制方案采用电机工作原理和质量守恒原理通过合理简化创建由输入电压到面罩内氧气浓度的数学模型。模型的建立为系统精确控制氧气供给的实现以及控制算法的优化提供试验基础。

机组供氧系统用于在应急情况下为机组成员提供必要的氧气, 因此, 系统需要有很快的相应速度和极佳的稳定性, 在AC25-7A中要求, 当座舱高度超过10000ft后, 机组成员的反应时间为17s, 佩戴氧气面罩时间为5s。因此, 机组氧气系统从开始相应到氧气面罩压力和浓度满足要求的时间最大不能超过5s中, 在普通的控制过程相应速度和稳定性要求很难满足机组氧气系统要求。本文采用PID控制器控制系统的响应速度加快、调节精度提高、稳定性变好, 系统的过度时间短。显著特点就是, PID控制器在系统参数发生变化时仍能表现出良好的控制性能指标, 自适应能力强, 这在实际的工程应用中具有重大意义。

1 机组氧气系统建模

机组氧气控制系统可通过对外侧环境的实时监控, 按既定控制逻辑对氧气瓶出口的调节阀进行调节以控制氧气释放速度, 保证为机组提供不同浓度和不同压力的氧气。

机组氧气控制系统框架如图1所示。本文针对该框架进行建模。

首先对氧气面罩进行建模。将氧气面罩假设成为一个含有输入输出的密闭容器。氧气输出入形式为阀门释放, 输入速度为Q1;输出形式为人体呼吸消耗, 输出速度为Q0。面罩内容积为V, 初始氧气浓度为1, 二次检测浓度为2, 根据质量守恒在飞机上机组氧气系统供氧采用压缩供氧方式, 氧气从氧气瓶中通过调节器为机组提供必需的氧气。氧气瓶同面罩间压差恒定的前提下通过控制阀瓣的开度控制氧气摄入面罩内的进气量同活门开度成正比, 若飞行员状态正常, 呼吸恒定, 呼吸所消耗的氧气速度会在很定的区间内浮动。

2 基于AMESim的氧气控制系统控制器设计

AMESim提供了一个系统工程设计的完整平台, 使得用户可以在一个平台上建立复杂的多学科领域系统的模型, 并在此基础上进行仿真计算和深入的分析。

根据机组氧气系统实际工作情况建立系统模型如图2所示。用到的库有机械库、信号库、控制系统库和气动库。本文以某型飞机为例模拟机组氧气系统模型, 该型飞机最大飞行高度39800ft, 飞行员需在座舱高度大于10000ft后佩戴氧气面罩, 机组氧气系统由加压氧气瓶直接供氧, 氧气瓶容积为77ft3, 瓶内压力为2200Psig。图2是机组氧气系统仿真模型。直接仿真可得到没有经过PID校正过的压力变化曲线, 面罩内的压力变化曲线如图3所示。

由图3可见, 未经PID校正的面罩内压力是一个稳点上升的过程, 其上升过程较为缓慢, 可在10s左右达到稳定状态, 但在实际过程中, 飞行员需要在佩戴氧气面罩的同时获取足够压力和浓度的氧气保证飞行员以足够清醒的状态完成飞机操控任务。因此, 我们在仿真系统中增加PID控制以减少系统达到稳态的时间, 系统校正模型如图4所示, 其中KP=200, KI=0.4, KD=0.2, 对其仿真得到校正后的压力变化曲线, 如图5所示。从图5可以看到经过PID控制后面罩内压力到达稳态的时间由原先的近10s中减少到少于1s, 在实际飞行过程中飞行员从摘取氧气面罩到佩戴氧气面罩全过程用时5s, 因此在加入PID控制以后, 通过PID控制的快速性与稳定性保证氧气系统可满足飞行员的需求。

3 总结

利用AMESim对PID控制机组氧气系统进行了模拟仿真, 仿真模型直观地、方便地反映了系统工作的动态特性。通过加入PID控制提升控制的响应速度和稳定性, 帮助飞行员能够在最短时间内获取足够压力和浓度的氧气, 在极限状态下使飞行员有足够氧气保证在清醒的状态下完成各种飞机姿态操作。

摘要：机组氧气系统对控制的精度、速度和稳定性都有很高的要求, 本文通过AMESim软件对机组氧气系统控制进行仿真和优化, 通过增加PID控制器使系统的响应时间和系统稳定性有了大幅度的提升, 并且实现起来简单易行, 在未来机型上有很好地应用前景。

关键词：机组氧气系统,氧气面罩,AMESIM软件,PID控制

参考文献

[1]AC25-7A.咨询通告[R].

[2]AC25-20.咨询通告[R].

[3]付永领, 等.AMESim系统建模和仿真[M].北京航空航天大学出版社, 2006.

氧气系统篇6

1 基本情况

1.1 氧气透平压缩机的密封气主要起以下几个作用:

a.防止氧气外漏b.防止空气和润滑油通过间隙漏入机壳, 使氧透烧毁。密封气又分为氧气轴封和氮气轴封。

1.2 氧气轴封:

经平衡盘漏出的氧气一部分流回压缩机进口管, 回流量由混合气与进口管的压差来控制。另一部分氧气进入氧气腔, 压力略高于混合气腔的压力。

1.3 氮气轴封:

用户提供的密封氮气进入氮气腔, 该处的压力略高于混合气腔的压力。漏出的氧气和氮气一起进入混合气腔, 氧气的浓度因与氮气混合而降低。混合的气体在安全的地方排入大气。

1.4 氧气透平压缩机的轴封差压连锁及控制:

氧透有三个差压连锁, 分别是:a.PDIC3302混合气与压缩机进口氧气压差, 正常值是2.5Kpa, 控制混合气体排放阀V3309以保持混合气体的压力高于氧透进口氧气的压力为2.5Kpa。b.PDIC3303轴封氧气与混合气压差, 正常值是4.0Kpa, 报警值是≤1.0Kpa, 连锁停车值是≤0.5Kpa, 控制氧气回流阀V3308以保证氧气腔的压力高于混合气腔。c.PDICAS3304轴封氮气与混合气压差, 正常值是4.0Kpa, 报警值是≤1.0Kpa, 连锁停车值是≤0.5Kpa, 控制氮气压力调节阀V3312以保证轴封氮气的压力高于混合气腔。PDIC3302、PDIC3303、PDI-CAS3304三个轴封差压的自动调整都是直接或间接以氧气进口管道压力作为调整基准, 这说明氧气进口压力发生变化, 相关差压都要发生变化。

1.5 氧透进口氧气压力的控制。

PIS3301、PI-CA3302、PICA3303都是测量氧透的进气压力, 正常值是10Kpa报警值是≥27Kpa, 停车值是0Kpa。

正常情况下, 控制氧透进口压力有两种可以同时作用的调节方式, 1.5.1通过PICA3302的设定值控制进口导叶GV3301的开度, 当PICA3302压力低于设定值, 通过输出信号自动控制导叶关小。1.5.2通过选择控制器PY3304来比较PIC3309和PIC3303的输出信号, 从而来控制V3303阀的开度。高压回流阀V3303的主要作用是在开车阶段全开, 形成高压出口和低压进口回路, 减小氮气消耗量。运行过程中防喘振。调整氧负荷。PIC3303和PIC3309 (氧透出口压力) 在各自设定值作用下输出信号, 经过信号选择器PY3304的选择比较, 使V3303开度大的信号优先作用在V3303阀上。组成选择控制系统。

系统组成如图1。

由二级自力式减压阀V3311及V3313来保持密封氮气压力PIAS3315在0.28MPA左右, PIAS3316在2.5KPA左右恒定。上述两级自力式减压阀是进口美国费希尔公司产品, 性能相当可靠。工艺要求:当PIAS3315≤0.15MPA报警, ≤0.12MPA则连锁停氧透;当PIAS3316≤1.0KPA时报警, ≤0.5KPA则连锁停氧透。氧透的密封气控制系统与氧透其他控制回路一样都是采用FOXBORO公司I/A.S DCS系统完成的。本控制系统的组态软件是成功的并在热负荷试车时进行了P、I、D参数整定, 调节也是可以的。

2 存在问题

2.1 在氧透投入运行后, 开始一段时间设备运行基本正常, 但当向用户输送气体, 特别是用户大量用氮气时, 氧透连续多次连锁跳车, 经查找设备运行记录, 及DCS系统的事件记录, 报警数据。大多是由于PDICAS3304的差压低于低低限值0.5KPA, 有一次是由于PDICAS3303, PIAS3316有低低限记录。使分析故障产生原因更加复杂, 影响了氧透的正常运转, 影响炼钢生产。

2.2 氧透进口压力随炼钢的节奏波动很大, 在炼钢间隙氧透放空阀打开造成出口压力瞬间波动使V3303阀随之波动, 进口压力也随之波动。

3 故障原因的分析及解决

要解决连续跳车的问题, 经我们反复分析, 仔细查找。造成PDICAS3304差压低低限的原因, 从系统图上看出, V3311阀及V3313阀之间有一个空气过滤器, 是否是由于管道有灰尘造成堵塞使压力降低造成。及V3312阀的控制调节也有一个过滤器, 也可能发生堵塞, 使压力降增大造成。为此将上述两过滤器拆下清洗后重新装上, 稳定了一段时间。但以后又出现同样的原因造成氧透跳车。为此我们将PIDC3302、PDICAS3303、PDICAS3304的P、I、D参数又进行了仔细整定, 同时调节V3311、V3313自力式减压阀的输出压力提高。PIAS3315提高到0.30MPA以上, PIAS3316提高3.5KPA左右, 此时氧透又正常运转一段时间, 我们观察运行过程中, PIAS3315、PIAS3316分时段压力下降较大, 经查操作记录, 与炼钢的生产节奏关系很大。在8月下旬氧透又一次由于PIAS3315压力降至0.12MPA以下连锁跳车。同时氧透的进口压力也有波动。再经过仔细查找分析, 发现工艺提供给氧透密封气的气源就不稳定, 波动很大, 特别是当用户大量使用氮气 (1.0MPA) 时, 波动更大, 是造成PIAS3315低于低限的根本原因, 也是PDI-CAS3304、PDICAS3303、PIAS3316突然降低的根本原因。同时由于炼钢间隙的氧气放空量较大造成了氧透进口压力的波动, 也间接的影响了差压值的波动。分析密封气的来源是由调压阀室的V310阀后仪表备用气源供给的, 此气源同时供给其他设备 (氮透、空透) 等, 而V310减压阀的上游气源是由供给炼钢厂、炼铁厂等许多用户V304阀后取得的。当上述用户突然同时大量使用氮气时, 使PC304压力由1.0MPA大大降低时, 使V310阀前压力变化很大, 加上控制V310阀的PIC310的调节回路的PID参数调整不十分合适, 使V310阀跟踪不上, 造成PDC310压力突然下降, PIC310由0.5MPA突然下降许多, 恢复较慢。造成V3311阀前压力突然下降许多, 而自力式减压阀的调整存在滞后性, 造成PIAS3315的压力下降, 低于0.12MPA造成停车。或使PIAS3316突然低下, 或PDICAS3304突然降低, 而V3312调节慢造成多次停车。当时工艺的设想, 因为氧透的密封气与氮透的密封气同用一个气源, 采用压力氮供给氮透, 该气源同时驱动其入口导叶与放空阀, 由于压力氮的压力低驱动PIC3303的设定值不灵活, 为此改为使用V310的仪表备用气源供给, 由原来的0.42MPA的压力氮改为V310阀的仪表备用气源的0.50MPA, 以满足氮透的需要, 这是正确的考虑。

但是未能考虑到氧透的密封气系统V3311阀要求阀前气源压力稳定, 不受其他因素的影响而波动或波动很小。经V3311及V3313自力式减压阀缓慢调节, 保持PIAS3315及PIAS3316恒定。同时用进口导叶GV3301和高压回流阀V3303调节保持仰头进口压力的基本稳定, 才能保证PDC3302及PDICAS3304、PDICAS3303差压不致有非常大的波动。调节相应的V3309、V3312、V3308阀使其差压值恒定在设定值上。

查明了故障原因, 针对上述特殊情况, 我们采用了如下措施:a.氧透密封气系统的气源改用压力相对稳定的空分系统下塔抽出的压力氮。b.精心调整了各调节器的PID参数c.从新调整了各调节阀的打开、关闭时间。d.将PIC3303设定在自调状态, PIC3309设在手动状态通过V3303的开度变化来保证氧透进口压力的稳定。e.精心操作, 保持氧透进口压力的稳定。经过几个月的运行, 氧透密封气压力稳定, 调节及时。设备运转正常。说明改造方案成功 (见图1) 。

摘要：氧气透平压缩机组在空分行业是为后续系统提供中压氧气的一台重要压缩设备。其运行正常与否, 直接影响到炼钢、轧钢的正常生产及高炉的富氧鼓风。而氧透的密封气控制系统稳定与否, 又是氧透正常运转的关键条件之一。

氧气系统篇7

一、液氧站消防安全

多项设计标准中, 均有对液氧站消防安全的规定:

《建筑设计防火规范》 (GB50016-2014) 中, 第4.2.5条规定:“甲、乙、丙类液体的地上式、半地下式储罐或储罐组, 其四周应设置不燃性防火堤。”

《储罐区防火堤设计规范》 (GB50351-2014) 中, 第3.1.2条规定:“防火堤、防护墙应采用不燃烧材料建造, 且必须迷失、闭合、不泄漏。”第3.1.7条规定:“每一储罐组的防火堤、防护墙应设置不少于两处越堤人行踏步或坡道, 并应设置在不同方位上。隔堤、隔墙应设置人行踏步或坡道。”

液氧站设计中应按规范要求设置防火堤, 防火堤构造、容积等也应满足规范中要求 (图1) 。

二、氧气切断及放散

(一) 入户氧气切断与放散

《氧气站设计规范》 (GB50030-2013) 中, 第11.0.4-5条规定:“进入用户车间的氧气主管道应在车间入口处装设切断阀、压力表, 并宜在适当位置设置放散管。”第11.0.4-6条规定:“氧气放散管的管道应引至室外, 并应高出附近操作面4m以上的无明火场所。”

切断阀、放散阀应安装在便于操作的安全地点, 如设置在首层有外门的进线间内或设置在室外阀门井内, 当室内发生事故时, 可以及时切断氧气供给, 并将室内管道中剩余氧气通过放散管排至室外安全地点, 以消除氧气的危险隐患。

由于医院氧气管道依照非生命支持区域和生命支持区域 (手术部、ICU等) 分别设置, 非生命支持区域的氧气切断阀可以在事故发生时立即关闭, 生命支持区域的氧气切断阀应保证患者停止使用后再进行关闭。

如果将切断阀放置于地下室等不便于操作的位置, 当事故发生时难以及时操作 (图2) 。

(二) 手术部氧气切断

《医用气体工程技术规范》 (GB50751-2012) 中, 第5.1.14-1条规定:“生命支持区域的每间手术室、麻醉诱导和复苏室, 以及每个重症监护区域外的每种医用气体管道上, 应设置区域阀门。”

区域阀门主要用于发生火灾等紧急情况时的隔离及维护使用, 关闭区域阀门可阻止或延缓火灾蔓延至附近区域, 对需要一定时间处理后才能疏散的重病患者起到保护作用。

另外, 每间手术室均应设置区域阀门 (图3) 。

(三) 室内氧气超压放散

《医院洁净手术部建筑技术规范》 (GB50333-2013) 中, 第9.1.4条规定:“供洁净手术部的气源为集中系统时, 应设超压排放安全阀, 开启压力应高于最高工作压力0.02MPa, 关闭压力应低于最高工作压力0.05MPa, 安全阀排放口必须设在室外安全地点。”

氧气二级稳压箱一般设置在气体管道井内, 安全阀应设置在减压阀后面, 超压排放的氧气应通过放散管引至室外安全处 (图4) 。

三、氧气检测与报警

《医用气体工程技术规范》 (GB50751-2012) 中, 第7.1.1-6条规定:“气源报警及区域报警的供电电源应设置应急备用电源。”第7.1.4-2条规定:“……每间手术室宜设置视觉报警。”第7.4.5条规定:“……区域报警床干起不宜使用电接点压力表。”第7.4.5条文说明:“……一般推荐每个手术室均安装独立的区域报警器……”

《医院洁净手术部建筑技术规范》 (GB50333-2013) 中, 第9.1.5条规定:“进入洁净手术部的各种医用气体应设气体压力显示及流量和超压欠压报警装置。氧气报警不应采用电接点压力表。”表9.2.5-2注释1规定:“负压手术室负压 (真空) 吸引装置的排气应经过高效过滤器后排出。”

气体报警系统应设置应急备用电源;每间手术室均安装独立的区域报警器 (视觉报警器) (图3) ;手术部的区域报警装置不宜使用电接点压力表;负压手术室负压 (真空) 吸引装置的排气应经过高效过滤器后排出。

四、结束语

伴随着多个新规范的实施, 医用氧气系统的设计需在氧气切断与放散、检测与报警等方面多多关注, 以保证医用氧气的使用安全和消防安全, 为医患创造更好的工作和就医环境。

参考文献

[1]上海市建筑学会.GB50751-2012医用气体工程技术规范[S].北京:中国计划出版社, 2012.

[2]中国建筑科学研究院.GB50333-2013医院洁净手术部建筑技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2013.

[3]中国中元国际工程有限公司.GB50030-2013氧气站设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2013.

[4]公安部天津消防研究所.GB50016-2014建筑设计防火规范[S].北京:中国计划出版社, 2014.

氧气系统篇8

在民用飞机航班运营过程中, 经常会有各种航班延误的情况出现, 除了由于天气因素等不可抗力之外, 航班降落后的维护时间过长是航班延误的一个重要原因。因此, 在设计及制造等过程中就应该把航线上可能出现的维修性问题解决, 尽量降低维修时间, 提高维修的便捷性[1]。

在进行民用飞机氧气系统设计的各个阶段, 均需要对氧气系统的维修性进行分析和不断优化, 防止出现氧气系统安装在飞机上后无法维修、维修困难或维修时间过长等问题, 在设计中进行维修性考虑是很有必要性的。

1 氧气系统概述

典型的民用飞机氧气系统主要包括下列子系统:机组氧气系统、旅客氧气系统、便携式氧气设备。

机组氧气系统可在座舱失压、有烟雾和着火时为驾驶舱机组成员提供应急用氧, 并可为提高夜航视力或消除疲劳提供补充用氧。典型的民用飞机机组氧气系统是固定式高压气氧系统, 由一个固定的氧气瓶经过调节器减压后通过低压管路传输从而为正、副驾驶员和观察员提供呼吸用氧气。当氧气瓶内的氧量低于某预定值时, 在EICAS (发动机指示和机组告警系统) 上将有告警信息。当低压管路中的压力低于某预定值时, 也会在EICAS上将有告警信息。

旅客氧气系统在座舱失压或需要时为旅客及乘务员提供呼吸用氧气。典型的民用飞机旅客氧气系统采用化学氧或气氧供氧[2]方式, 利用化学氧气发生器通过化学反应产生氧气或利用氧气瓶储存气态氧气经过软管传输到旅客面罩从而供旅客和乘务员使用。

便携式氧气设备由防护呼吸装置 (PBE) 和便携式氧气瓶组件组成。防护呼吸装置可在机上灭火排烟时为使用者提供防护呼吸用氧;便携式氧气瓶组件可为个别旅客提供医疗急救用氧以及在座舱失压时为乘务员提供应急机动呼吸用氧。

2 氧气系统设计中的维修性考虑

维修性设计在系统设计之初就应开始考虑, 在系统成品件研制出来之前就应开展维修性设计的评估工作, 从而避免在安装以及维护系统部件时出现维修性相关问题。通过维修性分析确定产品是否满足了维修性要求, 以及是否符合维修性设计准则, 这些要求或准则包括了缩短维修停机时间、简化维修工作、降低维修费用、减少维修差错、降低对维修人员的要求、满足与维修有关的人素工程及安全性要求等[3]各方面的内容。

2.1 维修性设计分析

对维修性进行分析可根据氧气系统设备的安装位置、安装形式等参数来定性地评估氧气系统维修性的好坏程度。维修性设计分析包括可达性设计分析、互换性设计分析、模块化设计分析、防差错设计分析、人素工程分析、维修安全性分析等方面。

2.1.1 可达性设计分析

可达性是能够接近设备或部件进行检查、修理、更换或保养的相对容易程度。它包括两个方面的需求:能接触到某个项目以便检查和测试;为检查、修理或更换所需要的空间。

在进行氧气系统可达性设计分析时, 通常会利用氧气设备的三维数模以及周围相关部件的三维数模, 必要时可运用人体模型来模拟安装维修的便捷性与空间的灵活度。图1为利用人体模型在EE舱 (电子设备舱) 和驾驶舱进行可达性设计分析的示意图。

2.1.2 互换性设计分析

互换性是一个给定的零件、部件或器材能被同类的零件、部件或器材代替的能力。有两种互换性: (1) 如果两个项目具有相同的功能, 就有功能互换性; (2) 如果两个项目能够在同一地方用同一种方式安装、固定、连接等, 就存在实体 (物理上的) 互换性。

在进行氧气系统互换性设计分析时, 通常会给出相关的设计规范, 要求在设计中就要把互换性考虑进去, 同时在各个设计阶段对已有设计进行审阅检查, 保证同类部件的代替能力。

2.1.3 标准化设计分析

标准化的主要形式有系列化、通用化、组合化。系列化是对同类的一组产品同时进行标注化的一种形式。通用化是指同一类型不同规格, 或不同类型的系统中结构相近的产品, 经过统一以后可以批次互换的标准化形式。组合化是按照标准化原则, 设计并制造出若干组通用性较强的单元, 可根据需要拼合成不同用途的产品的标准化形式。

在进行氧气系统标准化设计分析时, 会给出连接器以及标准件的选用规范, 在选用范围内选择连接器和紧固件, 这样能方便接口协调时各相关系统都能采用标准接口, 从而降低采购成本以及接口协调的难度。

2.1.4 模块化设计分析

模块化指的是在产品设计过程中尽量采用模块来构成系统, 以便于组织生产、装配和供应, 提高产品的维修性。

在进行氧气系统模块化设计分析时, 机组氧气瓶组件被划分为调节器组件模块和氧气瓶的瓶体模块, 两个模块可以单独进行测试和维修, 从而提高了氧气系统部件的维修简便性。图2为氧气瓶组件和调节器组件模块的示意图。

2.1.5 防差错设计分析

防止维修差错, 主要是从设计上采取措施, 以保证关键性的维修作业做到“错不了”。

在进行氧气系统防差错设计分析时, 对于氧气瓶组件上多个接口采用不同直径的管路, 并附加明显的标志用于区分, 并且氧气瓶的调节器组件上标示有氧气瓶打开和关闭的旋转方向, 防止错误安装。图3为氧气瓶调节器组件上的标示用以防止安装错误。

2.1.6 识别标志设计分析

识别标志是为了便于使用和维修而对产品系统及测试点所作的记号, 其内容通常是产品的名称、功能以及有关的使用、维修说明以及该产品直接有关的注意事项或警告信息。

在进行氧气系统识别标志设计分析时, 对警告标牌进行了针对性地设计。警告标牌安装在机组氧气瓶组件附近, 用于标示进行操作时的注意事项以及必要准备, 防止操作时发生安全事故。标牌在设计时就要求醒目、不易混淆、容易理解、方便维护人员遵照执行。图4为警告标牌的示意图。

2.1.7 维修安全性分析

维修人员在飞机上进行维修操作时, 有可能处于各种潜在的危险之中。如果维修人员必须分散精力去注意安全防护, 那就无法集中精力去做好维修工作。因此, 飞机上应设计各种保护措施以减少和杜绝事故, 保障维修时的安全。

在进行氧气系统的维修安全性分析时, 考虑到氧气的助燃性, 就要求飞机处于电气开关接通位置时以及添加燃油、滑油等操作时不能进行氧气系统的维护操作, 同时要求氧气系统操作范围一定距离内不许吸烟等。

2.1.8 检测诊断设计分析

检测是为确定产品或系统是否正常工作, 以及查找故障原因及部位所采取的措施或活动。诊断则是使用各种设备及方法, 确定系统或设备的故障点、查明故障原因而进行的操作。

在进行氧气系统检测诊断设计分析时, 要求把检测和诊断纳入设计中, PSU (旅客服务装置) 中的旅客氧气单元设计有抛放测试模式, 当设置到测试模式时, 可以实现不用将所有的旅客氧气面罩完全抛放下来同时能够检查旅客氧气系统自动抛放和手动抛放的功能正确性和完整性。图5为旅客氧气单元的抛放测试模式的示意图。

2.1.9 维修人素工程设计分析

在设计中不考虑人的因素, 会造成维修问题的增多, 降低系统维修工作的效率。人素工程就是将人的特性和能力综合到系统的设计、使用和维修上的一种工程技术。

在进行氧气系统维修人素设计分析时, 在设计以及安装布置协调过程中就将人的因素考虑进去, 氧气系统部件与结构部件的安装间隙需预留活动空间, 没有外部突出物等对人的视野和操作构成影响, 保证维修人员可以轻松自如地操作。

2.1.1 0 维修口盖设计分析

维修口盖是指维修人员维修产品时进行观察、检查、调整等工作时, 人的肢体及维修工具所能进出的开口。

在进行氧气系统维修口盖设计分析时, 在设计以及安装布置协调过程中, 维修口盖的设计已经充分考虑进去。例如, 在飞机侧面的机身蒙皮上设置了充氧地面服务口盖, 该服务口盖采用快卸形式, 可以快捷地打开以方便充氧和维护工作, 同时口盖内预留了足够的工具活动空间, 工具可以无阻地接近到达维修部件。另外, 该口盖设置成逆气流方向打开, 即使该口盖意外开启, 飞行气流也可使该口盖关闭从而保证飞行安全。

2.2 分析结论

通过上述可达性设计分析、互换性分析、模块化设计分析、防差错分析、人素工程分析、维修安全性分析等方面定性分析, 可以初步建立维修性好坏的定性评价, 用于优化设计和安装布置。

3 结束语

民用飞机维修性的好坏将直接影响飞机运营时的航班准点率, 因此, 在设计之初就需将维修性设计充分考虑进去, 避免飞机航线运营时出现维修性问题。维修性分析在民用飞机氧气系统的各个设计阶段反复迭代, 通过定性分析不断优化氧气系统设计, 降低维修过程中的接近时间、拆解更换和再装时间, 使氧气系统的维修更加快捷方便, 确保满足飞机级维修性的要求。

摘要：航班降落后的维护时间过长是航班延误的一个重要原因, 维修性设计的好坏将直接影响维护时间。因此, 在设计阶段就应考虑飞机运行时的维护性, 降低维修时间。本文介绍了民用飞机氧气系统设计过程中的维修性考虑, 可为其他系统的维修性设计提供参考。

关键词：维修性,氧气系统,民用飞机

参考文献

[1]常士基.现代民用航空维修工程管理[M].山西:山西科学技术出版社, 2002:47-83.

[2]《飞机设计手册》总编委会.飞机设计手册15——生命保障和环控系统设计[M].北京:航空工业出版社, 1999:302-320.

氧气系统篇9

氧气加压医用氧舱是指加压介质为氧气、最高工作压力不大于0.2MPa、进舱人数为1人的成人和婴幼儿医用氧舱[1]。其通过将患者置身于高于正常大气压的密闭环境中,呼吸高浓度氧来达到治疗目的。与空气加压氧舱相比,氧气加压医用氧舱由于没有呼吸面罩和供氧管路,无呼吸阻力,对于一氧化碳中毒、休克、头部烧伤、呼吸能力衰弱的老弱儿童等患者的治疗尤为适宜。现有的氧气加压医用氧舱的加减压多采用手动阀门控制的方式,在整个治疗过程中,阀门的开度控制主要依靠医护人员的操作经验,加减压过程中舱内压力不稳定,波动较大,容易引起患者耳膜不适等不良反应。

1自动操舱控制系统概述

自动操舱控制系统可以实现加压、稳压、减压、加湿、温度等的全自动控制,支持吸氧过程方案的预设定及自定义设定。在安全范围内严格控制压力变化速率[2],加减压过程过渡平缓,相对于手动控制方式来说压力波动小,吸氧患者的适应性好,操作人员负担轻,高压氧治疗过程更加安全可靠。控制系统采用工业自动化控制中应用最广泛的PLC,氧流量、压力等参数经过变送器变送输出4~20mA标准信号,经过PLC处理输出数字信号到触摸屏上显示。同时,将数据计算处理结果输出到调节器,由电气转换机构将标准电流信号成比例地转换成气动标准信号,驱动执行阀进行相应的动作,完成整个过程。

2系统硬件组成

主机:欧姆龙CP1系列PLC。该PLC具有结构紧凑、抗干扰性能好、功能强大、扩展方便等优点,适合小型控制系统的快速开发。

触摸屏:选用欧姆龙NB系列可编程终端,屏幕10″,便于快速有效地创建各种直观的操作画面,通过多样化窗口处理方式来实现控制需求。

温度传感器:HS-013型一体化温度变送器,温度0~ 100℃,输出信号4~20mA,工作电压12V。

流量计:LYLWGQ型智能气体涡轮流量变送器,4~ 20mA输出,流量测量范围0~200L/min。

执行机构:气动薄膜阀。

3系统控制策略实现

舱内压力控制采用流量控制的方法,即控制单位时间内进入氧舱的氧气体积流量[3]。

设定氧舱内容积为v(m3)。根据理想气体状态方程:

取单位时间内压力升高值为 Δp(kPa),单位时间流量Q(L/s),气体摩尔体积Vm(L/mol),由式(1)得:

由式(2)、(3)得:

令,得:

于是得到式(5)中表示的流量与升压速率之间的线性关系。PLC控制程序通过将实时采集得到的流量值与通过式(5) 计算得到的理论流量值比较来进行判断,如果实际流量值Q小于计算流量值Qc,则输出电信号增大调节阀的开度,增大进气流量;如果实际流量值Q大于预设值Qc,则减小气动调节阀的开度,减小进气流量。在这里需要注意,由于气体状态方程是理想状态下建立的,实际的环境条件与理想状态不同,同时舱体及管路的泄露都会引起k值的变化,因此在实际操作过程中需要对k值进行修订。k值的修订方法如下:一定时间内舱内压力的实际值和根据设定的升压速率计算得到的理论值比较, 如果舱内压力实际值大于理论计算值,则需要适当减小k值; 如果舱内压力实际值小于理论计算值,则需要适当增大k值。

4人机界面开发

一个控制系统需要有一个简洁友好的人机界面,以更好地实现人机交互,使操作者能够对复杂的控制系统实现简单的操作[4]。本系统人机界面基于欧姆龙可编程控制终端,使用欧姆龙NB-Designer编程终端专用软件开发。人机界面由3部分组成:治疗监控界面、治疗方案编制界面、手动操作界面。

治疗监控界面(图1)由数据显示区、按钮区、曲线显示区组成。数据显示区主要显示舱内温度、湿度、氧气流量、阀门开度等一些指示氧舱工作状态的参数。曲线显示区主要显示舱内的压力随时间变化的曲线,分为两块,一块是设定治疗方案压力曲线,即预先设定的或者是操作者自定义的治疗方案,另一块为治疗过程中的压力曲线。操作人员可以直观地看到实际治疗过程中的压力曲线是否能够跟踪预先设定的治疗过程在进行。按钮区设定了开始治疗、报警解除、舱内照明等一些功能性按钮。

治疗方案采用分段编制的方式,将整个治疗过程分为4个阶段,即起始阶段、升压阶段、保持阶段、排气阶段。每个阶段操作人员可以根据不同的治疗需求定义不同的升压时间,比如对于初次治疗的患者,需要控制起始阶段的升压速率,操作人员可以适当延长初始阶段的升压时间以减小升压速率。

当治疗过程中自动操舱控制系统发生故障时可以切换到手动操作继续对氧舱进行控制。手动控制包括手动控制进气气动薄膜阀的开度、手动控制排气气动薄膜阀的开度、手动排气、手动加湿、手动控制空调的启停等。

5结论

本文基于PLC和触摸屏开发了一套适用于氧气加压医用氧舱的自动控制系统,其与传统手动操舱相比具有以下优势:

(1)氧气的加压和减压过程均由PLC程序自动控制,在理想气体状态方程的基础上推导出了进气流量与压力的线性比例关系,提出了压力控制过程比例系数的整定方法,使得舱内压力控制平稳无波动,压力随时间的变化曲线规律平滑。

(2)各种参数均以数字的形式直观地显示在触摸屏上,软件界面上设置有形象的压力随时间变化曲线图,操作人员可以更直观地看到舱压升高的速率;而手动操舱缺乏可视信息,操作人员只能通过仪器仪表来获取,没有形象的曲线显示[5],且升压速率只能凭借操作者经验来判断,准确性较差。

(3)本文开发的自动操舱控制系统可以预存治疗方案,操作人员可以根据不同的病情和患者情况选用或重新制定不同的方案并存储。

(4)该控制系统人机界面简洁、操作简便,操作人员只需要进行简单的参数设置,便可自动完成整个治疗过程,大大减轻了操作人员的工作量。

摘要：针对现有手动操舱的氧气加压医用氧舱开发了一套自动操舱控制系统,采用PLC和触摸屏的控制方式,数据显示直观,操作简便,加减压控制过程平稳,大大提高了患者治疗过程中的舒适度,减轻了操作人员的操作负担。

关键词：氧舱,自动操舱控制系统,PLC

参考文献

[1]GB/T19284—2003医用氧气加压舱[S]