一种可调比式混合气体快速充气装置及其充气方法

技术领域

本发明涉及混合气体充气技术领域，尤其涉及一种可调比式混合气体快速充气装置及充气方法。

背景技术

SF

因此，实有必要提供一种新的可调比式混合气体快速充气装置及充气方法解决上述技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，公开了一种可调比式混合气体快速充气装置及充气方法，用以解决现有技术的补气方法充气效率低、气体比例难以把控、需多次充放气调整混合气体比例以及易造成绝缘气体污染的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可调比式混合气体快速充气装置，包括：第一充气瓶、第二充气瓶、预混合罐体、储气缓冲罐、综合比例调节控制器、压力调节器、第四控制阀、组分比例监测器、第三压力表、第五控制阀和待充气罐体，沿所述第一充气瓶至预混合罐体的管道上依次设置有第一控制阀、第一质量流量控制器和第一压力表，沿所述第二充气瓶至预混合罐体的管道上依次设置有第二控制阀、第二质量流量控制器和第二压力表，所述综合比例调节控制器和压力调节器之间的管道上连接有回收气体系统，所述综合比例调节控制器分别与第一质量流量控制器、第二质量流量控制器、第一压力表、第二压力表、第三压力表、第一控制阀、第二控制阀、回收气体系统、第四控制阀和组分比例监测器通信连接，所述综合比例调节控制器根据第一质量流量控制器、第二质量流量控制器、第一压力表、第二压力表、第三压力表和组分比例监测器的数据控制第一控制阀、第二控制阀、回收气体系统和第四控制阀，以便使混合气体在充入GIS罐体前满足预定比例，所述组分比例监测器用于测量增压后的混合气体的组分以及测量罐体内的混合气体的组分。

优选的，所述回收气体系统包括：第三控制阀、抽气装置和回收罐体，所述回收罐体通过管路与综合比例调节控制器和压力调节器之间的管道连通，所述第三控制阀和抽气装置设置在管路上，所述抽气装置设于第三控制阀和回收罐体之间。

优选的，所述抽气装置为真空泵。

优选的，所述第一充气瓶装有六氟化硫气体。

优选的，所述第二充气瓶装有N

优选的，所述压力调节器用于对混合气体进行增压和减压。

本发明还提供了一种如上述所述的可调比式混合气体快速充气装置的充气方法，包括如下步骤：

步骤1：打开第三控制阀，关闭第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀，启动回收气体系统，对预混合罐体、储气缓冲罐、压力调节器以及管道进行抽真空作业；

步骤2：抽真空作业后，关闭第三控制阀，通过控制终端设置混合气体的预定比例和待充气罐体的额定压力；

步骤3：第一充气瓶和第二充气瓶内的气体在预混合罐体内混合后，经储气缓冲罐缓冲，然后经压力调节器增压后进入待充气罐体；在这个充气过程中，综合比例调节控制器通过分析第一压力表、第二压力表、第三压力表、第一质量流量控制器、第二质量流量控制器、组分比例监测器的数据，调节第一控制阀、第二控制阀、第四控制阀的开口角度，使增压后的混合气体的实际比例与预定比例相一致；

步骤4：当第三压力表监测压力符合待充气罐体的额定压力，以及组分比例监测器监测到的混合气体比例符合预定比例，依次关闭第一控制阀、第二控制阀和第四控制阀，静置预定时间后，如果待充气罐体内的混合气体的比例符合预定范围，则关闭第五控制阀；

步骤5：打开第三控制阀，启动抽真空，将预混合罐体、储气缓冲罐压力调节器及管道内的气体抽至回收罐体内。

优选的，所述步骤3之后和步骤4之前，还包括如下步骤：如果待充气罐体内的混合气体质量已超过预定质量，则打开第三控制阀，将待充气罐体内的混合气体回收至回收罐体内，使待充气罐体内的混合气体质量符合预定质量。

优选的，所述步骤1中：当预混合罐体内的真空度不大于133Pa时停止抽真空作业。

优选的，所述步骤5中：当预混合罐体内的真空度不大于0.1MPa时停止抽真空作业。

与现有技术相比，本发明获得了如下有益效果：

本发明的已增压的混合气体下一步会直接充入GIS罐体内，在压力调节器的出气端设置组分比例监测器，监测得到的比例数据能够尽量少的受到其他因素影响。然后分别利用SF

附图说明

图1为本发明实施方式的结构示意图；

图2为本发明实施方式的综合比例调节控制器的结构示意图；

图3为本发明实施方式的工作流程示意图。

附图标记说明：

1.第一充气瓶，2.第二充气瓶，3.预混合罐体，4.储气缓冲罐，5.综合比例调节控制器，6.压力调节器，7.第四控制阀，8.组分比例监测器，9.第三压力表，10.第五控制阀，11.待充气罐体，12.第一控制阀，13.第一质量流量控制器，14.第一压力表，15.第二控制阀，16.第二质量流量控制器，17.第二压力表，100.回收气体系统，18.第三控制阀，19.抽气装置，20.回收罐体。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

下面结合附图1对本发明作进一步的说明，一种可调比式混合气体快速充气装置，包括：第一充气瓶1、第二充气瓶2、预混合罐体3、储气缓冲罐4、综合比例调节控制器5、压力调节器6、第四控制阀7、组分比例监测器8、第三压力表9、第五控制阀10和待充气罐体11，沿第一充气瓶1至预混合罐体3的管道上依次设置有第一控制阀12、第一质量流量控制器13和第一压力表14，沿第二充气瓶2至预混合罐体3的管道上依次设置有第二控制阀15、第二质量流量控制器16和第二压力表17，综合比例调节控制器5和压力调节器6之间的管道上连接有回收气体系统100。具体的，第一充气瓶1装有六氟化硫气体，第二充气瓶2装有N

第一控制阀12用于控制第一充气瓶1中的SF

第二控制阀15用于控制第二充气瓶2中的稀释气体的流出速度；第二控制阀15位于第二充气瓶2和第二质量流量控制器16之间，与第二充气瓶2和第二质量流量控制器16通过气路相连，与第二质量流量控制器16、综合比例调节控制器5通信连接；

第一质量流量控制器13用于测量由第一充气瓶1流入预混合罐体3内的SF

第二质量流量控制器16用于测量由第二充气瓶2流入预混合罐体3内的稀释气体质量与流速；第二质量流量控制器16位于第二控制阀15与第二压力表17之间，与第二控制阀15和第二压力表17通过气路相连，与第二控制阀15、综合比例调节控制器5通信连接；

第一压力表14用于测量预混合罐体3入口与第一质量流量控制器13出口处的六氟化硫气体的压力；第一压力表14位于预混合罐体3入口与第一质量流量控制器13之间，与预混合罐体3入口和第一质量流量控制器13气路相连，与综合比例调节控制器5电路连接；

第二压力表17用于测量预混合罐体3入口与第二质量流量控制器16出口处的稀释气体的压力；第二压力表17位于预混合罐体3入口与第二质量流量控制器16之间，与预混合罐体3入口和第二质量流量控制器16气路相连，与综合比例调节控制器5电路连接；

预混合罐体3用于将一定比例的六氟化硫气体与一定比例的稀释气体进行充分混合，预混合罐体3分别与储气缓冲罐4与第一压力表14、第二压力表17气路相连；

预混合后的混合气体在储气缓冲罐4做充入GIS罐体前的缓冲，储气缓冲罐4位于预混合罐体3与综合比例调节控制器5之间，与预混合罐体3与综合比例调节控制器5气路相连。

综合比例调节控制器5分别与第一质量流量控制器13、第二质量流量控制器16、第一压力表14、第二压力表17、第三压力表9、第一控制阀12、第二控制阀15、回收气体系统100、第四控制阀7和组分比例监测器8通信连接，综合比例调节控制器5根据第一质量流量控制器13、第二质量流量控制器16、第一压力表14、第二压力表17、第三压力表9和组分比例监测器8的数据控制第一控制阀12、第二控制阀15、回收气体系统100和第四控制阀7，以便使混合气体在充入GIS罐体前满足预定比例。

压力调节器6用于充入混合气体时进行加压，确保气体能够进入GIS罐体内，压力调节器6用于抽出混合气体时进行减压。压力调节器6与第三控制阀18、综合比例调节控制器5与第四控制阀7气路相连。

第四控制阀7为已加压的混合气体传输进入GIS罐体内的控制开关，第四控制阀7位于综合比例调节控制器5与第三压力表9之间，与综合比例调节控制器5与第三压力表9气路相连。

第三压力表9用于监测GIS罐体内的气压，第三压力表9位于第四控制阀7与组分比例监测器8之间，与第四控制阀7与组分比例监测器8路相连，与综合比例调节控制器5电路连接。

组分比例监测器8用于测量增压后的混合气体的组分以及测量罐体内的混合气体的组分。组分比例监测器8位于第四控制阀7与第三压力表9之间，与第四控制阀7与第三压力表9气路相连，与综合比例调节控制器5电路连接。

第五控制阀10在补气前关闭GIS罐体，需补气时将第五控制阀10打开，第五控制阀10位于第三压力表9与GIS罐体之间。

作为本发明的的另一种实施方式：回收气体系统100包括：第三控制阀18、抽气装置19和回收罐体20，回收罐体20通过管路与综合比例调节控制器5和压力调节器6之间的管道连通，第三控制阀18和抽气装置19设置在管路上，抽气装置19设于第三控制阀18和回收罐体20之间。

具体的，第三控制阀18用于排出GIS罐体内多余气体以及在充气前对充气装置进行抽真空作业，第三控制阀18与综合比例调节控制器5、压力调节器6与抽真空之间气路相连，与综合比例调节控制器5电路连接；

抽气装置19用于抽取GIS罐体内多余气体，抽气装置19位于第三控制阀18和回收罐体20之间，与第三控制阀18和回收罐体20气路相连，与综合比例调节控制器5电路连接；

回收罐体20主要用于储存抽取出的GIS罐体内多余气体，与抽气装置19气路相连。

抽气装置19为真空泵或其它气体回收装置。

作为本发明的另一种实施方式：参照附图2，综合比例调节控制器5包括：液晶屏、控制芯片、锂电池、PT100温度传感器、电磁阀控制模块、A/D转换器；

具体的，液晶屏为人机交互界面，可设定预定气体比例(一般为GIS罐体内SF

锂电池为控制芯片供电；

PT100温度传感器用于测量环境温度，位于设备外部，与控制芯片通信连接，为控制芯片提供温度数据；

电磁阀控制模块用于控制第一控制阀12、第二控制阀15、第三控制阀18、第四控制阀7，用于控制SF

第一质量流量控制器13为控制芯片提供SF

A/D转换器用于将第一质量流量控制器13、第二质量流量控制器16、组分比例监测器8、第一压力表14、第二压力表17和第三压力表9采集的模拟信号转换为数字信号，A/D转换器分别与第一质量流量控制器13、第二质量流量控制器16、组分比例监测器8、第一压力表14、第二压力表17、第三压力表9和控制芯片通信连接。

本发明还提供了一种上述可调比式混合气体快速充气装置的充气方法，包括如下步骤：

参照附图3，首先，连接好充气装置与GIS罐体的气路、电路；

步骤1：打开第三控制阀18，关闭第一控制阀12、第二控制阀15、第三控制阀18，启动回收气体系统100，对预混合罐体3、储气缓冲罐4、压力调节器6以及管道进行抽真空作业；当预混合罐体3内的真空度不大于133Pa时停止抽真空作业。

步骤2：抽真空作业后，关闭第三控制阀18，通过控制终端设置混合气体的预定比例和待充气罐体11的额定压力；具体的，在综合比例调节控制器5的液晶屏上设置SF

步骤3：综合比例调节控制器5根据预定比例，对第一压力表14、第二压力表17、第一质量流量控制器13、第二质量流量控制器16、第一控制阀12、第二控制阀15、第四控制阀7进行初步调节，第一充气瓶1和第二充气瓶2内的气体在预混合罐体3内混合后，进入储气缓冲罐4缓冲，然后经压力调节器6增压后进入待充气罐体11；在这个充气过程中，综合比例调节控制器5通过组分比例监测器8获得SF

公式1：贝蒂-布里奇曼方程：p＝(RTB-A)d^2+RTd；

式中：p为压力，单位：MPa；d为密度，单位：kg/m3；T为温度，单位：K；R为气体常数，R＝56.9502*10^-5；A＝73.882*10^-5-5.132105**10^-7d，B＝2.50695*10^-3-2.12283*10^-6d；

公式2：道尔顿分压定律：pa＝p(1-C)、pb＝pC；

式中：pa为A气体的压力、pb为B气体的压力，C为B气体在混合气体整体中所占比例；

公式3：理想气体状态方程：pM＝kTd；

式中：p为气体压力，单位：MPa；d为密度，单位：kg/m3；T为温度，单位：K；M为气体摩尔质量，单位：kg/mol；k为理想气体常数，单位：J/(mol*K)。

步骤4：当第三压力表9监测待充气罐体11的压力符合额定压力，以及组分比例监测器8监测到的混合气体比例符合预定比例，依次关闭第一控制阀12、第二控制阀15和第四控制阀7，静置预定时间后，例如静置15分钟后，如果GIS罐体内的混合气体的比例符合预定范围，即GIS罐体内的SF

步骤5：打开第三控制阀18，启动抽真空，将预混合罐体3、储气缓冲罐4压力调节器6及管道内的多余的混合气体抽至回收罐体20内,防止混合气体排到空气中，当预混合罐体3内的真空度不大于0.1MPa时停止抽真空作业，完成混合气体充气作业。

其中，步骤3之后和步骤4之前，还包括如下步骤：如果经过计算，待充气罐体11内的混合气体质量已超过预定质量，则打开第三控制阀18，将待充气罐体11内的部分混合气体回收至回收罐体20内，使待充气罐体11内的混合气体质量符合预定质量，关闭第三控制阀18。

本发明通过综合比例调节控制器5进行再次调节的原因是：预定比例是在充气前预设的，但是实际充气过程中，阀门对气体流速的控制与多方面因素有关(如罐体压力、阀门质量、补气过程中设备自身混气比例装置自身原因等)，因此按照预定比例控制阀门可能会使实际比例与预订比例出现差值(差值较小)；例如，A罐体0.8MPa，B罐体0.3MPa，若希望给GIS设备输入5:5比例的混合气体，预定比例为5:5，A罐体处的阀门与B罐体处的阀门流速不同，则需要根据实际比例对预定比例进行微调。

本发明的已增压的混合气体下一步会直接充入GIS罐体内，在压力调节器6的出气端设置组分比例监测器8，监测得到的比例数据能够尽量少的受到其他因素影响。然后分别利用SF

本发明可用于纯SF

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。