一种高压供气装置的设计

周明阳， 陈青山， 石文星， 李中强

（中国空空导弹研究院凯迈（洛阳）气源有限公司，河南洛阳471003）

0 引言

高压气体广泛应用于航空航天、机械制造、交通、能源、冶金、食品等行业，不同的行业对气体的压力、流量、洁净度（如固体颗粒度、露点）等有不同的要求；随着科学技术的发展，各行业对气体质量、供气压力等的要求越来越高，现有供气装置的工作压力一般在0.1～10 MPa之间，供气压力低、集成度不高，越来越难以满足市场的需求。本文介绍的供气装置工作压力可达40 MPa，其集储气、供气、过滤、稳压等诸多功能于一体，并同时具备电动控制和压力信号输出等功能，体积小、集成度高、安全性好，对其他类型供气装置的设计具有很高的借鉴作用，并具有良好的市场推广前景。

1 高压供气装置的设计原理

本高压供气装置的设计原理主要分为气路原理和控制原理两部分。

1.1 气路原理

高压供气装置的工作压力为40 MPa，输出压力可以根据输出端负载的需要进行调节，其气路原理如图1所示。

1）充气过程。如图1所示，气瓶组件主要由高压气瓶、压力表、安全阀、三通阀组成，气瓶组件与过滤器之间通过管路连接；当需要给气瓶组件充气时，将其与过滤器分离，将外界气源通过三通阀与气瓶组件连接，打开三通阀即可给气瓶充气，当充气压力达到要求时，关闭三通阀即可；三通阀同时具有放气功能，当需拆卸气瓶组件时，可通过三通阀将气瓶组件与止回阀之间的气体放空，保证气瓶组件拆卸的安全。

2）工作过程。当装置对外供气时，首先打开气瓶组件的三通阀，气瓶内的高压气体依次通过过滤器、净化器、压力开关、止回阀和调压阀，最终到达电磁阀，给电磁阀供电（26±4VDC），电磁阀开启，高压气体即可通过电磁阀对外输出。

图1 高压供气装置气路系统原理图

过滤器主要用于过滤气体中的固体颗粒；净化器用于吸附气体中的水分，保证气体的输出露点；压力开关具有低压报警功能，用于实时监测装置内部的气压，保证负载的正常工作；止回阀用于防止两侧气瓶组件内的气体相互干扰；调压阀用于调节气体的输出压力，可以根据负载的需求在0～40 MPa之间任意调节；电磁阀可实现对装置的远程控制，只需控制电磁阀供电的通断，就可控制其开启和关闭，实现对气路通、断的控制，装置最多可同时给8路负载供气。

装置通过止回阀和连接导管的巧妙设置，将两部分对称结构连接起来，使其有机融合的同时又保持相互独立，可以实现单侧气瓶组件同时给8个电磁阀供气，即使一侧气瓶组件损坏也不影响装置的正常使用，极大提高了装置的可靠性。

图2 高压供气装置控制原理图

1.2 控制原理

本装置的控制原理简单、可靠，其控制原理框图如图2所示。直流电通过控制系统供给电磁阀，控制电磁阀的开启与关闭；压力开关与电磁阀串联在气路中，压力开关预先设定有低压报警值，当气路中压力达到压力开关压力报警的下限时，压力开关内部触点闭合，控制系统得到反馈信号的同时输出报警信号，并切断电磁阀的供电，装置停止工作。

2 高压供气装置的结构设计

高压供气装置主要由气瓶组件、控制组件及相应的连接管路、电缆等组成。

2.1 整体结构

高压供气装置集成安装于一个框架结构内，结构布局如图3所示，为对称结构，两对称结构之间的气路和电路分别通过连接导管和电缆连接。由于总体的结构空间限制，气瓶组件采用悬挂的方式固定在框架上，控制输出组件镶嵌在框架内，充分利用框架的结构特点，节省了空间。

图3 结构布局图

2.2 气瓶组件结构设计

气瓶组件的结构如图4所示，高压气瓶上安装有安全阀、压力表和三通阀等，三通阀与连接管路之间用快速接头连接，不需工具即可实现快速装拆。气瓶组件的固定结构如图3所示，采用大半圆的筒式设计，在保证结构强度的同时减轻了重量，并在气瓶装卸时起到导向作用；固定托架的尾端、卡箍均为球面结构，与气瓶紧密贴合，可在防止气瓶组件轴向窜动的同时阻止其周向转动；固定结构采用弹性锁扣锁紧，保证了气瓶组件装、拆的方便、快捷，提高了装置的使用性能。压力表用于指示气瓶内贮存的气体压力；安全阀上装有膜片，在气瓶内部压力超过一定限度时膜片破裂，保证人员和设备的安全；三通阀有两个功能，一是控制气瓶内气体的输入、输出，二是当其处于关闭状态时，可将其后接管路内的气体放空，保证气瓶组件装拆时人员的安全。

图4 气瓶组件结构图

2.3 控制输出组件结构设计

控制组件的结构布局如图5所示，将电磁阀、止回阀、压力开关、调压阀及连接管路等集成在盒形壳体内，结构紧凑，单个控制组件内装有4个电磁阀，可同时给4路负载供气，压力开关用来实时监控装置的输出压力，调压阀可根据负载的要求调节输出压力。盒式结构设计，为电磁阀、调压阀等精密器件提供了良好的使用环境，有利于延长其使用寿命，提高可靠性。

图5 控制组件结构图

3 结论

根据工程需要，设计了集储气、供气、净化、过滤、稳压、输出控制等诸多功能于一体的高压供气装置，通过巧妙的气路布局，将两部分对称结构连接起来，使其有机融合的同时又保持相互独立，提高了装置的可靠性；气瓶组件固定结构设计和控制组件的集成设计，保证了产品的快速装拆和良好的环境适应性，提高了装置的使用性能。目前该装置已投入使用，满足实际使用要求，同时也为其他高压供气装置的设计提供很好的借鉴。

［1］ 路甬祥.液压气动技术手册［M］.北京：机械工业出版社，2003.

［2］ GB/T 786.1-93 液压气动图形符号［S］.

［3］ 成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2002.

［4］ 压缩空气站设计手册编写组.压缩空气站设计手册［M］.北京：机械工业出版社，1993.

［5］ 许福玲，陈尧明.液压与气压传动［M］.北京：机械工业出版社，2007.