一种智能三组分混合气高压气瓶充装系统
阅读说明：本技术 一种智能三组分混合气高压气瓶充装系统 (Intelligent three-component mixed gas high-pressure gas cylinder filling system ) 是由 赵永文 张家林 张若虎 黄丽丽 徐雪松 于 2021-02-02 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种智能三组分混合气高压气瓶充装系统,该智能三组分混合气高压气瓶充装系统实现了钢瓶充装过程的智能控制,只需设定是否对钢瓶进行抽真空、各组分气体的充装比例和钢瓶的充装压力和按下充装按钮即可自动完成钢瓶的充装过程；拥有超温保护,保障了操作人员的安全。拥有一体化抽真空系统,用户可以根据需要确定是否需要抽真空。利用该智能三组分混合气高压气瓶充装系统对钢瓶进行充装后瓶内压力相同,组分稳定,保证了充装质量,可以满足实现现代化工厂的要求,而且在使用过程中,无需人员干预,减小了相关工作人员的工作力度同时对操作人员的安全也具有很大的保障。(The invention relates to an intelligent three-component mixed gas high-pressure gas cylinder filling system, which realizes the intelligent control of the steel cylinder filling process, and can automatically complete the steel cylinder filling process only by setting whether to vacuumize the steel cylinder, the filling proportion of each component gas and the filling pressure of the steel cylinder and pressing a filling button; the protection of overtemperature is provided, and the safety of operators is guaranteed. Possess the integrated vacuum pumping system, the user can confirm whether need the evacuation as required. Utilize this three component gas mixture high pressure gas cylinder of intelligence to fill dress the system and fill the back bottle internal pressure to the steel bottle and be the same, the component is stable, has guaranteed to fill the dress quality, can satisfy the requirement that realizes the modernization factory, in the use, need not personnel's intervention moreover, has reduced relevant staff's working strength and also has very big guarantee to operating personnel's safety simultaneously.)
技术领域
本发明涉及高压钢瓶充装技术领域，具体涉及一种智能三组分混合气高压气瓶充装系统。
背景技术
智能三组分混合气高压气瓶充装系统是专门用于三组分及三组分以下高压气体钢瓶混合气充装整体系统。混合气高压气体钢瓶充装时，各组分气体分别储存在低温储罐中，低温储罐内低温液态的气体，需要经低温增压泵增压后，经空温式汽化器汽化为气体后，经带阀组的汇流排控制后充装进钢瓶。当一种组分充装到一定压力后，切换至另一种组分的气体充装到一定压力，直至各组分充装完成。随着科学技术的发展，对工厂自动化程度和安全性的要求越来越高，但是传统的高压气体钢瓶充装系统为手动控制，不能自动控制，钢瓶充装完成后瓶内压力差异非常大，无法实现现代化工厂的要求等问题，而且在使用过程中，必须现场手动操作，加大了相关工作人员的工作力度和安全隐患，急需一款智能化程度高，安全稳定的智能系统。
发明内容
本发明对现有技术中存在的问题，提出了一种智能三组分混合气高压气瓶充装系统。
本发明是通过如下技术方案实现的：
提供一种智能三组分混合气高压气瓶充装系统，包括第一气体低温储罐、第二气体低温储罐、第三气体低温储罐、第一低温充装泵、第二低温充装泵、第三低温充装泵、第一空温式汽化器、第二空温式汽化器、第三空温式汽化器、智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜、花篮式充装台，所述第一低温储罐的出气口通过管道与第一低温充装泵相连，所述第一低温充装泵通过管道与第一空温式汽化器相连；所述第二低温储罐的出气口通过管道与第二低温充装泵相连，所述第二低温充装泵通过管道与第二空温式汽化器相连；所述第三低温储罐的出气口通过管道与第三低温充装泵相连，所述第三低温充装泵通过管道与第三空温式汽化器相连；所述第一空温式汽化器、第二空温式汽化器、第三空温式汽化器通过管道与智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜相连，所述智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜的输出管道与花篮式充装台上的钢瓶相连。
进一步的，所述第一空温式汽化器与智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜之间、第二空温式汽化器与智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜之间、第三空温式汽化器与智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜之间设有水浴式复热器。
进一步的，所述智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜包括控制柜箱体，所述控制柜箱体内设有左侧阀组和右侧阀组，所述左侧阀组和右侧阀组分别包括第一气体输入自动阀、第二气体输入自动阀、第三气体输入自动阀、自动放散安全阀、抽真空自动阀，所述第一气体输入自动阀的进气口连接有第一气体输入管道，所述第二气体输入自动阀的进气口连接有第二气体输入管道，所述第三气体输入自动阀的进气口连接有第三气体输入管道，所述第一气体输入自动阀、第二气体输入自动阀和第三气体输入自动阀的出气口通过第一连接件连接有输出自动阀的进气口，所述输出自动阀的出气口通过第二连接件连接有输出管道，所述输出自动阀的出气口通过第二连接件还连接有自动安全放散阀的出气口，所述自动安全放散阀的进气口连接有自动放散管道，所述自动放散管道与外面的总放散管道相连；
所述输出自动阀的出气口通过第二连接件还连接有抽真空自动阀的进气口，所述抽真空自动阀的出气口连接有抽真空管道，所述抽真空管道与外面的总放散管道相连；所述抽真空管道上设有真空泵保护阀，所述真空泵保护阀通过真空高压软管与真空泵相连；
所述第一气体输入自动阀、第二气体输入自动阀、第三气体输入自动阀、输出自动阀、真空自动阀和自动安全放散阀由动力气源部分控制，并由电磁阀控制其开关与闭合；
所述第二气体输入管道、第一气体输入管道、第三气体输入管道上设有单向阀。
所述输出自动阀的出气口通过第二连接件还连接有安全阀，所述安全阀通过管道与外部的总安全放散管道相连。
所述第二气体输入管道、第一气体输入管道、第三气体输入管道和输出管道上连接有压力变送器。
进一步的，还包括温度探头，所述温度探头紧贴在充装钢瓶上。
进一步的，所述控制柜箱体的一侧设有PLC控制柜，所述PLC控制柜内设有PLC控制器，所述PLC控制器的输入端与人机交互界面的输出端相连，所述人机交互界面的输入端与通过导线与电源电连接，所述PLC控制器的输出端通过导线与低温充装泵、电磁阀、温度探测仪、压力变送器和真空泵电连接。
进一步的，所述控制柜箱体的前侧设有操作面，所述操作面上设有左侧充装压力表、右侧充装压力表、进气压力表、紧急按钮和手动安全放散阀，所述左侧充装压力表与左侧输出管道相连接，所述右侧充装压力表与右侧输出管道相连接，所述左侧充装压力表与左侧输出管道相连接，所述三个进气压力表分别与第二气体输入管道、第一气体输入管道、第三气体输入管道相连接，所述手动安全放散阀与自动放散管道相连接。
进一步的，所述花篮式充装台，包括外部框架，所述外部框架的顶部内固定安装连接有汇流排安装架，所述汇流排安装架上安装有汇流排，所述汇流排的阀门上连接有高压软管，所述外部框架的顶部还固定连接有第一气缸安装底座和第二气缸安装底座，所述第一气缸安装底座上安装有第一气缸，所述第一气缸的活塞杆与充装保护罩相连，所述充装保护罩位于外部框架和汇流排安装架的中间，所述第二气缸的活塞杆与软管升降架相连，所述软管升降架位于汇流排安装架的内部，汇流排的上方，所述软管升降架上设有通孔，并铰接有套管，所述高压软管绕过软管升降架穿过通孔，套管与待充装钢瓶相连接，所述高压软管与套管固定连接；
所述外部框架的底部框架，框架一侧设为开口，所述底部框架内放置有钢瓶集装格，所述钢瓶集装格内放置有钢瓶，所述高压软管穿过套管与钢瓶上的进口阀门相连。
进一步的，所述花篮式充装台四周设有操作平台。
进一步的，所述汇流排包括高压气体入口管和各个分级支管，所述高压气体入口管与第一支管相连，所述各个分级支管之间依次连接，所述最后分级支管上连接有阀门，所述高压气体入口管上设有高压气体入口，所述高压气体入口到各个阀门的距离相等；所述高压气体入口连接气源，所述阀门通过软管与钢瓶连接。
本发明的有益效果：
该智能三组分混合气高压气瓶充装系统实现了钢瓶充装过程的智能控制，只需设定是否对钢瓶进行抽真空、各组分气体的充装比例和钢瓶的充装压力和按下充装按钮即可自动完成钢瓶的充装过程；该智能三组分混合气高压气瓶充装系统拥有超温保护，保障了操作人员的安全。该智能三组分混合气高压气瓶充装系统拥有一体化抽真空系统，用户可以根据需要确定是否需要抽真空。利用该智能三组分混合气高压气瓶充装系统对钢瓶进行充装后瓶内压力相同，组分稳定，保证了充装质量，可以满足实现现代化工厂的要求，而且在使用过程中，无需人员干预，减小了相关工作人员的工作力度同时对操作人员的安全也具有很大的保障。
附图说明
图1为本发明的系统组成图；
图2为本发明的智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜的后侧结构示意图；
图3为本发明的智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜的前侧结构示意图；
图4为本发明的智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜A部分的结构示意图；
图5为本发明的智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜B部分的结构示意图；
图6为本发明的花篮式充装台的结构示意图；
图7为本发明的花篮式充装台的C部分结构示意图；
图8为本发明的汇流排结构示意图；
图中所示：
1、第一气体低温储罐，2、第二气体低温储罐，3、第三气体低温储罐，4、第一低温充装泵，5、第二低温充装泵，6、第三低温充装泵，7、第一空温式汽化器，8、第二空温式汽化器，9、第三空温式汽化器，10、智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜，11、花篮式充装台，12、水浴式复热器，13、控制柜箱体,14、第一气体输入自动阀，15、第二气体输入自动阀，16、第三气体输入自动阀，17、第一气体输入管道，18、第二气体输入管道，19、第三气体输入管道，20、第一连接件，21、输出自动阀，22、第二连接件，23、输出管道，24、自动安全放散阀，25、自动放散管道，26、总放散管道，27、抽真空自动阀，28、抽真空管道，29、真空泵保护阀，30、真空泵，31、动力气源部分，32、电磁阀，33、单向阀，34、压力变送器，35、安全阀，36、温度探头，37、PLC控制柜，38、外部框架，39、汇流排安装架， 40、汇流排，41、高压软管，42、第一气缸，43、充装保护罩，44、第二气缸，45、软管升降架，46、套管，47、钢瓶集装格，48、高压气体入口管，49、分级支管，50、阀门，51、左侧充装压力表，52、右侧充装压力表，53、进气压力表、54、紧急按钮，55、手动安全放散阀，56、人机交互界面。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
参见图1，一种智能三组分混合气高压气瓶充装系统，,包括第一气体低温储罐1、第二气体低温储罐2、第三气体低温储罐3、第一低温充装泵4、第二低温充装泵5、第三低温充装泵6、第一空温式汽化器7、第二空温式汽化器8、第三空温式汽化器9、智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜10、花篮式充装台11，所述第一低温储罐的出气口通过管道与第一低温充装泵4相连，所述第一低温充装泵4通过管道与第一空温式汽化器7相连；所述第二低温储罐的出气口通过管道与第二低温充装泵5相连，所述第二低温充装泵5通过管道与第二空温式汽化器8相连；所述第三低温储罐的出气口通过管道与第三低温充装泵6相连，所述第三低温充装泵6通过管道与第三空温式汽化器9相连；所述第一空温式汽化器7、第二空温式汽化器8、第三空温式汽化器9通过管道与智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜10相连，所述智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜10的输出管道23与花篮式充装台11上的钢瓶相连。
所述第一空温式汽化器7与智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜10之间、第二空温式汽化器8与智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜10之间、第三空温式汽化器9与智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜10之间设有水浴式复热器12。
在本实施例，第一气体为氩气、第二气体为氧气、第三气体为二氧化碳。
氩气低温储罐内液态气体经第一低温充装泵4增压后，进入第一空温式汽化器7利用空气的热量加热液态氩使之汽化成高压气态氩气，进入智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜10；氧气低温储罐内液态氧经第二低温充装泵5增压后，进入第二空温式汽化器8利用空气的热量加热液态氧使之汽化成高压气态氧气，进入智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜10；二氧化碳低温储罐内液态二氧化碳经第三低温充装泵6增压后，进入第三空温式汽化器9利用空气的热量加热液态二氧化碳使之汽化成高压气态二氧化碳，后进入水浴式复热器12把汽化不完全的二氧化碳再次加热汽化，进智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜10；三种气体分别连接智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜10后进入花篮式充装架上的汇流排40，所述钢瓶和汇流排40通过高压软管41连接，三种气体通过智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜10混合后进入钢瓶，实现对钢瓶的充装。
系统会根据用户设置的各组分气体的充装比例和钢瓶的充装压力自行分配各组分气体的充装压力，当一种组分到达压力值时，自行切换另一种组分的气体进行充装，待所有组分充装完成后，可通过手动或者自动按钮安全放散掉充装汇流排40内的残余气体排掉，然后取下钢瓶，完成充装。
所述智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜10包括控制柜箱体13，所述控制柜箱体13内设有左侧阀组和右侧阀组，所述左侧阀组和右侧阀组分别包括第一气体输入自动阀14、第二气体输入自动阀15、第三气体输入自动阀16、自动放散安全阀35、抽真空自动阀27，所述第一气体输入自动阀14的进气口连接有第一气体输入管道17，所述第二气体输入自动阀15的进气口连接有第二气体输入管道18，所述第三气体输入自动阀16的进气口连接有第三气体输入管道19，所述第一气体输入自动阀14、第二气体输入自动阀15和第三气体输入自动阀16的出气口通过第一连接件20连接有输出自动阀21的进气口，所述输出自动阀21的出气口通过第二连接件22连接有输出管道23，所述输出自动阀21的出气口通过第二连接件22还连接有自动安全放散阀24的出气口，所述自动安全放散阀24的进气口连接有自动放散管道25，所述自动放散管道25与外面的总放散管道26相连；
所述输出自动阀21的出气口通过第二连接件22还连接有抽真空自动阀27的进气口，所述抽真空自动阀27的出气口连接有抽真空管道28，所述抽真空管道28与外面的总放散管道26相连；所述抽真空管道28上设有真空泵保护阀29，所述真空泵保护阀29通过真空高压软管41与真空泵30相连；用户可根据需求自行选择在对高压钢瓶充装前是否进行抽真空处理。
所述第一气体输入自动阀14、第二气体输入自动阀15、第三气体输入自动阀16、输出自动阀21、真空自动阀和自动安全放散阀24由动力气源部分31控制，并由电磁阀32控制其开关与闭合；当某个自动阀需要打开时，电磁阀32控制动力气源部分31向自动阀高压气源接头充气，此时阀门50打开，反之阀门50关闭。
所述第二气体输入管道18、第一气体输入管道17、第三气体输入管道19上设有单向阀33；单向阀33使得各组分气体只能单向流通，避免了气体反向流通污染气源。
所述输出自动阀21的出气口通过第二连接件22还连接有安全阀35，所述安全阀35通过管道与外部的总安全放散管道相连。所述输入管道和输出管道23上连接有压力变送器34。在充装过程中，气体压力被实时监控，当气体压力超过安全值，自动安全放散阀24或者安全阀35打开，放散掉部分气体，保证设备和人员的安全。
所述智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜10包括还包括温度探头36，所述温度探头36紧贴在充装钢瓶上。在充装过程中，温度探头36将温度信号传输到PLC控制器，控制程序根据温度信号对充装压力作出调整，当温度高于报警值时，输入管道和输出管道23自动关闭，此时自动安全发散阀打开，排除部分气体到总安全放散管道，进而保证了设备和人员的安全。
所述控制柜箱体13的一侧设有PLC控制柜37，所述PLC控制柜37内设有PLC控制器，所述PLC控制器的输入端与人机交互界面的输出端相连，所述人机交互界面的输入端与通过导线与电源电连接，所述PLC控制器的输出端通过导线与第一低温充装泵4、第二低温充装泵5、第二低温充装泵5、电磁阀32、温度探测仪、压力变送器34和真空泵30电连接。PLC控制柜37可根据充装需要自行决定第一低温充装泵4、第二低温充装泵5、第二低温充装泵5的启动与停止。在使用时，用户只需要设定是否对钢瓶抽真空、各组分气体的充装比例和钢瓶的充装压力、按下充装按钮，系统即可完成钢瓶的充装。
所述控制柜箱体13的前侧设有操作面，所述操作面上设有左侧充装压力表51、右侧充装压力表52、进气压力表53、紧急按钮54和手动安全放散阀55，所述左侧充装压力表51与左侧输出管道23相连接，所述右侧充装压力表52与右侧输出管道23相连接，所述左侧充装压力表51与左侧输出管道23相连接，所述三个进气压力表53分别与第二气体输入管道18、第一气体输入管道17、第三气体输入管道19相连接，所述手动安全放散阀55与自动放散管道25相连接。
智能三组分高压气瓶混合气充装控制柜10，内部采用左右对称设计，所述第一气体输入管道17、第二气体输入管道18、第三气体输入管道19分别连接对应的外部高压气体气源管路，输出管道23连接外部的花篮式充装台11上的汇流排40上，所述汇流排40连接有钢瓶，自动安全放散管道连接外部总安全放散管道。用户输入各组分气体的比例值和钢瓶的充装压力，各个组分的充装压力被PLC控制器自动分配，待充装的气体经过气体输入管道、输出管道23进入钢瓶中，输出管道23压力被时时监控，当到达各组分充装压力值时，将充装汇流排40上高压钢瓶瓶阀关闭，然后通过手动或者自动安全放散阀24放散充装汇流排40内的残余气体，然后取下钢瓶，完成充装。
所述花篮式充装台11，包括外部框架38，所述外部框架38的顶部内固定安装连接有汇流排安装架39，所述汇流排安装架39上安装有汇流排40，所述汇流排40的阀门50上连接有高压软管41，所述外部框架38的顶部还固定连接有第一气缸安装底座和第二气缸安装底座，所述第一气缸安装底座上安装有第一气缸42，所述第二气缸安装底座上安装有第二气缸44，所述第一气缸42的活塞杆与充装保护罩43相连，所述充装保护罩43位于外部框架38和汇流排安装架39的中间，所述第二气缸44的活塞杆与软管升降架45相连，所述软管升降架45位于汇流排安装架39的内部，汇流排40的上方，所述软管升降架45上设有通孔，并铰接有套管46，所述高压软管41绕过软管升降架45穿过通孔，套管46与待充装钢瓶相连接，所述高压软管41与套管46固定连接。
所述外部框架38的底部框架，框架一侧设为开口，所述底部框架内放置有钢瓶集装格47，所述钢瓶集装格47内放置有钢瓶，所述高压软管41穿过套管46与钢瓶上的进口阀门50相连。
在钢瓶集装格47未推入工位状态时，第二气缸44带动软管升降架45和高压软管41在上面位置，方便钢瓶集装格47推入；在钢瓶集装格47推入工位状态后，第二气缸44带动软管升降架45和高压软管41下落，方便高压软管41与钢瓶集装格47中的钢瓶相连；在钢瓶充装过程中，第一气缸42带动充装保护罩43下落，对周围的环境和操作人员起到保护的作用；充装完成后，第一气缸42带动充装保护罩43恢复原位，操作人员关闭钢瓶阀门50，高压软管41与钢瓶分离，第二气缸44带动软管升降架45和高压软管41恢复原位。
所述花篮式充装台11四周设有操作平台。方便操作人员操作，增加操作人员的操作舒适性。
所述汇流排40包括高压气体入口管48和各个分级支管49，所述高压气体入口管48与第一支管相连，所述各个分级支管49之间依次连接，所述最后分级支管49上连接有阀门50，所述高压气体入口管48上设有高压气体入口，所述高压气体入口到各个阀门50的距离相等；所述高压气体入口连接气源，所述阀门50通过软管与钢瓶连接。
要充入钢瓶的各种高压气体从高压气体入口进入汇流排40，由于高压气体入口到各个阀门50的距离相等，所以在充装不同种类混合气切换时，汇流排40中残余的气体进入钢瓶的量相等，从而保证了混合气的充装质量。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。
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