CN105974053A - 装甲车辆舱室有害气体模拟实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种装甲车辆舱室有害气体模拟实验系统，控制计算机根据发动机参数、火炮口径和弹种，计算出所需各种气体成分的流量值，然后将流量值发送给特气柜、气瓶架和配比柜；CO和NO₂存放在于同一个特气柜中，SO₂、NH₃和H₂S分别存放在一个独立的特气柜中；气瓶架共有两个，其中一个存放CO₂和O₂，另一个存放N₂；配比柜将特气柜和气瓶架中的各种气体按控制计算机设定的流量值混合后形成发动机尾气或火炮射击尾气，并输送进入实验舱。本发明可在设定和较为稳定的边界条件下开展相关模拟实验，为提高未来装备舱室空气环境的控制效果提供基础条件。

Description

装甲车辆舱室有害气体模拟实验系统

技术领域

本发明涉及一种装甲车辆舱室常见有害气体成分的模拟实验系统，特别适用于有害气体对操作人员作业工效影响程度的测试与评价，以及舱室内有害气体净化技术研究。

背景技术

为了研究作业环境对人体的影响程度，目前国内航空航天、汽车制造、建筑设计、环境保护等行业建立了多种环境模拟实验条件，用于开展相关研究。但迄今为止，建立的环境模拟实验条件主要为高温/低温空气环境模拟、低气压缺氧环境模拟、湿度环境模拟、太阳照射模拟等，主要应用于宇航员训练、部队或职业登山队高原适应性训练以及汽车舱室热舒适性控制等方面研究，而关于作业环境中有害气体影响操作人员作业能力，尤其是装甲装备舱室内常见有害气体影响人员作战能力的模拟研究条件，尚未见相关报道。

装甲车辆舱室空间狭小，密闭性强，在作训过程中，火炮射击尾气和发动机尾气常会在舱室内蓄积，在较大程度上影响着操作人员的作战能力，严重时甚至威胁人员生命安全。

装甲装备舱室内常见的有害气体主要包括CO、NO₂、SO₂、NH₃和H₂S等，主要来源于火炮射击时的尾气弥散和车辆行驶过程中发动机尾气向舱内的渗漏。强制通风虽然可在一定程度上降低舱内有害气体浓度，但在某些作业条件下，有害气体浓度短时超标现象仍然时常出现。研究表明，当血液中COHb的浓度大于5％时，乘员的警戒力明显下降，大于20％时既丧失战斗力。NH₃、NO₂、SO₂和H₂S对人员眼、鼻粘膜、喉、气管支气管等有强烈刺激作用，可引发头晕、心悸、呼吸困难、行动迟缓等症状，当NH₃浓度达到50～100mg/L时会导致乘员不能有效地操作武器，因此开展装甲装备舱室内气体成分对乘员作业工效影响程度研究和空气成分控制技术研究具有重要的意义。

目前受国内科研条件限制，对舱室有害气体影响人员作业工效的研究和气体净化技术研究还处于初级阶段，通常在研制的初样车和正样车阶段进行实车测试，以此评价有害气体对人员作业工效的影响，其设计指导作用明显滞后；而舱室内有害气体净化技术研究则由于受实车试验过程中环境条件无法控制和试验成本等因素影响，难以对气体环境控制效果进行准确评估。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种装甲装备舱室气体环境模拟实验系统，可在设定和较为稳定的边界条件下开展相关模拟实验，为提高未来装备舱室空气环境的控制效果提供基础条件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括特气柜、气瓶架、配比柜、实验舱和控制计算机，所述的控制计算机根据发动机参数、火炮口径和弹种，计算出所需各种气体成分的流量值，然后将流量值发送给特气柜、气瓶架和配比柜；所述的特气柜共有四个，CO和NO₂存放在于同一个特气柜中，SO₂、NH₃和H₂S分别存放在一个独立的特气柜中；所述的气瓶架共有两个，其中一个存放CO₂和O₂，另一个存放N₂；所述的配比柜将特气柜和气瓶架中的各种气体按控制计算机设定的流量值混合后形成发动机尾气或火炮射击尾气，并输送进入实验舱。

所述的特气柜由电控箱和气柜组成，电控箱内安装PLC控制器、控制电路、触摸屏以及报警指示灯和蜂鸣器；气柜中安装有气瓶、气动阀门、供气管路和防气体泄漏监测传感器；特气柜上开有观察窗口。

所述的配比柜由电控箱和柜体组成，电控箱内安装PLC控制器、控制电路、触摸屏、防气体泄漏报警指示灯和蜂鸣器；柜体内安装质量流量控制器、气动阀、防气体泄漏探测器。

所述配比柜的PLC控制器在接收到控制计算机发出的各种气体流量值后，将流量值发送给质量流量控制器；进行发动机尾气模拟时，打开CO、CO₂、NO₂、SO₂四种气体的质量流量控制器，按规定流量释放气体，在管路中混合后以连续方式输送入实验舱；进行火炮射击尾气模拟时，打开CO、NH₃、CO₂、NO₂、SO₂和H₂S气体的质量流量控制器，形成混合气体，达到设定流量后，关闭质量流量控制器，由N₂将混合气体推送入实验舱；质量流量控制器按要求进行配气的同时，实时上传配气流量，作为气体流量控制的反馈信号。

所述特气柜和配气柜的顶端连接汇流排，通过风机抽吸作用使柜内处于负压状态。

本发明的有益效果是：

本发明从装甲车辆乘载员面临的突出舱室环境问题出发，在国内首次设计建立了专门用于模拟舱室有害气体的实验系统，填补了我国在车辆舱室空气环境研究条件方面的空白。

该系统设计功能独特，可采用连续配气方式模拟发动机尾气向舱室内的渗漏，也可采用脉冲方式模拟火炮发射后的尾气弥散，模拟的气体种类涵盖了装甲车辆舱室内最为常见的CO、NO₂、SO₂、NH₃、CO₂和H₂S，并可按发动机转速或发射弹种自动按比例控制每种气体成分的释放量，从气体成分、释放方式两方面最大限度地模拟出有害气体在车舱内的扩散，为开展相关测试、评价以及有害气体净化技术研究提供接近于真实的舱室空气环境。

系统采用完全自动化控制，只需在主控计算机的控制界面上设置好车辆作战任务，计算机就会自动提取数据库数据，生成配气指令后通过以太网、PLC控制器和监测传感器完成系统的全程自动控制，无需人员手动完成开启阀门、调节流量等操作。

为保证实验过程中的人员安全，系统设置了多重安全保障，除了在特气柜、配比柜上安装汇流排强行排风外，还在特气柜、配比柜内安装了气体泄漏监测传感器，并能采集车舱内监测传感器的监测数值，

在浓度超出安全限值时及时报警，同时系统设置有急停按钮，在紧急情况下，可立刻停止配气。

综上所述，该系统设计科学合理，技术手段先进，应用领域专业，作为我国首个专用于装甲车辆舱室气体成分环境的模拟实验系统，该系统为开展装备舱室空气环境测试、评价与净化控制技术的基础研究奠定了良好的基础。

附图说明

图1是配气系统工作流程示意图；

图2是CO和NO2特气柜气路走向图；

图3是CO2和O2特气柜气路走向图；

图4是配比柜中气路走向示意图；

图5是配气系统管线连接与走向示意图；

图6是排风系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明的装甲车辆舱室有害气体模拟实验系统主要用于模拟装甲车辆在作训过程中，火炮射击尾气和发动机尾气在舱室内的扩散，在此基础上开展舱室有害气体对操作人员作业工效影响的测试与评价技术研究，以及有害气体净化技术研究。

本发明由特气柜、气瓶架、配比柜、管路、排风系统和控制计算机组成，能够按比例混合配制成发动机尾气和火炮发射尾气，其中模拟发动机尾气的成分包括：CO、NO₂、SO₂和CO₂，采用连续配气方式向舱室内释放；模拟火炮发射尾气的成分包括CO、NO₂、SO₂、NH₃、CO₂和H₂S，采用脉冲方式释放。系统还可模拟车载供氧装置的氧气供应能力。

本发明工作时，控制计算机根据发动机参数、火炮口径和弹种，调用配气数据库相关气体浓度数据，计算出所需各种气体成分的流量，然后通过以太网将流量值发送给特气柜、气瓶架和配比柜中的PLC控制器，由PLC控制质量流量控制器，按计算所得的流量进行配气。配得的混合气体通过管路输送进入实验舱。系统工作流程示意图见图1。

所述的特气柜用于配气系统中CO、NO₂、SO₂、NH₃、CO₂和H₂S五种有毒有害气体的存放，并可根据计算机指令打开阀门进行气体输送，主要由电控箱和气柜组成。电控箱内安装PLC控制器、控制电路、触摸屏以及报警指示灯和蜂鸣器；气柜中安装有气瓶、气动阀门、供气管路和防气体泄漏监测传感器。柜体正面设计有观察窗口，顶部通过汇流排联接排风系统，在排风扇的抽吸作用下可保持柜内呈负压状态，防止泄露气体危害操作人员。

本系统中设计将CO和NO₂气体安装于同一个特气柜中，由于SO₂、H₂S和NH₃易在管路中相互发生化学反应，因此分开安装于各自的特气柜中。CO和NO₂特气柜的气路原理见图2。

本发明中设计使用两个气瓶架，其中一个气瓶架安装CO₂和O₂两种气体，用于提供尾气中的CO₂，O₂瓶用于模拟车载供氧装置的O₂输送。另一个气瓶架安装N₂，作为向舱内输送混合气体的载气和实验后系统管路的吹扫清洗。

CO2和O₂气瓶架的气路原理见图3。

所述的配比柜用于控制各路气体的流量，将各种气体按比例混合后形成发动机尾气或火炮射击尾气，并输送进入实验舱。配比柜主要由电控箱和柜体组成，电控箱内安装PLC控制器、控制电路、触摸屏、防气体泄漏报警指示灯和蜂鸣器等；柜体内安装质量流量控制器、气动阀、防气体泄漏探测器等，柜体顶端通过汇流排与排风系统联接，实验过程中可保持柜内处于负压状态。

配比柜PLC控制器在接收到控制计算机发出的各种气体流量指令后，进一步将流量值发送给发动机尾气模块或火炮射击尾气模块的质量流量控制器。进行发动机尾气模拟时，打开发动机尾气模块的CO、CO₂、NO₂、SO₂四种气体质量流量控制器，按规定流量释放气体，在管路中混合后以连续方式输送入舱；若进行火炮射击尾气模拟，则打开火炮射击尾气模块的CO、NH₃、CO₂、NO₂、SO₂和H₂S气体的质量流量控制器，达到规定流量后，关闭质量流量控制器，由99.99％的N₂将混合气体推送入舱。配气过程中，质量流量控制器按要求进行配气的同时，实时上传配气流量，作为气体流量控制的反馈信号。

配比柜的气路设计如图4。

特气柜、气瓶架与配比柜之间采用1/4”EP管路进行连接，每隔一定间距使用管夹固定在墙上。配气管道与柜体连接与走向设计见图5。

为防止因气体泄漏导致设备操作人员发生中毒，特气柜和配气柜的顶端连接汇流排，通过设备间外的风机抽吸作用，使柜内处于负压状态，可有效避免气体泄漏到设备间内。由于实验用的气体浓度较低(ppm级)，使用量较小，符合国家相关环保法律直接排放的规定，因此直接排入大气环境。排风系统示意图见图6。

Claims (5)

1.一种装甲车辆舱室有害气体模拟实验系统，包括特气柜、气瓶架、配比柜、实验舱和控制计算机，其特征在于：所述的控制计算机根据发动机参数、火炮口径和弹种，计算出所需各种气体成分的流量值，然后将流量值发送给特气柜、气瓶架和配比柜；所述的特气柜共有四个，CO和NO₂存放在于同一个特气柜中，SO₂、NH₃和H₂S分别存放在一个独立的特气柜中；所述的气瓶架共有两个，其中一个存放CO₂和O₂，另一个存放N₂；所述的配比柜将特气柜和气瓶架中的各种气体按控制计算机设定的流量值混合后形成发动机尾气或火炮射击尾气，并输送进入实验舱。

2.根据权利要求1所述的装甲车辆舱室有害气体模拟实验系统，其特征在于：所述的特气柜由电控箱和气柜组成，电控箱内安装PLC控制器、控制电路、触摸屏以及报警指示灯和蜂鸣器；气柜中安装有气瓶、气动阀门、供气管路和防气体泄漏监测传感器；特气柜上开有观察窗口。

3.根据权利要求1所述的装甲车辆舱室有害气体模拟实验系统，其特征在于：所述的配比柜由电控箱和柜体组成，电控箱内安装PLC控制器、控制电路、触摸屏、防气体泄漏报警指示灯和蜂鸣器；柜体内安装质量流量控制器、气动阀、防气体泄漏探测器。

4.根据权利要求1所述的装甲车辆舱室有害气体模拟实验系统，其特征在于：所述配比柜的PLC控制器在接收到控制计算机发出的各种气体流量值后，将流量值发送给质量流量控制器；进行发动机尾气模拟时，打开CO、CO₂、NO₂、SO₂四种气体的质量流量控制器，按规定流量释放气体，在管路中混合后以连续方式输送入实验舱；进行火炮射击尾气模拟时，打开CO、NH₃、CO₂、NO₂、SO₂和H₂S气体的质量流量控制器，形成混合气体，达到设定流量后，关闭质量流量控制器，由N₂将混合气体推送入实验舱；质量流量控制器按要求进行配气的同时，实时上传配气流量，作为气体流量控制的反馈信号。

5.根据权利要求1所述的装甲车辆舱室有害气体模拟实验系统，其特征在于：所述特气柜和配气柜的顶端连接汇流排，通过风机抽吸作用使柜内处于负压状态。