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一種混合氣盾構(gòu)帶壓作業(yè)生命支持系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:42322358發(fā)布日期:2025-07-01 19:39閱讀:7來源:國知局

本發(fā)明涉及盾構(gòu)施工,具體涉及一種混合氣盾構(gòu)帶壓作業(yè)生命支持系統(tǒng)。


背景技術(shù):

1、目前,盾構(gòu)帶壓開艙作業(yè)主要包括空氣帶壓作業(yè)和氦氧飽和作業(yè)兩種模式。對于較淺或中等深度的作業(yè)工況,常采用壓縮空氣環(huán)境作業(yè),人員通過口鼻罩呼吸器在高氣壓環(huán)境中進行短時操作,并依靠傳統(tǒng)減壓艙完成作業(yè)后的減壓過程。而在更深的隧道環(huán)境中,為滿足更高的壓力適應(yīng)需求,常采用氦氧飽和潛水作業(yè)模式,此類作業(yè)需配置飽和潛水艙、穿梭艙、生活艙等多個功能艙體,作業(yè)人員需經(jīng)歷長時間加壓、作業(yè)及減壓過程,采用氦氧混合氣呼吸以控制氮麻醉和氧中毒風險,并通過分階段減壓策略控制惰性氣體的脫飽和速率。由于涉及多個艙,混合氣瓶、氧氣瓶以及氦氣瓶的設(shè)置數(shù)量、配置方式以及氣體調(diào)節(jié)也較為復雜,導致操作流程繁瑣、管理難度較大。

2、然而,現(xiàn)有氦氧飽和帶壓作業(yè)系統(tǒng)存在多方面不足。首先,該類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜,艙體數(shù)量多、占用空間大,系統(tǒng)集成度低,運行依賴大量設(shè)備并需占據(jù)盾構(gòu)后場有限空間。其次,氦氣作為稀有氣體,消耗量大,導致使用成本高昂,尤其在長時間高壓作業(yè)中,經(jīng)濟負擔更重。再者,氦氧飽和作業(yè)通常僅適用于長時間、高深度連續(xù)作業(yè),不適用于周期短、換刀頻繁的作業(yè)需求,整體效率低、反應(yīng)慢,無法滿足現(xiàn)代隧道快速施工的要求。此外,作業(yè)人員在飽和作業(yè)中若減壓操作控制不當,極易發(fā)生減壓病等嚴重生理反應(yīng),安全風險高,對操作規(guī)范和作業(yè)環(huán)境穩(wěn)定性依賴程度極高。因此,現(xiàn)有生命支持系統(tǒng)亟需從結(jié)構(gòu)設(shè)計、配氣方式、安全控制、作業(yè)效率等多方面進行優(yōu)化與革新,以適應(yīng)深埋、高壓、快節(jié)奏的盾構(gòu)帶壓換刀環(huán)境。


技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提出了一種混合氣盾構(gòu)帶壓作業(yè)生命支持系統(tǒng),取消了傳統(tǒng)的生活艙和穿梭艙結(jié)構(gòu),通過模塊化集成方式實現(xiàn)各氣源模塊與人艙的高效聯(lián)動,提升了高壓帶壓作業(yè)環(huán)境下的工作效率與安全性。

2、為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案如下:

3、一種混合氣盾構(gòu)帶壓作業(yè)生命支持系統(tǒng),所述生命支持系統(tǒng)采用模塊化組合設(shè)計,適用于非飽和高壓作業(yè),包括空壓機組模塊、壓縮空氣儲氣罐、氣源瓶組、混合氣配氣模塊、人艙和微壓氧艙;所述空壓機組模塊將壓縮凈化后的空氣存儲于壓縮空氣儲氣罐中,所述壓縮空氣儲氣罐通過高壓管路與混合氣配氣模塊連接,提供壓縮空氣;所述氣源瓶組包括并聯(lián)的氦氣瓶組和氧氣瓶組,通過高壓管路分別連接至混合氣配氣模塊,提供氧氣和氦氣;所述混合氣配氣模塊包括自動配氣組件、手動配氣組件和混合氣儲氣罐,所述自動配氣組件或手動配氣組件對壓縮空氣、氧氣、氦氣進行混合配比,將配比好的三元混合氣存儲于所述混合氣儲氣罐;所述人艙用于作業(yè)人員帶壓工作前后的加壓和減壓,艙內(nèi)設(shè)置口鼻罩呼吸器和薄膜頭罩,所述口鼻罩呼吸器通過高壓軟管與混合氣儲氣罐連接,所述薄膜頭罩通過供氣管路與供氧裝置連接;所述微壓氧艙用于在人艙減壓完成后接收作業(yè)人員進行氧療。

4、優(yōu)選地,所述空壓機組模塊采用兩臺一用一備的5.5kw無油空壓機壓縮空氣,壓縮空氣經(jīng)數(shù)顯壓力控制器后,依次通過冷凍式干燥機、高壓精密過濾器及吸附式干燥機處理,凈化后的壓縮空氣進入3個并聯(lián)的容積為1m3的壓縮空氣儲氣罐。

5、優(yōu)選地,當所述壓縮空氣儲氣罐壓力達到2mpa,所述無油空壓機自動停止,當所述壓縮空氣儲氣罐內(nèi)壓力小于1.8mpa時,所述無油空壓機自動開啟以保障所述壓縮空氣儲氣罐的壓力在1.8mpa-2.0mpa之間。

6、優(yōu)選地,當所述壓縮空氣儲氣罐的供氣閥打開后,壓縮空氣再經(jīng)活性炭過濾器與精密過濾器過濾,通過一用一備管路輸送至空氣分氣排,為所述自動配氣組件和手動配氣組件提供壓縮空氣。

7、優(yōu)選地,所述氣源瓶組包括至少兩組一用一備的氦氣瓶組和三組一用兩備的氧氣瓶組,氦氣和氧氣在經(jīng)過止回閥后,分別連接至氦氣分氣排與氧氣分氣排,從而分別為所述自動配氣組件和手動配氣組件提供氦氣和氧氣。

8、優(yōu)選地,在所述混合氣配氣模塊中,空氣、氧氣和氦氣通過所述自動配氣組件的穩(wěn)壓閥、變送器、手動閥、過濾器、流量控制器和止回閥,進入一號混氣排,經(jīng)背壓閥調(diào)節(jié)壓力,通過兩條供氣管流入二號混氣排,最終到達所述混合氣儲氣罐,所述二號混氣排連接手動配氣組件。

9、優(yōu)選地,所述混合氣儲氣罐的容積為1m3,當內(nèi)部氣壓大于9bar時,調(diào)壓減壓閥自動開啟高壓軟管,通過流量計和氣體分析儀對混合氣進行監(jiān)測,確保氣體成分符合預設(shè)指標后向所述口鼻罩呼吸器供氣。

10、優(yōu)選地,所述人艙與盾構(gòu)機自帶的加壓裝置連接,所述加壓裝置通過向人艙內(nèi)充注壓縮空氣來調(diào)節(jié)艙內(nèi)壓力。

11、優(yōu)選地,所述人艙包括出氣閥,加壓完成后開啟出氣閥,建立所述人艙的進出氣平衡,氣壓穩(wěn)定在設(shè)定壓力。

12、優(yōu)選地,所述三元混合氣中氧氣的分壓po為1.4-2.0ata、氮氣的分壓pn≤4ata,其余為氦氣。

13、本發(fā)明有益效果如下:本發(fā)明提供的混合氣盾構(gòu)帶壓作業(yè)生命支持系統(tǒng),采用非飽和高壓作業(yè)方式,通過取消生活艙和穿梭艙,作業(yè)人員可直接進入人艙進行加壓,并佩戴口鼻罩呼吸器吸入氦氮氧三元混合氣,簡化了作業(yè)流程,縮短了作業(yè)周期,呼吸更加順暢,顯著提高了施工效率。生命支持系統(tǒng)作為支持這種創(chuàng)新的作業(yè)方式的設(shè)備,通過模塊化組合設(shè)計將空壓機組模塊、壓縮空氣儲氣罐、氣源瓶組、混合氣配氣模塊、人艙和微壓氧艙有機整合,各模塊之間的有機集成提升了系統(tǒng)的可擴展性和操作靈活性,構(gòu)建了一個高效、穩(wěn)定、連續(xù)運行的生命支持平臺?;旌蠚馀錃饽K集成自動配氣組件與手動配氣組件,不僅能夠根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)氦、氮、氧三種氣體的配比,實現(xiàn)作業(yè)階段所需混合氣體的精準制備,還具備冗余切換功能,有效避免氣源中斷引發(fā)的作業(yè)風險。空氣、氧氣和氦氣的獨立來源及分配路徑,使得三元混合氣的供應(yīng)更具可靠性,避免因氣源瓶切換失誤或供應(yīng)波動導致的生產(chǎn)中斷問題??諌簷C組模塊通過智能壓力控制自動啟停,結(jié)合并聯(lián)儲氣罐調(diào)節(jié)儲氣能力,保障壓縮空氣的持續(xù)輸出,同時降低能耗;混合氣儲氣罐配備壓力調(diào)節(jié)、流量計與氣體分析儀,實時監(jiān)測混合氣質(zhì)量與供應(yīng)狀態(tài),確保供氣穩(wěn)定性與安全性?;旌蠚舛軜?gòu)帶壓作業(yè)生命支持系統(tǒng)整體設(shè)計緊湊,運行可靠,制氣方案靈活,既滿足非飽和高壓作業(yè)方式對混合氣配比的需求,又顯著降低了氦氣消耗與整體運行成本,兼顧了安全性、經(jīng)濟性和工程實用性,能夠為深埋、高壓作業(yè)環(huán)境下的連續(xù)作業(yè)提供堅實保障。



技術(shù)特征:

1.一種混合氣盾構(gòu)帶壓作業(yè)生命支持系統(tǒng),其特征在于,所述生命支持系統(tǒng)采用模塊化組合設(shè)計,適用于非飽和盾構(gòu)高壓作業(yè),包括空壓機組模塊(1)、壓縮空氣儲氣罐(2)、氣源瓶組(3)、混合氣配氣模塊(4)、人艙(5)和微壓氧艙(6);所述空壓機組模塊(1)將壓縮凈化后的空氣存儲于壓縮空氣儲氣罐(2)中,所述壓縮空氣儲氣罐(2)通過高壓管路與混合氣配氣模塊(4)連接,提供壓縮空氣;所述氣源瓶組(3)包括并聯(lián)的氦氣瓶組(31)和氧氣瓶組(32),通過高壓管路分別連接至混合氣配氣模塊(4),提供氧氣和氦氣;所述混合氣配氣模塊(4)包括自動配氣組件(41)、手動配氣組件(42)和混合氣儲氣罐(43),所述自動配氣組件(41)或手動配氣組件(42)對壓縮空氣、氧氣、氦氣進行混合配比,將配比好的三元混合氣存儲于所述混合氣儲氣罐(43);所述人艙(5)用于作業(yè)人員帶壓工作前后的加壓和減壓,艙內(nèi)設(shè)置口鼻罩呼吸器(51)和薄膜頭罩(52),所述口鼻罩呼吸器(51)通過高壓軟管與混合氣儲氣罐(43)連接,所述薄膜頭罩(52)通過供氣管路與供氧裝置(53)連接;所述微壓氧艙(6)用于在人艙減壓完成后接收作業(yè)人員進行氧療。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合氣盾構(gòu)帶壓作業(yè)生命支持系統(tǒng),其特征在于,所述空壓機組模塊(1)采用兩臺一用一備的5.5kw無油空壓機壓縮空氣,壓縮空氣經(jīng)數(shù)顯壓力控制器后,依次通過冷凍式干燥機、高壓精密過濾器及吸附式干燥機處理,凈化后的壓縮空氣進入3個并聯(lián)的容積為1m3的壓縮空氣儲氣罐(2)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合氣盾構(gòu)帶壓作業(yè)生命支持系統(tǒng),其特征在于,當所述壓縮空氣儲氣罐(2)壓力達到2mpa,所述無油空壓機自動停止,當所述壓縮空氣儲氣罐(2)內(nèi)壓力小于1.8mpa時,所述無油空壓機自動開啟以保障所述壓縮空氣儲氣罐(2)的壓力在1.8mpa-2.0mpa之間。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合氣盾構(gòu)帶壓作業(yè)生命支持系統(tǒng),其特征在于,當所述壓縮空氣儲氣罐(2)的供氣閥打開后,壓縮空氣再經(jīng)活性炭過濾器與精密過濾器過濾,通過一用一備管路輸送至空氣分氣排(35),為所述自動配氣組件(41)和手動配氣組件(42)提供壓縮空氣。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合氣盾構(gòu)帶壓作業(yè)生命支持系統(tǒng),其特征在于,所述氣源瓶組(3)包括至少兩組一用一備的氦氣瓶組(31)和三組一用兩備的氧氣瓶組(32),氦氣和氧氣在經(jīng)過止回閥后,分別連接至氦氣分氣排(33)與氧氣分氣排(34),從而分別為所述自動配氣組件(41)和手動配氣組件(42)提供氦氣和氧氣。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合氣盾構(gòu)帶壓作業(yè)生命支持系統(tǒng),其特征在于,在所述混合氣配氣模塊(4)中,空氣、氧氣和氦氣通過所述自動配氣組件(41)的穩(wěn)壓閥、變送器、手動閥、過濾器、流量控制器和止回閥,進入一號混氣排(44),經(jīng)背壓閥(45)調(diào)節(jié)壓力,通過兩條供氣管流入二號混氣排(46),最終到達所述混合氣儲氣罐(43),所述二號混氣排(46)連接手動配氣組件(42)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合氣盾構(gòu)帶壓作業(yè)生命支持系統(tǒng),其特征在于,所述混合氣儲氣罐(43)的容積為1m3,當內(nèi)部氣壓大于9bar時,調(diào)壓減壓閥自動開啟高壓軟管,通過流量計和氣體分析儀對混合氣進行監(jiān)測,確保氣體成分符合預設(shè)指標后向所述口鼻罩呼吸器(51)供氣。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合氣盾構(gòu)帶壓作業(yè)生命支持系統(tǒng),其特征在于,所述人艙(5)與盾構(gòu)機自帶的加壓裝置(7)連接,所述加壓裝置(7)通過向人艙(5)內(nèi)充注壓縮空氣來調(diào)節(jié)艙內(nèi)壓力。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的混合氣盾構(gòu)帶壓作業(yè)生命支持系統(tǒng),其特征在于,所述人艙(5)包括出氣閥(54),加壓完成后開啟出氣閥(54),建立所述人艙(5)的進出氣平衡,氣壓穩(wěn)定在設(shè)定壓力。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合氣盾構(gòu)帶壓作業(yè)生命支持系統(tǒng),其特征在于,所述三元混合氣中氧氣的分壓po為1.4-2.0ata、氮氣的分壓pn≤4ata,其余為氦氣。


技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種混合氣盾構(gòu)帶壓作業(yè)生命支持系統(tǒng),適用于非飽和盾構(gòu)高壓作業(yè),包括空壓機組模塊、壓縮空氣儲氣罐、氣源瓶組、混合氣配氣模塊、人艙和微壓氧艙;空壓機組模塊將壓縮凈化后的空氣存儲于壓縮空氣儲氣罐中;氣源瓶組包括并聯(lián)的氦氣瓶組和氧氣瓶組;混合氣配氣模塊包括自動配氣組件、手動配氣組件和混合氣儲氣罐,對壓縮空氣、氧氣、氦氣進行混合配比;人艙用于作業(yè)人員帶壓工作前后的加壓和減壓,艙內(nèi)設(shè)置口鼻罩呼吸器和薄膜頭罩;微壓氧艙用于在人艙減壓完成后接收作業(yè)人員進行氧療。本發(fā)明取消了生活艙和穿梭艙,通過模塊化集成方式實現(xiàn)各氣源模塊與人艙的高效聯(lián)動,提升了高壓帶壓作業(yè)環(huán)境下的工作效率與安全性。

技術(shù)研發(fā)人員:張昆峰,王建國,夏國松,萬維燕,荊祥禮,胡勝民,汪婧,王雙,楊威,張金濤,廖帥,殷鵬程,匡新雨,王衎,呂陽,張帥,宋慶奇,鄒振宇,趙東紅,熊想,高旺,張剛,胡友森,周建鋒
受保護的技術(shù)使用者:中鐵十一局集團有限公司
技術(shù)研發(fā)日:
技術(shù)公布日:2025/6/30
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