Каскадная система наполнения

Каскадная система наполнения высокого давления — это система хранения газовых баллонов , которая используется для заправки небольших баллонов со сжатым газом. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} В некоторых случаях каждый из больших цилиндров наполняется компрессором , в противном случае их можно наполнять дистанционно и заменять, когда давление становится слишком низким для эффективной передачи. Каскадная система позволяет наполнять небольшие баллоны без компрессора. Кроме того, каскадная система полезна в качестве резервуара, позволяющего компрессору малой производительности удовлетворять потребность в заполнении нескольких небольших баллонов в тесной последовательности с более длительными промежуточными периодами, в течение которых баллоны-хранилища могут быть перезаряжены.

Принцип работы

Когда газу из баллона с высоким давлением позволяют перетекать в другой баллон, содержащий газ с более низким давлением, давления выравниваются до значения, находящегося где-то между двумя начальными давлениями. На равновесное давление влияет скорость переноса, так как на него будет влиять температура, но при постоянной температуре равновесное давление описывается Дальтона законом парциальных давлений и законом Бойля для идеальных газов.

Формула равновесного давления:

P ₃ = (P ₁ ×V ₁ +P ₂ ×V ₂ )/(V ₁ +V ₂ )

где P ₁ и V ₁ — начальное давление и объем одного цилиндра

P ₂ и V ₂ - начальное давление и объем другого цилиндра.

P ₃ – равновесное давление.

Примером может служить 100-литровый (внутренний объем) баллон (V ₁ ), находящийся под давлением 200 бар (P ₁ ), заполняющий 10-литровый (внутренний объем) баллон (V ₂ ), который не находился под давлением (P ₂ = 1 бар) ( в результате давление в обоих цилиндрах уравняется примерно до 180 бар (P ₃ ). Если затем для «дозаправки» 10-литрового баллона использовать еще один 100-литровый баллон, находящийся под давлением 250 бар, давление в обоих этих баллонах выровняется примерно до 240 бар. Однако, если сначала использовать 100-литровый баллон с более высоким давлением, давление в 10-литровом баллоне будет примерно 225 бар, и 100-литровый баллон с более низким давлением невозможно будет использовать для дозаправки в каскадной системе хранения. несколько больших баллонов используются для доведения маленького баллона до желаемого давления, при этом сначала всегда используется питающий баллон с наименьшим полезным давлением, затем баллон со следующим наименьшим давлением и так далее.

На практике теоретическая передача может быть достигнута только в том случае, если перед отсоединением газам будет позволено достичь температурного равновесия. Это требует значительного времени, и для экономии времени можно принять более низкую эффективность. Фактическую передачу можно рассчитать с использованием общего уравнения состояния газа, если точно измерить температуру газа в цилиндре.

Использование

Дыхательные комплексы

Баллон дыхательного набора можно заполнить до рабочего давления путем сцеживания из баллонов большего размера (часто 50 литров). (Чтобы упростить эту задачу, горловина цилиндра ребризера Gorman Salvus Siebe имела ту же резьбу, что и баллон для хранения кислорода, но противоположный пол для прямой декантации.) Баллоны для хранения доступны в различных размерах, обычно от 50. Внутренний объем до 100 литров. ^{[ 3 ]}

В более общем случае для соединения заправочной панели или накопительного баллона с приемным баллоном используется шланг высокого давления, известный как заправочный штуцер.

Каскадное заполнение часто используется для смешивания смесей дыхательных газов при парциальном давлении для дайвинга , чтобы сэкономить на относительно дорогом кислороде, найтроксе и даже более дорогом гелии в тримикса или гелиокса . смесях ^{[ 2 ]}

Заправка сжатым природным газом

Каскадное хранилище используется на сжатого природного газа заправочных станциях (КПГ). Обычно используются три баллона с КПГ, и транспортное средство сначала заправляется из одного из них, что приводит к неполной заправке, возможно, до 2000 фунтов на квадратный дюйм для бака на 3000 фунтов на квадратный дюйм. Второй и третий баки доведут давление в баке машины до 3000 фунтов на квадратный дюйм. На станции обычно имеется компрессор, который наполняет резервуары станции природным газом из коммунальной сети. Это предотвращает случайное переполнение бака, что может произойти в системе, использующей один топливный бак при более высоком давлении, чем заданное давление для автомобиля.

Хранение водорода

В каскадных системах хранения водорода , например на водородных станциях , топливораздаточная колонка A забирает водород из резервуара A, а заправочная колонка B забирает топливо из водородного резервуара B. Если колонка A перегружена, резервуар A истощается раньше, чем резервуар B. В этот момент дозатор A переключается на резервуар C. Затем резервуар C будет снабжать дозаторы A и B и резервуар A до тех пор, пока резервуар A не наполнится до того же давления, что и резервуар B, и колонки не будут отключены, после чего система управления закроет контроль. клапаны для перехода в прежнее состояние. ^{[ нужна ссылка ]} ^{[ 4 ]}

Расположение системы

Цилиндры для хранения можно использовать независимо друг от друга, используя портативный перекачивающий штуцер с манометром и ручным спускным клапаном для перезаполнения приемного цилиндра до тех пор, пока не будет достигнуто соответствующее давление наполнения, или баллоны для хранения могут быть подключены к системе коллекторов и панель управления наполнением с помощью одной или нескольких насадок.

В идеале каждый баллон имеет независимое соединение с панелью наполнения с манометром содержимого и клапаном подачи, предназначенными для этого баллона, а также манометром, подключенным к наполнительному штуцеру, чтобы оператор мог сразу увидеть следующее более высокое давление в баллоне. по сравнению с давлением в приемном цилиндре.

Баллоны для хранения могут наполняться дистанционно и соединяться с коллектором гибким шлангом во время использования или могут быть постоянно соединены и заправлены компрессором через специальную систему наполнения, которая может управляться автоматически или вручную.

Предохранительный клапан избыточного давления обычно устанавливается между компрессором и накопителями для защиты цилиндров от переполнения, и каждый цилиндр также может быть защищен разрывной мембраной .

Ссылки

^ Миллар И.Л.; Молди П.Г. (2008). «Сжатый воздух для дыхания – потенциал зла изнутри» . Дайвинг и гипербарическая медицина . 38 (2). Южно-Тихоокеанское общество подводной медицины : 145–51. ПМИД 22692708 . Архивировано из оригинала 25 декабря 2010 г. Проверено 28 февраля 2009 г. {{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
^ Перейти обратно: ^а ^б Харлоу, В. (2002). Спутник кислородного хакера . Пресс о воздушной скорости. ISBN 0-9678873-2-1 .
↑ Размеры специального газового баллона. Архивировано 11 сентября 2008 г., в Wayback Machine Air Products.
↑ Водородная заправочная станция, стр. 4. Архивировано 26 июля 2007 г., на Wayback Machine. Ссылка не работает.

Внешние ссылки

СМИ, связанные с системой заправки Cascade, на Викискладе?

[evil-1] Миллар И.Л.; Молди П.Г. (2008). «Сжатый воздух для дыхания – потенциал зла изнутри» . Дайвинг и гипербарическая медицина . 38 (2). Южно-Тихоокеанское общество подводной медицины : 145–51. ПМИД 22692708 . Архивировано из оригинала 25 декабря 2010 г. Проверено 28 февраля 2009 г. {{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )

[oxyhackers-2] Перейти обратно: ^а ^б Харлоу, В. (2002). Спутник кислородного хакера . Пресс о воздушной скорости. ISBN 0-9678873-2-1 .

[3] Размеры специального газового баллона. Архивировано 11 сентября 2008 г., в Wayback Machine Air Products.

[4] Водородная заправочная станция, стр. 4. Архивировано 26 июля 2007 г., на Wayback Machine. Ссылка не работает.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]