CN113019220B - 物理实验室用绝缘气体干燥混合装置及方法 - Google Patents

物理实验室用绝缘气体干燥混合装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及气体混合装置技术领域。公开了物理实验室用绝缘气体干燥混合装置及方法，包括混合罐，在所述混合罐内部设置有第一入气管和第二入气管，所述第一入气管和所述第二入气管的上端位于所述混合罐外部，并均通过一个第一气阀和一个干燥罐相连通，同时所述第一入气管的下端位于所述混合罐内部的底端，所述第二入气管的下端位于所述混合罐内部的上端；在所述混合罐内部设置有用于将气体进行混合的搅拌机构；在所述混合罐中部设置有第一出气管和第二出气管，所述第二出气管通过第二气阀和预存罐相连通；在所述混合罐上端设置有压强表。本发明在进行气体混合时速度快、效率高，使用方便。

Description

物理实验室用绝缘气体干燥混合装置及方法
技术领域
本发明涉及气体混合装置技术领域，更具体而言，涉及物理实验室用绝缘气体干燥混合装置及方法。
背景技术
纯净的SF6(六氟化硫)气体在常温常压下为无色、无臭、无毒、不可燃烧的气体，具有优异的绝缘特性和灭弧能力，是一种理想的绝缘介质，因此在电力行业中，SF6有广泛应用。但是，SF6气体由于其温室效应逐渐被环保专家所重视，因此国内外开始使用N2来替换或减少SF6的用量，研究发现，SF6和N2的混合气体作为高压开关设备的绝缘气体较好的组合，从各项研究表明，SF6和N2混合气体在放电时并没有新的毒物生成，且对电极表面缺陷的敏感程度较小，因而具有良好的应用前景。
目前，在物理实验室中对SF6和N2混合气体的性能进行测试前，需要先将两种气体进行干燥及混合均匀。而在进行混合时，会将两种气体依次充入混合罐中，在充入后需要静置30min左右让腔体内部的气体达到稳态，然后至少再需要静置24h后才可以进行试验，混合速度慢、效率低，会严重影响实验时的使用。
发明内容
本发明申请的物理实验室用绝缘气体干燥混合装置及方法旨在解决上述提到的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了物理实验室用绝缘气体干燥混合装置包括混合罐，在所述混合罐内部设置有第一入气管和第二入气管，所述第一入气管和所述第二入气管的上端位于所述混合罐外部，并均通过一个第一气阀和一个干燥罐相连通，同时所述第一入气管的下端位于所述混合罐内部的底端，所述第二入气管的下端位于所述混合罐内部的上端；在所述混合罐内部设置有用于将气体进行混合的搅拌机构；在所述混合罐中部设置有第一出气管和第二出气管，所述第二出气管通过第二气阀和预存罐相连通；在所述混合罐上端设置有压强表。
作为本发明的一种优选方案，所述干燥罐包括第一罐体和第二罐体，两个罐体竖直并列设置，在所述第一罐体侧壁设置有进气接头，在所述第一罐体下端设置有排水口，所述第一罐体的上端和所述第二罐体的上端通过连接管相连通，在所述第二罐体的下端设置有出气接头，在所述第一罐体内部设置有翅片，所述翅片和半导体制冷片贴合接触，在所述第二罐体内部填装有吸水棉。
作为本发明的另一种优选方案，所述搅拌机构包括驱动电机和搅拌架，所述驱动电机位于所述混合罐外部，其输出端位于所述混合罐内部，所述搅拌架固定安装在所述驱动电机的输出端上。
作为上述优选方案的进一步改进，所述搅拌架包括“十”字型支架，所述“十”字型支架包括一对长支架以及一对短支架，在所述长支架的下方设置有第一搅拌扇叶，在所述短支架的下方设置有第二搅拌扇叶，所述第一搅拌扇叶呈螺旋状，所述第二搅拌扇叶呈直板状。
作为本发明的另一种优选方案，在所述混合罐内壁设置有多个竖直方向设置的凸棱。
作为本发明的又一种优选方案，所述预存罐包括预存罐进气接头、预存罐出气管，所述预存罐进气接头与所述第二气阀相连，在所述预存罐出气管末端设置有阀门，在所述预存罐内部设置有多层隔板，通过多层所述隔板将所述预存罐内部空间分隔为多层“S”型结构。
作为本发明的又一种优选方案，在每个所述多层隔板上均设置有凸起结构，在所述凸起结构上竖直设置有气梳，在所述气梳后部设置有用于改变气流方向的导流板。
另外，本发明还提供了使用上述装置的物理实验室用绝缘气体干燥混合方法，包括：
将第一入气管对应的干燥罐与N2储存罐相连接，将第二入气管对应的干燥罐与SF6储存罐相连接，使N2以及SF6分别经过干燥罐进行干燥；
按照需要的SF6与N2的混合比，分别调节两个第一气阀的进气量，使进入混合罐中的干燥后的SF6与N2的进气量之比和所述需要的SF6与N2的混合比相等，同时通过压强表实时监测混合罐中的压强值；
启动搅拌机构将进入混合罐中的所述干燥后的SF6与N2气体进行充分混合；
调节第二气阀，使充分混合后的SF6与N2混合气体通过进入预存罐中进行预存及使用。
作为上述混合方法的一种改进，在使所述充分混合后的SF6与N2混合气体通过进入预存罐时，需要通过第一出气管处进行混合气体采集，并检测所述混合气体中的SF6与N2的混合比，当所述混合气体中的两种气体的混合比和需要的混合比相等时，即可调节第二气阀使所述混合气体进入预存罐中进行预存及使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、通过设置的第一入气管和第二入气管来分别充入SF6和N2，其中第一入气管的下端位于混合罐底端，从而可以用于充入N2；第二入气管的下端位于混合罐的上端，从而可以用于充入SF6，由于N2的密度小，而SF6的密度大，因此在将N2从第一入气管充入、将SF6从第二入气管充入后，N2会自动向上方扩散，而SF6会向下方扩散，这样，两种气体在扩散过程中会产生对流，从而有利于两种气体进行混合。
2、通过在混合罐中设置的搅拌机构，可以通过旋转将充入混合罐中的两种气体进行充分搅拌混合，从而加速两种气体的混合速度，有效提高混合的效率；通过在混合罐内壁设置的多个竖直方向设置的凸棱，可以扰乱气流的流动，从而混合罐内部形成乱流，进一步加快两种气体的混合。
3、通过将搅拌机构的搅拌架上的两组搅拌扇叶分别设置为螺旋状、直板状，可以在搅拌架搅拌过程中，对内部的气体产生多个方向的搅动，从而加速气体的混合。
4、通过将预存罐内部使用多层隔板进行分隔后，可以将预存罐内部分隔为多个高度较小的小空间，从而可以避免混合气体在预存过程中发生大幅度的气体分离；同时通过设置的凸起结构、气梳以及导流板，可以在将预存罐内的混合气体排出时，使混合气体经过多个凸起结构、气梳以及导流板时会打破混合气体因预存而出现的气体分离，使其恢复混合状态，从而便于实验时使用。
附图说明
图1是本发明的实施例的结构示意图；
图2是本发明的混合罐内部结构示意图；
图3是本发明的混合罐内部凸棱结构示意图；
图4是本发明的预存罐内部结构示意图；
图5是本发明的搅拌架的结构示意图；
图6是本发明的干燥罐的结构示意图；
图7是本发明的干燥罐的剖面示意图；
图8为本发明的方法流程图。
其中，图1至图8中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1、混合罐；101、压强表；102、第一出气管；103、第二出气管；104、第一入气管；105、第二入气管；106、凸棱；2、干燥罐；201、第一罐体；202、第二罐体；203、连接管；204出气接头；205、进气接头；206、排水口；207、翅片；208、半导体制冷片；3、预存罐；301、预存罐出气管；302、预存罐进气接头；303、阀门；304、隔板；305、凸起结构；306、气梳；307、导流板；4、第二气阀；5、第一气阀；6、驱动电机；7、搅拌架；701、长支架；702、短支架；703、第一搅拌扇叶；704、第二搅拌扇叶。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照附图1至图8的描述本发明的实施例。
如图1-图7所示的物理实验室用绝缘气体干燥混合装置，包括混合罐1，在混合罐1内部设置有第一入气管104和第二入气管105，第一入气管104和第二入气管105的上端位于混合罐1外部，并均通过一个第一气阀5和一个干燥罐2相连通，同时第一入气管104的下端位于混合罐1内部的底端，用于充入N2，第二入气管105的下端位于混合罐1内部的上端，用于充入SF6，由于N2的密度小于SF6的密度，因此在将N2经过第一入气管104充入后会逐渐向上扩散，而SF6则经过第二入气管105充入后会逐渐向下扩散，这样两种气体会在相对扩散时产生相对流动，从而加速两种气体的混合。在混合罐1内部设置有用于将气体进行混合的搅拌机构；在混合罐1中部设置有第一出气管102和第二出气管103，第二出气管103通过第二气阀4和预存罐3相连通，通过第二气阀4可以将混合罐1内的混合气体排入预存罐3中，第一出气管102处可以安装排气阀，在进行气体混合过程中，可以通过排气阀进行混合气体取样，然后检测混合气体的混合比，经多次检测后的混合比复合实验要求后，接口一通过第二气阀4将混合罐1内的混合气体排入预存罐3中使用或预存。在混合罐1上端设置有压强表101，通过压强表101可以实时监测混合罐1内的气体压强，防止内部压强过大。
具体地，如图6所示，干燥罐2包括第一罐体201和第二罐体202，两个罐体竖直并列设置，在第一罐体201侧壁设置有进气接头205，在第一罐体201下端设置有排水口206，第一罐体201的上端和第二罐体202的上端通过连接管203相连通，在第二罐体202的下端设置有出气接头204。如图7所示，在第一罐体201内部设置有翅片207，翅片207和半导体制冷片208贴合接触，在第二罐体202内部填装有吸水棉。
具体地，如图2所示，搅拌机构包括驱动电机6和搅拌架7，驱动电机6位于混合罐1外部，其输出端位于混合罐1内部，搅拌架7固定安装在驱动电机6的输出端上，通过驱动电机6的转动，可以带动搅拌架7转动，从而搅动混合罐1内部的气体，加速两种气体的混合。如图5所示，搅拌架7包括“十”字型支架，“十”字型支架包括一对长支架701以及一对短支架702，在长支架701的下方设置有第一搅拌扇叶703，在短支架702的下方设置有第二搅拌扇叶704，第一搅拌扇叶703呈螺旋状，第二搅拌扇叶704呈直板状。通过两种不同形状的搅拌扇叶，可以在搅动气体的过程中，对气体产生多个方向的搅动，使两种混合气体形成乱流，从而加快两种气体的混合速度。
如图3所示，在混合罐1内壁设置有多个竖直方向的凸棱106，并且每个凸棱106都具有多个不同方向的凸出棱角，这样在搅动气体过程中，两种气体会在混合罐1内部发生流动，并在凸棱106的阻挡下，使其内部的气流方向更多变，从而使两种气体的混合效率进一步加快。
如图4所示，预存罐3包括预存罐进气接头302、预存罐出气管301，预存罐进气接头302与第二气阀4相连，在预存罐出气管301末端设置有阀门303，通过阀门303可以将预存罐3内的气体排出，在预存罐3内部设置有多层隔板304，通过多层隔板304将预存罐3内部空间分隔为多层“S”型结构，形成的多层“S”型结构既增加了内部气流流动的路线长度，又降低了气体的高度差，从而可以避免混合气体因静置而出现较大程度的气体分离。在每个多层隔板304上均设置有凸起结构305，在凸起结构305上竖直设置有气梳306，在气梳306后部设置有用于改变气流方向的导流板307，这样，在通过阀门303向外排气时，预存罐3内部的混合气体会沿多层“S”型结构向外排放，并在气体排放流动过程中，会在凸起结构305、气梳306以及导流板307的作用下，使混合气体发生重新混合，以快速从气体轻微分离状态恢复充分混合状态。
如图8所示的物理实验室用绝缘气体干燥混合方法，包括下列步骤：
801、将第一入气管104对应的干燥罐2与N2储存罐相连接，将第二入气管105对应的干燥罐2与SF6储存罐相连接，使N2以及SF6分别经过干燥罐2进行干燥。
具体地，经干燥罐进行干燥后，需要通过干燥罐2下部的排水口206处的排水阀将第一罐体201内的积水排出。
802、按照需要的SF6与N2的混合比，分别调节两个第一气阀5的进气量，使进入混合罐1中的干燥后的SF6与N2的进气量之比和需要的SF6与N2的混合比相等，同时通过压强表101实时监测混合罐1中的压强值。
803、启动搅拌机构将进入混合罐1中的干燥后的SF6与N2气体进行充分混合；
具体地，在使充分混合后的SF6与N2混合气体通过进入预存罐3时，需要通过第一出气管2处进行混合气体采集，并检测混合气体中的SF6与N2的混合比，当混合气体中的两种气体的混合比和需要的混合比相等时，即可调节第二气阀4使混合气体进入预存罐3中进行预存及使用。需要说明的是，在进行检测混合气体中的SF6与N2的混合比时，要进行多次取样检测，根据多次检测结果作为数据参照，从而使检测结果更精确。
804、调节第二气阀4，使充分混合后的SF6与N2混合气体通过进入预存罐3中进行预存及使用。
需要说明的是，在通过调节第二气阀4使充分混合后的SF6与N2混合气体进入预存罐3后，可以直接打开预存罐3的预存罐出气管301处的阀门303直接将混合气体排出使用，也可以暂时将混合气体预存在预存罐3中一段时间，以便于在进行实验时使用。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
在本发明中，术语“上部”、“下部”、“左”、“右”、“中”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.物理实验室用绝缘气体干燥混合装置，其特征在于：包括混合罐，在所述混合罐内部设置有第一入气管和第二入气管，所述第一入气管和所述第二入气管的上端位于所述混合罐外部，并均通过一个第一气阀和一个干燥罐相连通，同时所述第一入气管的下端位于所述混合罐内部的底端，所述第二入气管的下端位于所述混合罐内部的上端；在所述混合罐内部设置有用于将气体进行混合的搅拌机构；在所述混合罐中部设置有第一出气管和第二出气管，所述第二出气管通过第二气阀和预存罐相连通；在所述混合罐上端设置有压强表；
所述搅拌机构包括驱动电机和搅拌架，所述驱动电机位于所述混合罐外部，其输出端位于所述混合罐内部，所述搅拌架固定安装在所述驱动电机的输出端上；
所述搅拌架包括“十”字型支架，所述“十”字型支架包括一对长支架以及一对短支架，在所述长支架的下方设置有第一搅拌扇叶，在所述短支架的下方设置有第二搅拌扇叶，所述第一搅拌扇叶呈螺旋状，所述第二搅拌扇叶呈直板状；
所述预存罐包括预存罐进气接头、预存罐出气管，所述预存罐进气接头与所述第二气阀相连，在所述预存罐出气管末端设置有阀门，在所述预存罐内部设置有多层隔板，通过多层所述隔板将所述预存罐内部空间分隔为多层“S”型结构；
在每个所述多层隔板上均设置有凸起结构，在所述凸起结构上竖直设置有气梳，在所述气梳后部设置有用于改变气流方向的导流板；
通过将预存罐内部使用多层隔板进行分隔后，将预存罐内部分隔为多个高度较小的小空间，从而避免混合气体在预存过程中发生大幅度的气体分离；通过设置的凸起结构、气梳以及导流板，将预存罐内的混合气体排出时，使混合气体经过多个凸起结构、气梳以及导流板时会打破混合气体因预存而出现的气体分离，使其恢复混合状态，从而便于实验时使用；
干燥罐包括第一罐体和第二罐体，两个罐体竖直并列设置，在所述第一罐体侧壁设置有进气接头，在所述第一罐体下端设置有排水口，所述第一罐体的上端和所述第二罐体的上端通过连接管相连通，在所述第二罐体的下端设置有出气接头，在所述第一罐体内部设置有翅片，所述翅片和半导体制冷片贴合接触，在所述第二罐体内部填装有吸水棉；
在所述混合罐内壁设置有多个竖直方向设置的凸棱；通过在混合罐内壁设置的多个竖直方向设置的凸棱，扰乱气流的流动，从而混合罐内部形成乱流，进一步加快两种气体的混合；
所述凸棱具有不同方向的凸出棱角；
将第一入气管对应的干燥罐与N2储存罐相连接，将第二入气管对应的干燥罐与SF6储存罐相连接，使N2以及SF6分别经过干燥罐进行干燥；
按照需要的SF6与N 2的混合比，分别调节两个第一气阀的进气量，使进入混合罐中的干燥后的SF6与N2的进气量之比和所述需要的SF6与N2的混合比相等，同时通过压强表实时监测混合罐中的压强值；
启动搅拌机构将进入混合罐中的所述干燥后的SF6与N2气体进行充分混合；
调节第二气阀，使充分混合后的SF6与N2混合气体通过进入预存罐中进行预存及使用；
在使所述充分混合后的SF6与N2混合气体通过进入预存罐时，需要通过第一出气管处进行混合气体采集，并检测所述混合气体中的SF6与N2的混合比，当所述混合气体中的两种气体的混合比和需要的混合比相等时，即可调节第二气阀使所述混合气体进入预存罐中进行预存及使用。
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