氧氣呼吸器校驗儀的研制及應用

何廷梅

（中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400039）

氧氣呼吸器［1］校驗儀（以下簡稱校驗儀）主要配備于軍事化礦山救護隊，用于檢測呼吸器及其組件的性能。手搖機械式氧氣呼吸器校驗儀，至今仍是正壓氧氣呼吸器的性能檢驗儀器，但由于功能欠缺，不能完整地測試呼吸器的整體性能，推廣難度大，因此研制了一種多功能氧氣呼吸器校驗儀，采用真空泵供氣，并配置了一套壓力調整器組件，能夠測試呼吸器高中壓系統性能，功能齊全，操作簡單，為救護隊員快速測試呼吸器性能提供了有力支持。

1 校驗儀功能

依據標準［2］，校驗儀應具備以下功能：

①校正壓力表的準確性；

②調整并檢驗安全閥的開啟性能；

③檢驗定量孔的性能；

④檢驗減壓器膛室壓力；

⑤完成對定量供氧量、低壓氣密性、排氣壓力、自補閥開啟壓力等整機性能的檢驗；

⑥測定自動補給及手動補給流量；

⑦調整定量供氧量；

⑧檢驗呼吸器的正壓特性。

2 校驗儀結構與工作原理

校驗儀主要由箱體、壓力調整器、微型真空泵、壓力表、大流量真空泵、水柱計、轉子流量計、水盒及氣源開關等組成，見圖1。

校驗儀抽氣和充氣用氣源均由真空泵來提供。呼吸器面罩三通接口通過檢驗接頭同校驗儀相連。低壓性能測試時，由真空泵充/抽氣實現。中高壓性能測試時，由外接氣瓶提供高壓，通過壓力調整器減壓后，調節輸出中壓來實現。

3 主要技術參數

大流量：10～100L/min 2.5級；

圖1 校驗儀結構圖

小流量：0.05～2.5L/min 2.5級；

高壓測量：0～30MPa 1.5級；

中壓測量：0～2.5MPa 2.5級；

低壓測量：-1300Pa～+1000Pa

電源：AC 220V，5A

4 關鍵部件設計

4.1 安全閥

要求該校驗儀器能夠調整并檢驗氧氣呼吸器減壓器上安全閥的開啟性能，一般地，減壓器上的安全閥當壓力調整到0.75MPa時，安全閥開始漏氣，當調整到0.9MPa時明顯排氣，因此校驗儀上的安全閥的開啟壓力應該大于0.9MPa，為此我們規定這個開啟壓力為1.3MPa，即壓力調整器膛壓調整到1.3MPa 時安全閥開始漏氣，當調整到1.5MPa時明顯排氣。

此處安全閥的密封接觸部位理論上為一圓的周長線。密封用力可用單位接觸長度上的力α表示，如果用硬橡膠密封材料的話，則α=（0.5～1）kgf/cm，取0.8kgf/cm。

則安全閥密封力為：

式中：d為圓周直徑，0.67cm。

經換算得P密=16.49N

當膛壓P入調整到1.3MPa時，則P彈為：

式中：P入為膛壓，1.3MPa；P出為輸出壓力，0.1MPa

設平衡時彈簧的壓縮量為x，則

式中：d1為彈簧鋼絲直徑，1mm；D 為彈簧中徑，5.5mm；G 為彈簧彈性模量，79 000MPa；n 為有效圈數，5.5。

則有：

查彈簧手冊［3］，可知彈簧的壓并高度Hb為7mm，大于彈簧壓縮量5.4mm，滿足使用要求。

4.2 氣源開關

氣源開關的作用就是開關未擰開之前可靠地將管路內的高壓氣體密閉，不讓其發生任何泄漏，在使用時能方便快速地打開。開關的開啟力大小是衡量開關性能的重要指標之一。這里我們選用的是旋轉式開關。

旋轉式開關通過旋鈕旋轉帶動開關芯子旋轉，因開關芯子和開關座之間有螺紋，因而開關芯子上下運動，離開或接近開關座上的噴孔閥臺實現開關開閉的。

若忽略除開關芯子之外的轉動件和其他零件之間的轉動摩擦力，則旋轉式開關關閉密封力矩T 應等于開關芯子螺紋副轉動摩擦力矩T1和開關芯子和密封閥臺之間的轉動摩擦力矩T2之和。即

根據機械手冊，螺紋摩擦力矩為：

式中：P1為作用在螺紋副上的軸向力；λ為螺紋升角；β為螺紋摩擦角。

此處的密封接觸部位理論上為一圓的周長線。密封用力可用單位接觸長度上的力α表示，如果用硬橡膠密封材料的話，密封用力為α=（0.5～1）kgf/cm，即4.9～9.8N/cm。

已知，圓周直徑D=3.6mm，活門直徑d=2mm，取α為0.8kgf/cm=7.84N/cm，則

換算可得，P1為8.86N。

λ為螺紋升角，對于螺距t=1.5，中徑d2=8.38 的單頭M10螺紋有：

β為螺紋摩擦角，黃銅開關芯子對黃銅開關座的摩擦系數為0.2，則

將P1、λ、β、d2代入式（7）求得：

T2按未經跑合止推軸頸計算有：

式中：fe為開關芯子密封件（硬橡膠）和開關座之間摩擦系數為0.4。

開關密封力矩為：

開啟力F為：

式中：L為力臂長度，0.04m。

則有：

4.3 壓力調整器

采用外購膜片式減壓閥，輸出壓力可調范圍0～2MPa。

5 應用

在公司試驗室，采用校驗儀（見圖2）對氧氣呼吸器各項指標分別進行了檢測，結果見表1。

圖2 校驗儀結構圖

表1 檢驗結果

從表1 可知，校驗儀完整地測試了氧氣呼吸器主要技術性能指標，測試結果滿足標準要求。

6 結語

該校驗儀功能齊全，使用方便快捷，可應用于礦山救護隊，用于檢測氧氣呼吸器整體性能。

［1］ 周方年.呼吸艙式正壓氧氣呼吸器的設計與研究［J］.消防科學與技術，2008，27（6）：426-430.

［2］ MT 867-2008，隔絕式正壓氧氣呼吸器［S］.北京：中國標準出版社，2008.

［3］ 張英會，劉輝航，王德成.彈簧手冊［M］.北京：機械工業出版社，2008.