生命保障系统方案Word格式文档下载.docx
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22.84±
43.0±
6.1
483（L/d）
产热率（KJ/h）
300±
23
334.4±
25
538±
29
1011±
107
11378（KJ/d）
排湿率（g/h）
50.0±
5
60±
7
80.0±
8
155±
15
1780（g/d）
考虑到避难期间，人的状态选取静息状态设计。
2.2.1CO2相关计算
CO2排放量＝15.3L/h×
10－3×
24h×
5天×
12人＝22.03m3；
CO2密度为1.9kg/m3,则CO2量为41.85kg；
CO2排放量速率＝15.3L/h＝0.0043L/s＝4.3ml/s；
Ca（OH）2+CO2=CaCO3+H2O
7444
反应需70.38kgCa（OH）2
2.2.2氧气相关计算
氧气需求：
18.3L/s×
12人＝26.35m3；
氧气密度为1.4kg/m3；
氧气需求量（安全系数取1.2）则氧气需求量＝26.35m3×
1.4kg/m3×
1.2=44.2kg
以42Mpa高压氧气瓶存贮计算，氧气体积为：
75.28L
2.2.3湿热计算
系统产热量
人：
334.4kJ/h×
12人=4.815×
105kJ
总共维护结构的导热量为15120kJ；
照明设备：
2（个）×
25J/s×
3600s×
0.7=15120kJ
照明设备显热负荷取0.7。
总热量
=4.82×
105KJ+15120kJ+15120kJ=5.12×
系统产热功率＝5.12×
105kJ/（3600s×
5天）＝1.19kJ/s。
系统产湿量＝60g/h×
12人×
10－3＝86.4kg
2.2.4热量平衡计算
a.高压氧释放过程产生的冷量
依据氧供给平衡，氧供给18.3L/s。
＝12×
18.3×
10－3m3/h×
8.13×
308K×
ln（42/0.1）/32=471.8kJ/h=0.13kJ/s
b.维护散热量
外围维护结构：
10mm钢+30mm隔热材料+2mm钢
钢的导热系数32.7W/m.K；
石棉的导热系数0.04W/m.K
综合热阻＝1.26m2.K/W
换热面积按31.34m2
维护舱内温度30℃，则散热量为
＝31.34m2×
5℃/1.26m2.K/W=124.4W
c.空调所需平衡的热量
=1.19×
103－130－124.4=0.935KJ/s＝3366KJ/h
气动马达扬程选取0.2MPa；
流量计算：
制冷剂的定压比热容为
＝0.843KJ/g.K
单位质量制冷剂换热量＝
＝0.843KJ/g×
123=103.7KJ/g
制冷循环的流量：
＝3366KJ/h/56KJ/g=27.3g/h
0.5MPa时制冷剂密度＝9.51kg/m3，
则制冷循环的流量又为
＝27.3×
10－3kg/h/9.51kg/m3=2.87×
10－3m3/h
换热量平衡校核，制冷剂流量取30g/h时
＝
＝45g/h×
0.843KJ/g×
（308－216）=3490.0KJ
因为在
为45.0g/h时，Q0>
QW，故满足要求。
注以上为理想状态，仅为估算过程。
d.气动马达选配计算
以选择嘉仕达产品为例。
表2为嘉仕达部分气动马达产品参数
表2部分嘉仕达部分气动马达产品参数
气动马达
型号
操作指标
最大扭矩
最高转速
（RPM）
输出功率
（kW）
扭矩
（Nm）
最大耗气量
（m3/hr）
Nm
1AM（A）
10,000
0.33
0.31
35.1
650
0.65
1UP（B）
6,000
0.58
47
500
0.68
2AM（A）
3,000
2.2
49.5
350
3.05
4AM（A）
1.3
4.1
132.5
300
6.3
6AM（A）
3
10
228
13
8AM（A）
2,500
3.9
14.4
293
21
16AM（A）
2,000
7
34
475
43
NL22（B）
4,000
0.13
0.32
31
1,000
0.49
NL32（B）
1.5
51
2.5
NL42（B）
0.61
2.9
70
5
（A）-0.7MPa&
7bar供气压力
（B）-0.55MPa&
5.5bar供气压力
（C）-0.41MPa&
4.1bar供气压力
气动马达选择1AM（A），则输出功率0.33KW，扭矩0.31Nm，耗气量35.1m3/h。
2.2.5计算结果
供应物资量需求计算结果如表3所示
表3主要参数计算
序号
名称
需求量
备注
1.
产热量
产热功率：
1.19kJ/s
总热量：
5.12×
10－5kJ
12人；
5天；
2个30W照明。
化学反应热仅取制氧热。
2.
产湿量
总产湿水量：
86.4kg
3.
管道流阻
管道流阻：
Rm=0.8Pa/m;
1.2Pa;
百叶窗流阻（2个）：
6.2Pa
干燥器：
8.4pa
换热器：
12.22Pa
净化器：
13.11Pa
CO、CO2去除器：
15Pa
总计：
62.3Pa
4.
氧气量
氧需求:
44.2kg
高压氧气瓶（40L）：
2个
安全系数取1.2；
高压氧按43Mpa存贮。
5.
二氧化碳
41.85kg；
CO2吸附剂（Ca（OH）2：
70.38kg
6.
有毒气体
2.2.6矿井避难生命保障系统物流分析
如图3所示
图3系统物流分析图
2.3各部件功能及设计
2.3.1过滤器选配
图4各种风帘式过滤器。
图4过滤器
过滤器技术要求：
空气流阻：
小于10Pa；
过滤网径：
小于15um；
2.3.2CO、CO2去除器和干燥器
干燥器与CO、CO2去除器的结构一样，如图5所示。
CO2的产生量流流量很小，只有4.3ml/s，因此不需要特别的措施进行强化吸附。
图5二氧化碳吸附罐。
图5二氧化碳吸附罐
图6钠石灰（主要成分Ca（OH）2和CaO）
图7CO吸附剂
图6为CO2吸附剂，图7CO吸附剂。
2.3.3无电空调
无电空调主要由两部分组成，一部分为气动马达，另一部分为航天专用制冷剂，气动马达是利用制冷剂驱动气动马达，输出轴功。
a.气动马达结构如图8所示，是依靠高压气流气室内的叶片转动，从而带动主轴转动输出轴功。
图8气动马达原理示意图
气动马达选择嘉仕达1AM（A）型
技术指标为
输出功率0.33KW，
扭矩0.31Nm，
耗气量35.1m3/h。
实物如图9所示
图9嘉仕达气动马达
换热器选择
换热器采用板翅式换热器，结构如图10所示。
图10空调上的蒸发器
蒸发换热器技术指标
在风速小于2m/s条件下，换热热负荷应大于7kJ/s；
出口截面积应为小于0.5*0.2
2.3.4高压氧单元设计
高压氧供给（暂称）是利用储备的高压氧气瓶，向舱内供氧的方式。
高氧氧单元如图11所示，主要由高压氧气瓶、压力表、安全阀、手动截止阀、减压阀组成。
1高压氧气瓶，2压力表，3安全阀，4手动截止阀，5减压阀
图11高压氧供给流程
其工作过程：
1高压氧气瓶存贮氧气，通过4截止阀控制供氧量。
2压力表供检修人员了解氧气情况和避难人员了解氧存量，3安全阀－防爆。
高压氧气瓶技术指标
工作压力：
42Mpa；
容积：
40L；
2.3.5轴流风机选择
电动轴流风机技术非常成熟，依照流阻损失匹配风机即可。
选择：
直流电动风机
技术指标：
扬程压力：
大于50Pa；
电机电压：
12V；
电流：
小于3A。
直流风机如图14所示
图12轴流风机
3结论
综合上述分析计算以及结构设计，本生命保障系统的设计可以满足技术要求。
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