正压式氧气呼吸器技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

正压式空气呼吸器主要由高压空气瓶与气瓶开关、减压器、快速接头、正压型空气供给阀、正压型全面罩、气源压力表、气瓶余气报警器、中压安全阀、正压呼气阀、背托、肩带、腰带等部件组成。

1、高压气瓶与瓶阀

（1）高压气瓶材料

高压气瓶材料有高强度钢、超高强度钢、碳纤维和凯夫拉纤维等材料。

(2)碳纤维气瓶的结构

碳纤维复合材料气瓶是在铝合金内胆、外用碳纤维、玻璃纤维和环氧树脂层等高强度纤维制成。

铝合金内胆按照美国交通部的CFR178.463，AL制造标准制造，100%检查，检查项目：壁厚、直线度、同轴度、光洁度和硬度。主要缠绕层为细丝碳纤维，外层采的玻璃纤维和环氧树脂层数层，以增加抗冲击及耐磨性。

(3)损伤

一级：深度浅，到树脂层；

二级：划痕到玻璃纤维，深度<0.25mm（白色）修复用树脂。

三级（报废）：1、>0.25mm（深灰色）；

2、强酸强碱腐蚀场所；

3、划痕水平投影长度为瓶3/4周。

(4)气瓶阀

通过手轮的旋转来打开或关闭高压气瓶的阀门。

EN-137、GA-124标准要求:气瓶阀手轮有防止误关的结构。气瓶阀出口G5/8雌螺纹。

目前，各种气瓶阀，按外形不同，可分为三种：分别为立式、横式、带表横式。瓶阀上装有安全膜片，在气瓶内压力升到40-42MPa时，自动卸压，可防止由于瓶内压力过高引起气瓶爆裂，避免人员伤亡。

2、集成减压器

减压器总成

减压器总成包括减压器、中压安全阀、气源余气警报器、压力显示装置、空气输出导管(中压管)等，作用是把高压气体的压力降至0.7MPa，并不断供给适量的空气，以满足人体呼吸的需求。当气源压力在3—30MPa之间时，减压器膛室压力为0.7±0.15MPa。这时，最大输出流量不小于3001／min。

1）减压器

减压器一般由黄铜或铝合金作为外壳的材料，其内部结构可分为两类：活塞式和膜片式。无论活塞式或膜片式，均可分为恒压输出与非恒压输出两大类，所以减压器就能分成四种：恒压活塞式、非恒压活塞式、恒压膜片式、非恒压膜片式。

现以非恒压活塞式介绍其结构及原理。

减压器的工作原理如图所示。活塞式减压器的原理是通过压力调节弹簧压力和中压腔B的气体压力平衡来控制活塞上下移动，从而带动阀杆运动，使得阀杆与阀座的间隙减小或增大，控制进入中压腔的空气量，保证其输出压力在0.7MPa。当佩戴者停止吸气时,减压器气体输出量为零时。

由于中压腔B内气体压力的上升，将导致活塞1向上运动，高压气体进入中压腔，中压腔的气压随之升高，推动活塞关闭高压阀门，直至阀杆10和阀门11之间的间隙减小，最终完全关闭。佩戴者吸气时，中压腔的气压会降低，压力调节弹簧就会推动活塞，打开高压阀门，达到新的平衡。

佩戴者吸气时，中压腔的气压会降低，膜片在主平衡弹簧的弹力作用下向内弯曲，就会推动顶杆，打开高压阀门，高压气体进入中压腔。当佩戴者停止吸气时，中压腔的气压随之升高，推动膜片复位，关闭高压阀门，达到新的平衡。

非恒压输出的减压器的高压阀头直接顶在高压气上，随着高压的变化，阀头上所受的力也随之改变，因此，其输出的压力不是恒压。它的结构简单，保养上要比恒压输出的减压器方便，所以现在还有部份的空气呼吸器的减压器采用非恒压输出的减压器。

恒压减压器的高压阀头不顶在高压气上，其输出的压力不随气源压力的变化而改变，使供气阀维持恒压输入，吸气阻力相对稳定，佩戴者长时间的呼吸，不容易疲劳，是当前受佩戴者欢迎的减压器。

2）中压安全阀

中压安全阀的作用是当减压器失去对高压空气的减压作用(如减压弹簧或膜片、阀门损坏)时，中压安全阀开启，高压空气经安全阀泄压后再保持较低压力输出，避免高压空气直接输出，发生意外。要求当减压器膛室内的压力为(1±0.2)MPa时，中压安全阀应开启。

压安阀的工作原理如图所示。中压安全阀弹簧4的弹力已按技术要求调好，保证在减压器膛室压力正常时，中压安全阀门关闭并保证气密，当减压膛室压力失控后，作用在阀门上的力大于弹簧4作用在阀门上的力，阀门开启，减压膛室内的气体进入中压安全阀，经调节帽上小孔泄出。当减压膛室内压力恢复正常时，阀门关闭并保持气密。

3）气源余气警报器

气源余气警报器的作用是当气瓶内压力降至5±1MPa时，发出警报声，提醒佩戴者迅速撤离火场。

高压腔A内的气体压力PA作用在开启顶尖上，使其压缩警报器调整弹簧向右运动，使开启顶尖和阀门垫接触并保证气密。当高压腔A内的气体压力下降到某一数值时，PA作用在开启顶尖上的力小于警报器调整弹簧作用在开启顶尖上的力，开启顶尖向左运动；开启顶尖和阀门垫脱离接触，高压腔气体由开启顶尖流入气源余气警报器发出报警声响。

从警报器起鸣到气瓶内气体完全用完，以中等劳动强度的耗气量30L／min计算，若使用5L气瓶，则可继续使用6～lOmin。佩戴者听到警报音响后，应立即撤离灾区现场。

3、气源压力指示装置

气源压力指示装置由高压导管和压力表组成，用于指示气瓶内的储气压力。估计剩余作业时间。高压导管和压力表外壳设有保护罩，以防冲撞时损坏。

4、中压管和快速接头

中压管是胶质夹布胶管，它与快速接头组成空气输出软导管，其一端连接供气阀，另一端连接减压器。

快速接头由接头和接头座两部分组成，当两个部件未连接时，连接减压器的软导管接头座是闭锁的，即使打开气瓶也不会漏气。当接供气阀的快速接头插入接头座寸，则闭锁机构被打开，使气体进入供气阀。

报警器

声响报警的技术指标有以下三方面要求：

ａ〕起鸣压力

ｂ〕声响声级及频率范围

ｃ〕报警器发出声音所消耗的耗气量

报警器的声响在1米范围内声级大于或等于90dB(A)，频率应保持在2000～4000HZ之间。

5、供气阀总成

供气阀总成(供气阀)是将减压器输出的中压气体按照佩戴者的吸气量，再次减压至人体可以呼吸的压力，供佩戴者呼吸的装置，这是正压式空气呼吸器的一个关键部件，由高强度塑料壳体、橡胶膜片、摇杠阀门、正压弹簧杠杆机构等组成，其输出口与全面罩空气输入软导管相连，具有2001／min以上的供气能力。

供气阀总成直接安装于面罩上，并有一根胶管通过快速接头连接到减压器上的中压导气管上。供气阀的凸形接口，配有环形垫圈，与面罩上供气阀接口双环线连接后，形成双重密封，密封可靠。

供气阀的凸形接口上设有一排供气孔，使用时气体是由供气孔喷到面窗内表面，可迅速去除面窗内的积雾或薄霜。
供气阀上用橡胶罩保护的是节气开关。当面罩从脸部取下时，用大拇指按住橡胶罩中间部位，完全按下后，会伴有“嗒"声，即可关闭供气阀，停止供气，避免浪费瓶内空气。而重新将面罩戴在脸上保持密封并吸气时，供气阀将自动开启，供给空气。

供气阀总成直接安装于面罩上，并有一根胶管通过快速接头连接到减压器上的中压导气管上。供气阀的凸形接口，配有环形垫圈，与面罩上供气阀接口双环线连接后，形成双重密封，密封可靠。

供气阀的凸形接口上设有一排供气孔，使用时气体是由供气孔喷到面窗内表面，可迅速去除面窗内的积雾或薄霜。
供气阀上用橡胶罩保护的是节气开关。当面罩从脸部取下时，用大拇指按住橡胶罩中间部位，完全按下后，会伴有“嗒"声，即可关闭供气阀，停止供气，避免浪费瓶内空气。而重新将面罩戴在脸上保持密封并吸气时，供气阀将自动开启，供给空气。

供气阀上的红色旋钮是应急冲泄阀，它具有三个功能：

1）当供气阀意外发生故障时，通过手动旋钮，按应急冲泄阀上指示的方向转动二分之一圈，可以提供每分钟至少225L的恒定空气流量，允许空气直接流入面罩；

2）除应急供气外，还可以利用流出的空气直接冲刷面罩、供气阀内部的灰尘和脏污，避免吸入体内；

3）也可以在关闭瓶阀后，通过冲泄阀旋钮来排放系统管路中的剩余空气。

供给阀有两个状态，一是工作状态，一是非工作状态。非工作状态转向工作状态是通过吸气或手动按杠杆实现。

正压型空气供给阀在非工作状态下，杠杆11和膜片10处于基本平行位置，但略向上倾斜。杠杆11通过联杆9带动膜片10使其和摇杆触头12脱离，在弹簧5的作用下，摇杠阀门6和输入阀门4贴在一起。

工作时，输入口有中压空气P1进入，在压力P1和弹簧5作用下，阀门4保持气密。在启动力作用下，膜片大气压PH推动下，向输出口方向移动，并通过联杆9带动杠杆11向同一方向运动，使拉簧2对膜片10产生压力，加速膜片下移，触压摇杆头12，使摇杆8摆动，压缩弹簧5，使摇杆阀门与阀座之间形成一个间隙，中压气体进入膜片下方，产生气压P2。膜片在大气压力、弹簧2拉力、触头12推力和输出压力P2作用下处于平衡，保持一定间隙，此时输出流量等于输入流量。

当输出流量增加或减少时，膜片下的空气压力P2就会减小或增大，膜片下移或上移，使摇杆阀间隙变大或变小，自动调节进入供给阀的空气流量，使其输出和输入流量相等。

当输出流量为零时(即呼气或屏气状态)，膜片下压力上升，膜片上移，使摇杆阀关闭，空气不再进入膜片下方，使膜片处于零输出平衡位置。

由以上分析可知，膜片在大气压力、弹簧2拉力、输出压力P2，和触推力作用下平衡，只要选择适当的拉簧2，就可以实现膜片下空气压力P2永远大于大气压的目的。

6、面罩总成

面罩总成(面罩)是用来罩住脸部，隔绝有毒有害气体不进入人体呼吸系统的装置。为了保证能够与人体面部形成有效的密封，面罩总成有小号、大号、特大号三种规格。它包括：

1）面窗：单眼式，曲面，由高强度聚碳酸酯材料注塑而成，耐冲击，表面镀有耐磨层，透光率好，不失真。使用时，空气通过供气阀上的一排小孔喷到面窗内表面，冲刷面窗由于温差产生的雾气。

2）口鼻罩：安装在面罩的内下方，与人的口鼻良好吻合，可减小空气消耗量和实际有害空间，提高空气的利用率，也减小了吸气阻力。

3)传声器：在面窗的两侧各有一个传声器组件，可为佩戴者提供双重传声，并可与声音放大器及有线、无线通讯系统连接。

4)面框密封圈：位于面罩四周，能保证和人体面部、额头贴合良好。其由特殊橡胶材料制成，质地柔韧，密封可靠，佩戴舒适，不会引起皮肤过敏。

5)头罩组件：头罩组件采用凯夫拉薄型网状结构，由可调节的两根头带和两根颈带与面罩连接，使脸部与面罩之间保持良好密封，受力均匀，无局部压痛感。

面窗前部的凹形接口可与供气阀的凸形接口快速连接，并形成可靠密封。

7、背托总成

背托总成包括背架、肩带、腰带和固定气瓶的瓶箍带。背托用于安装气瓶总成和减压器总成。

背托采用阻燃材料注塑加工，形状适合人体背部曲线特征，宽厚的腰带、肩带使佩戴舒适，减轻佩戴者的疲劳程度。

肩带和腰带采用阻燃材料织造，带上装有快速收紧自锁和放松装置。

第二节 产品工艺特点或流程

正压式氧气呼吸器系统流程图

第三节 国内外技术未来发展趋势分析

BG4/Tramix型正压式呼吸器是德国公司采用新技术和太空材料、结合呼吸器生产近百年的经验和技术积累而开发的面向21世纪的新一代自给式闭路呼吸装置，适用于需在高浓度有毒环境和缺氧环境中长时间作业的场合。其中，BG4型呼吸器是一种4h的正压式氧气呼吸器，Tramix型呼吸器是一种2h的混合气（40%氧气，60%氮气）呼吸器。

BG4型和Tramix型正压呼吸器采用了模块设计技术，使得维护非常简便，不需任何工具即可在使用后将呼吸器拆开，并重新组装好。吸收二氧化碳的碱石灰罐很容易更换和再生，以简化废弃处理。所有的连接件都是插入式的，由插头座保证气密。由于有了电子报警器，清洗和消毒工作量与其他呼吸器相比降低了50%。自动排水装置为使用者提供了一个相对干燥的空气和相对干净的呼吸循环。

柔软的呼吸软管有助于人员在狭小的空间内方便地佩戴和脱下呼吸器。其波纹结构增加了呼吸软管的柔韧性，降低了受外力挤压的危险。

Tramix是一种使用时间至少2h以上的自给式呼吸防护装置。由于整个呼吸循环过程中的正压和采用40%氧气和60%氮气的混合气，Tramix呼吸器特别适合在消防和有毒物质的处理中使用。Tramix呼吸器采用混合气的原因一是在整个呼吸循环中微正压所具有的优势可应用在一些潜在的应用领域，比如有火的场合中（纯氧和明火相遇能酿成特别的危险）；二是实现更好的呼吸舒适感。由于混合气的组成，Tramix呼吸器也可应用于沉箱工地（受压隧道）。

BG4呼吸器取得的另一个显著技术进步是Monitron，即电子报警、测试和压力指示单元。Monitron包括3个组件：减压器上的高压传感器、带电池和报警器的基本集成体和取代了机械式压力表的显示器。这种划分为3组件的设计使得一旦在误操作（可与压力表管线的毁坏相比）时，外部的显示器仍能够给内部受保护的基本集成体触发声响报警。

从启动开始，Monitron自动进行自检和电池检查。打开然后关闭气瓶阀，使用者可以在10s内校验高压部件的气密性和恒流控制器的正确有效性。如果使用者在戴上呼吸器后忘记打开气瓶阀，会自动地以低压报警通知使用者。在使用的末期，Monitron在剩余压力为10mPa和5mPa时2次进行报警，以警告使用者预期的使用时间快要结束了。Monitron的电源可采用9v碱性电池，每年更换1次。每次使用时均通过2次测试来确保电池的有效性。
 

免责申明：本文仅为中经纵横市场研究观点，不代表其他任何投资依据或执行标准等相关行为。如有其他问题，敬请来电垂询：4008099707。特此说明。