一种高精度液态二氧化碳灌装系统及应用的制作方法

本发明涉及爆破设备，具体而言，涉及一种高精度液态二氧化碳灌装系统及应用。

背景技术：

1、液态二氧化碳相变至超临界态时，产生的高压气体对外界进行膨胀做功，形成的冲击波具有破坏效应以破断岩石或落煤；即使使用中产生火焰也会被完全封闭在耐压的相变管内部，没有和外界中其他物质进行接触，对瓦斯或煤尘等安全性好，已广泛用于矿山开采等民用爆破领域。

2、对于矿山爆破用的co2相变管来说，罐装精度直接决定了最终的爆破效果；若单只co2相变管多灌5%，则终压可能超爆破片额定值，会出现早爆或者爆破片被提前顶破；若单只co2相变管少灌5%，则膨胀功不达标导致岩石碎不开，为此实现液态二氧化碳的精准灌装至关重要。

3、如申请号202511681342.9的中国专利公开了一种液态二氧化碳快速精准灌装装置和方法，绝压储罐通过气动增压模块通向灌装容器，绝压储罐与气动增压模块之间的初始管路上设置有用于采集初始压力、温度的初始参数传感器单元，气动增压模块与灌装容器之间的输出管路上设置有输出参数传感器单元，输出管路设置在空调单元内，输出管路连接有气控截止阀，初始参数传感器单元、控制气动增压模块工作状态的电磁阀一、空调单元、输出参数传感器单元、控制气控截止阀的电磁阀二、用于称量灌装容器的精密电子秤与同一个控制单元相连形成闭环反馈系统。该方案通过电子秤对灌装的液态二氧化碳进行称重；由于相变管本身的重量较大，需要电子秤的量程也较大，同等条件下的精度低；另外灌装为动态过程，注入的液态二氧化碳对测量系统产生冲击，造成测试系统的波动及不稳定性。

技术实现思路

1、本发明解决的问题是如何在对大重量的相变管中精准灌装液态二氧化碳。

2、为解决上述问题，本发明提供了一种高精度液态二氧化碳灌装系统，包括相连的杜瓦罐、灌装机，所述灌装机通过泄放管路与相变管连接，所述泄放管路串联设置第一阀、第二阀；所述高精度液态二氧化碳灌装系统还包括电子秤以及位于所述电子秤上的中转罐，所述中转罐、相变管的重量分别为w1、w2且w1=(0.1-0.4)×w2，所述中转罐设置温控模块，所述中转罐的进口端与所述泄放管路连接且位于所述第一阀、第二阀之间。

3、本申请通过设置重量远小于相变管的中转罐，用相同精度的电子秤能更精确地测量灌装量，将误差控制在±0.5%甚至更低；利用温控系统能够将罐内二氧化碳稳定的维持在液态，后续转移提供密度恒定的介质，进一步提升灌装一致性；中转罐可作为模块化储液单元，遇到紧急灌装任务时，可直接将中转罐内的二氧化碳快速注入相变管，缩短应急响应时间；通过中转罐将灌装过程分为“计量”和“转移”两个独立阶段，降低了动态灌装对传感器和算法的实时响应要求，灌装更精确。

4、优选的，所述中转罐的端部设置活塞，所述活塞与电机驱动连接，所述电机与控制模块电连接。该设置通过中转罐的活塞可对其容积进行实时调节，与温控系统配合以确保罐内二氧化碳为液态，同时通过活塞移动能够将液态二氧化碳快速加注至相变管。

5、优选的，所述中转罐设置夹层，所述夹层内通入温控模块的冷却液。该设置使冷却液在夹层内流动并与罐内二氧化碳通过大面积的内壁进行热交换，相比外部管路包裹或局部冷却，换热面积更大、温度场分布更均匀，可避免罐内出现局部过热或过冷区域，确保二氧化碳整体处于稳定的液态；而均匀的温度场可有效抑制因局部温差导致的二氧化碳气化或固化现象，保持密度稳定，为后续高精度称重和活塞转移提供一致的液态介质，从而提升灌装精度。

6、优选的，所述泄放管路设置排气支路，所述排气支路设置第三阀，所述第三阀与所述控制模块电连接。该设置可根据电子秤的实时重量反馈，自动控制第三阀的开闭，精确排出中转罐内多余二氧化碳直至目标重量，避免人工手动操作造成的超泄或欠泄；通过“过量灌装至中转罐→高精度称重→精确泄放至目标重量”的流程，在中转罐这个可控、轻质的容器内完成精确计量，避免了直接对相变管动态称重时因容器自重和灌装冲击带来的误差。

7、优选的，所述中转罐设置检测组件，所述高精度液态二氧化碳灌装系统还包括控制模块，所述控制模块分别与检测组件、所述温控模块电连接。

8、该设置利用检测组件实时采集中转罐内二氧化碳的状态参数，控制模块根据预设的液态目标值（如-20℃/2mpa）与实际值的偏差，自动调节温控模块的冷却功率，使二氧化碳迅速回归并稳定在液态区间，避免因环境扰动或灌装冲击导致的相变；有效抑制灌装过程中因流量波动、热量交换等因素引起的温度/压力漂移，防止液态二氧化碳气化导致密度变化、称重不准或固化引起的堵塞管路，确保灌装精确达标。

9、优选的，所述检测组件包括温度传感器和压力传感器，分别用于检测中转罐内二氧化碳的温度与压力。该设置可同时采集中转罐内的温压数据，控制模块可依据二氧化碳的相图（如-20℃/2mpa附近为液态区）实时判断当前二氧化碳是否处于稳定液态，避免单一参数误判；稳定的温压环境保证二氧化碳的密度恒定，配合电子秤的静态称重，可消除因密度波动引入的质量计算误差，使灌装量控制更精确。

10、优选的，所述高精度液态二氧化碳灌装系统还包括真空泵，所述真空泵与泄放管路连通，所述真空泵的接口端位于所述第一阀、第二阀之间，所述真空泵和所述泄放管路之间设置第四阀，所述真空泵、第四阀与所述控制模块电连接。

11、该设置只需一台真空泵就能分别对中转罐和相变管进行抽真空，避免了为每个容器单独配备真空泵，减少了设备投入和占用空间；利用泄放管路作为公共通道，通过阀门切换实现不同抽真空路径，无需额外铺设多条独立管路，使整体结构更简洁、易于维护；根据工艺需要灵活安排抽真空顺序，适应不同灌装节奏和紧急情况下的快速切换。

12、本发明还公开了上述高精度液态二氧化碳灌装系统在制备矿山爆破用的二氧化碳相变管中的应用。

13、相对于现有技术，本发明实施例所述高精度液态二氧化碳灌装系统及应用具有如下有益效果：1）通过设置中转罐能够显著提高称重精度；同时利用中转罐的温控模块来确保内部二氧化碳始终为液态，确保灌装操作的顺利进行；2）通过中转罐的活塞可对其容积进行实时调节，与温控系统配合以确保罐内二氧化碳为液态，同时通过活塞移动能够将液态二氧化碳快速加注至相变管；3）结构简单，灌装精度高。

1.一种高精度液态二氧化碳灌装系统，其特征在于，包括相连的杜瓦罐（1）、灌装机（2），所述灌装机（2）通过泄放管路（3）与相变管（9）连接，所述泄放管路（3）串联设置第一阀（5）、第二阀（11）；所述高精度液态二氧化碳灌装系统还包括电子秤（7）以及位于所述电子秤（7）上的中转罐（4），所述中转罐（4）、相变管（9）的重量分别为w1、w2且w1=(0.1-0.4)×w2，所述中转罐（4）设置温控模块（6），所述中转罐（4）的进口端与所述泄放管路（3）连接且位于所述第一阀（5）、第二阀（11）之间。

2.根据权利要求1所述的高精度液态二氧化碳灌装系统，其特征在于，所述中转罐（4）的端部设置活塞，所述活塞与电机驱动连接，所述电机与控制模块（14）电连接。

3.根据权利要求2所述的高精度液态二氧化碳灌装系统，其特征在于，所述中转罐（4）设置夹层，所述夹层内通入温控模块（6）的冷却液。

4.根据权利要求2所述的高精度液态二氧化碳灌装系统，其特征在于，所述泄放管路（3）设置排气支路（15），所述排气支路（15）设置第三阀（12），所述第三阀（12）与所述控制模块（14）电连接。

5.根据权利要求1所述的高精度液态二氧化碳灌装系统，其特征在于，所述中转罐（4）设置检测组件（8），所述高精度液态二氧化碳灌装系统还包括控制模块（14），所述控制模块（14）分别与检测组件（8）、所述温控模块（6）电连接。

6.根据权利要求5所述的高精度液态二氧化碳灌装系统，其特征在于，所述检测组件（8）包括温度传感器和压力传感器，分别用于检测中转罐（4）内二氧化碳的温度与压力。

7.根据权利要求5所述的高精度液态二氧化碳灌装系统，其特征在于，所述高精度液态二氧化碳灌装系统还包括真空泵（10），所述真空泵（10）与泄放管路（3）连通，所述真空泵（10）的接口端位于所述第一阀（5）、第二阀（11）之间，所述真空泵（10）和所述泄放管路（3）之间设置第四阀（13），所述真空泵（10）、第四阀（13）与所述控制模块（14）电连接。

8.权利要求1-7任一项所述的高精度液态二氧化碳灌装系统在制备矿山爆破用的二氧化碳相变管中的应用。