CN102311104A

CN102311104A - 浮空器内囊氦气在线回收和纯化的装置

Info

Publication number: CN102311104A
Application number: CN201110292550A
Authority: CN
Inventors: 彭桂林; 鞠金彪; 万小刚; 陈利
Original assignee: CETC 38 Research Institute
Current assignee: CETC 38 Research Institute
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2012-01-11

Abstract

本发明涉及浮空器内囊氦气在线回收和纯化的装置。该装置的氦气压缩机的进口连通着低压回收管道，出口通过管道连通着干燥过滤器的进口，氦气压缩机的出口管道上设有安全泄压阀，并串联着送气阀和单向阀；干燥过滤器的出口通过管道连通着氦气纯化器的进口，氦气纯化器的出口连通着高压充氦软管，高压充氦软管上串联着放气阀门，氦气纯化器的出口通过三通管连通着纯度检测单元。本发明将氦气回收与纯化工作有机结合，无须将浮空器完全回收即可实现浮空器内囊氦气的提纯，有效的延长了浮空器充气后的连续工作时间，节省了浮空器拆收成本。本发明单次氦气纯化率高，纯化后氦气纯度可达到98%，单次纯化提高率大于3%，回收与纯化过程中氦气损耗率不大于5%。

Description

浮空器内囊氦气在线回收和纯化的装置

技术领域

本发明属于浮空器技术领域，具体涉及一种浮空器内囊氦气在线回收与纯化的装置。

背景技术

浮空器（气球、飞艇等）是一种完全依靠自身静浮力升空的航空器，而其静浮力通常依赖内部填充的氦气来提供。对于内充氦气的浮空器而言，内部氦气的纯度直接影响到其净升力的大小，从而对飞行性能造成影响。当浮空器在某个高度定点工作时，升空时间主要受内囊氦气产生的浮力制约，如果氦气纯度出现下降，会导致浮力降低而使浮空器工作高度下降，任务系统回落，从而缩短浮空器的有效连续滞空时间，严重时将直接影响浮空器的实际使用效果。同时，高纯度的氦气能够提供更大的浮升力，可以增大浮空器挂载任务设备的重量，特别是对于大型浮空器产品来说，氦气纯度每提高一个百分点即可多搭载几百公斤的任务设备，产生的效能相当可观。同时，浮空器充气后长时间使用时，由于内囊氦气泄漏和空气扩散，内充的氦气纯度会逐渐下降，长期的氦气漏损和空气渗透使得体积一定的浮空器剩余浮力下降。因此，为保证浮空器能够保持持续的工作能力，需对浮空器内囊氦气进行回收纯化，目前常用的纯化方法是将浮空器内囊氦气回收后再集中纯化，氦气的回收和纯化完全独立进行，不仅需要耗费大量的时间和能源，且对浮空器的正常工作造成较大的影响。针对此问题，本发明研究了一种氦气在线回收与纯化方法，通过采用一种氦气在线回收和纯化装置，将氦气的回收与纯化有机的结合在一起，从而将氦气中混入的空气分离，将氦气提纯后继续使用。

发明内容

为了解决现有的浮空器内囊氦气回收与纯化操作相互隔离的现状，本发明提供一种效率高，可操作性强，能够极大提高浮空器内部填充的稀缺氦气综合利用率的浮空器内囊氦气在线回收和纯化的装置。

实现上述目的的技术解决方案如下：

浮空器内囊氦气在线回收和纯化的装置包括氦气压缩机6、干燥过滤器10和氦气纯化器13，氦气压缩机6通过冷却管路24连通着冷却设备。所述氦气压缩机6的进口连通着低压回收管道3，低压回收管道3的另一端设有低压抽气嘴2，氦气压缩机6的出口通过管道连通着干燥过滤器10的进口，氦气压缩机6的出口管道上设有安全泄压阀7，并串联着送气阀8和单向阀9；干燥过滤器10的进口处通过三通管设有油水吹除阀11，干燥过滤器10的出口通过管道连通着氦气纯化器13的进口，氦气纯化器13的出口连通着三通管，三通管的第二端口连通着高压充氦软管20，高压充氦软管20上串联着放气阀门19，高压充氦软管20的另一端设有高压充气嘴22和充氦阀23；氦气纯化器13出口的三通管的第三端口连通着纯度检测单元18；氦气纯化器13通过输液管16连通着液氮储罐14，所述输液管16上串联着输液阀15。

所述氦气压缩机6为立式双列、水冷、五级压缩、撬装式、高压压缩机，单台排气量不小于300Nm³/h，最高工作压力为22MPa。

所述干燥过滤器10为硅胶和分子筛吸附、加热再生、抽真空处理的高压干燥过滤器，工作压力为25Mpa，氦气露点不大于-50℃。

所述冷却设备12为多效、风冷、兼顾常规换热与压缩制冷两种制冷方式的液冷源，制冷量大于110kw。

所述氦气纯化器13为大容量、低温、高压冷凝分离与吸附的杜瓦型纯化器，工作压力为22MPa，工作流量超过300 m³/h。

所述液氮储罐14的几何容积大于10 m³。

所述纯度检测单元18是FTC200型氦气纯度分析仪，其作用是快速测定经氦气纯化器13纯化后的氦气纯度，检测精度不大于0.5%。

所述高压充氦软管20为内径15mm不锈钢管或带不锈钢编织网的耐压软管，耐压值为22MPa。

所述低压回收管道3为钢丝增强聚胺脂软管，耐-40℃的低温和0.04MPa的负压。

所述安全泄压阀7为自动卸压。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果体现在以下方面：

a. 本发明在线自循环氦气回收纯化工装置，将氦气回收与纯化工作有机结合，无须将浮空器完全回收即可实现浮空器内囊氦气的提纯，有效的延长了浮空器充气后的连续工作时间，节省了浮空器拆收成本；

b. 回收与纯化流量大，组合使用该在线回收与纯化装置，最大回收与纯化速度可达到1200 m³/h，极大的减少了浮空器回收与纯化过程中外界环境对其带来的风险；

c. 设备集成度高，整个回收与纯化装置统一集成在设备方舱内，整套装置具有良好的机动性和操作性；

d. 单次氦气纯化率高，纯化后氦气纯度可达到98%，单次纯化提高率大于3%，回收与纯化过程中氦气损耗率不大于5%。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图。

图中序号如下：1-抽氦阀、2-低压抽气嘴、3-低压回收管道、4-浮空器、5-进气阀、6-氦气压缩机、7-安全泄压阀、8-送气阀、9-单向阀、10-干燥过滤器、11-油水吹除阀、12-冷却设备、13-氦气纯化器、14-液氮储罐、15-输液阀、16-输液管、17-取样阀、18-纯度检测单元、19-放气阀门、20-高压充氦软管、21-中间转接头、22-高压充气嘴、23-充氦阀、24-冷却管路。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。

实施例：

参见图1，本发明浮空器内囊氦气在线回收和纯化的装置布置在浮空器4地面系留位置。

浮空器内囊氦气在线回收和纯化的装置包括氦气压缩机6、干燥过滤器10和氦气纯化器13，氦气压缩机6通过冷却管路24连通着冷却设备。氦气压缩机6的进口连通着低压回收管道3，低压回收管道3的另一端设有低压抽气嘴2，氦气压缩机6的出口通过管道连通着干燥过滤器10的进口，氦气压缩机6的出口管道上设有安全泄压阀7，并串联着送气阀8和单向阀9；干燥过滤器10的进口处通过三通管设有油水吹除阀11，干燥过滤器10的出口通过管道连通着氦气纯化器13的进口，氦气纯化器13的出口连通着三通管，三通管的第二端口连通着高压充氦软管20，高压充氦软管20上串联着放气阀门19，高压充氦软管20的另一端设有高压充气嘴22和充氦阀23；氦气纯化器13出口的三通管的第三端口连通着纯度检测单元18；氦气纯化器13通过输液管16连通着液氮储罐14，所述输液管16上串联着输液阀15。

氦气压缩机6为立式双列、水冷、五级压缩、撬装式、高压压缩机，单台排气量不小于300Nm³/h，最高工作压力为22MPa。可多台并联工作，通过低压回收管路与浮空器抽氦阀和低压抽气嘴相连，将大气状态的自由氦气压缩成高压气体。

干燥过滤器10为硅胶和分子筛吸附、加热再生、抽真空处理的高压干燥过滤器，主要作用是将氦气压缩机压缩后的高压氦气经过干燥过滤后，将氦气中的油含量控制在10ppm 以内，同时将压缩机在压缩过程中因冷凝分离析出的大部分水分过滤掉，氦气露点控制在-50℃左右，而积聚在干燥过滤器底部的油水采用吹除法进行油水吹除。

冷却设备12为多效、风冷、兼顾常规换热与压缩制冷两种制冷方式的液冷源，为氦气压缩机提供循环冷却水，将制冷后提供的低温冷却水输送到氦气压缩机为其提供冷量，同时将与氦气压缩机换热过后的高温冷却水输送回重新进行制冷，以此形成闭路循环。制冷量大于110kw。

氦气纯化器13为大容量、低温、高压冷凝分离与吸附的杜瓦型纯化器，，工作压力为22MPa，工作流量超过300 m³/h。氦气纯化器13能够吸附氦气中的空气杂质，并且将沸点高于液氮的杂质气体冻结或吸附，实现浮空器内囊低纯度氦气的提纯，纯化率大于98%。

液氮储罐14的几何容积大于10 m³，用于储存低温液氮，通过输液管和输液阀将液氮输入氦气纯化器，使氦气中的空气杂质实现低温分馏，满足氦气的初始纯化。

纯度检测单元18是FTC200型氦气纯度分析仪，能够快速测定经纯化后的氦气纯度。纯度检测单元采用氦气的极端高导热原理的氦气检测仪，这种氦气检测仪在连续气流情况下可以使用并能迅速检测出纯度，检测精度达到0.5%。

高压充氦软管20为内径15mm不锈钢管或带不锈钢编织网的耐压软管，耐压值为22MPa；其能够以较小的压力损失和较高的压力完成高速、高压氦气的输送。

低压回收管道3为钢丝增强聚胺脂软管，耐-40℃的低温和0.04MPa的负压。

安全泄压阀7为自动卸压。

本发明的工作原理如下：

氦气通过安装在浮空器腹部的抽氦阀1和低压抽气嘴2进入本发明装置，首先经低压回收管道3进入氦气压缩机6，通过进气阀5控制低压回收管道3中氦气的通断。氦气压缩机6将自然状态的氦气压缩至20MPa压力的高压气，氦气压缩机6后安装有干燥过滤器10，将压缩后的高压氦气中的油水干燥过滤，收集的油水通过油水吹除阀11排出。在氦气压缩机6出气口与干燥过滤器10进气口之间依次安装的安全泄压阀7、送气阀8和单向阀9，用以调节管路中高压氦气的压力、流量和流向。冷却设备12通过冷却管路24为氦气压缩机6提供强制冷却，将氦气压缩机工作后产生的多余热量带走排出。

干燥净化后的氦气进入氦气纯化器13纯化，液氮储罐14通过输液管15和输液阀16为氦气纯化器13提供低温液氮，使氦气中的空气杂质实现低温冷凝分离。经氦气纯化器13纯化后的98%以上纯度的氦气，再经过放气阀门19、高压充氦软管20及中间转接头21逐段送入至高压充气嘴22，最后通过安装在浮空器4头部的充氦阀23充入浮空器4，完成整个氦气的在线回收与纯化流程。在高纯度氦气进入放气阀门19之前，经过取样阀17进入纯度检测单元18对纯化后的氦气纯度进行实时检测。

Claims

1.浮空器内囊氦气在线回收和纯化的装置，包括氦气压缩机（6）、干燥过滤器（10）和氦气纯化器（13），氦气压缩机（6）通过冷却管路（24）连通着冷却设备，其特征在于：所述氦气压缩机（6）的进口连通着低压回收管道（3），低压回收管道（3）的另一端设有低压抽气嘴（2），氦气压缩机（6）的出口通过管道连通着干燥过滤器（10）的进口，氦气压缩机（6）的出口管道上设有安全泄压阀（7），并串联着送气阀（8）和单向阀（9）；干燥过滤器（10）的进口处通过三通管设有油水吹除阀（11），干燥过滤器（10）的出口通过管道连通着氦气纯化器（13）的进口，氦气纯化器（13）的出口连通着三通管，三通管的第二端口连通着高压充氦软管（20），高压充氦软管（20）上串联着放气阀门（19），高压充氦软管（20）的另一端设有高压充气嘴（22）和充氦阀（23）；氦气纯化器（13）出口的三通管的第三端口连通着纯度检测单元（18）；氦气纯化器（13）通过输液管（16）连通着液氮储罐（14），所述输液管（16）上串联着输液阀（15）。

2.根据权利要求1所述的浮空器内囊氦气在线回收和纯化的装置，其特征在于：所述氦气压缩机（6）为立式双列、水冷、五级压缩、撬装式、高压压缩机，单台排气量不小于300Nm³/h，最高工作压力为22MPa。

3.根据权利要求1所述的浮空器内囊氦气在线回收和纯化的装置，其特征在于：所述干燥过滤器（10）为硅胶和分子筛吸附、加热再生、抽真空处理的高压干燥过滤器，工作压力为25Mpa，氦气露点不大于-50℃。

4.根据权利要求1所述的浮空器内囊氦气在线回收和纯化的装置，其特征在于：所述冷却设备（12）为多效、风冷、兼顾常规换热与压缩制冷两种制冷方式的液冷源，制冷量大于110kw。

5.根据权利要求1所述的浮空器内囊氦气在线回收和纯化的装置，其特征在于：所述氦气纯化器（13）为大容量、低温、高压冷凝分离与吸附的杜瓦型纯化器，工作压力为22MPa，工作流量超过300 m³/h。

6.根据权利要求1所述的浮空器内囊氦气在线回收和纯化的装置，其特征在于：所述液氮储罐（14）的几何容积大于10 m³。

7.根据权利要求1所述的浮空器内囊氦气在线回收和纯化的装置，其特征在于：所述纯度检测单元（18）是FTC200型氦气纯度分析仪，其作用是快速测定经氦气纯化器（13）纯化后的氦气纯度，检测精度不大于0.5%。

8.根据权利要求1所述的浮空器内囊氦气在线回收和纯化的装置，其特征在于：所述高压充氦软管（20）为内径15mm不锈钢管或带不锈钢编织网的耐压软管，耐压值为22MPa。

9.根据权利要求1所述的浮空器内囊氦气在线回收和纯化的装置，其特征在于：所述低压回收管道（3）为钢丝增强聚胺脂软管，耐-40℃的低温和0.04MPa的负压。

10.根据权利要求1所述的浮空器内囊氦气在线回收和纯化的装置，其特征在于：所述安全泄压阀（7）为自动卸压。