CN111840864A - 基于三床型分子筛机载制氧的燃油箱防火抑爆装置及方法 - Google Patents

基于三床型分子筛机载制氧的燃油箱防火抑爆装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于三床型分子筛机载制氧的燃油箱防火抑爆装置及方法，基于变压吸附原理，通过循环改变分子筛吸附和解吸附压力，使气体在高压下吸附，低压下解吸附再生而形成周期性操作，实现氧气和氮气分离。将通过三床型分子筛系统产生的富氧气体供飞行人员使用，将分子筛系统产生的富氮气体通入油箱对气相空间进行惰化，降低油箱上部气相空间内氧浓度。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，弥补了分子筛机载制氧技术研究中仍存在的问题，具有能量利用率高、无环境污染等优点。

Description

基于三床型分子筛机载制氧的燃油箱防火抑爆装置及方法
技术领域
本发明涉及防火抑爆技术领域，尤其涉及一种基于三床型分子筛机载制氧的燃油箱防火抑爆装置及方法。
背景技术
20世纪70年代开始，机载分子筛就被用于为军用飞机飞行人员提供氧气，保证飞行人员高空作业时的安全。机载分子筛系统摆脱了后勤支持，消除了使用气氧和液氧的安全隐患，在安全性、经济性上占据绝对的优势，逐渐成为军用飞机氧源的必然选择。
所谓分子筛机载制氧技术是指基于变压吸附原理，通过循环改变分子筛吸附和解吸附压力，使气体在高压下吸附，低压下解吸附再生而形成周期性操作，实现氧气和氮气分离。
随着机载制氧技术的发展，分子筛制氧系统已从二床发展到三床系统，压力波动小，更适合于大流量供养需求的情况，但三床型分子筛制氧技术仍存在一定的问题，如分离后的富氮气体仍具有较多能量，未经利用直接排放造成大量能量浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于三床型分子筛机载制氧的燃油箱防火抑爆装置及方法。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
基于三床型分子筛机载制氧的燃油箱防火抑爆装置及方法，包含过滤器、压缩机、第一电动调节阀、第一换热器、第二换热器、水分离器、过滤器、油雾分离器、三床型分子筛、第三换热器、第二电动调节阀、氧浓度传感器、储氧罐、压力传感器、第三电动调节阀、第四电动调节阀、第四换热器、温度传感器、火焰抑制器、第五电动调节阀、油箱、自动控制器和风扇；
所述第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器均包含热侧通道和冷侧通道；所述三床型分子筛包含混合气体入口、富氧气体出口和富氮气体出口，用于将从混合气体入口进入的混合气体分离为富氧气体、富氮气体后分别经富氧气体出口、富氮气体出口输出；
所述第一压缩机一端通过过滤器和发动机引气管道相连，第一压缩机的另一端、第一电动调节阀、第一换热器的热侧通道、第二换热器的热侧通道、水分离器的入口通过管道依次相连；
所述第一换热器冷侧通道的入口接外界空气、第一换热器冷侧通道的出口和第二换热器冷侧通道的入口通过管道相连；所述第二换热器冷侧通道的出口和外界空气管道相连；所述风扇设置在第二换热器冷侧通道和外界空气相连的管道中，用于将外部空气抽入第一换热器冷侧通道后经第二换热器冷侧通道排出；
所述水分离器的气体出口和过滤器的入口通过管道相连，水分离器液态水出口将液态水排至机外；
所述过滤器的出口、油雾分离器、三床型分子筛的混合气体入口通过管道依次相连；
所述三床型分子筛的富氧气体出口依次通过第三换热器的热侧通道、氧浓度传感器和储氧罐管道相连，三床型分子筛的富氮气体出口依次通过压力传感器、第三电动调节阀、第四换热器的热侧通道、温度传感器、火焰抑制器、第五电动调节阀和油箱管道相连；
所述第三换热器冷侧通道的入口通过第二电动调节阀和外界空气管道相连，冷侧通道的出口接外界空气；所述第四换热器冷侧通道的入口通过第四电动调节阀和外界空气管道相连，冷侧通道的出口接外界空气；
所述自动控制器的输入端分别和氧浓度传感器、压力传感器、温度传感器电气相连，输出端分别和第一电动调节阀、第二电动调节阀、第三电动调节阀、第四电动调节阀、风扇、压缩机电气相连，用于根据氧浓度传感器、压力传感器、温度传感器的感应数据控制第一电动调节阀、第二电动调节阀、第三电动调节阀、第四电动调节阀、风扇、压缩机工作。
本发明还公开了一种该基于三床型分子筛机载制氧的燃油箱防火抑爆的装置的引气分离及惰化方法，具体步骤如下：
发动机引气通过管道及过滤器进入压缩机增压升温；由压缩机供给的高温高压气体经过第一电动调节阀进入第一换热器预冷后，再经过第二换热器冷却；第一换热器和第二换热器冷源由风扇抽吸冲压空气提供；
经第二换热器冷却后的混合气体经过水分离器、过滤器、油雾分离器除去水汽杂质后通入三床型分子筛；
三床型分子筛将混合气体分离为富氧气体和富氮气体，其中，产生的富氧气体通过第三换热器、氧浓度传感器排入储氧罐，供机组人员使用，产生的富氧气体通过压力传感器、第三电动调节阀、第四换热器、温度传感器、火焰抑制器、第五电动调节阀排入油箱，对气相空间进行惰化。
本发明还公开了一种该基于三床型分子筛机载制氧的燃油箱防火抑爆的装置的数据采集及控制方法，具体步骤如下：
氧浓度传感器通过探杆探测所述经第三换热器冷却后的富氧气体氧浓度并将信号传输到所述自动控制器；当氧浓度大于预设的氧浓度阈值时，自动控制器输出控制信号连通所述压缩机、第一电动调节阀，系统开始工作；当氧浓度小于预设的氧浓度阈值时，系统停止工作；
温度传感器测得第四换热器热测通道出口气体温度，并将信号传输到所述自动控制器；当温度大于预设的温度阈值时，自动控制器输出控制信号开启第四电动调节阀，增大进入第四换热器的冲压空气，将富氮气体温度进一步降低，同时关闭所述第五电动调节阀，以防止高温气体进入油箱，保证油箱安全；
压力传感器测得氮气压力，并将信号传输到所述自动控制器；当压力大于预设的压力阈值时，自动控制器调节第三电动调节阀增大第四换热器的入口流量，将氮气压力进一步降低。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明通过三床型分子筛机载制氧技术将分子筛系统产生的富氧气体供飞行人员使用，将分子筛系统产生的富氮气体通入油箱对气相空间进行惰化，降低油箱上部气相空间内氧浓度。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，弥补了分子筛机载制氧技术研究中仍存在的问题，具有能量利用率高、无环境污染等优点。
附图说明
图1是基于三床型分子筛机载制氧技术的燃油箱防火抑爆装置示意图。
图中，1-过滤器，2-压缩机，3-第一电动调节阀，4-第一换热器，5-第二换热器，6-水分离器，7-过滤器，8-油雾分离器，9-三床型分子筛，10-第三换热器，11-第二电动调节阀，12-氧浓度传感器，13-储氧罐，14-压力传感器，15-第三电动调节阀，16-第四电动调节阀，17-第四换热器，18-温度传感器，19-火焰抑制器，20-第五电动调节阀，21-油箱，22-自动控制器，23-风扇。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
如图1所示，本发明公开了一种基于三床型分子筛机载制氧的燃油箱防火抑爆装置及方法，包含过滤器1、压缩机2、第一电动调节阀3、第一换热器4、第二换热器5、水分离器6、过滤器7、油雾分离器8、三床型分子筛9、第三换热器10、第二电动调节阀11、氧浓度传感器12、储氧罐13、压力传感器14、第三电动调节阀15、第四电动调节阀16、第四换热器17、温度传感器18、火焰抑制器19、第五电动调节阀20、油箱21、自动控制器22和风扇23；
所述第一换热器4、第二换热器5、第三换热器10、第四换热器17均包含热侧通道和冷侧通道；所述三床型分子筛9包含混合气体入口、富氧气体出口和富氮气体出口，用于将从混合气体入口进入的混合气体分离为富氧气体、富氮气体后分别经富氧气体出口、富氮气体出口输出；
所述第一压缩机2一端通过过滤器1和发动机引气管道相连，第一压缩机2的另一端、第一电动调节阀3、第一换热器4的热侧通道、第二换热器5的热侧通道、水分离器6的入口通过管道依次相连；
所述第一换热器4冷侧通道的入口接外界空气、第一换热器4冷侧通道的出口和第二换热器5冷侧通道的入口通过管道相连；所述第二换热器5冷侧通道的出口和外界空气管道相连；所述风扇23设置在第二换热器5冷侧通道和外界空气相连的管道中，用于将外部空气抽入第一换热器4冷侧通道后经第二换热器5冷侧通道排出；
所述水分离器6的气体出口和过滤器7的入口通过管道相连，水分离器6液态水出口将液态水排至机外；
所述过滤器7的出口、油雾分离器8、三床型分子筛9的混合气体入口通过管道依次相连；
所述三床型分子筛9的富氧气体出口依次通过第三换热器10的热侧通道、氧浓度传感器12和储氧罐13管道相连，三床型分子筛9的富氮气体出口依次通过压力传感器14、第三电动调节阀15、第四换热器17的热侧通道、温度传感器18、火焰抑制器19、第五电动调节阀20和油箱21管道相连；
所述第三换热器10冷侧通道的入口通过第二电动调节阀11和外界空气管道相连，冷侧通道的出口接外界空气；所述第四换热器17冷侧通道的入口通过第四电动调节阀16和外界空气管道相连，冷侧通道的出口接外界空气；
所述自动控制器22的输入端分别和氧浓度传感器12、压力传感器14、温度传感器18电气相连，输出端分别和第一电动调节阀3、第二电动调节阀11、第三电动调节阀15、第四电动调节阀16、风扇23、压缩机2电气相连，用于根据氧浓度传感器12、压力传感器14、温度传感器18的感应数据控制第一电动调节阀3、第二电动调节阀11、第三电动调节阀15、第四电动调节阀16、风扇23、压缩机2工作。
本发明还公开了一种该基于三床型分子筛机载制氧的燃油箱防火抑爆的装置的引气分离及惰化方法，具体步骤如下：
发动机引气通过管道及过滤器1进入压缩机2增压升温；由压缩机2供给的高温高压气体经过第一电动调节阀3进入第一换热器4预冷后，再经过第二换热器5冷却；第一换热器4和第二换热器5冷源由风扇23抽吸冲压空气提供；
经第二换热器5冷却后的混合气体经过水分离器6、过滤器7、油雾分离器8除去水汽杂质后通入三床型分子筛9；
三床型分子筛9将混合气体分离为富氧气体和富氮气体，其中，产生的富氧气体通过第三换热器10、氧浓度传感器12排入储氧罐13，供机组人员使用，产生的富氧气体通过压力传感器14、第三电动调节阀15、第四换热器17、温度传感器18、火焰抑制器19、第五电动调节阀20排入油箱21，对气相空间进行惰化。
本发明还公开了一种该基于三床型分子筛机载制氧的燃油箱防火抑爆的装置的数据采集及控制方法，具体步骤如下：
氧浓度传感器12通过探杆探测所述经第三换热器10冷却后的富氧气体氧浓度并将信号传输到所述自动控制器22；当氧浓度大于预设的氧浓度阈值时，自动控制器22输出控制信号连通所述压缩机2、第一电动调节阀3，系统开始工作；当氧浓度小于预设的氧浓度阈值时，系统停止工作；
温度传感器18测得第四换热器17热测通道出口气体温度，并将信号传输到所述自动控制器22；当温度大于预设的温度阈值时，自动控制器22输出控制信号开启第四电动调节阀16，增大进入第四换热器17的冲压空气，将富氮气体温度进一步降低，同时关闭所述第五电动调节阀20，以防止高温气体进入油箱，保证油箱21安全；
压力传感器14测得氮气压力，并将信号传输到所述自动控制器22；当压力大于预设的压力阈值时，自动控制器22调节第三电动调节阀15增大第四换热器17的入口流量，将氮气压力进一步降低。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于三床型分子筛机载制氧的燃油箱防火抑爆装置及方法，其特征在于，包含过滤器（1）、压缩机（2）、第一电动调节阀（3）、第一换热器（4）、第二换热器（5）、水分离器（6）、过滤器（7）、油雾分离器（8）、三床型分子筛（9）、第三换热器（10）、第二电动调节阀（11）、氧浓度传感器（12）、储氧罐（13）、压力传感器（14）、第三电动调节阀（15）、第四电动调节阀（16）、第四换热器（17）、温度传感器（18）、火焰抑制器（19）、第五电动调节阀（20）、油箱（21）、自动控制器（22）和风扇（23）；
所述第一换热器（4）、第二换热器（5）、第三换热器（10）、第四换热器（17）均包含热侧通道和冷侧通道；所述三床型分子筛（9）包含混合气体入口、富氧气体出口和富氮气体出口，用于将从混合气体入口进入的混合气体分离为富氧气体、富氮气体后分别经富氧气体出口、富氮气体出口输出；
所述第一压缩机（2）一端通过过滤器（1）和发动机引气管道相连，第一压缩机（2）的另一端、第一电动调节阀（3）、第一换热器（4）的热侧通道、第二换热器（5）的热侧通道、水分离器（6）的入口通过管道依次相连；
所述第一换热器（4）冷侧通道的入口接外界空气、第一换热器（4）冷侧通道的出口和第二换热器（5）冷侧通道的入口通过管道相连；所述第二换热器（5）冷侧通道的出口和外界空气管道相连；所述风扇（23）设置在第二换热器（5）冷侧通道和外界空气相连的管道中，用于将外部空气抽入第一换热器（4）冷侧通道后经第二换热器（5）冷侧通道排出；
所述水分离器（6）的气体出口和过滤器（7）的入口通过管道相连，水分离器（6）液态水出口将液态水排至机外；
所述过滤器（7）的出口、油雾分离器（8）、三床型分子筛（9）的混合气体入口通过管道依次相连；
所述三床型分子筛（9）的富氧气体出口依次通过第三换热器（10）的热侧通道、氧浓度传感器（12）和储氧罐（13）管道相连，三床型分子筛（9）的富氮气体出口依次通过压力传感器（14）、第三电动调节阀（15）、第四换热器（17）的热侧通道、温度传感器（18）、火焰抑制器（19）、第五电动调节阀（20）和油箱（21）管道相连；
所述第三换热器（10）冷侧通道的入口通过第二电动调节阀（11）和外界空气管道相连，冷侧通道的出口接外界空气；所述第四换热器（17）冷侧通道的入口通过第四电动调节阀（16）和外界空气管道相连，冷侧通道的出口接外界空气；
所述自动控制器（22）的输入端分别和氧浓度传感器（12）、压力传感器（14）、温度传感器（18）电气相连，输出端分别和第一电动调节阀（3）、第二电动调节阀（11）、第三电动调节阀（15）、第四电动调节阀（16）、风扇（23）、压缩机（2）电气相连，用于根据氧浓度传感器（12）、压力传感器（14）、温度传感器（18）的感应数据控制第一电动调节阀（3）、第二电动调节阀（11）、第三电动调节阀（15）、第四电动调节阀（16）、风扇（23）、压缩机（2）工作。
2.基于权利要求1所述基于三床型分子筛机载制氧的燃油箱防火抑爆的装置的工作方法，其特征在于，引气分离及惰化的具体步骤如下：
发动机引气通过管道及过滤器（1）进入压缩机（2）增压升温；由压缩机（2）供给的高温高压气体经过第一电动调节阀（3）进入第一换热器（4）预冷后，再经过第二换热器（5）冷却；第一换热器（4）和第二换热器（5）冷源由风扇（23）抽吸冲压空气提供；
经第二换热器（5）冷却后的混合气体经过水分离器（6）、过滤器（7）、油雾分离器（8）除去水汽杂质后通入三床型分子筛（9）；
三床型分子筛（9）将混合气体分离为富氧气体和富氮气体，其中，产生的富氧气体通过第三换热器（10）、氧浓度传感器（12）排入储氧罐（13），供机组人员使用，产生的富氧气体通过压力传感器（14）、第三电动调节阀（15）、第四换热器（17）、温度传感器（18）、火焰抑制器（19）、第五电动调节阀（20）排入油箱（21），对气相空间进行惰化。
3.基于权利要求1所述基于三床型分子筛机载制氧的燃油箱防火抑爆的装置的工作方法，其特征在于，数据采集及控制的具体步骤如下：
氧浓度传感器（12）通过探杆探测所述经第三换热器（10）冷却后的富氧气体氧浓度并将信号传输到所述自动控制器（22）；当氧浓度大于预设的氧浓度阈值时，自动控制器（22）输出控制信号连通所述压缩机（2）、第一电动调节阀（3），系统开始工作；当氧浓度小于预设的氧浓度阈值时，系统停止工作；
温度传感器（18）测得第四换热器（17）热测通道出口气体温度，并将信号传输到所述自动控制器（22）；当温度大于预设的温度阈值时，自动控制器（22）输出控制信号开启第四电动调节阀（16），增大进入第四换热器（17）的冲压空气，将富氮气体温度进一步降低，同时关闭所述第五电动调节阀（20），以防止高温气体进入油箱，保证油箱（21）安全；
压力传感器（14）测得氮气压力，并将信号传输到所述自动控制器（22）；当压力大于预设的压力阈值时，自动控制器（22）调节第三电动调节阀（15）增大第四换热器（17）的入口流量，将氮气压力进一步降低。
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