CN111994289A - 一种飞机燃油箱惰化系统及惰化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种飞机燃油箱惰化系统，包括油箱，所述油箱的液体出口通过管道连接有第二控制阀，所述第二控制阀下游管道依次连接有燃油泵、第五温度传感器、第三流量传感器、电子设备舱，最后通过管道连接到所述油箱的液体入口。本发明将燃油作为冷源，给机载设备降温冷却的同时，燃油温度升高，燃油蒸汽压随温度的升高而变大，从而使油箱气相空间燃油蒸汽浓度增加，达到不可燃状态。同时，将燃油加热与中空纤维膜制取富氮气体的机载制氮惰化技术结合在一起，进一步保证了油箱的惰化效果。
Description
技术领域
本发明涉及航空系统技术领域，特别是涉及一种飞机燃油箱惰化系统及惰化方法。
背景技术
近50年来，全球范围内运输类飞机燃油箱爆炸事故共发生18起，总计542人遇难，已成为民用航空安全的主要威胁之一。1996年波音747飞机TWA800中央翼油箱的可燃蒸汽被点燃导致爆炸，全机人员丧生，促使美国联邦航空管理局颁发了一系列修正案、咨询通报和适航规章，强制要求采取有效措施降低点火源和可燃蒸汽浓度，以减少运输类飞机燃油箱可燃性，增加燃油箱安全。我国民用航空局也制定了类似的航空规章。
美国联邦航空管理局及美国国家运输安全部均认为采用燃油箱惰化技术是一种可行的措施来降低油箱的燃爆风险。目前，中空纤维膜制取富氮气体的机载制氮惰化技术是目前最经济、实用的飞机油箱燃爆抑制技术，在波音和空客的各种型号飞机以及我国国产机型中均有应用。其原理是把来自发动机或环控系统的引气，经过温度调节、压力调节、去除臭氧、水分、杂质等污染物后，通入由中空纤维膜构成的空气分离装置内分离成富氧气体和富氮气体，富氧气体排出机外，富氮气体则按不同的流量模式充入燃油箱进行洗涤或冲洗。
但从国内外应用现状来看，机载制氮惰化技术在使用中仍然存在很多问题，例如分离膜效率低导致飞机代偿损失大、分离膜入口需求压力高导致在很多机型上无法使用（如直升机）、细小的膜丝和渗透孔径逐渐堵塞及气源中臭氧导致膜性能衰减严重、富氮气体填充油箱时导致燃油蒸汽外泄污染环境等。
因此本领域技术人员致力于开发一种代偿损失小的飞机燃油箱惰化系统及惰化方法。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种代偿损失小的机燃油箱惰化系统及惰化方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种飞机燃油箱惰化系统，包括油箱，所述油箱的液体出口通过管道连接有第二控制阀，所述第二控制阀下游管道依次连接有燃油泵、第五温度传感器、第三流量传感器、电子设备舱，最后通过管道连接到所述油箱的液体入口。
较佳的，还包括连通发动机引气的进气管道，所述进气管道上依次安装有风机、过滤器、干燥机、加热器、湿度调节器、臭氧转换器、第一控制阀，所述第一控制阀下游分别连接有第一电动压力调节阀和第一手动压力调节阀，所述第一电动压力调节阀和第一手动压力调节阀另一端通过管道连接有第一压力传感器，所述第一压力传感器下游依次管道连接有第一温度传感器、第一流量传感器、湿度传感器、臭氧浓度传感器、颗粒度检测仪、空气分离模块，所述空气分离模块的富氮气体出口通过管道连接有第二电动压力调节阀和第二手动压力调节阀，所述第二电动压力调节阀和第二手动压力调节阀另一端均通过管道连接到第二流量传感器，所述第二流量传感器下游管道上依次连接有第一氧浓度传感器、第二温度传感器、第二压力传感器、阻火器，最后连接到所述油箱。
较佳的，所述空气分离模块还设有富氧体出口，所述富氧气体出口依次连接有第二氧气浓度传感器、第三温度传感器、第三压力传感器，最后连通到机外。
较佳的，还包括碳氢化合物浓度传感器、第三氧气浓度传感器、第四温度传感器，所述碳氢化合物浓度传感器、第三氧气浓度传感器、第四温度传感器均连接有伸入所述油箱内的探杆。
较佳的，所述第一压力传感器、第一温度传感器、第一流量传感器、湿度传感器、臭氧浓度传感器、颗粒度检测仪、第二流量传感器、第一氧浓度传感器、第二温度传感器、第二压力传感器、第二氧气浓度传感器、第三温度传感器、第三压力传感器、碳氢化合物浓度传感器、第三氧气浓度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器、第三流量传感器通过电缆并联后与控制器连接；
所述控制器还与风机、加热器、湿度调节器、臭氧转换器、第一控制阀、第一电动压力调节阀、第二电动压力调节阀、第二控制阀、燃油泵相连接。
一种飞机燃油箱惰化方法，包括以下步骤：
2）燃油加热惰化：将飞机燃油通过循环管道引出，流经电子设备舱进行热交换后通过管道流回油箱。
较佳的，还包括步骤：
3）机载制氮惰化：开启机载制氮惰化系统，往所述油箱中加入富氮气体。
较佳的，还包括步骤：1）判断步骤：判断所述油箱中氧浓度是否达到12%，当所述油箱氧浓度大于12%时，执行所述步骤3），否则停止执行所述步骤3）。
较佳的，所述步骤1）中，通过检测所述油箱内的上部混合气体中氧气浓度来判断所述油箱中氧浓度。
本发明的有益效果是：本发明将燃油作为冷源，给机载设备降温冷却的同时，燃油温度升高，燃油蒸汽压随温度的升高而变大，从而使油箱气相空间燃油蒸汽浓度增加，达到不可燃状态；同时，将燃油加热与中空纤维膜制取富氮气体的机载制氮惰化技术结合在一起，进一步保证了油箱的惰化效果，具体具有如下有益效果：
（1）利用燃油为热沉给机载电子设备降温，节省了其它冷源；
（2）机载制氮惰化系统仅需间断开启，降低了发动机引气量，减少系统代偿损失；
（3）中空纤维膜制取富氮气体的机载制氮惰化技术中，采用手动、自动两种控制方式来调节分离膜前的压力，更可靠。
附图说明
图1是本发明一具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，需注意的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方式构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，一种飞机燃油箱惰化系统，包括油箱24，油箱24的液体出口通过管道连接有第二控制阀31、第二控制阀31下游管道依次连接有燃油泵32、第五温度传感器33、第三流量传感器34、电子设备舱35，最后通过管道连接到油箱24的液体入口。通过前述设计，可使油泵32抽取燃油，将燃油做为冷源，给电子设备舱35内的机载设备降温冷却，同时使燃油温度升高，燃油蒸汽压随温度的升高而变大，从而使油箱24气相空间燃油蒸汽浓度增加，达到不可燃状态，此设计构成了本发明中的燃油加热惰化系统。
本发明还包括连通发动机引气的进气管道，进气管道上依次安装有风机1、过滤器2、干燥机3、加热器4、湿度调节器5、臭氧转换器6、第一控制阀7，第一控制阀7下游分别连接有第一电动压力调节阀8和第一手动压力调节阀9，通过手动、自动两种控制方式来调节分离膜前的压力，更可靠。第一电动压力调节阀8和第一手动压力调节阀9另一端通过管道连接有第一压力传感器10，第一压力传感器10下游依次管道连接有第一温度传感器11、第一流量传感器12、湿度传感器13、臭氧浓度传感器14、颗粒度检测仪15、空气分离模块16，空气分离模块16的富氮气体出口通过管道连接有第二电动压力调节阀17和第二手动压力调节阀18，手动调节与自动调节相结合，能更可靠地调节进入油箱的富氮气体的压力。第二电动压力调节阀17和第二手动压力调节阀18另一端均通过管道连接到第二流量传感器19，第二流量传感器19下游管道上依次连接第一氧浓度传感器20、第二温度传感器21、第二压力传感器22、阻火器23，最后连接到油箱24。
空气分离模块16还设有富氧体出口，富氧气体出口依次连接有第二氧气浓度传感器25、第三温度传感器26、第三压力传感器27，最后连通到机外。本实施例中，空气分离模块16为中空纤维膜构成的空气分离装置。
本发明中，还包括碳氢化合物浓度传感器28、第三氧气浓度传感器29、第四温度传感器30，碳氢化合物浓度传感器28、第三氧气浓度传感器29、第四温度传感器30均连接有伸入油箱24内的探杆。用于检测油箱24内气相空间的碳氢化合物浓度、氧气浓度及温度。
本发明中，第一压力传感器10、第一温度传感器11、第一流量传感器12、湿度传感器13、臭氧浓度传感器14、颗粒度检测仪15、第二流量传感器19、第一氧浓度传感器20、第二温度传感器21、第二压力传感器22、第二氧气浓度传感器25、第三温度传感器26、第三压力传感器27、碳氢化合物浓度传感器28、第三氧气浓度传感器29、第四温度传感器30、第五温度传感器33、第三流量传感器34通过电缆并联后与控制器36连接。控制器36还与风机1、加热器4、湿度调节器5、臭氧转换器6、第一控制阀7、第一电动压力调节阀8、第二电动压力调节阀17、第二控制阀31、燃油泵32相连接。通过以上连接，控制器36能随时接收到发动机引气传输管道压力值、温度值、流量等相应数据，也能监测到空气分离模块16富氧体出口和富氮气体出口及燃料油加热管道的相应数值，且能调节风机1、加热器4、湿度调节器5、臭氧转换器6等仪器的开关、强度大小等。
本发明还公布了一种飞机燃油箱惰化方法，采用前述飞机燃油箱惰化系统可实现，包括以下步骤：
2）燃油加热惰化：将飞机燃油通过循环管道引出，流经电子设备舱35进行热交换后通过管道流回油箱24。
还包括步骤：3）机载制氮惰化：开启机载制氮惰化系统，本实施例中，采用发动机引气，经过温度调节、压力调节、去除臭氧、水分、杂质等污染物后，通入由中空纤维膜构成的空气分离装置后分离出的富氮气体往油箱24中加入。
还包括步骤：1）判断步骤：判断油箱24中氧浓度是否达到12%，当油箱24氧浓度大于12%时， 执行步骤3），否则停止执行步骤3）。
步骤1）中，通过检测油箱24内的上部混合气体中氧气浓度来判断油箱中氧浓度。
本发明使用时，通过碳氢化合物浓度传感器28、第三氧气浓度传感器29、第四温度传感器30能时时检测油箱24内的碳氢化合物浓度、氧气浓度及温度，并将信号传输到控制器36，控制器36判断油箱24是否暴露在可燃状态下（主要评断标准为氧浓度），如油箱在可燃状态下（氧浓度大于12%），同时执行步骤2）燃油加热惰化和步骤3）机载制氮惰化，使油箱24内的氧浓度下降，从而达到惰化目的。若氧浓度达到12%及以下时，仅执行步骤2），停止机载制氮，为维持12%的氧浓度，只需要通过步骤2）不断产生新的燃油蒸气，用于置换新进入的少量空气即可。
飞机采用本发明的燃油箱惰化系统，可将燃油加热惰化系统长期开启，机载制氮惰化系统关闭，即第二控制阀31、燃油泵32打开，风机1、加热器4、湿度调节器5、臭氧转换器6、第一控制阀7、第一电动压力调节阀8、第二电动压力调节阀17关闭，油箱24在燃油泵32抽吸作用下，流过第二控制阀31后，先后流经第五温度传感器33、第三流量传感器34，然后进入电子设备舱35对电子设备进行冷却，升温后的燃油流回油箱24，即长期执行步骤2），如此惰化飞机燃油箱，代偿损失小，总花费较小。在燃油加热惰化系统开启后，若油箱24仍处于可燃状态，开启中空纤维膜制取富氮气体的机载制氮惰化系统，此时风机1、加热器4、湿度调节器5、臭氧转换器6、第一控制阀7、第一电动压力调节阀8、第二电动压力调节阀17、第二控制阀31、燃油泵32打开，发动机引气在风机1的抽吸作用下，进入系统，先在过滤器2、干燥机3中进行过滤、干燥处理，然后分别在加热器4、湿度调节器5中进行调温、调湿，在臭氧转换器6中将臭氧除去，流过第一控制阀7，在第一电动压力调节阀8或第一手动压力调节阀9中进行压力调节，第一压力传感器10、第一温度传感器11、第一流量传感器12、湿度传感器13、臭氧浓度传感器14、颗粒度检测仪15分别测得分离膜前气体的压力、温度、流量、湿度、臭氧浓度、颗粒度等参数并将信号传输到控制器36，控制器36分别输出反馈信号给加热器4、湿度调节器5、臭氧转换器6、第一控制阀7、第一电动压力调节阀8进行相应参数的调节。调节后的气体进入空气分离模块16，产生富氮气体及富氧气体。富氮气体在第二电动压力调节阀17或第二手动压力调节阀18中进行压力调节，依次流过第二流量传感器19、第一氧浓度传感器20、第二温度传感器21、第二压力传感器22、阻火器23后，流入油箱24进行冲洗惰化，油箱24中的废气排至机外.富氧气体依次流过第二氧气浓度传感器25、第三温度传感器26、第三压力传感器27后排至机外。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种飞机燃油箱惰化系统，其特征是：包括油箱（24），所述油箱（24）的液体出口通过管道连接有第二控制阀（31），所述第二控制阀（31）下游管道依次连接有燃油泵（32）、第五温度传感器（33）、第三流量传感器（34）、电子设备舱（35），最后通过管道连接到所述油箱（24）的液体入口。
2.如权利要求1所述的飞机燃油箱惰化系统，其特征是：还包括连通发动机引气的进气管道，所述进气管道上依次安装有风机（1）、过滤器（2）、干燥机（3）、加热器（4）、湿度调节器（5）、臭氧转换器（6）、第一控制阀（7），所述第一控制阀（7）下游分别连接有第一电动压力调节阀（8）和第一手动压力调节阀（9），所述第一电动压力调节阀（8）和第一手动压力调节阀（9）另一端通过管道连接有第一压力传感器（10），所述第一压力传感器（10）下游依次管道连接有第一温度传感器（11）、第一流量传感器（12）、湿度传感器（13）、臭氧浓度传感器（14）、颗粒度检测仪（15）、空气分离模块（16），所述空气分离模块（16）的富氮气体出口通过管道连接有第二电动压力调节阀（17）和第二手动压力调节阀（18），所述第二电动压力调节阀（17）和第二手动压力调节阀（18）另一端均通过管道连接到第二流量传感器（19），所述第二流量传感器（19）下游管道上依次连接有第一氧浓度传感器（20）、第二温度传感器（21）、第二压力传感器（22）、阻火器（23），最后连接到所述油箱（24）。
3.如权利要求2所述的飞机燃油箱惰化系统，其特征是：所述空气分离模块（16）还设有富氧体出口，所述富氧气体出口依次连接有第二氧气浓度传感器（25）、第三温度传感器（26）、第三压力传感器（27），最后连通到机外。
4.如权利要求3所述的飞机燃油箱惰化系统，其特征是：还包括碳氢化合物浓度传感器（28）、第三氧气浓度传感器（29）、第四温度传感器（30），所述碳氢化合物浓度传感器（28）、第三氧气浓度传感器（29）、第四温度传感器（30）均连接有伸入所述油箱（24）内的探杆。
5.如权利要求4所述的飞机燃油箱惰化系统，其特征是：所述第一压力传感器（10）、第一温度传感器（11）、第一流量传感器（12）、湿度传感器（13）、臭氧浓度传感器（14）、颗粒度检测仪（15）、第二流量传感器（19）、第一氧浓度传感器（20）、第二温度传感器（21）、第二压力传感器（22）、第二氧气浓度传感器（25）、第三温度传感器（26）、第三压力传感器（27）、碳氢化合物浓度传感器（28）、第三氧气浓度传感器（29）、第四温度传感器（30）、第五温度传感器（33）、第三流量传感器（34）通过电缆并联后与控制器（36）连接；
所述控制器（36）还与风机（1）、加热器（4）、湿度调节器（5）、臭氧转换器（6）、第一控制阀（7）、第一电动压力调节阀（8）、第二电动压力调节阀（17）、第二控制阀（31）、燃油泵（32）相连接。
6.一种飞机燃油箱惰化方法，其特征是，包括以下步骤：
2）燃油加热惰化：将飞机燃油通过循环管道引出，流经电子设备舱（35）进行热交换后通过管道流回油箱（24）。
7.如权利要求6所述的飞机燃油箱惰化方法，其特征是，还包括步骤：
3）机载制氮惰化：开启机载制氮惰化系统，往所述油箱（24）中加入富氮气体。
8.如权利要求7所述的飞机燃油箱惰化方法，其特征是，还包括步骤：1）判断步骤：判断所述油箱（24）中氧浓度是否达到12%，当所述油箱（24）氧浓度大于12%时，执行所述步骤3），否则停止执行所述步骤3）。
9.如权利要求8所述的飞机燃油箱惰化方法，其特征是：所述步骤1）中，通过检测所述油箱（24）内的上部混合气体中氧气浓度来判断所述油箱中氧浓度。
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