CN113734455B - 具有富氮气体储存功能的惰化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有富氮气体储存功能的惰化系统。该惰化系统包括空气分离器、富氮气体储气罐、第一、第二、第三和第四切断阀、氧浓度传感器、压力传感器和惰化控制器；在飞机爬升、巡航阶段，当测得燃油箱内的氧浓度已处在安全范围内时，惰化控制器控制第一、第三切断阀开启、第二、第四切断阀关闭，空气分离器向储气罐供应富氮气体；在飞机下降阶段，当测得燃油箱内的氧浓度已超出安全范围时，惰化控制器控制第一、第二、第四切断阀开启、第三切断阀关闭，空气分离器和储气罐同时向燃油箱供应富氮气体。根据上述技术方案，本发明能起到以下有益技术效果：能合理高效地分配富氮气体至目标燃油箱，保持下降阶段燃油箱内低氧浓度状态。
Description
技术领域
本发明涉及航空技术领域，尤其涉及一种具有富氮气体储存功能的惰化系统。
背景技术
飞机燃油箱作为飞机燃油的储存单元，提供一定储备量的燃油是保障飞机发动机正常运转的必要条件之一，故燃油箱担负着极为重要的飞机级功能。由于燃油易燃易爆的特点，使得燃油箱安全设计一直是飞机设计中重点关注的方面之一。
民机适航局方认为，如果燃油箱每个舱室内的总体平均氧气浓度在海平面到3048米(10000英尺)高度之间不超过12％，3048米(10000英尺)到12192米(40000英尺)高度之间该浓度值从12％线性增加至14.5％，高于12192米(40000英尺)线性外推，则该燃油箱被认为是惰性的，不易燃爆。若燃油箱内氧气浓度高于此范围，在有点火源的情况下，燃油箱容易点燃爆炸。
民用飞机通常加装惰化系统向目标燃油箱内气相空间填充低氧气浓度的富氮气体，降低燃油箱气相空间氧气浓度。民用飞机在爬升和巡航阶段，惰化系统持续向燃油箱填充富氮气体，燃油箱氧气浓度可以降低使燃油箱达到惰性状态并保持。在下降阶段，由于外界气压逐渐增大，燃油箱外空气通过通气系统快速进入燃油箱，燃油箱内氧气浓度升高。
对于气相空间较大的燃油箱，下降阶段，惰化系统可以抵消因压力差进入燃油箱的外界空气对燃油箱内氧气浓度的影响，使其仍处于惰性状态。对于气相空间较小的燃油箱，爬升和巡航阶段，惰化系统很快就能填充足够的富氮气体，使其氧气浓度降低到安全范围，此后惰化系统产生的富氮气体浪费；下降阶段，因压力差进入燃油箱的外界空气很快使燃油箱内氧气浓度升高，燃油箱不再处于惰性状态。
发明内容
本发明的一个目的在于，提供一种具有富氮气体储存功能的惰化系统，其能克服现有技术存在的缺陷，能合理高效地分配富氮气体至目标燃油箱，保持下降阶段燃油箱内低氧浓度状态。
本发明的以上目的通过一种具有富氮气体储存功能的惰化系统来实现，所述具有富氮气体储存功能的惰化系统包括空气分离器、富氮气体储气罐、第一切断阀、第二切断阀、第三切断阀、第四切断阀、氧浓度传感器、压力传感器和惰化控制器；
其中，所述第一切断阀设置在连接于所述空气分离器之前的管路中，所述第二切断阀设置在连接于所述空气分离器与燃油箱之间的管路中，所述第三切断阀设置在连接于所述空气分离器与所述富氮气体储气罐之间的管路中，所述第四切断阀设置在连接于所述富氮气体储气罐与所述燃油箱之间的管路中；
其中，所述氧浓度传感器设置在所述燃油箱内且与所述惰化控制器连通，以将所述燃油箱内的氧浓度信号传递到所述惰化控制器，所述压力传感器设置在所述富氮气体储气罐内且与所述惰化控制器连通，以将所述富氮气体储气罐内的压力信号传递到所述惰化控制器，所述第一切断阀、所述第二切断阀、所述第三切断阀和所述第四切断阀都与所述惰化控制器连通，从而所述惰化控制器控制所述第一切断阀、所述第二切断阀、所述第三切断阀和所述第四切断阀的开启/关闭；
在飞机爬升、巡航阶段，所述惰化控制器控制所述第一切断阀开启、所述第二切断阀开启、所述第三切断阀关闭和所述第四切断阀关闭，所述空气分离器向所述燃油箱供应富氮气体，当所述氧浓度传感器测得所述燃油箱内的氧浓度已处在安全范围内时，所述惰化控制器控制所述第一切断阀开启、所述第二切断阀关闭、所述第三切断阀开启和所述第四切断阀关闭，所述空气分离器向所述富氮气体储气罐供应富氮气体，当所述压力传感器测得所述富氮气体储气罐内的压力已达到设定值时，所述惰化控制器控制所述第一切断阀开启、所述第二切断阀开启、所述第三切断阀关闭和所述第四切断阀关闭，所述空气分离器继续向所述燃油箱供应富氮气体；
在飞机下降阶段，当所述氧浓度传感器测得所述燃油箱内的氧浓度已超出安全范围时，所述惰化控制器控制所述第一切断阀开启、所述第二切断阀开启、所述第三切断阀关闭和所述第四切断阀开启，所述空气分离器和所述富氮气体储气罐同时向所述燃油箱供应富氮气体。
根据上述技术方案，本发明的具有富氮气体储存功能的惰化系统能起到以下有益技术效果：能合理高效地分配富氮气体至目标燃油箱，保持下降阶段燃油箱内低氧浓度状态；能降低飞机对惰化系统性能的要求，减少对飞机气源系统引气的消耗。
较佳的是，在飞机爬升、巡航阶段，只要当所述氧浓度传感器测得所述燃油箱内的氧浓度已超出安全范围时，所述惰化控制器控制所述第一切断阀开启、所述第二切断阀开启、所述第三切断阀关闭和所述第四切断阀关闭，所述空气分离器向所述燃油箱供应富氮气体。
根据上述技术方案，本发明的具有富氮气体储存功能的惰化系统能起到以下有益技术效果：燃油箱内低氧浓度状态的优先级高于向富氮气体储气罐供应富氮气体，能确保燃油箱内低氧浓度状态。
较佳的是，所述具有富氮气体储存功能的惰化系统还包括压缩机，所述压缩机设置在连接于所述空气分离器与所述富氮气体储气罐之间的管路中，且连接在所述第三切断阀之后，以将富氮气体压缩后供应到所述富氮气体储气罐。
根据上述技术方案，本发明的具有富氮气体储存功能的惰化系统能起到以下有益技术效果：压缩机将富氮气体压缩后填充到富氮气体储气罐内，增加了储气量，提高系统对燃油箱惰化的能力。
较佳的是，所述具有富氮气体储存功能的惰化系统还包括第一单向阀，所述第一单向阀设置在连接于所述空气分离器与所述燃油箱之间的管路中，且连接在所述第二切断阀之后，所述第一单向阀也设置在连接于所述富氮气体储气罐与所述燃油箱之间的管路中，且连接在所述第四切断阀之后。
根据上述技术方案，本发明的具有富氮气体储存功能的惰化系统能起到以下有益技术效果：能防止油气倒流至空气分离器和富氮气体储气罐。
较佳的是，所述具有富氮气体储存功能的惰化系统还包括第二单向阀，所述第二单向阀设置在连接于所述空气分离器与所述富氮气体储气罐之间的管路中，且连接在所述第三切断阀之后。
根据上述技术方案，本发明的具有富氮气体储存功能的惰化系统能起到以下有益技术效果：能防止所述富氮气体储气罐中富氮气体倒流至空气分离器。
较佳的是，所述富氮气体储气罐内的压力设定值取决于所述富氮气体储气罐的材料和结构形式。
根据上述技术方案，本发明的具有富氮气体储存功能的惰化系统能起到以下有益技术效果：能确保富氮气体储气罐在安全可靠的前提下储存尽量多的富氮气体。
附图说明
图1是本发明一实施例的具有富氮气体储存功能的惰化系统的示意图。
附图标记列表
1：空气分离器；
2：富氮气体储气罐；
3：惰化控制器；
4：压缩机；
5：燃油箱；
V1：第一切断阀；
V2：第二切断阀；
V3：第三切断阀；
V4：第四切断阀；
V5：第一单向阀；
V6：第二单向阀；
S1：氧浓度传感器；
S2：压力传感器。
具体实施方式
以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计、制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。
除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。
图1是本发明一实施例的具有富氮气体储存功能的惰化系统的示意图。
如图1所示，根据本发明的一实施例，具有富氮气体储存功能的惰化系统包括空气分离器1、富氮气体储气罐2、第一切断阀V1、第二切断阀V2、第三切断阀V3、第四切断阀V4、氧浓度传感器S1、压力传感器S2和惰化控制器3；
其中，第一切断阀V1设置在连接于空气分离器1之前的管路中，第二切断阀V2设置在连接于空气分离器1与燃油箱5之间的管路中，第三切断阀V3设置在连接于空气分离器1与富氮气体储气罐2之间的管路中，第四切断阀V4设置在连接于富氮气体储气罐2与燃油箱5之间的管路中；
其中，氧浓度传感器S1设置在燃油箱5内且与惰化控制器3连通(例如通过线缆)，以将燃油箱5内的氧浓度信号传递到惰化控制器3，压力传感器S2设置在富氮气体储气罐2内且与惰化控制器3连通(例如通过线缆)，以将富氮气体储气罐2内的压力信号传递到惰化控制器3，第一切断阀V1、第二切断阀V2、第三切断阀V3和第四切断阀V4都与惰化控制器3连通(例如通过线缆)，从而惰化控制器3控制第一切断阀V1、第二切断阀V2、第三切断阀V3和第四切断阀V4的开启/关闭；
在飞机爬升、巡航阶段，惰化控制器3控制第一切断阀V1开启、第二切断阀V2开启、第三切断阀V3关闭和第四切断阀V4关闭，空气分离器1向燃油箱5供应富氮气体，当氧浓度传感器S1测得燃油箱5内的氧浓度已处在安全范围内时，惰化控制器3控制第一切断阀V1开启、第二切断阀V2关闭、第三切断阀V3开启和第四切断阀V4关闭，空气分离器1向富氮气体储气罐2供应富氮气体，当压力传感器S2测得富氮气体储气罐2内的压力已达到设定值时，惰化控制器3控制第一切断阀V1开启、第二切断阀V2开启、第三切断阀V3关闭和第四切断阀V4关闭，空气分离器1继续向燃油箱5供应富氮气体；
在飞机下降阶段，当氧浓度传感器S1测得燃油箱5内的氧浓度已超出安全范围时，惰化控制器3控制第一切断阀V1开启、第二切断阀V2开启、第三切断阀V3关闭和第四切断阀V4开启，空气分离器1和富氮气体储气罐2同时向燃油箱5供应富氮气体。
根据上述技术方案，本发明的具有富氮气体储存功能的惰化系统能起到以下有益技术效果：能合理高效地分配富氮气体至目标燃油箱5，保持下降阶段燃油箱5内低氧浓度状态；能降低飞机对惰化系统性能的要求，减少对飞机气源系统引气的消耗。
具体地说，在飞机爬升、巡航阶段，在燃油箱内氧气浓度降低到适航要求的惰性状态时，停止向目标燃油箱供应富氮气体，空气分离器分离出的富氮气体供应富氮气体储气罐；在飞机下降阶段，停止空气分离器向富氮气体储气罐供气，空气分离器与富氮气体储气罐同时向目标燃油箱传输富氮气体，使燃油箱保持惰化状态，补偿机外空气进入燃油箱对燃油箱氧气浓度的影响；系统实现了富氮气体合理分配，与传统惰化系统相比对系统产生富氮气体流量要求减少，因此对惰化系统核心部件空气分离器性能要求降低，对气源引流量降低，相比传统惰化系统该系统更高效、节能。
在一些实施例中，如图1所示，在飞机爬升、巡航阶段，只要当氧浓度传感器S1测得燃油箱5内的氧浓度已超出安全范围时，惰化控制器3控制第一切断阀V1开启、第二切断阀V2开启、第三切断阀V3关闭和第四切断阀V4关闭，空气分离器1向燃油箱5供应富氮气体。根据上述技术方案，本发明的具有富氮气体储存功能的惰化系统能起到以下有益技术效果：燃油箱5内低氧浓度状态的优先级高于向富氮气体储气罐2供应富氮气体，能确保燃油箱5内低氧浓度状态。
在一些实施例中，如图1所示，具有富氮气体储存功能的惰化系统还包括压缩机4，压缩机4设置在连接于空气分离器1与富氮气体储气罐2之间的管路中，且连接在第三切断阀V3之后，以将富氮气体压缩后供应到富氮气体储气罐2。根据上述技术方案，本发明的具有富氮气体储存功能的惰化系统能起到以下有益技术效果：压缩机4将富氮气体压缩后填充到富氮气体储气罐2内，增加了储气量，提高系统对燃油箱5惰化的能力。
在一些实施例中，如图1所示，压缩机4也与惰化控制器3连通(例如通过线缆)。也就是说，惰化控制器3控制第三切断阀V3开启时，同时控制压缩机4工作，以将富氮气体压缩后供应到富氮气体储气罐2。
在一些实施例中，如图1所示，具有富氮气体储存功能的惰化系统还包括第一单向阀V5，第一单向阀V5设置在连接于空气分离器1与燃油箱5之间的管路中，且连接在第二切断阀V2之后，第一单向阀V5也设置在连接于富氮气体储气罐2与燃油箱5之间的管路中，且连接在第四切断阀V4之后。根据上述技术方案，本发明的具有富氮气体储存功能的惰化系统能起到以下有益技术效果：能防止油气倒流至空气分离器1和富氮气体储气罐2。
在一些实施例中，如图1所示，具有富氮气体储存功能的惰化系统还包括第二单向阀V6，第二单向阀V6设置在连接于空气分离器1与富氮气体储气罐2之间的管路中，且连接在第三切断阀V3之后。根据上述技术方案，本发明的具有富氮气体储存功能的惰化系统能起到以下有益技术效果：能防止富氮气体储气罐2中富氮气体倒流至空气分离器1。
在一些实施例中，富氮气体储气罐2内的压力设定值取决于富氮气体储气罐2的材料和结构形式。根据上述技术方案，本发明的具有富氮气体储存功能的惰化系统能起到以下有益技术效果：能确保富氮气体储气罐2在安全可靠的前提下储存尽量多的富氮气体。
本发明的具有富氮气体储存功能的惰化系统与现有技术相比可具有以下优点：
比传统惰化系统增加富氮气体储气罐和监测其压力的压力传感器，可以用富氮气体储气罐储存过剩的富氮气体。
压缩机将富氮气体压缩后填充到富氮气体储气罐内，增加了储气量，提高系统对燃油箱惰化的能力。
提高飞机下降阶段中燃油箱惰化效率。下降阶段，富氮气体储气罐与空气分离器同时向目标燃油箱供应富氮气体，使燃油箱能维持惰化状态。
系统实现了富氮气体合理分配，与传统惰化系统相比对系统产生富氮气体流量要求减少，因此对惰化系统核心部件空气分离器性能要求降低，对气源引流量降低，相比传统惰化系统该系统更高效、节能。
成本低廉。相比传统惰化系统，增加的压缩机、切断阀、单向阀都是常见设备，无特殊要求，且降低对惰化系统核心部件空气分离器性能的要求。
通用性强。对于大部分燃油箱，为了保持燃油箱内外压力平衡，往往有通气系统。因此飞行过程中氧气浓度变化规律基本一致。本架构的惰化系统可以解决下降阶段氧浓度迅速增大的问题，通用性强。
以上对本发明的具体实施方式进行了描述，但本领域技术人员将会理解，上述具体实施方式并不构成对本发明的限制，本领域技术人员可以在以上公开内容的基础上进行多种修改，而不超出本发明的范围。
Claims (6)
1.一种具有富氮气体储存功能的惰化系统，其特征在于，所述具有富氮气体储存功能的惰化系统包括空气分离器、富氮气体储气罐、第一切断阀、第二切断阀、第三切断阀、第四切断阀、氧浓度传感器、压力传感器和惰化控制器；
其中，所述第一切断阀设置在连接于所述空气分离器之前的管路中，所述第二切断阀设置在连接于所述空气分离器与燃油箱之间的管路中，所述第三切断阀设置在连接于所述空气分离器与所述富氮气体储气罐之间的管路中，所述第四切断阀设置在连接于所述富氮气体储气罐与所述燃油箱之间的管路中；
其中，所述氧浓度传感器设置在所述燃油箱内且与所述惰化控制器连通，以将所述燃油箱内的氧浓度信号传递到所述惰化控制器，所述压力传感器设置在所述富氮气体储气罐内且与所述惰化控制器连通，以将所述富氮气体储气罐内的压力信号传递到所述惰化控制器，所述第一切断阀、所述第二切断阀、所述第三切断阀和所述第四切断阀都与所述惰化控制器连通，从而所述惰化控制器控制所述第一切断阀、所述第二切断阀、所述第三切断阀和所述第四切断阀的开启/关闭；
在飞机爬升、巡航阶段，所述惰化控制器控制所述第一切断阀开启、所述第二切断阀开启、所述第三切断阀关闭和所述第四切断阀关闭，所述空气分离器向所述燃油箱供应富氮气体，当所述氧浓度传感器测得所述燃油箱内的氧浓度已处在安全范围内时，所述惰化控制器控制所述第一切断阀开启、所述第二切断阀关闭、所述第三切断阀开启和所述第四切断阀关闭，所述空气分离器向所述富氮气体储气罐供应富氮气体，当所述压力传感器测得所述富氮气体储气罐内的压力已达到设定值时，所述惰化控制器控制所述第一切断阀开启、所述第二切断阀开启、所述第三切断阀关闭和所述第四切断阀关闭，所述空气分离器继续向所述燃油箱供应富氮气体；
在飞机下降阶段，当所述氧浓度传感器测得所述燃油箱内的氧浓度已超出安全范围时，所述惰化控制器控制所述第一切断阀开启、所述第二切断阀开启、所述第三切断阀关闭和所述第四切断阀开启，所述空气分离器和所述富氮气体储气罐同时向所述燃油箱供应富氮气体。
2.如权利要求1所述的具有富氮气体储存功能的惰化系统，其特征在于，在飞机爬升、巡航阶段，只要当所述氧浓度传感器测得所述燃油箱内的氧浓度已超出安全范围时，所述惰化控制器控制所述第一切断阀开启、所述第二切断阀开启、所述第三切断阀关闭和所述第四切断阀关闭，所述空气分离器向所述燃油箱供应富氮气体。
3.如权利要求1所述的具有富氮气体储存功能的惰化系统，其特征在于，所述具有富氮气体储存功能的惰化系统还包括压缩机，所述压缩机设置在连接于所述空气分离器与所述富氮气体储气罐之间的管路中，且连接在所述第三切断阀之后，以将富氮气体压缩后供应到所述富氮气体储气罐。
4.如权利要求1所述的具有富氮气体储存功能的惰化系统，其特征在于，所述具有富氮气体储存功能的惰化系统还包括第一单向阀，所述第一单向阀设置在连接于所述空气分离器与所述燃油箱之间的管路中，且连接在所述第二切断阀之后，所述第一单向阀也设置在连接于所述富氮气体储气罐与所述燃油箱之间的管路中，且连接在所述第四切断阀之后。
5.如权利要求1所述的具有富氮气体储存功能的惰化系统，其特征在于，所述具有富氮气体储存功能的惰化系统还包括第二单向阀，所述第二单向阀设置在连接于所述空气分离器与所述富氮气体储气罐之间的管路中，且连接在所述第三切断阀之后。
6.如权利要求1所述的具有富氮气体储存功能的惰化系统，其特征在于，所述富氮气体储气罐内的压力设定值取决于所述富氮气体储气罐的材料和结构形式。
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