CN113895602A - 一种浮空器内囊气体加热装置、浮空器及浮空系留系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浮空器内囊气体加热装置、浮空器及浮空系留系统，加热器内设有加热空间，抽气管、所述加热空间和送气管依次连通形成气体循环通道，抽气风机设置在所述循环通道内。通过上述优化设计的浮空器内囊气体加热装置，基于气囊内气体的热能交换，利用外界加热设备对浮空器气囊内气体进行循环加热，使升温气体形成一个热载体，通过冷热气体在气囊内部的对流换热，使整个气囊气体及气囊表面所附着的冰雪升温，在升温气囊表面与冰雪之间形成一个相对长时间不再积雪的中间过渡层，延缓球体表面的积雪速度，增大融雪化冰的效果。
Description
技术领域
本发明涉及浮空系留技术领域，尤其涉及一种浮空器内囊气体加热装置、浮空器及浮空系留系统。
背景技术
系留气球等浮空器在冬季或在气候寒冷地区地面系留维护时，霜冻、积雪、覆冰等粘附物粘着在球体表面，构成了威胁浮空器安全运行的巨大隐患：一方面会增加球体重量，使停泊在地面系留装置上的浮空器与地面障碍物碰撞而损坏囊体；另一方面会破坏浮空器的气动外形，导致球体飞行阻力增加，飞行稳定性下降。
对于系留气球这类软式浮空器而言，目前已知采用的较为有效的地面除冰雪方法主要有五种：
1)机械法，借助固定球体上的刮雪板在球表面上前后移动，顺利清除气球表面上的积雪；
2)化学法，借助除冰车喷洒除冰溶液，溶解球体表面积雪；
3)热能法，利用除冰车喷射热氦气或热水清除球体表面冰雪；
4)气压法，借用暖风机的高速气流吹除球体冰雪；
5)拍击振动法，反复拍击振动球体，对积雪加以清除。
上述融雪除冰作业的方法或采用的除冰雪装置很大程度上由积雪和冰层的形成特性及其物理机械性质决定。降雪分为干雪和湿雪，干雪质地松软，可用高速气流、刮雪板或振动等方法清除；而湿雪则易形成结冰，同时干雪受气温回升、日照等影响也会形成结冰，通常质地较硬，用刮雪板、拍击振动、热力除冰等特殊方法进行清理难度都较大，对尾部和尾翼等非平面上的清除效率更低。
上述几类浮空器除冰雪方法，属于被动除冰雪的范畴，即在实施操作前，球体表面积雪积冰往往已经对球体的浮力和姿态性能形成了影响，对球体的安全性构成了威胁。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种浮空器内囊气体加热装置、浮空器及浮空系留系统。
本发明提出的一种浮空器内囊气体加热装置、浮空器及浮空系留系统，包括：抽气管、抽气风机、加热器和送气管；
加热器内设有加热空间，抽气管、所述加热空间和送气管依次连通形成气体循环通道，抽气风机设置在所述循环通道内。
优选地，还包括送气转换接头，送气转换接头上并联多个送气管。
优选地，还包括抽气转换接头，抽气转换接头上并联多个抽气管。
优选地，抽气管和送气管均采用软管。
本发明中，所提出的浮空器内囊气体加热装置，加热器内设有加热空间，抽气管、所述加热空间和送气管依次连通形成气体循环通道，抽气风机设置在所述循环通道内。通过上述优化设计的浮空器内囊气体加热装置，基于气囊内气体的热能交换，利用外界加热设备对浮空器气囊内气体进行循环加热，使升温气体形成一个热载体，通过冷热气体在气囊内部的对流换热，使整个气囊气体及气囊表面所附着的冰雪升温，在升温气囊表面与冰雪之间形成一个相对长时间不再积雪的中间过渡层，延缓球体表面的积雪速度，增大融雪化冰的效果。
本发明还提出一种除冰雪浮空器，包括上述的浮空器内囊气体加热装置。
优选地，还包括浮空气囊，浮空气囊上设有低温气体出口和高温气体进口，抽气管远离加热器一端与所述低温气体出口连通，送气管远离加热器一端与所述高温气体进口连通。
优选地，包括空气囊、氦气囊、空气加热装置和氦气加热装置；
空气囊上设有低温空气出口和高温空气进口，空气加热装置包括空气抽气管、空气抽气风机、空气加热器和空气送气管，空气加热器内设有空气加热空间，空气抽气管、所述空气加热空间和空气送气管依次连通形成空气循环通道，空气抽气风机设置在所述空气循环通道内，空气抽气管远离空气加热器一端与所述低温空气出口连通，空气送气管远离空气加热器一端与所述高温空气进口连通；
氦气囊上设有低温氦气出口和高温氦气进口，氦气加热装置包括氦气抽气管、氦气抽气风机、氦气加热器和氦气送气管，氦气加热器内设有氦气加热空间，氦气抽气管、所述氦气加热空间和氦气送气管依次连通形成氦气循环通道，氦气抽气风机设置在所述氦气循环通道内，氦气抽气管远离氦气加热器一端与所述低温氦气出口连通，氦气送气管远离氦气加热器一端与所述高温氦气进口连通。
优选地，氦气抽气风机安装在所述氦气加热空间和氦气抽气管之间，空气抽气风机安装在空气送气管与所述高温空气进口之间。
优选地，氦气囊和空气囊共同形成椭圆状浮空气囊，空气囊位于氦气囊底部，所述低温空气出口和所述高温空气进口位于空气囊底部，所述低温氦气出口和所述高温氦气出口位于氦气囊长度方向一端。
本发明还提出一种浮空系留系统，包括系留塔和根据上述的除冰雪浮空器，浮空气囊通过系留绳与系留塔连接，加热器安装在系留塔上。
优选地，还包括水平横梁，系留塔位于水平横梁一端，浮空气囊位于水平横梁上方，氦气加热器位于浮空气囊一侧且安装在系留塔上，空气加热器位于浮空气囊下方且安装在水平横梁上。
本发明中，所提出的除冰雪浮空器及浮空系留系统，其技术效果与上述浮空器内囊气体加热装置近似，因此不再赘述。
附图说明
图1为本发明提出的一种浮空系留系统的结构示意图。
图2为本发明提出的氦气加热装置的结构示意图。
图3为本发明提出的空气加热装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1至3所示，图1为本发明提出的一种浮空系留系统的结构示意图，图2为本发明提出的氦气加热装置的结构示意图，图3为本发明提出的空气加热装置的结构示意图。
本发明提出的一种浮空器内囊气体加热装置、浮空器及浮空系留系统，包括：抽气管、抽气风机、加热器和送气管；
加热器内设有加热空间，抽气管、所述加热空间和送气管依次连通形成气体循环通道，抽气风机设置在所述循环通道内。
为了说明本实施例的浮空器内囊气体加热装置的工作原理，本实施例还提出一种除冰雪浮空器，包括上述的浮空器内囊气体加热装置。
具体地，还包括浮空气囊，浮空气囊上设有低温气体出口和高温气体进口，抽气管远离加热器一端与所述低温气体出口连通，送气管远离加热器一端与所述高温气体进口连通。
本实施例的防冰雪浮空器在具体工作过程中，抽气风机工作，通过抽气管将浮空气囊内的气体抽至加热器的加热空间内，通过加热器对加热空间内的气体进行加热后，通过送气管送回至浮空气囊内，通过浮空气囊内的气体冷热交换，将热量传递给气囊内的低温气体，进而提高气囊顶部积雪壁面温度，从而融冰化雪。
在加热器的具体设计方式中，可通过燃油燃烧产生热量，对加热空间内的气体进行加热。加热时，将一定流量和压力燃油喷入加热器的燃烧室燃烧，再通过抽气风机将低温气体抽至加热空间内，高温燃气可通过板换对低温气体换热对其进行加热。加热器可采用PLC控制器集中控制，在接收到加热指令后，加热器首先启动抽气风机吹除燃烧室内可能存在的易燃气体，随后启动燃油泵，从油箱内抽吸燃油、增压后送至喷油口，经高压雾化后喷入燃烧室，点火装置在控制器的控制下点火，燃油充分燃烧，燃气流过板式换热器与气体充分换热后，最后经独立的风道排入大气环境，保证加热气体的纯净度不低于98％，加热后出气温度增加值不低于10℃。
参照图1-3，在具体实施方式中，本实施例的防冰雪浮空器包括空气囊2、氦气囊1、空气加热装置和氦气加热装置；
空气囊2上设有低温空气出口和高温空气进口，空气加热装置包括空气抽气管31、空气抽气风机32、空气加热器33和空气送气管34，空气加热器33内设有空气加热空间，空气抽气管31、所述空气加热空间和空气送气管34依次连通形成空气循环通道，空气抽气风机32设置在所述空气循环通道内，空气抽气管31远离空气加热器33一端与所述低温空气出口连通，空气送气管34远离空气加热器33一端与所述高温空气进口连通；
氦气囊1上设有低温氦气出口和高温氦气进口，氦气加热装置包括氦气抽气管41、氦气抽气风机42、氦气加热器43和氦气送气管44，氦气加热器43内设有氦气加热空间，氦气抽气管41、所述氦气加热空间和氦气送气管44依次连通形成氦气循环通道，氦气抽气风机42设置在所述氦气循环通道内，氦气抽气管41远离氦气加热器43一端与所述低温氦气出口连通，氦气送气管44远离氦气加热器43一端与所述高温氦气进口连通。
开始工作时，依次控制启动氦气加热器，将一定流量和压力燃油喷入燃烧室燃烧，再控制抽气风机将低温氦气从氦气囊出口以一定压力和流量抽吸增压，进入氦气加热器内与高温燃气换热，并对加热后氦气温度进行控制；同样，在空气进行加热时，依次控制启动空气加热器，将一定流量和压力燃油喷入燃烧室燃烧，再控制抽气风机将低温空气从空气囊出口以一定压力和流量抽吸增压，进入空气加热器内与高温燃气换热，并对加热后空气温度进行控制。
在具体控制过程中，通过安装在送气管内的温度传感器对加热气体进行实时温度监测，当送气温度低于设定温度时，自动降低加热器的增压风机的通风量，减少通过抽气管从气囊抽取的气体量，促使更少气流流经换热器更充分换热，达到强化换热和提高送气温度的效果。
在气囊的具体设计方式中，氦气囊1和空气囊2共同形成椭圆状浮空气囊，空气囊2位于氦气囊1底部，所述低温空气出口和所述高温空气进口位于空气囊2底部，所述低温氦气出口和所述高温氦气出口位于氦气囊1长度方向一端；在加热过程中，通过高温氦气入口进入的高温氦气在氦气囊内向顶部移动，直接对氦气囊顶壁加热，通过高温空气入口进入的高温空气在空气囊同样向顶部移动，对位于氦气囊底部的低温氦气进行加热，有效帮助提高氦气囊内的温度，进而提高整个气囊顶部的加热效果。
为了详细说明加热装置的具体布置方式，本实施例还包括一种浮空系留系统，包括系留塔5和上述的除冰雪浮空器，浮空气囊通过系留绳与系留塔5连接，加热器安装在系留塔5上。
具体地，浮空系留系统还包括水平横梁6，系留塔5位于水平横梁6一端，浮空气囊位于水平横梁6上方，氦气加热器43位于浮空气囊一侧且安装在系留塔5上，空气加热器33位于浮空气囊下方且安装在水平横梁6上；相应地，可将高温氦气入口和低温氦气入口设置在氦气囊靠近系留塔一端，高温空气入口和低温空气入口设置在空气囊底部。在浮空气囊浮空时，加热器设置在外部，不会增加气囊负载，并且能够保证对气囊内气体的可靠循环加热。优选地，抽气管和送气管均采用软管。
为了提高对气囊内气体的加热效果，进一步地，高温氦气入口位于低温氦气出口上方。
在实际设计中，可根据气体加热需要设置多个抽气管和/或多个送气管，相应地，所述的浮空器内囊气体加热装置包括送气转换接头45，通过送气转换接头45上并联多个送气管，和/或所述的浮空器内囊气体加热装置包括抽气转换接头35，通过抽气转换接头35上并联多个抽气管。
在抽气风机的具体设计方式中，氦气抽气风机42安装在所述氦气加热空间和氦气抽气管41之间，空气抽气风机32安装在空气送气管34与所述高温空气进口之间。
具体地，低温氦气出口与放气阀门采用法兰结构硬式连接，通过环形螺旋压板将放气阀门固定在氦气囊上，两者的连接通过蝶形螺母压紧，中间采用橡胶垫圈保证两者的密封。
同样，空气抽气风机32安装在高温空气入口处，两者采用法兰结构硬式连接，通过环形螺旋压板将空气抽气风机32固定在空气囊上，中间采用橡胶垫圈保证两者的密封，再通过蝶形螺母压紧。低温空气出口与放气阀门采用法兰结构硬式连接，通过环形螺旋压板将放气阀门固定在低温空气出口处，两者的连接通过蝶形螺母压紧，中间采用橡胶垫圈保证两者的密封。
本实施例的除冰雪装置采用独特的密封闭环气路和集中加热控制技术，有效的解决了浮空器软式的球体和随风顺桨的系留方式带来的除冰雪难题，保障了球体表面重点部位的积雪定点清除。通过采用氦气囊直接加热和空气囊间接加热的除冰雪思路，组合使用氦气囊加热装置和空气囊加热装置，循环加热氦气囊内部积雪表面，提高浮空器在冰雪环境下的响应能力，实现快速的除冰化雪。
本发明的管道内径、安装布置形式是针对浮空器所处的大气环境，通过详细的热力学模型研究、仿真分析和试验验证得到的，球体表面积雪积冰清除效果受到包括积雪厚度，环境温度、风速、加热功率、管道尺寸等关键因素的影响，在浮空器囊体能够承受的温度范围内，提高加热设备功率、增强抽吸风机压力、提高风管保温性能，可以增强气囊温度的加热效果，增强除冰雪的能力。
在本实施例中，所提出的浮空器内囊气体加热装置、浮空器及浮空系留系统，加热器内设有加热空间，抽气管、所述加热空间和送气管依次连通形成气体循环通道，抽气风机设置在所述循环通道内。通过上述优化设计的浮空器内囊气体加热装置，基于气囊内气体的热能交换，利用外界加热设备对浮空器气囊内气体进行循环加热，使升温气体形成一个热载体，通过冷热气体在气囊内部的对流换热，使整个气囊气体及气囊表面所附着的冰雪升温，在升温气囊表面与冰雪之间形成一个相对长时间不再积雪的中间过渡层，延缓球体表面的积雪速度，增大融雪化冰的效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种浮空器内囊气体加热装置，其特征在于，包括：抽气管、抽气风机、加热器和送气管；
加热器内设有加热空间，抽气管、所述加热空间和送气管依次连通形成气体循环通道，抽气风机设置在所述循环通道内。
2.根据权利要求1所述的浮空器内囊气体加热装置，其特征在于，还包括送气转换接头，送气转换接头上并联多个送气管。
3.根据权利要求1所述的浮空器内囊气体加热装置，其特征在于，还包括抽气转换接头，抽气转换接头上并联多个抽气管。
4.根据权利要求1所述的浮空器内囊气体加热装置，其特征在于，抽气管和送气管均采用软管。
5.一种除冰雪浮空器，其特征在于，包括根据权利要求1-4所述的浮空器内囊气体加热装置。
优选地，还包括浮空气囊，浮空气囊上设有低温气体出口和高温气体进口，抽气管远离加热器一端与所述低温气体出口连通，送气管远离加热器一端与所述高温气体进口连通。
6.根据权利要求5所述的除冰雪浮空器，其特征在于，包括空气囊(2)、氦气囊(1)、空气加热装置和氦气加热装置；
空气囊(2)上设有低温空气出口和高温空气进口，空气加热装置包括空气抽气管(31)、空气抽气风机(32)、空气加热器(33)和空气送气管(34)，空气加热器(33)内设有空气加热空间，空气抽气管(31)、所述空气加热空间和空气送气管(34)依次连通形成空气循环通道，空气抽气风机(32)设置在所述空气循环通道内，空气抽气管(31)远离空气加热器(33)一端与所述低温空气出口连通，空气送气管(34)远离空气加热器(33)一端与所述高温空气进口连通；
氦气囊(1)上设有低温氦气出口和高温氦气进口，氦气加热装置包括氦气抽气管(41)、氦气抽气风机(42)、氦气加热器(43)和氦气送气管(44)，氦气加热器(43)内设有氦气加热空间，氦气抽气管(41)、所述氦气加热空间和氦气送气管(44)依次连通形成氦气循环通道，氦气抽气风机(42)设置在所述氦气循环通道内，氦气抽气管(41)远离氦气加热器(43)一端与所述低温氦气出口连通，氦气送气管(44)远离氦气加热器(43)一端与所述高温氦气进口连通。
7.根据权利要求6所述的除冰雪浮空器，其特征在于，氦气抽气风机(42)安装在所述氦气加热空间和氦气抽气管(41)之间，空气抽气风机(32)安装在空气送气管(34)与所述高温空气进口之间。
8.根据权利要求6所述的除冰雪浮空器，其特征在于，氦气囊(1)和空气囊(2)共同形成椭圆状浮空气囊，空气囊(2)位于氦气囊(1)底部，所述低温空气出口和所述高温空气进口位于空气囊(2)底部，所述低温氦气出口和所述高温氦气出口位于氦气囊(1)长度方向一端。
9.一种浮空系留系统，其特征在于，包括系留塔(5)和根据权利要求5-8任一项所述的除冰雪浮空器，浮空气囊通过系留绳与系留塔(5)连接，加热器安装在系留塔(5)上。
10.根据权利要求9所述的浮空系留系统，其特征在于，还包括水平横梁(6)，系留塔(5)位于水平横梁(6)一端，浮空气囊位于水平横梁(6)上方，氦气加热器(43)位于浮空气囊一侧且安装在系留塔(5)上，空气加热器(33)位于浮空气囊下方且安装在水平横梁(6)上。
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