CN211711100U - 基于空气动力涡轮驱动的座舱增压供氧系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于空气动力涡轮驱动的座舱增压供氧系统，包含温度传感器、第一电动控制阀、第一换热器、水分离器、文丘里稳压器、压力传感器、第一流量传感器、空气动力涡轮、第二电动控制阀、中空纤维膜分离器、离心式压缩机、第二流量传感器、第二换热器、第三流量传感器和控制器。本实用新型应用空气动力涡轮驱动的离心式压缩机，对中空纤维膜分离器的富氧气体予以回收和利用。提高了座舱氧含量，方便了座舱压力高度的提升，有效地降低了对座舱结构强度的要求；降低了从发动机压气机的引气量，减少了飞机的代偿损失；系统无电机驱动，制造可行；空气动力涡轮具有转速高、体积小、流量大的特点，符合座舱增压供氧的技术要求。

Description

基于空气动力涡轮驱动的座舱增压供氧系统

技术领域

本实用新型涉及航空系统技术领域，尤其涉及一种基于空气动力涡轮驱动的座舱增压供氧系统。

背景技术

在飞行器整个飞行过程中，乘员将会受到各种环境因素的影响，其中缺氧对人体生理活动的影响最为强烈，因此实现飞机座舱增压供氧对于保障乘员的生命安全至关重要。当飞机在高空飞行时，必须采取相应措施保证其乘员座舱氧浓度水平不低于海拔2400米对应的氧浓度水平，其原因是：2400米是长时间飞行不会因轻度缺氧而过度疲劳的最大高度。为此，座舱结构承受了巨大的压力差，它提高了座舱结构强度要求和重量，带来了较大的发动机引气量损失和燃油代偿损失。

由于飞机座舱压力制度的确定与座舱的氧浓度水平有着密切的联系，如果能有效地提高飞机座舱的氧浓度，就可以在保证旅客和空勤人员正常生活与工作水平的同时，对飞机座舱的压力高度进行适当的提升。座舱压力高度的提升将减小飞机结构损坏时所造成爆炸减压的危险性并且有效地降低对座舱结构强度的技术要求，从而减轻飞机的总体重量、减小燃油代偿损失。同时座舱压力高度的提升也意味着发动机压气机的引气量的减少，这将极大程度地提升飞机总体性能。

目前，采用中空纤维膜机载制氮技术对飞机燃油箱进行惰化保护已经被世界各国的多种类型的飞机接受和采用，其中中空纤维膜所制取的富氧气体往往作为废气排出机外。本实用新型采用中空纤维膜所制取的富氧气体作为增压供氧源，应用空气动力涡轮驱动的离心式压缩机对富氧气体予以回收和利用，有效地提高座舱的氧浓度水平从而减少从发动机压气机的引气量、降低座舱结构重量并且进一步地提高飞机座舱的安全性与舒适性。

本实用新型由于系统无电机驱动，制造可行，同时空气动力涡轮具有转速高、体积小、流量大、方便制造等特点，相比于其他增压方式更符合座舱增压供氧的技术要求。采用空气动力涡轮驱动的离心式压气机对富氧气体进行回收和利用还能一定程度上降低中空纤维膜富氧气体出口的压力，从而提高中空纤维膜的分离效率。因此采用该基于空气动力涡轮驱动的座舱增压供氧系统能在多个方面提升飞机的总体性能，研制这样的系统需要一定技术创新。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于空气动力涡轮驱动的座舱增压供氧系统。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于空气动力涡轮驱动的座舱增压供氧系统，包含温度传感器、第一电动控制阀、第一换热器、水分离器、文丘里稳压器、压力传感器、第一流量传感器、空气动力涡轮、第二电动控制阀、中空纤维膜分离器、离心式压缩机、第二流量传感器、第二换热器、第三流量传感器和控制器；

所述中空纤维膜分离器包含空气入口、富氧气体出口和富氮气体出口，用于将冷却清洁后的发动机引气分离为富氧气体、富氮气体后分别经富氧气体出口和富氮气体出口输出；

飞机发动机的引气出口、温度传感器、第一电动控制阀、第一换热器的热边通道、水分离器、文丘里稳压器、压力传感器、第一流量传感器的一端通过管道依次相连；

所述第一换热器冷边通道的入口通过管道与外界冲压空气相连，第一换热器冷边通道的出口通过管道将经过第一换热器冷边通道的气体排至机外；

所述第一流量传感器的另一端分别和所述第二电动控制阀的一端、空气动力涡轮的入口通过管道相连；

所述第二电动控制阀的另一端和所述中空纤维膜分离器的空气入口管道相连；

所述中空纤维膜分离器的富氮气体出口和所述第二流量传感器的一端管道相连；所述第二流量传感器的另一端和飞机的燃油箱惰化管路相连，用于将富氮气体通入燃油箱对燃油箱进行惰化保护；

所述空气动力涡轮的输出轴和所述离心式压缩机的转轴同轴固连，空气动力涡轮的出口与所述第二换热器冷边通道的入口管道相连，所述空气动力涡轮用于利用经过其内的空气作为动力带动离心式压缩机工作；

所述第二换热器冷边通道的出口通过管道将经过第二换热器冷边通道的气体排至机外；

所述中空纤维膜分离器的富氧气体出口、离心式压缩机、第二换热器热边通道、第三流量传感器的一端通过管道依次相连；

所述第三流量传感器的另一端通过管道和飞机的座舱相连；

所述控制器分别和温度传感器、压力传感器、第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器、第一电动控制阀、第二电动控制阀电气相连，用于获取温度传感器、压力传感器、第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器的感应信息并控制第一电动控制阀、第二电动控制阀工作。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本实用新型应用空气动力涡轮驱动的离心式压缩机，对中空纤维膜分离器的富氧气体予以回收和利用。提高了座舱氧含量，方便了座舱压力高度的提升，有效地降低了对座舱结构强度的要求；降低了从发动机压气机的引气量，减小了飞机的代偿损失；系统无电机驱动，制造可行；空气动力涡轮具有转速高、体积小、流量大的特点，符合座舱增压供氧的技术要求。

附图说明

图1是本实用新型一种基于空气动力涡轮驱动的座舱增压供氧系统的示意图。

图中，1-温度传感器，2-第一电动控制阀，3-第一换热器，4-水分离器，5-文丘里稳压器，6-压力传感器，7-第一流量传感器，8-空气动力涡轮，9-第二电动控制阀，10-中空纤维膜分离器，11-离心式压缩机，12-第二流量传感器，13-燃油箱，14-第二换热器，15-第三流量传感器，16-座舱，17-控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

本实用新型可以以多种不同的形式实现，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实用新型的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本实用新型公开了一种基于空气动力涡轮驱动的座舱增压供氧系统，包含温度传感器、第一电动控制阀、 第一换热器、水分离器、文丘里稳压器、压力传感器、第一流量传感器、空气动力涡轮、第二电动控制阀、中空纤维膜分离器、离心式压缩机、第二流量传感器、第二换热器、第三流量传感器和控制器；

所述中空纤维膜分离器包含空气入口、富氧气体出口和富氮气体出口，用于将冷却清洁后的发动机引气分离为富氧气体、富氮气体后分别经富氧气体出口和富氮气体出口输出；

飞机发动机的引气出口、温度传感器、第一电动控制阀、第一换热器的热边通道、水分离器、文丘里稳压器、压力传感器、第一流量传感器的一端通过管道依次相连；

所述第一换热器冷边通道的入口通过管道与外界冲压空气相连，第一换热器冷边通道的出口通过管道将经过第一换热器冷边通道的气体排至机外；

所述第一流量传感器的另一端分别和所述第二电动控制阀的一端、空气动力涡轮的入口通过管道相连；

所述第二电动控制阀的另一端和所述中空纤维膜分离器的空气入口管道相连；

所述中空纤维膜分离器的富氮气体出口和所述第二流量传感器的一端管道相连；所述第二流量传感器的另一端和飞机的燃油箱惰化管路相连，用于将富氮气体通入燃油箱对燃油箱进行惰化保护；

所述空气动力涡轮的输出轴和所述离心式压缩机的转轴同轴固连，空气动力涡轮的出口与所述第二换热器冷边通道的入口管道相连，所述空气动力涡轮用于利用经过其内的空气作为动力带动离心式压缩机工作；

所述第二换热器冷边通道的出口通过管道将经过第二换热器冷边通道的气体排至机外；

所述中空纤维膜分离器的富氧气体出口、离心式压缩机、第二换热器热边通道、第三流量传感器的一端通过管道依次相连；

所述第三流量传感器的另一端通过管道和飞机的座舱相连；

所述控制器分别和温度传感器、压力传感器、第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器、第一电动控制阀、第二电动控制阀电气相连，用于获取温度传感器、压力传感器、第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器的感应信息并控制第一电动控制阀、第二电动控制阀工作。

本实用新型基于空气动力涡轮驱动的增压供氧系统的工作过程如下：

空气分离过程：来自发动机压气机的引气流过所述温度传感器、第一电动控制阀后，在所述第一热交换器中被冲压空气冷却，冷却后的引气流过所述水分离器去除冷凝水，除水后的引气流在所述文丘里稳压器中稳压、稳流，使得引气满足中空纤维膜分离器以及空气动力涡轮的入口条件。稳定流动的气体在经过所述压力传感器、第一流量传感器后被分成两股。一股气体作为所述空气动力涡轮的工作气流，另一股气体在经过第二电动控制阀后通过中空纤维膜分离器进行空气分离，所得富氮气体经过第二流量传感器后通入燃油箱，对燃油箱进行惰化保护。

增压供氧过程：所述中空纤维膜分离器中所得富氧气体在所述离心式压缩机中被压缩至合适的压力。压缩机出口高温高压的气体在所述第二换热器中被空气动力涡轮的废气所冷却，符合人体需求的富氧气体在经过所述第三流量传感器后流入座舱，供机组人员呼吸使用。

数据采集及控制过程：

所述温度传感器探测发动机引气的温度并将信号传输到所述控制器；当温度大于给定值时，控制器输出控制信号给所述第一电动控制阀，将其关闭。所述压力传感器、第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器探测气体压力和流量并将信号传输到所述控制器进行分析判断系统工作状况。所述控制器通过控制所述第一电动控制阀的开度，调节发动机压气机的引气流量从而控制空气动力涡轮的转速，保证供气压力不受发动机工况的影响。所述控制器通过控制所述第二电动控制阀的开度调节中空纤维膜分离器所制取的富氮气体以及富氧气体气量。

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）具有与本实用新型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，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1. 基于空气动力涡轮驱动的座舱增压供氧系统，其特征在于，包含温度传感器、第一电动控制阀、 第一换热器、水分离器、文丘里稳压器、压力传感器、第一流量传感器、空气动力涡轮、第二电动控制阀、中空纤维膜分离器、离心式压缩机、第二流量传感器、第二换热器、第三流量传感器和控制器；

所述中空纤维膜分离器包含空气入口、富氧气体出口和富氮气体出口，用于将冷却清洁后的发动机引气分离为富氧气体、富氮气体后分别经富氧气体出口和富氮气体出口输出；

飞机发动机的引气出口、温度传感器、第一电动控制阀、第一换热器的热边通道、水分离器、文丘里稳压器、压力传感器、第一流量传感器的一端通过管道依次相连；

所述第一换热器冷边通道的入口通过管道与外界冲压空气相连，第一换热器冷边通道的出口通过管道将经过第一换热器冷边通道的气体排至机外；

所述第一流量传感器的另一端分别和所述第二电动控制阀的一端、空气动力涡轮的入口通过管道相连；

所述第二电动控制阀的另一端和所述中空纤维膜分离器的空气入口管道相连；

所述中空纤维膜分离器的富氮气体出口和所述第二流量传感器的一端管道相连；所述第二流量传感器的另一端和飞机的燃油箱惰化管路相连，用于将富氮气体通入燃油箱对燃油箱进行惰化保护；

所述空气动力涡轮的输出轴和所述离心式压缩机的转轴同轴固连，空气动力涡轮的出口与所述第二换热器冷边通道的入口管道相连，所述空气动力涡轮用于利用经过其内的空气作为动力带动离心式压缩机工作；

所述第二换热器冷边通道的出口通过管道将经过第二换热器冷边通道的气体排至机外；

所述中空纤维膜分离器的富氧气体出口、离心式压缩机、第二换热器热边通道、第三流量传感器的一端通过管道依次相连；

所述第三流量传感器的另一端通过管道和飞机的座舱相连；

所述控制器分别和温度传感器、压力传感器、第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器、第一电动控制阀、第二电动控制阀电气相连，用于获取温度传感器、压力传感器、第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器的感应信息并控制第一电动控制阀、第二电动控制阀工作。

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