專利名稱：一種用于民用客機(jī)的惰性化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于民用客機(jī)的機(jī)載惰性化系統(tǒng)，尤其涉及一種復(fù)合膜分離制氮
系統(tǒng)，屬于航空工業(yè)機(jī)械制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氮?dú)馐且环N惰性氣體，可廣泛應(yīng)用于各種以隔氧為主要目的的工業(yè)設(shè)備運(yùn)行過(guò) 程，由于空氣中含有約百分之七十八的氮?dú)?，所以，通過(guò)對(duì)壓縮空氣的分離使氮?dú)獗阌诒桓?集，隨之也出現(xiàn)了各種各樣的氮?dú)庵圃煜到y(tǒng)。據(jù)對(duì)直升機(jī)或飛機(jī)失火事故的統(tǒng)計(jì)表明，燃油 著火或爆炸是最嚴(yán)重的問(wèn)題，一般認(rèn)為，在封閉區(qū)域燃油箱中的燃料蒸汽和空氣混合時(shí)已 具備導(dǎo)致火焰發(fā)生的兩個(gè)因素，當(dāng)空氣中的含氧量為12% _22%的情況下發(fā)生電器，雷電， 靜電點(diǎn)火就有發(fā)火爆炸的危險(xiǎn)性。空氣分離技術(shù)的突破，為油箱防爆提供了新途徑.基于 空分技術(shù)的機(jī)載惰性氣體產(chǎn)生系統(tǒng)(0BIGGS)，以空氣為原料，直接產(chǎn)生大量的富氮空氣，惰 化油箱，具有有效的抑爆作用。目前已存在各種各樣的OBIGGS，但它們存在著下列缺陷體 積大，重量大，制氮系統(tǒng)復(fù)雜，制氮工藝不連續(xù)，故障高可靠性低針對(duì)這些缺陷，本發(fā)明人在 本人于2007-06-20申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?00710049344. 1的中國(guó)專利《用于鉆井工藝的復(fù)合膜 分離制氮系統(tǒng)及膜分離制氮方法》的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步深入的研究實(shí)驗(yàn)，得出了解決上述 缺陷的民用客機(jī)機(jī)載惰性化系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明目的在于提供一種用于民用客機(jī)的惰性化 系統(tǒng)，其體積小重量輕，制氮系統(tǒng)簡(jiǎn)單，可連續(xù)制氮，可靠性高，滿足對(duì)各種民用客機(jī)低成本 高安全性的需求。 本發(fā)明的技術(shù)方案是一種用于民用客機(jī)的惰性化系統(tǒng)，包括空氣預(yù)處理系統(tǒng)、氣 體膜分離系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制下，壓縮空氣經(jīng)空氣預(yù)處理系統(tǒng)、氣 體膜分離系統(tǒng)輸出；所述空氣預(yù)處理系統(tǒng)由壓縮空氣進(jìn)氣管、熱交換器、高空除臭氧裝置、 空氣過(guò)濾器組和空氣加熱器依次通過(guò)冷熱伸縮氣管和航空接頭連接而成；所述自動(dòng)控制系 統(tǒng)由可編程自動(dòng)控制系統(tǒng)和控制執(zhí)行電器系統(tǒng)組成，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)產(chǎn)生的高溫壓縮氣 體經(jīng)供給管線為所述壓縮空氣進(jìn)氣管提供壓縮空氣，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)外涵道產(chǎn)生的冷空氣經(jīng)風(fēng) 機(jī)供給管線為所述熱交換器提供制冷用冷空氣；所述氣體膜分離系統(tǒng)由多個(gè)相同或不同分 離系數(shù)、最佳工作溫度的復(fù)合膜管組件通過(guò)歧管連接組成，并通過(guò)并聯(lián)的變流閥和低流孔 輸出氮?dú)庵溜w機(jī)燃油箱。 其中，所述可編程自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)氣體膜分離系統(tǒng)中各變量進(jìn)行控制，其控制參 數(shù)為所述氣體膜分離系統(tǒng)的入氣端的壓縮空氣氣體壓力為30 80psig ;由可編程自動(dòng)控 制系統(tǒng)按飛行狀態(tài)不同，用氮量不同，控制其流量和壓力。通過(guò)可編程自動(dòng)控制系統(tǒng)的控 制，出氣端的成品氮?dú)庋鹾靠刂圃诳傮w積的5% 12%視為合格，通過(guò)氮?dú)饧兌瓤刂葡?統(tǒng)得到88% _95%純度的氮?dú)?，其原理為通過(guò)成品氣采樣檢測(cè)支路，由氧檢探頭在線檢測(cè)氣體含氧量并通過(guò)氧分析儀在線顯示氣體含氧量，通過(guò)可編程自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)膜入口空氣 的壓力，流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，膜出口氮?dú)獾募兌瓤刂崎y進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得膜組獲得合理的壓力差而 控制成品氮?dú)鈿怏w的氧含量，所述氣體膜分離系統(tǒng)的出氣端的產(chǎn)氮量通過(guò)可編程自動(dòng)控制 系統(tǒng)調(diào)節(jié)，含氧量大于12%的不合格廢品氮?dú)鈱⒎趴?，不允許進(jìn)入油箱。 本發(fā)明的有益效果是利用體積小重量輕，空分效率高，耐高溫，耐潮濕，抗污染的 中空纖維復(fù)合膜，以及充分整合利用飛機(jī)原有設(shè)備和氣體來(lái)源渠道，實(shí)現(xiàn)了故障率極低，可 靠性極高，能連續(xù)從空氣中分離氮?dú)?，該受控氮?dú)膺M(jìn)入飛機(jī)油箱的液面以上，置換了富氧空 氣，抑制了油箱起火爆炸，提高了飛行安全性，尤其適合各種型號(hào)客機(jī)、運(yùn)輸機(jī)和直升機(jī)低 成本高安全性的飛行需求。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施例方式
作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，如圖1所示，一種用于民用客機(jī)的惰性化系統(tǒng)，包括 空氣預(yù)處理系統(tǒng)、氣體膜分離系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制下，壓縮空氣經(jīng) 空氣預(yù)處理系統(tǒng)、氣體膜分離系統(tǒng)輸出，所有設(shè)備均置于撬體內(nèi)；所述空氣預(yù)處理系統(tǒng)由壓 縮空氣進(jìn)氣管2、熱交換器6、高空除臭氧裝置29、空氣過(guò)濾器組7和空氣加熱器10依次通 過(guò)冷熱伸縮氣管和航空接頭連接而成；所述自動(dòng)控制系統(tǒng)由可編程自動(dòng)控制系統(tǒng)和控制執(zhí) 行電器系統(tǒng)組成，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)1產(chǎn)生的高溫壓縮氣體經(jīng)供給管線為所述壓縮空氣進(jìn) 氣管2提供壓縮空氣，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)外涵道5產(chǎn)生的冷空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)供給管線為所述熱交換器6 提供制冷用冷空氣；所述氣體膜分離系統(tǒng)由多個(gè)相同或不同分離系數(shù)、最佳工作溫度的復(fù) 合膜管組件14通過(guò)歧管連接組成，并通過(guò)并聯(lián)的變流閥23和低流孔24輸出氮?dú)庵溜w機(jī)燃 油箱30，并聯(lián)的變流閥23和低流孔24分別對(duì)應(yīng)于不同飛行條件下對(duì)氮?dú)獾牧髁孔兓螅?如在起飛加速階段和減速降落階段使用高流模式，其通過(guò)變流閥23輸出氮?dú)猓缭谘埠诫A 段使用低流模式，通過(guò)低流孔24輸出氮?dú)?。其中，所述可編程自?dòng)控制系統(tǒng)對(duì)氣體膜分離 系統(tǒng)中各變量進(jìn)行控制，其控制參數(shù)為所述氣體膜分離系統(tǒng)的入氣端的氣體壓力即壓力 表8所顯示的壓力為30 80psig ;通過(guò)可編程自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制，出氣端的成品氮?dú)庋?含量控制在總體積的5% 12%視為合格，通過(guò)氮?dú)饧兌瓤刂葡到y(tǒng)得到88% _95%純度的 氮?dú)?，其原理為通過(guò)成品氣采樣檢測(cè)支路，由氧檢探頭31在線檢測(cè)氣體含氧量并通過(guò)氧 分析儀在線顯示氣體含氧量，通過(guò)可編程自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)膜入口空氣的壓力，流量進(jìn)行調(diào) 節(jié)，膜出口氮?dú)獾募兌瓤刂崎y進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得膜組獲得合理的壓力差而控制成品氮?dú)鈿怏w 的氧含量，所述氣體膜分離系統(tǒng)的出氣端的產(chǎn)氮量通過(guò)可編程自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，以便適 應(yīng)飛機(jī)在不同飛行狀態(tài)時(shí)的用氮量，不合格氮?dú)庥刹缓细竦獨(dú)夥趴臻y27來(lái)控制放空。
把所有設(shè)備均固定安裝于撬體內(nèi)，不但能有效縮小體積，而且各部件之間連接穩(wěn) 固，便于連接現(xiàn)有各種飛機(jī)的氣源，電源和控制系統(tǒng)，穩(wěn)定地控制，顯示氮?dú)饧兌群椭频^(guò) 程數(shù)據(jù)；空氣預(yù)處理系統(tǒng)可以將壓縮空氣中的灰塵、雜質(zhì)，臭氧和濕氣清除干凈，并使空氣 達(dá)到適應(yīng)于復(fù)合膜的最佳分離溫度，以提高氮?dú)獾漠a(chǎn)量和純度；氣體膜分離系統(tǒng)中的復(fù)合 膜管組件具有工作溫度范圍大、耐水性強(qiáng)、耐油性強(qiáng)、抗污染性強(qiáng)、可維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)是現(xiàn)在市場(chǎng)上的均質(zhì)膜管組件所不具備的；可編程自動(dòng)控制系統(tǒng)即PLC控制器，是一種通 用的自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以對(duì)氣體膜分離系統(tǒng)中的溫度、壓力、氮?dú)饧兌鹊茸兞堪丛O(shè)計(jì)的預(yù)定 值進(jìn)行自動(dòng)控制。 作為本發(fā)明中的膜分離制氮系統(tǒng)的最佳結(jié)構(gòu)，所述空氣過(guò)濾器組7為粗濾空氣 過(guò)濾器、中濾空氣過(guò)濾器、細(xì)濾空氣過(guò)濾器與超細(xì)濾空氣過(guò)濾器按順序串行相連。該多級(jí)過(guò) 濾器能徹底除去壓縮空氣中的灰塵和雜質(zhì)，而且過(guò)濾器不易堵塞，可減少清洗次數(shù)。
在所述撬體內(nèi)安裝有對(duì)空氣加熱器10進(jìn)行溫度控制的溫度控制器11。與常用溫 度控制方式一樣，溫度控制器11的感應(yīng)端安裝于空氣加熱器10的氣體出口端，溫度控制器 11的控制端與空氣加熱器10的繼電器開(kāi)關(guān)連接，當(dāng)空氣加熱器10的氣體出口端的空氣溫 度低于設(shè)定溫度時(shí)，空氣加熱器10工作；當(dāng)空氣加熱器10的氣體出口端的空氣溫度高于設(shè) 定溫度時(shí)，空氣加熱器10停止工作。這樣空氣加熱器10的氣體出口端的空氣溫度就能保 持比較穩(wěn)定，有利于氮?dú)夥蛛x。 在所述撬體內(nèi)安裝有空氣壓力安全控制器9，空氣壓力安全控制器9的壓力檢測(cè) 器安裝于空氣過(guò)濾器組7與空氣加熱器10之間的氣管上，空氣壓力安全控制器9的控制端 與空氣加熱器IO連接。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)而無(wú)空氣進(jìn)入，或有空氣進(jìn)入但壓力小于某一設(shè)定值 時(shí)，空氣加熱器10能在空氣壓力安全控制器9的作用下自動(dòng)關(guān)閉，從而保護(hù)膜組及空氣加 熱器10，使膜管穩(wěn)定、安全工作而不受損害。 在不合格氮?dú)馀艢夤?8上安裝有泄壓閥26。可以使用泄壓閥26讓系統(tǒng)內(nèi)部的壓 力在停機(jī)時(shí)得到泄放。 在所述氣體膜分離系統(tǒng)和氮?dú)鈨?chǔ)氣罐22之間安裝有氮?dú)饧兌瓤刂葡到y(tǒng)。氮?dú)饧?度控制系統(tǒng)的基本原理是通過(guò)產(chǎn)品氣采樣檢測(cè)支路，由氧檢探頭31在線連續(xù)檢測(cè)氣體含 氧量并通過(guò)氧分析儀顯示當(dāng)時(shí)氣體含氧量(即反饋產(chǎn)品氣純度)，通過(guò)調(diào)節(jié)純度控制閥使 得膜組獲得合理的壓力差而調(diào)節(jié)氣體的純度。 在所述壓縮空氣進(jìn)氣管2和氮?dú)獬鰵夤?5的端口均安裝有快速接頭，快速接頭通 過(guò)加固裝置與撬體連接，快速接頭以卡式接頭為最佳，可在溫差很大的環(huán)境中順氣管的中 心線伸展或收縮，同時(shí)不發(fā)生漏氣。 在實(shí)際工作過(guò)程中，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)1產(chǎn)生的壓縮空氣通過(guò)供給管線從空氣預(yù) 處理系統(tǒng)的壓縮空氣進(jìn)氣管2進(jìn)入，然后通過(guò)熱交換器6，并由飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)外涵道5產(chǎn)生的 冷空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)供給管線為所述熱交換器6提供制冷用冷空氣，進(jìn)行冷卻脫水后進(jìn)入高空除 臭氧裝置29，除去臭氧后進(jìn)入空氣過(guò)濾器組7，空氣過(guò)濾器組7會(huì)將壓縮空氣中的灰塵、雜 質(zhì)清除干凈，這有利于保護(hù)復(fù)合膜管，干凈的壓縮空氣經(jīng)過(guò)空氣加熱器10加熱到一定溫度 ( 一般以80-82攝氏度為最佳)后被送進(jìn)氣體膜分離系統(tǒng)，所述氣體膜分離系統(tǒng)由多個(gè)相 同或不同分離系數(shù)、最佳工作溫度的復(fù)合膜管組件14通過(guò)歧管連接組成，復(fù)合膜管組件14 是一個(gè)圓筒狀的中空復(fù)合膜束，每束包含了上百萬(wàn)根中空纖維，以提供最大限度的分離面 積，每根纖維直徑約幾十微米，就象人的頭發(fā)絲一樣細(xì)，壓縮空氣由纖維束的一端進(jìn)入，氣 體分子在壓力作用下，首先在復(fù)合膜的高壓側(cè)接觸，然后是吸附、溶解、擴(kuò)散、脫溶、逸出，每 種氣體的滲透速率不同，氧、二氧化碳、水蒸氣等的滲透速率快，由高壓內(nèi)側(cè)纖維壁向低壓 外側(cè)滲出，由復(fù)合膜管組件14 一側(cè)的開(kāi)口排到外界空氣中；滲透速率小的"氣"——氮?dú)獗?富集在高壓內(nèi)側(cè)，由復(fù)合膜管組件14的另一端排出至氮?dú)鈨?chǔ)氣罐22，從而實(shí)現(xiàn)了氧-氮分離，得到氮?dú)?。如圖1所示，外界空氣經(jīng)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)1壓縮后依次經(jīng)過(guò)以下部件壓
縮空氣進(jìn)氣管2、空氣控制閥3、溫度計(jì)4、熱交換器6、高空除臭氧裝置29、空氣過(guò)濾器組7、 壓力表8、空氣壓力安全控制器9、空氣加熱器10 (空氣加熱器10外接溫度控制器11)、溫度 計(jì)12、空氣氣動(dòng)閥13、復(fù)合膜管組件14，經(jīng)過(guò)復(fù)合膜管組件14后的氣體為含少量氧氣的氮 氣，這種氮?dú)庠僖来谓?jīng)過(guò)氧氣含量傳感器15、溫度傳感器16、壓力表17、流量計(jì)18、流量調(diào) 節(jié)閥19、背壓閥20，然后分離為主、從兩個(gè)支路，主支路是氮?dú)廨敋忾y21、氮?dú)鈨?chǔ)氣罐22、 并聯(lián)的變流閥23和低流孔24、氮?dú)獬鰵夤?5，從支路是不合格氮?dú)馀艢夤?8、泄壓閥26、 不合格氮?dú)夥趴臻y27，一般情況通過(guò)主支路進(jìn)入燃油箱30，燃油箱30上設(shè)有氧檢探頭31 實(shí)時(shí)監(jiān)控其內(nèi)氧含量并反饋可編程自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)富氮?dú)怏w的生產(chǎn)及輸入過(guò)程進(jìn)行控制， 燃油箱30上還設(shè)有平衡內(nèi)外壓力的呼吸閥32 ;需要減壓或排放不合格氮?dú)鈺r(shí)通過(guò)從支路。
以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種用于民用客機(jī)的惰性化系統(tǒng)進(jìn)行了詳盡介紹，本文中 應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助 理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，
在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本 發(fā)明的限制。對(duì)本發(fā)明的變更和改進(jìn)將是可能的，而不會(huì)超出附加權(quán)利要求可規(guī)定的構(gòu)思 和范圍。
權(quán)利要求
一種用于民用客機(jī)的惰性化系統(tǒng)，包括空氣預(yù)處理系統(tǒng)、氣體膜分離系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制下，壓縮空氣經(jīng)空氣預(yù)處理系統(tǒng)、氣體膜分離系統(tǒng)輸出；所述空氣預(yù)處理系統(tǒng)由壓縮空氣進(jìn)氣管、熱交換器、空氣過(guò)濾器組和空氣加熱器依次連接而成；所述自動(dòng)控制系統(tǒng)由可編程自動(dòng)控制系統(tǒng)和控制執(zhí)行電器系統(tǒng)組成，其特征在于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)產(chǎn)生的高溫壓縮氣體經(jīng)供給管線為所述壓縮空氣進(jìn)氣管提供壓縮空氣，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)外涵道產(chǎn)生的冷空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)供給管線為所述熱交換器提供制冷用冷空氣；所述熱交換器和空氣過(guò)濾器組之間還連接有高空除臭氧裝置，空氣預(yù)處理系統(tǒng)各裝置之間通過(guò)冷熱伸縮氣管和航空接頭連接而成；所述氣體膜分離系統(tǒng)由多個(gè)相同或不同分離系數(shù)、最佳工作溫度的復(fù)合膜管組件通過(guò)歧管連接組成，并通過(guò)并聯(lián)的氣動(dòng)或電動(dòng)變流閥和低流孔將氮?dú)廨斔椭溜w機(jī)燃油箱。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于民用客機(jī)的惰性化系統(tǒng)，其特征在于所述可編程 自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)氣體膜分離系統(tǒng)中各變量進(jìn)行控制，其控制參數(shù)為所述氣體膜分離系統(tǒng) 的入氣端的氣體壓力為30 80psig ;通過(guò)可編程自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制，出氣端的成品氮?dú)?氧含量控制在總體積的5% 12%視為合格，通過(guò)氮?dú)饧兌瓤刂葡到y(tǒng)得到88% _95%純度 的氮?dú)?，其原理為通過(guò)成品氣采樣檢測(cè)支路，由氧檢探頭在線檢測(cè)氣體含氧量并通過(guò)氧分 析儀在線顯示氣體含氧量，通過(guò)可編程自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)膜入口空氣的壓力，流量進(jìn)行調(diào)節(jié)， 膜出口氮?dú)獾募兌瓤刂崎y進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得膜組獲得合理的壓力差而控制成品氮?dú)鈿怏w的氧 含量，所述氣體膜分離系統(tǒng)的出氣端的產(chǎn)氮量通過(guò)可編程自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，含氧量大于 12%的不合格廢品氮?dú)鈱⑼ㄟ^(guò)不合格氮?dú)夥趴臻y放空。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于民用客機(jī)的惰性化系統(tǒng)，涉及一種復(fù)合膜分離制氮系統(tǒng)，屬于航空工業(yè)機(jī)械制造領(lǐng)域。包括空氣預(yù)處理系統(tǒng)、氣體膜分離系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制下，壓縮空氣經(jīng)空氣預(yù)處理系統(tǒng)、氣體膜分離系統(tǒng)輸出，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)產(chǎn)生的高溫壓縮氣體經(jīng)供給管線及空氣預(yù)處理系統(tǒng)后為氣體膜分離系統(tǒng)提供壓縮空氣，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)外涵道產(chǎn)生的冷空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)供給管線為空氣預(yù)處理系統(tǒng)提供制冷用冷空氣；氣體膜分離系統(tǒng)由多個(gè)相同或不同分離系數(shù)、最佳工作溫度的復(fù)合膜管組件通過(guò)歧管連接組成，并通過(guò)并聯(lián)的氣動(dòng)或電動(dòng)變流閥和低流孔輸出氮?dú)夥峙渲溜w機(jī)的各燃油箱。
文檔編號(hào)A62C3/06GK101708776SQ20091021653
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者張星 申請(qǐng)人:張星