快速處理大流量可燃氣的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種快速處理大流量可燃氣的系統(tǒng)，包括觸發(fā)點火器、點火裝置、安裝裝置、控制系統(tǒng)；所述安裝裝置用于將所述點火裝置安裝固定在可能產(chǎn)生大流量可燃氣的氛圍內(nèi)；所述點火裝置內(nèi)部設置有含大量金屬粒子的復合固體推進劑藥柱，所述觸發(fā)點火器與所述點火裝置相連，所述點火裝置上設置有噴嘴，用于噴射出高溫的含能金屬粒子；所述控制裝置通過點火控制保護電路將點火指令安全可靠地傳輸給所述觸發(fā)點火器。本實用新型通過在氫氣排放口的外圍設置能夠瞬間噴射出高溫氣體的點火裝置，從而在可燃氣云形成的初期，快速將其燃燒掉，從而避免可.燃氣的爆轟，具有安全、反應快的優(yōu)點。
【專利說明】快速處理大流量可燃氣的系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種快速處理可燃氣的系統(tǒng)，尤其涉及一種快速處理大流量可燃氣的系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]通常，低溫型運載火箭，在火箭接收點火指令到火箭起飛有7?10秒時間。在接收到總控網(wǎng)點火指令后，液體火箭發(fā)動機將會向發(fā)射平臺周圍環(huán)境持續(xù)排放大量的低溫氫氣，直到火箭起飛。如果無法可靠快速地處理這些大量排放的氫氣，其聚集的氫氣團與空氣混合，達到可燃氣爆轟濃度區(qū)間，將有可能產(chǎn)生爆轟，成為火箭發(fā)射時的危險源。另外，在火箭發(fā)動機出現(xiàn)點火失效的故障模式和進行緊急關機程序時，火箭周圍就會環(huán)繞著大量的氫氣云團，此時，快速處理大流量氫氣解決方案的重要性更為突出。
[0003]另外，工業(yè)生產(chǎn)過程中、日常生活過程中，都存在如天然氣、煤氣、乙烷、乙炔等燃料聚集造成安全隱患的場合，因此，以上情況都使得當前急需一種能快速地可靠處理可燃氣的技術和方法，來解決工業(yè)用、民用可燃氣在應用中的潛在危險。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于提供一種快速的可靠處理大流量低溫可燃氣的系統(tǒng)，解決大流量可燃氣聚集在工業(yè)和民用過程中造成的危險。
[0005]為達到上述目的,本實用新型一種快速處理大流量可燃氣的系統(tǒng),包括觸發(fā)點火器、點火裝置、安裝裝置、控制系統(tǒng)；
[0006]所述點火裝置內(nèi)部設置有燃燒室，所述燃燒室內(nèi)有燃料，在所述燃燒室設置有復合固體推進劑藥柱，所述復合固體推進劑藥柱內(nèi)含有大量金屬粒子；所述點火裝置上設置有噴嘴，用于噴射出高溫高壓的金屬粒子；
[0007]所述觸發(fā)點火器與所述點火裝置相連，用于點燃所述燃燒室內(nèi)燃料；
[0008]所述安裝裝置用于固定所述點火裝置；
[0009]所述控制系統(tǒng)包括控制電路，用于通過控制電路為所述觸發(fā)點火器提供強電流，使之點燃點火裝置；
[0010]所述控制系統(tǒng)通過控制電路與所述觸發(fā)點火器相連，所述觸發(fā)點火器固定在所述點火裝置一端，與所述燃燒室相連，所述點火裝置通過所述安裝裝置固定在可能產(chǎn)生大流量可燃氣的氛圍內(nèi)。
[0011]所述觸發(fā)點火器固定在所述點火裝置上，其一端伸入所述燃燒室，另一端通過點火電纜與所述控制系統(tǒng)相連；
[0012]所述觸發(fā)點火器與所述點火電纜通過電連接器相連；
[0013]所述觸發(fā)點火器接收所述控制系統(tǒng)的信號并將電能轉化成熱能，引燃所述燃燒室內(nèi)的燃料。
[0014]所述點火裝置為設置有一個噴嘴的容器，其上還設置有一個插孔，用于連接所述觸發(fā)點火器，所述點火裝置氣密性良好；
[0015]所述點火裝置從外至內(nèi)分別包括殼體、內(nèi)絕熱層、燃燒室，所述燃燒室內(nèi)有燃料和復合固體推進劑；所述插孔貫穿所述殼體、內(nèi)絕熱層和燃燒室，所述觸發(fā)點火器固定在所述插孔中，伸入所述燃燒室。
[0016]所述安裝裝置為固定支架。
[0017]所述點火裝置的一端呈錐體形，另一端呈圓柱體形，所述插孔設置在圓柱體形一偵牝所述噴嘴設置在椎體形一側；
[0018]所述點火裝置的殼體、內(nèi)絕熱層整體呈圓柱體形；
[0019]所述點火裝置內(nèi)部沿中心軸線設置有圓柱形的燃燒室。
[0020]所述點火裝置通過所述安裝支架固定在火箭發(fā)射臺上的火箭箭體支承臂兩側；
[0021]所述安裝支架用于調整所述點火裝置的安裝高度和俯仰角；
[0022]所述點火裝置的噴口所指的方向朝向火箭排氫口并低于所述火箭排氫口 ；
[0023]所述點火裝置的噴嘴呈錐形，使得噴射出的高溫金屬粒子有較大的噴射角度；所述點火電纜是一種耐瞬間高溫燒蝕的電纜。
[0024]所述控制系統(tǒng)包括開關量輸出電路、保護電路、檢測電路；
[0025]所述開關量輸出電路用于控制所述觸發(fā)點火器的電路通斷，為點火器供電；
[0026]所述開關量輸出電路包括兩個PLC控制器，分別為第一 PLC控制器和第二 PLC控制器，所述第一 PLC控制器和第二 PLC控制器為冗余設計，所述第一 PLC控制器與第二 PLC控制器的相應I/O接口分別連接和控制單個或多個所述觸發(fā)點火裝置的控制開關；所述第一 PLC控制器與第二 PLC控制器的相應I/O接口分別連接所述檢測電路和保護電路；
[0027]所述檢測電路包括保護電阻，檢測器；
[0028]所述檢測電路中設置有至少三個檢測點，分別設置在所述保護電阻兩端以及點火器公共端；
[0029]所述保護電路包括PLC輸入模塊、繼電器和光電耦合器，所述光電耦合器輸出端與所述PLC控制器的相應I/O接口相連。
[0030]本實用新型一種快速處理大流量可燃氣的系統(tǒng)還包括傳感模塊，所述傳感模塊與所述控制模塊相連；
[0031]所述傳感模塊為傳感器，為可燃氣濃度傳感器或光電傳感器；
[0032]所述傳感器設置在可燃氣氛圍中；
[0033]所述的傳感器用于探測可燃氣，并將信號傳輸給控制系統(tǒng)。
[0034]本實用新型提供的系統(tǒng)組成簡單、響應快速、可靠性高，全自動遠程控制，能保障易產(chǎn)生大流量可燃氣的環(huán)境的安全性。本實用新型的技術應用范圍廣泛，可用于氫氧發(fā)動機的運載火箭系統(tǒng)中，包括載人登月和空間站用的大型低溫型運載火箭，也可以通過在可燃氣排放或泄漏口設置上述的傳感模塊，將報警信號作為全系統(tǒng)工作信號的輸入指令，從而可以應用在存在可燃氣聚集，造成安全隱患的工業(yè)工程或民用場所中，具有效率高、響應快、適用性強的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1為本實施例的快速處理大流量可燃氣的系統(tǒng)的結構框圖。
[0036]圖2為本實施例的氫燃點火裝置結構示意圖。
[0037]圖3為本實施例的點火裝置的豎直方向布置圖。
[0038]圖4為本實施例的點火裝置工作時，噴出高溫高壓金屬粒子的模擬覆蓋區(qū)域的俯視圖。
[0039]圖5為本實施例的控制電路的開關量輸出電路示意圖。
[0040]圖6為本實施例的控制電路的保護電路與檢測電路示意圖。

【具體實施方式】
[0041]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行詳細描述:
[0042]參考圖1所示，本實施例的氫氣處理系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)1、觸發(fā)點火器2、點火裝置
3、安裝裝置4和傳感模塊。
[0043]點火裝置3內(nèi)部設置有復合固體推進劑，用于在受熱情況下噴射出大量高溫高壓的金屬粒子，以點燃大流量可燃氣云。
[0044]觸發(fā)點火器2與點火裝置3相連，用于點燃點火裝置2內(nèi)的燃料。
[0045]安裝裝置4用于將點火裝置3固定安裝在可燃氣氛圍中。
[0046]控制系統(tǒng)I包括控制電路，用于通過控制電路為觸發(fā)點火器2提供強電流，使之點燃點火裝置3內(nèi)的復合固體推進劑；
[0047]控制系統(tǒng)I通過控制電路與觸發(fā)點火器2相連，觸發(fā)點火器2固定在點火裝置3一端并與燃燒室相連，點火裝置2通過安裝裝置4固定在可能產(chǎn)生大流量可燃氣的氛圍內(nèi)。
[0048]本實施例的中的傳感裝置，用于檢測可燃氣。
[0049]工作過程中，控制系統(tǒng)接收傳感模塊的信號或者可燃氣排放信號等，并通過點火電纜為觸發(fā)點火器提供強電流使之末端產(chǎn)生電火花，引燃點火裝置內(nèi)的復合固體推進劑，其燃燒時會產(chǎn)生大量高溫高壓的氣體，將大量金屬粒子噴出，從而為外界可燃氣云提供能量使之燃燒。
[0050]點火裝置3為設置有一個噴嘴的容器，其氣密性良好。
[0051]參考圖2，本實施例中，點火裝置3從外至內(nèi)分別包括殼體32、內(nèi)絕熱層33、燃燒室34，燃燒室34內(nèi)設置有復合固體推進劑藥柱35。
[0052]在點火裝置3上設置有一貫穿殼體32、內(nèi)絕熱層33和燃燒室34的插孔31。觸發(fā)點火器2固定在插孔31中，其一端伸入燃燒室34，另一端通過點火電纜與控制系統(tǒng)I相連；觸發(fā)點火器2與點火電纜通過電連接器相連。
[0053]點火裝置3的一端呈錐體形，另一端呈圓柱體形，插孔31設置在圓柱體形一側，噴嘴36設置在椎體形一側；
[0054]殼體32和內(nèi)絕熱層33分別呈圓柱體形；
[0055]燃燒室34沿點火裝置3的中心軸線設置，呈圓柱形。
[0056]點火裝置的噴嘴36有一定傾斜角度，呈錐形，使得點火裝置內(nèi)噴出的金屬粒子有較大的噴射角度。
[0057]本實施例中，本實用新型的快速處理大流量可燃氣的系統(tǒng)用于處理火箭發(fā)射平臺上火箭發(fā)射前排放出的大流量氫氣?；鸺w固定在四個主支承臂上，8個點火裝置分別通過安裝支架兩兩水平固定在4個主支承臂兩側；如圖3所示，點火裝置3水平固定在箭體支承臂5兩側，安裝支架用于調整點火裝置3的安裝高度和俯仰角；點火裝置3的噴口所指的方向朝向火箭排氫口 6，點火裝置3的安裝位置低于火箭排氫口 6。
[0058]如圖4所示，當點火裝置3內(nèi)的復合固體推進劑被點燃，點火裝置3的噴嘴36會快速噴射出大量溫度高于900攝氏度的高溫高壓的金屬粒子，其將引燃液體發(fā)動機的火箭排氫口 6排放的大流量低溫氫氣。由于四個箭體支承臂5設置在兩個火箭排氫口 6周圍，8個點火裝置3兩兩布設在四個主支承臂兩側，噴嘴指向排氫口，因此，當4組點火裝置的噴嘴同時噴射出大量高溫高壓的金屬粒子時，高溫金屬粒子的范圍可以包絡整個氫氣排放口周圍。
[0059]實際工作中，用于連接觸發(fā)點火器的點火電纜是一種耐瞬間高溫燒蝕的電纜。
[0060]本實施例的控制電路分別包括開關量輸出電路、保護電路和檢測電路。如圖5所示，本實施例的開關量輸出電路11包括三組繼電器和兩個PLC控制器，兩個PLC控制器分別為第一 PLC控制器al、第二 PLC控制器a2，二者互為冗余設計，并由電源LI統(tǒng)一配電。第一 PLC控制器al的輸出端口 102、104、106控制繼電器K1、繼電器K3、繼電器K5，第二 PLC控制器a2的輸出端口 102、104、106分別控制繼電器K2、繼電器K4、繼電器K6，每個繼電器都與二極管和電阻組成的支路并聯(lián)，繼電器Kl與繼電器K2、繼電器K3與繼電器K4、繼電器K5與繼電器K6分別兩兩通過觸點連接，構成三路串并聯(lián)冗余結構，以實現(xiàn)可靠的通斷控制電路。
[0061]實際工作中，繼電器Kl與繼電器K2用于實現(xiàn)單個點火裝置的控制電路的通斷，繼電器K3與繼電器K4用于實現(xiàn)一組或多組點火裝置3的點火控制電路配電母線的通斷，繼電器K5與繼電器K6(屬于檢測電路)用于控制檢測電路13的通斷。所有繼電器的動作過程，需要通過PLC控制器軟件實現(xiàn)時序匹配控制。
[0062]如圖6所示，本實施例的控制系統(tǒng)還包括檢測電路13和保護電路12。保護電路12的輸出端連接開關量控制電路11的輸入端。保護電路12包括PLC輸入模塊14，PLC輸入模塊14包括第三PLC控制器、第四PLC控制器(在圖中未示出)，以及火工品的保護電阻R、檢測點、光電耦合器15、繼電器K5與繼電器K6等。第三PLC控制器與第四PLC控制器互為冗余。檢測電路13中設置有三個檢測點，分別設置在保護電阻R前、保護電阻R后以及觸發(fā)點火器公共端。在設備自檢階段，通過火工品專用測試設備，從檢測點位置對電路阻值進行測試，從而確定通路阻值狀態(tài)，通過合理的設計光電耦合器回路，使得光電耦合器15的動作電流遠低于點火器的安全電流。在通路導通檢測時，在確保繼電器K3、繼電器K4開路的情況下，接通繼電器K5、繼電器K6，如果點火回路中有通路，則光電耦合器15導通，第三PLC控制器與第四PLC控制器將檢測到通路導通狀態(tài)，給出報警信息。保護電路12主要通過保護電阻R實現(xiàn)大電流狀態(tài)下的回路保護。保護電路12還包括多個接觸器。本實用新型的原理為:控制系統(tǒng)I接收到點火觸發(fā)信號(可以是火箭點火信號、傳感模塊5信號以及其它信號)之后，按PLC控制時序，開始對觸發(fā)點火器2進行循環(huán)通電，供電電流為DC5?10A。觸發(fā)點火器2受到直流電流的激發(fā)，引燃復合固體推進劑藥柱，產(chǎn)生大量的高溫燃氣，將復合固體推進劑中金屬粒子噴出，成千上萬的含有一定熱能的粒子到達預定的覆蓋區(qū)域，作為點燃低溫氫氣的必要條件，將達到燃燒條件的氫氣將燃燒消耗殆盡。氫氣處理系統(tǒng)從接收到點火指令到處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，響應時間小于100毫秒。液體發(fā)動機排出的最外層的低溫氫氣會與空氣中氧氣不斷地發(fā)生換熱和摻混，達到可燃氣的燃燒濃度條件，遇到高溫熱能的星體，就會被引燃。
[0063]本實施例的控制方法，包括以下步驟:
[0064]搭建本實用新型一種快速處理大流量可燃氣的系統(tǒng)；
[0065]控制系統(tǒng)I接收到點火觸發(fā)信號(火箭點火信號或傳感模塊5的可燃氣濃度報警信號)之后，按PLC控制時序通過點火電纜對觸發(fā)點火器2進行循環(huán)通電，供電電流為DC5A ?1A ;
[0066]觸發(fā)點火器2觸發(fā)點火裝置3 ；
[0067]觸發(fā)點火器2引燃點火裝置3的燃燒室34內(nèi)的燃料，使得復合固體推進劑燃燒，瞬間產(chǎn)生高溫高壓氣體，將大量高溫高壓的金屬粒子噴出；
[0068]大量高溫高壓的金屬粒子與大流量氫氣混合，并引燃氫氣。
[0069]以上的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本實用新型的范圍進行限定，在不脫離本實用新型設計精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本實用新型的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本實用新型的權利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種快速處理大流量可燃氣的系統(tǒng)，其特征在于，包括控制系統(tǒng)(I)、觸發(fā)點火器(2)、點火裝置(3)、安裝裝置(4); 所述點火裝置(3)內(nèi)部設置有燃燒室(34)，所述燃燒室(34)內(nèi)有燃料，在所述燃燒室(34)內(nèi)設填裝有復合固體推進劑藥柱(35)，所述復合固體推進劑藥柱(35)內(nèi)含有大量金屬粒子；所述點火裝置(3)上設置有噴口(36)，用于噴射出高溫高壓的金屬粒子； 所述觸發(fā)點火器(2)與所述點火裝置(3)相連，用于點燃所述燃燒室內(nèi)燃料； 所述安裝裝置(4)用于固定所述點火裝置(3)； 所述控制系統(tǒng)(I)包括控制電路，用于通過控制電路為所述觸發(fā)點火器(2)提供強電流，使之點燃點火裝置(3)； 所述控制系統(tǒng)(I)通過控制電路與所述觸發(fā)點火器(2)相連，所述觸發(fā)點火器(2)固定在所述點火裝置(3) —端，與所述燃燒室(34)相連，所述點火裝置(2)通過所述安裝裝置(4)固定在可能產(chǎn)生大流量可燃氣的氛圍內(nèi)。
2.根據(jù)權利要求1所述的快速處理大流量可燃氣的系統(tǒng)，其特征在于， 所述觸發(fā)點火器(2)固定在所述點火裝置(3)上，其一端伸入所述燃燒室(34)，另一端通過點火電纜與所述控制系統(tǒng)(I)相連； 所述觸發(fā)點火器(2)與所述點火電纜通過電連接器相連； 所述觸發(fā)點火器(2)接收所述控制系統(tǒng)(I)的信號并將電能轉化成熱能，引燃所述燃燒室(34)內(nèi)的燃料。
3.根據(jù)權利要求2所述的快速處理大流量可燃氣的系統(tǒng)，其特征在于， 所述點火裝置(3)為設置有一個噴嘴的容器，其上還設置有一個插孔(31)，用于連接所述觸發(fā)點火器(2)，所述點火裝置(3)氣密性良好； 所述點火裝置(3)從外至內(nèi)分別包括殼體(32)、內(nèi)絕熱層(33)、燃燒室(34)，所述燃燒室內(nèi)有燃料和復合固體推進劑； 在所述插孔(31)貫穿所述殼體(32)、內(nèi)絕熱層(33)和燃燒室(34)，所述觸發(fā)點火器(2)固定在所述插孔(31)中，伸入所述燃燒室(34)。
4.根據(jù)權利要求3所述的快速處理大流量可燃氣的系統(tǒng)，其特征在于， 所述安裝裝置(4)為安裝支架。
5.根據(jù)權利要求4所述的快速處理大流量可燃氣的系統(tǒng)，其特征在于， 所述點火裝置(3)的一端呈錐體形，另一端呈圓柱體形，所述插孔(31)設置在圓柱體形一側，所述噴嘴(36)設置在椎體形一側； 所述點火裝置(3)的殼體(32)、內(nèi)絕熱層(33)分別呈圓柱體形； 所述點火裝置(3)內(nèi)部沿中心軸線設置有圓柱形的燃燒室(34)。
6.根據(jù)權利要求5所述的快速處理大流量可燃氣的系統(tǒng)，其特征在于， 所述點火裝置(3)通過所述安裝支架固定在火箭發(fā)射臺上的火箭箭體支承臂(5)兩側； 所述安裝支架用于調整所述點火裝置(3)的安裝高度和俯仰角； 所述點火裝置(3)的噴嘴(36)所指的方向指向火箭排氫口(6)并低于所述火箭排氫口⑶; 所述點火裝置(3)的噴嘴(36)呈錐形，使得噴射出的高溫金屬粒子有較大的噴射角度；所述點火電纜是一種耐瞬間高溫燒蝕的電纜。
7.根據(jù)權利要求3所述的快速處理大流量可燃氣的系統(tǒng)，其特征在于， 所述控制系統(tǒng)(I)包括開關量輸出電路(11)、保護電路(13)、檢測電路(12)； 所述開關量輸出電路(11)用于控制所述觸發(fā)點火器(2)的電路通斷并為其供電； 所述開關量輸出電路(11)包括兩個PLC控制器，分別為第一 PLC控制器(al)和第二PLC控制器(a2)，所述第一 PLC控制器(al)和第二 PLC控制器(a2)為冗余設計，所述第一PLC控制器(al)與第二 PLC控制器(a2)的相應I/O接口分別連接和控制單個或多個所述觸發(fā)點火器(2)的控制開關；所述第一 PLC控制器(al)與第二 PLC控制器(a2)的相應I/O接口分別連接所述檢測電路(13)和保護電路(12)； 所述檢測電路(13)包括保護電阻R，檢測器； 所述檢測電路中設置有至少三個檢測點，分別設置在所述保護電阻R兩端以及點火器公共端； 所述保護電路(12)包括PLC輸入模塊(14)、繼電器和光電稱合器(15),所述光電f禹合器(15)的輸出端與所述PLC輸入模塊(14)的相應I/O接口相連。
8.根據(jù)權利要求7所述快速處理大流量可燃氣的系統(tǒng)，其特征在于， 還包括傳感模塊，所述傳感模塊與所述控制系統(tǒng)(I)相連； 所述傳感模塊為傳感器，為可燃氣濃度傳感器或光電傳感器； 所述傳感器設置在可燃氣氛圍中； 所述的傳感器用于探測可燃氣，并將信號傳輸給所述控制系統(tǒng)(I)。
【文檔編號】F23G7/06GK204026696SQ201420215595
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權日:2014年4月29日
【發(fā)明者】趙忠明, 趙立喬, 沈福東, 許學雷, 王立, 丁大江 申請人:北京航天發(fā)射技術研究所, 中國運載火箭技術研究院