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 程，由于空氣中含有約百分之七十八的氮?dú)?，所以，通過對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)對直升機(jī)或飛機(jī)失火事故的統(tǒng)計表明，燃油 著火或爆炸是最嚴(yán)重的問題，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已 具備導(dǎo)致火焰發(fā)生的兩個因素，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)火爆炸的危險性?？諝夥蛛x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這些缺陷，本發(fā)明人在 本人于2007-06-20申請的申請?zhí)枮?00710049344. 1的中國專利《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
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，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)簡單，可連續(xù)制氮，可靠性高，滿足對各種民用客機(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)和自動控制系統(tǒng)，在自動控制系統(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、 空氣過濾器組和空氣加熱器依次通過冷熱伸縮氣管和航空接頭連接而成；所述自動控制系 統(tǒng)由可編程自動控制系統(tǒng)和控制執(zhí)行電器系統(tǒng)組成，飛機(jī)發(fā)動機(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)合膜管組件通過歧管連接組成，并通過并聯(lián)的變流閥和低流孔 輸出氮?dú)庵溜w機(jī)燃油箱。 其中，所述可編程自動控制系統(tǒng)對氣體膜分離系統(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。通過可編程自動控制系統(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，通過氮?dú)饧兌瓤刂葡?統(tǒng)得到88% _95%純度的氮?dú)?，其原理為通過成品氣采樣檢測支路，由氧檢探頭在線檢測氣體含氧量并通過氧分析儀在線顯示氣體含氧量，通過可編程自動控制系統(tǒng)對膜入口空氣 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)氮量通過可編程自動控制 系統(tǒng)調(diào)節(jié)，含氧量大于12%的不合格廢品氮?dú)鈱⒎趴眨辉试S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)和自動控制系統(tǒng)，在自動控制系統(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、空氣過濾器組7和空氣加熱器10依次通 過冷熱伸縮氣管和航空接頭連接而成；所述自動控制系統(tǒng)由可編程自動控制系統(tǒng)和控制執(zhí) 行電器系統(tǒng)組成，飛機(jī)發(fā)動機(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通過歧管連接組成，并通過并聯(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分別對應(yīng)于不同飛行條件下對氮?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，其通過變流閥23輸出氮?dú)?，如在巡航階 段使用低流模式，通過低流孔24輸出氮?dú)?。其中，所述可編程自動控制系統(tǒng)對氣體膜分離 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 ;通過可編程自動控制系統(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，通過氮?dú)饧兌瓤刂葡到y(tǒng)得到88% _95%純度的 氮?dú)猓湓頌橥ㄟ^成品氣采樣檢測支路，由氧檢探頭31在線檢測氣體含氧量并通過氧 分析儀在線顯示氣體含氧量，通過可編程自動控制系統(tǒng)對膜入口空氣的壓力，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)氮量通過可編程自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，以便適 應(yīng)飛機(jī)在不同飛行狀態(tài)時的用氮量，不合格氮?dú)庥刹缓细竦獨(dú)夥趴臻y27來控制放空。
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^ 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)在市場上的均質(zhì)膜管組件所不具備的；可編程自動控制系統(tǒng)即PLC控制器，是一種通 用的自動控制系統(tǒng)，可以對氣體膜分離系統(tǒng)中的溫度、壓力、氮?dú)饧兌鹊茸兞堪丛O(shè)計的預(yù)定 值進(jìn)行自動控制。 作為本發(fā)明中的膜分離制氮系統(tǒng)的最佳結(jié)構(gòu)，所述空氣過濾器組7為粗濾空氣 過濾器、中濾空氣過濾器、細(xì)濾空氣過濾器與超細(xì)濾空氣過濾器按順序串行相連。該多級過 濾器能徹底除去壓縮空氣中的灰塵和雜質(zhì)，而且過濾器不易堵塞，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，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，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 器安裝于空氣過濾器組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)而無空氣進(jìn)入，或有空氣進(jìn)入但壓力小于某一設(shè)定值 時，空氣加熱器10能在空氣壓力安全控制器9的作用下自動關(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?？梢允褂眯箟洪y26讓系統(tǒng)內(nèi)部的壓 力在停機(jī)時得到泄放。 在所述氣體膜分離系統(tǒng)和氮?dú)鈨夤?2之間安裝有氮?dú)饧兌瓤刂葡到y(tǒng)。氮?dú)饧?度控制系統(tǒng)的基本原理是通過產(chǎn)品氣采樣檢測支路，由氧檢探頭31在線連續(xù)檢測氣體含 氧量并通過氧分析儀顯示當(dāng)時氣體含氧量(即反饋產(chǎn)品氣純度)，通過調(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，同時不發(fā)生漏氣。 在實(shí)際工作過程中，飛機(jī)發(fā)動機(jī)壓縮機(jī)1產(chǎn)生的壓縮空氣通過供給管線從空氣預(yù) 處理系統(tǒng)的壓縮空氣進(jìn)氣管2進(jìn)入，然后通過熱交換器6，并由飛機(jī)發(fā)動機(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)入空氣過濾器組7，空氣過濾器組7會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通過歧管連接組成，復(fù)合膜管組件14 是一個圓筒狀的中空復(fù)合膜束，每束包含了上百萬根中空纖維，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夤?2，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)動機(jī)壓縮機(jī)1壓縮后依次經(jīng)過以下部件壓
縮空氣進(jìn)氣管2、空氣控制閥3、溫度計4、熱交換器6、高空除臭氧裝置29、空氣過濾器組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12、空氣氣動閥13、復(fù)合膜管組件14，經(jīng)過復(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)過氧氣含量傳感器15、溫度傳感器16、壓力表17、流量計18、流量調(diào) 節(jié)閥19、背壓閥20，然后分離為主、從兩個支路，主支路是氮?dú)廨敋忾y21、氮?dú)鈨夤?2、 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)時監(jiān)控其內(nèi)氧含量并反饋可編程自動控制系統(tǒng)對富氮?dú)怏w的生產(chǎn)及輸入過程進(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通過從支路。
以上對本發(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)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助 理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(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)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本 發(fā)明的限制。對本發(fā)明的變更和改進(jìn)將是可能的，而不會超出附加權(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)和自動控制系統(tǒng)，在自動控制系統(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、空氣過濾器組和空氣加熱器依次連接而成；所述自動控制系統(tǒng)由可編程自動控制系統(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)合膜管組件通過歧管連接組成，并通過并聯(lián)的氣動或電動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 自動控制系統(tǒng)對氣體膜分離系統(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 ;通過可編程自動控制系統(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)?，其原理為通過成品氣采樣檢測支路，由氧檢探頭在線檢測氣體含氧量并通過氧分 析儀在線顯示氣體含氧量，通過可編程自動控制系統(tǒng)對膜入口空氣的壓力，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)氮量通過可編程自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，含氧量大于 12%的不合格廢品氮?dú)鈱⑼ㄟ^不合格氮?dú)夥趴臻y放空。
全文摘要
本發(fā)明公開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)和自動控制系統(tǒng)，在自動控制系統(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)合膜管組件通過歧管連接組成，并通過并聯(lián)的氣動或電動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A62C3/06GK101708776SQ20091021653
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者張星 申請人:張星