專利名稱：浮空器內(nèi)囊氦氣在線回收和純化的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于浮空器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種浮空器內(nèi)囊氦氣在線回收與純化的裝置。
背景技術(shù)：
浮空器(氣球、飛艇等)是一種完全依靠自身靜浮力升空的航空器，而其靜浮力通常依賴內(nèi)部填充的氦氣來提供。對于內(nèi)充氦氣的浮空器而言，內(nèi)部氦氣的純度直接影響到其凈升力的大小，從而對飛行性能造成影響。當(dāng)浮空器在某個高度定點(diǎn)工作時，升空時間主要受內(nèi)囊氦氣產(chǎn)生的浮力制約，如果氦氣純度出現(xiàn)下降，會導(dǎo)致浮力降低而使浮空器工作高度下降，任務(wù)系統(tǒng)回落，從而縮短浮空器的有效連續(xù)滯空時間，嚴(yán)重時將直接影響浮空器的實(shí)際使用效果。同時，高純度的氦氣能夠提供更大的浮升力，可以增大浮空器掛載任務(wù)設(shè)備的重量，特別是對于大型浮空器產(chǎn)品來說，氦氣純度每提高一個百分點(diǎn)即可多搭載幾百公斤的任務(wù)設(shè)備，產(chǎn)生的效能相當(dāng)可觀。同時，浮空器充氣后長時間使用時，由于內(nèi)囊氦氣泄漏和空氣擴(kuò)散，內(nèi)充的氦氣純度會逐漸下降，長期的氦氣漏損和空氣滲透使得體積一定的浮空器剩余浮力下降。因此，為保證浮空器能夠保持持續(xù)的工作能力，需對浮空器內(nèi)囊氦氣進(jìn)行回收純化，目前常用的純化方法是將浮空器內(nèi)囊氦氣回收后再集中純化，氦氣的回收和純化完全獨(dú)立進(jìn)行，不僅需要耗費(fèi)大量的時間和能源，且對浮空器的正常工作造成較大的影響。針對此問題，本實(shí)用新型研究了一種氦氣在線回收與純化方法，通過采用一種氦氣在線回收和純化裝置，將氦氣的回收與純化有機(jī)的結(jié)合在一起，從而將氦氣中混入的空氣分離，將氦氣提純后繼續(xù)使用。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有的浮空器內(nèi)囊氦氣回收與純化操作相互隔離的現(xiàn)狀，本實(shí)用新型提供一種效率高，可操作性強(qiáng)，能夠極大提高浮空器內(nèi)部填充的稀缺氦氣綜合利用率的浮空器內(nèi)囊氦氣在線回收和純化的裝置。實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)解決方案如下浮空器內(nèi)囊氦氣在線回收和純化的裝置包括氦氣壓縮機(jī)6、干燥過濾器10和氦氣純化器13，氦氣壓縮機(jī)6通過冷卻管路M連通著冷卻設(shè)備。所述氦氣壓縮機(jī)6的進(jìn)口連通著低壓回收管道3，低壓回收管道3的另一端設(shè)有低壓抽氣嘴2，氦氣壓縮機(jī)6的出口通過管道連通著干燥過濾器10的進(jìn)口，氦氣壓縮機(jī)6的出口管道上設(shè)有安全泄壓閥7，并串聯(lián)著送氣閥8和單向閥9 ；干燥過濾器10的進(jìn)口處通過三通管設(shè)有油水吹除閥11，干燥過濾器10的出口通過管道連通著氦氣純化器13的進(jìn)口，氦氣純化器13的出口連通著三通管， 三通管的第二端口連通著高壓充氦軟管20，高壓充氦軟管20上串聯(lián)著放氣閥門19，高壓充氦軟管20的另一端設(shè)有高壓充氣嘴22和充氦閥23 ；氦氣純化器13出口的三通管的第三端口連通著純度檢測單元18 ；氦氣純化器13通過輸液管16連通著液氮儲罐14，所述輸液管16上串聯(lián)著輸液閥15。[0006]所述氦氣壓縮機(jī)6為立式雙列、水冷、五級壓縮、撬裝式、高壓壓縮機(jī)，單臺排氣量不小于300Nm7h，最高工作壓力為22MPa。所述干燥過濾器10為硅膠和分子篩吸附、加熱再生、抽真空處理的高壓干燥過濾器，工作壓力為25Mpa，氦氣露點(diǎn)不大于-50°C。所述冷卻設(shè)備12為多效、風(fēng)冷、兼顧常規(guī)換熱與壓縮制冷兩種制冷方式的液冷源，制冷量大于llOkw。所述氦氣純化器13為大容量、低溫、高壓冷凝分離與吸附的杜瓦型純化器，工作壓力為22MPa，工作流量超過300 m7h。所述液氮儲罐14的幾何容積大于10 m3。所述純度檢測單元18是FTC200型氦氣純度分析儀，其作用是快速測定經(jīng)氦氣純化器13純化后的氦氣純度，檢測精度不大于0. 5%。所述高壓充氦軟管20為內(nèi)徑15mm不銹鋼管或帶不銹鋼編織網(wǎng)的耐壓軟管，耐壓值為22MPa。所述低壓回收管道3為鋼絲增強(qiáng)聚胺脂軟管，耐_40°C的低溫和0. 04MPa的負(fù)壓。所述安全泄壓閥7為自動卸壓。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在以下方面a.本實(shí)用新型在線自循環(huán)氦氣回收純化工裝置，將氦氣回收與純化工作有機(jī)結(jié)合，無須將浮空器完全回收即可實(shí)現(xiàn)浮空器內(nèi)囊氦氣的提純，有效的延長了浮空器充氣后的連續(xù)工作時間，節(jié)省了浮空器拆收成本。b.回收與純化流量大，組合使用該在線回收與純化裝置，最大回收與純化速度可達(dá)到1200 m3/h，極大的減少了浮空器回收與純化過程中外界環(huán)境對其帶來的風(fēng)險。C.設(shè)備集成度高，整個回收與純化裝置統(tǒng)一集成在設(shè)備方艙內(nèi)，整套裝置具有良好的機(jī)動性和操作性。d.單次氦氣純化率高，純化后氦氣純度可達(dá)到98%，單次純化提高率大于3%，回收與純化過程中氦氣損耗率不大于5%。

圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中序號如下1-抽氦閥、2-低壓抽氣嘴、3-低壓回收管道、4-浮空器、5-進(jìn)氣閥、6-氦氣壓縮機(jī)、7-安全泄壓閥、8-送氣閥、9-單向閥、10-干燥過濾器、11-油水吹除閥、 12-冷卻設(shè)備、13-氦氣純化器、14-液氮儲罐、15-輸液閥、16-輸液管、17-取樣閥、18-純度檢測單元、19-放氣閥門、20-高壓充氦軟管、21-中間轉(zhuǎn)接頭、22-高壓充氣嘴、23-充氦閥、 24-冷卻管路。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步地說明。實(shí)施例參見圖1，本實(shí)用新型浮空器內(nèi)囊氦氣在線回收和純化的裝置布置在浮空器4地面系留位置。[0025]浮空器內(nèi)囊氦氣在線回收和純化的裝置包括氦氣壓縮機(jī)6、干燥過濾器10和氦氣純化器13，氦氣壓縮機(jī)6通過冷卻管路M連通著冷卻設(shè)備。氦氣壓縮機(jī)6的進(jìn)口連通著低壓回收管道3，低壓回收管道3的另一端設(shè)有低壓抽氣嘴2，氦氣壓縮機(jī)6的出口通過管道連通著干燥過濾器10的進(jìn)口，氦氣壓縮機(jī)6的出口管道上設(shè)有安全泄壓閥7，并串聯(lián)著送氣閥8和單向閥9 ；干燥過濾器10的進(jìn)口處通過三通管設(shè)有油水吹除閥11，干燥過濾器10 的出口通過管道連通著氦氣純化器13的進(jìn)口，氦氣純化器13的出口連通著三通管，三通管的第二端口連通著高壓充氦軟管20，高壓充氦軟管20上串聯(lián)著放氣閥門19，高壓充氦軟管 20的另一端設(shè)有高壓充氣嘴22和充氦閥23 ；氦氣純化器13出口的三通管的第三端口連通著純度檢測單元18 ；氦氣純化器13通過輸液管16連通著液氮儲罐14，所述輸液管16上串聯(lián)著輸液閥15。氦氣壓縮機(jī)6為立式雙列、水冷、五級壓縮、撬裝式、高壓壓縮機(jī)，單臺排氣量不小于300Nm3/h，最高工作壓力為22MPa?？啥嗯_并聯(lián)工作，通過低壓回收管路與浮空器抽氦閥和低壓抽氣嘴相連，將大氣狀態(tài)的自由氦氣壓縮成高壓氣體。干燥過濾器10為硅膠和分子篩吸附、加熱再生、抽真空處理的高壓干燥過濾器， 主要作用是將氦氣壓縮機(jī)壓縮后的高壓氦氣經(jīng)過干燥過濾后，將氦氣中的油含量控制在 IOppm以內(nèi)，同時將壓縮機(jī)在壓縮過程中因冷凝分離析出的大部分水分過濾掉，氦氣露點(diǎn)控制在-50°C左右，而積聚在干燥過濾器底部的油水采用吹除法進(jìn)行油水吹除。冷卻設(shè)備12為多效、風(fēng)冷、兼顧常規(guī)換熱與壓縮制冷兩種制冷方式的液冷源，為氦氣壓縮機(jī)提供循環(huán)冷卻水，將制冷后提供的低溫冷卻水輸送到氦氣壓縮機(jī)為其提供冷量，同時將與氦氣壓縮機(jī)換熱過后的高溫冷卻水輸送回重新進(jìn)行制冷，以此形成閉路循環(huán)。 制冷量大于llOkw。氦氣純化器13為大容量、低溫、高壓冷凝分離與吸附的杜瓦型純化器，，工作壓力為22MPa，工作流量超過300 m3/h。氦氣純化器13能夠吸附氦氣中的空氣雜質(zhì)，并且將沸點(diǎn)高于液氮的雜質(zhì)氣體凍結(jié)或吸附，實(shí)現(xiàn)浮空器內(nèi)囊低純度氦氣的提純，純化率大于98%。液氮儲罐14的幾何容積大于10 m3，用于儲存低溫液氮，通過輸液管和輸液閥將液氮輸入氦氣純化器，使氦氣中的空氣雜質(zhì)實(shí)現(xiàn)低溫分餾，滿足氦氣的初始純化。純度檢測單元18是FTC200型氦氣純度分析儀，能夠快速測定經(jīng)純化后的氦氣純度。純度檢測單元采用氦氣的極端高導(dǎo)熱原理的氦氣檢測儀，這種氦氣檢測儀在連續(xù)氣流情況下可以使用并能迅速檢測出純度，檢測精度達(dá)到0. 5%。高壓充氦軟管20為內(nèi)徑15mm不銹鋼管或帶不銹鋼編織網(wǎng)的耐壓軟管，耐壓值為 22MPa;其能夠以較小的壓力損失和較高的壓力完成高速、高壓氦氣的輸送。低壓回收管道3為鋼絲增強(qiáng)聚胺脂軟管，耐_40°C的低溫和0. 04MPa的負(fù)壓。安全泄壓閥7為自動卸壓。本實(shí)用新型的工作原理如下氦氣通過安裝在浮空器腹部的抽氦閥1和低壓抽氣嘴2進(jìn)入本實(shí)用新型裝置，首先經(jīng)低壓回收管道3進(jìn)入氦氣壓縮機(jī)6，通過進(jìn)氣閥5控制低壓回收管道3中氦氣的通斷。 氦氣壓縮機(jī)6將自然狀態(tài)的氦氣壓縮至20MPa壓力的高壓氣，氦氣壓縮機(jī)6后安裝有干燥過濾器10，將壓縮后的高壓氦氣中的油水干燥過濾，收集的油水通過油水吹除閥11排出。 在氦氣壓縮機(jī)6出氣口與干燥過濾器10進(jìn)氣口之間依次安裝的安全泄壓閥7、送氣閥8和單向閥9，用以調(diào)節(jié)管路中高壓氦氣的壓力、流量和流向。冷卻設(shè)備12通過冷卻管路M為氦氣壓縮機(jī)6提供強(qiáng)制冷卻，將氦氣壓縮機(jī)工作后產(chǎn)生的多余熱量帶走排出。 干燥凈化后的氦氣進(jìn)入氦氣純化器13純化，液氮儲罐14通過輸液閥15和輸液管 16為氦氣純化器13提供低溫液氮，使氦氣中的空氣雜質(zhì)實(shí)現(xiàn)低溫冷凝分離。經(jīng)氦氣純化器 13純化后的98%以上純度的氦氣，再經(jīng)過放氣閥門19、高壓充氦軟管20及中間轉(zhuǎn)接頭21 逐段送入至高壓充氣嘴22，最后通過安裝在浮空器4頭部的充氦閥23充入浮空器4，完成整個氦氣的在線回收與純化流程。在高純度氦氣進(jìn)入放氣閥門19之前，經(jīng)過取樣閥17進(jìn)入純度檢測單元18對純化后的氦氣純度進(jìn)行實(shí)時檢測。
權(quán)利要求1.浮空器內(nèi)囊氦氣在線回收和純化的裝置，包括氦氣壓縮機(jī)(6)、干燥過濾器(10)和氦氣純化器(13)，氦氣壓縮機(jī)(6)通過冷卻管路(24)連通著冷卻設(shè)備，其特征在于所述氦氣壓縮機(jī)(6)的進(jìn)口連通著低壓回收管道(3)，低壓回收管道(3)的另一端設(shè)有低壓抽氣嘴 (2)，氦氣壓縮機(jī)(6)的出口通過管道連通著干燥過濾器(10)的進(jìn)口，氦氣壓縮機(jī)(6)的出口管道上設(shè)有安全泄壓閥(7)，并串聯(lián)著送氣閥(8)和單向閥(9)；干燥過濾器(10)的進(jìn)口處通過三通管設(shè)有油水吹除閥(11)，干燥過濾器(10)的出口通過管道連通著氦氣純化器 (13)的進(jìn)口，氦氣純化器(13)的出口連通著三通管，三通管的第二端口連通著高壓充氦軟管(20 )，高壓充氦軟管(20 )上串聯(lián)著放氣閥門(19 )，高壓充氦軟管(20 )的另一端設(shè)有高壓充氣嘴(22)和充氦閥(23)；氦氣純化器(13)出口的三通管的第三端口連通著純度檢測單元(18)；氦氣純化器(13)通過輸液管(16)連通著液氮儲罐(14)，所述輸液管(16)上串聯(lián)著輸液閥(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮空器內(nèi)囊氦氣在線回收和純化的裝置，其特征在于所述氦氣壓縮機(jī)(6)為立式雙列、水冷、五級壓縮、撬裝式、高壓壓縮機(jī)，單臺排氣量不小于 300Nm7h，最高工作壓力為22MPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮空器內(nèi)囊氦氣在線回收和純化的裝置，其特征在于所述干燥過濾器(10)為硅膠和分子篩吸附、加熱再生、抽真空處理的高壓干燥過濾器，工作壓力為25Mpa，氦氣露點(diǎn)不大于-50°c。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮空器內(nèi)囊氦氣在線回收和純化的裝置，其特征在于所述冷卻設(shè)備(12)為多效、風(fēng)冷、兼顧常規(guī)換熱與壓縮制冷兩種制冷方式的液冷源，制冷量大于 IlOkw0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮空器內(nèi)囊氦氣在線回收和純化的裝置，其特征在于所述氦氣純化器(13)為大容量、低溫、高壓冷凝分離與吸附的杜瓦型純化器，工作壓力為 22MPa，工作流量超過300 m3/h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮空器內(nèi)囊氦氣在線回收和純化的裝置，其特征在于所述液氮儲罐(14)的幾何容積大于10 m3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮空器內(nèi)囊氦氣在線回收和純化的裝置，其特征在于所述純度檢測單元(18)是FTC200型氦氣純度分析儀，其作用是快速測定經(jīng)氦氣純化器(13)純化后的氦氣純度，檢測精度不大于0. 5%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮空器內(nèi)囊氦氣在線回收和純化的裝置，其特征在于所述高壓充氦軟管(20)為內(nèi)徑15mm不銹鋼管或帶不銹鋼編織網(wǎng)的耐壓軟管，耐壓值為22MPa。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮空器內(nèi)囊氦氣在線回收和純化的裝置，其特征在于所述低壓回收管道(3)為鋼絲增強(qiáng)聚胺脂軟管，耐_40°C的低溫和0. 04MPa的負(fù)壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮空器內(nèi)囊氦氣在線回收和純化的裝置，其特征在于所述安全泄壓閥(7)為自動卸壓。
專利摘要本實(shí)用新型涉及浮空器內(nèi)囊氦氣在線回收和純化的裝置。該裝置的氦氣壓縮機(jī)的進(jìn)口連通著低壓回收管道，出口通過管道連通著干燥過濾器的進(jìn)口，氦氣壓縮機(jī)的出口管道上設(shè)有安全泄壓閥，并串聯(lián)著送氣閥和單向閥；干燥過濾器的出口通過管道連通著氦氣純化器的進(jìn)口，氦氣純化器的出口連通著高壓充氦軟管，高壓充氦軟管上串聯(lián)著放氣閥門，氦氣純化器的出口通過三通管連通著純度檢測單元。本實(shí)用新型將氦氣回收與純化工作有機(jī)結(jié)合，無須將浮空器完全回收即可實(shí)現(xiàn)浮空器內(nèi)囊氦氣的提純，有效的延長了浮空器充氣后的連續(xù)工作時間，節(jié)省了浮空器拆收成本。本實(shí)用新型單次氦氣純化率高，純化后氦氣純度可達(dá)到98%，單次純化提高率大于3%，回收與純化過程中氦氣損耗率不大于5%。
文檔編號C01B23/00GK202265411SQ20112036854
公開日2012年6月6日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者萬小剛, 彭桂林, 陳利, 鞠金彪 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所