專利名稱：浮空器內囊氦氣在線回收和純化的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于浮空器技術領域，具體涉及一種浮空器內囊氦氣在線回收與純化的裝置。
背景技術：
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部填充的氦氣來提供。對于內充氦氣的浮空器而言，內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。當浮空器在某個高度定點工作時，升空時間主要受內囊氦氣產生的浮力制約，如果氦氣純度出現下降，會導致浮力降低而使浮空器工作高度下降，任務系統回落，從而縮短浮空器的有效連續滯空時間，嚴重時將直接影響浮空器的實際使用效果。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設備的重量，特別是對于大型浮空器產品來說，氦氣純度每提高一個百分點即可多搭載幾百公斤的任務設備，產生的效能相當可觀。同時，浮空器充氣后長時間使用時，由于內囊氦氣泄漏和空氣擴散，內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的工作能力，需對浮空器內囊氦氣進行回收純化，目前常用的純化方法是將浮空器內囊氦氣回收后再集中純化，氦氣的回收和純化完全獨立進行，不僅需要耗費大量的時間和能源，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的結合在一起，從而將氦氣中混入的空氣分離，將氦氣提純后繼續使用。
發明內容為了解決現有的浮空器內囊氦氣回收與純化操作相互隔離的現狀，本實用新型提供一種效率高，可操作性強，能夠極大提高浮空器內部填充的稀缺氦氣綜合利用率的浮空器內囊氦氣在線回收和純化的裝置。實現上述目的的技術解決方案如下浮空器內囊氦氣在線回收和純化的裝置包括氦氣壓縮機6、干燥過濾器10和氦氣純化器13，氦氣壓縮機6通過冷卻管路M連通著冷卻設備。所述氦氣壓縮機6的進口連通著低壓回收管道3，低壓回收管道3的另一端設有低壓抽氣嘴2，氦氣壓縮機6的出口通過管道連通著干燥過濾器10的進口，氦氣壓縮機6的出口管道上設有安全泄壓閥7，并串聯著送氣閥8和單向閥9 ；干燥過濾器10的進口處通過三通管設有油水吹除閥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上串聯著放氣閥門19，高壓充氦軟管20的另一端設有高壓充氣嘴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上串聯著輸液閥15。[0006]所述氦氣壓縮機6為立式雙列、水冷、五級壓縮、撬裝式、高壓壓縮機，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，氦氣露點不大于-50°C。所述冷卻設備12為多效、風冷、兼顧常規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為內徑15mm不銹鋼管或帶不銹鋼編織網的耐壓軟管，耐壓值為22MPa。所述低壓回收管道3為鋼絲增強聚胺脂軟管，耐_40°C的低溫和0. 04MPa的負壓。所述安全泄壓閥7為自動卸壓。與現有技術相比，本實用新型的有益技術效果體現在以下方面a.本實用新型在線自循環氦氣回收純化工裝置，將氦氣回收與純化工作有機結合，無須將浮空器完全回收即可實現浮空器內囊氦氣的提純，有效的延長了浮空器充氣后的連續工作時間，節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到1200 m3/h，極大的減少了浮空器回收與純化過程中外界環境對其帶來的風險。C.設備集成度高，整個回收與純化裝置統一集成在設備方艙內，整套裝置具有良好的機動性和操作性。d.單次氦氣純化率高，純化后氦氣純度可達到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為本實用新型系統結構示意圖。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-進氣閥、6-氦氣壓縮機、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-中間轉接頭、22-高壓充氣嘴、23-充氦閥、 24-冷卻管路。
具體實施方式
以下結合附圖，通過實施例對本實用新型作進一步地說明。實施例參見圖1，本實用新型浮空器內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]浮空器內囊氦氣在線回收和純化的裝置包括氦氣壓縮機6、干燥過濾器10和氦氣純化器13，氦氣壓縮機6通過冷卻管路M連通著冷卻設備。氦氣壓縮機6的進口連通著低壓回收管道3，低壓回收管道3的另一端設有低壓抽氣嘴2，氦氣壓縮機6的出口通過管道連通著干燥過濾器10的進口，氦氣壓縮機6的出口管道上設有安全泄壓閥7，并串聯著送氣閥8和單向閥9 ；干燥過濾器10的進口處通過三通管設有油水吹除閥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上串聯著放氣閥門19，高壓充氦軟管 20的另一端設有高壓充氣嘴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上串聯著輸液閥15。氦氣壓縮機6為立式雙列、水冷、五級壓縮、撬裝式、高壓壓縮機，單臺排氣量不小于300Nm3/h，最高工作壓力為22MPa。可多臺并聯工作，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壓縮后的高壓氦氣經過干燥過濾后，將氦氣中的油含量控制在 IOppm以內，同時將壓縮機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行油水吹除。冷卻設備12為多效、風冷、兼顧常規換熱與壓縮制冷兩種制冷方式的液冷源，為氦氣壓縮機提供循環冷卻水，將制冷后提供的低溫冷卻水輸送到氦氣壓縮機為其提供冷量，同時將與氦氣壓縮機換熱過后的高溫冷卻水輸送回重新進行制冷，以此形成閉路循環。 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，并且將沸點高于液氮的雜質氣體凍結或吸附，實現浮空器內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實現低溫分餾，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，能夠快速測定經純化后的氦氣純度。純度檢測單元采用氦氣的極端高導熱原理的氦氣檢測儀，這種氦氣檢測儀在連續氣流情況下可以使用并能迅速檢測出純度，檢測精度達到0. 5%。高壓充氦軟管20為內徑15mm不銹鋼管或帶不銹鋼編織網的耐壓軟管，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為鋼絲增強聚胺脂軟管，耐_40°C的低溫和0. 04MPa的負壓。安全泄壓閥7為自動卸壓。本實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進入本實用新型裝置，首先經低壓回收管道3進入氦氣壓縮機6，通過進氣閥5控制低壓回收管道3中氦氣的通斷。 氦氣壓縮機6將自然狀態的氦氣壓縮至20MPa壓力的高壓氣，氦氣壓縮機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6出氣口與干燥過濾器10進氣口之間依次安裝的安全泄壓閥7、送氣閥8和單向閥9，用以調節管路中高壓氦氣的壓力、流量和流向。冷卻設備12通過冷卻管路M為氦氣壓縮機6提供強制冷卻，將氦氣壓縮機工作后產生的多余熱量帶走排出。 干燥凈化后的氦氣進入氦氣純化器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實現低溫冷凝分離。經氦氣純化器 13純化后的98%以上純度的氦氣，再經過放氣閥門19、高壓充氦軟管20及中間轉接頭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。在高純度氦氣進入放氣閥門19之前，經過取樣閥17進入純度檢測單元18對純化后的氦氣純度進行實時檢測。
權利要求1.浮空器內囊氦氣在線回收和純化的裝置，包括氦氣壓縮機(6)、干燥過濾器(10)和氦氣純化器(13)，氦氣壓縮機(6)通過冷卻管路(24)連通著冷卻設備，其特征在于所述氦氣壓縮機(6)的進口連通著低壓回收管道(3)，低壓回收管道(3)的另一端設有低壓抽氣嘴 (2)，氦氣壓縮機(6)的出口通過管道連通著干燥過濾器(10)的進口，氦氣壓縮機(6)的出口管道上設有安全泄壓閥(7)，并串聯著送氣閥(8)和單向閥(9)；干燥過濾器(10)的進口處通過三通管設有油水吹除閥(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 )上串聯著放氣閥門(19 )，高壓充氦軟管(20 )的另一端設有高壓充氣嘴(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)上串聯著輸液閥(15)。
2.根據權利要求1所述的浮空器內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(6)為立式雙列、水冷、五級壓縮、撬裝式、高壓壓縮機，單臺排氣量不小于 300Nm7h，最高工作壓力為22MPa。
3.根據權利要求1所述的浮空器內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，氦氣露點不大于-50°c。
4.根據權利要求1所述的浮空器內囊氦氣在線回收和純化的裝置，其特征在于所述冷卻設備(12)為多效、風冷、兼顧常規換熱與壓縮制冷兩種制冷方式的液冷源，制冷量大于 IlOkw0
5.根據權利要求1所述的浮空器內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.根據權利要求1所述的浮空器內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.根據權利要求1所述的浮空器內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.根據權利要求1所述的浮空器內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)為內徑15mm不銹鋼管或帶不銹鋼編織網的耐壓軟管，耐壓值為22MPa。
9.根據權利要求1所述的浮空器內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)為鋼絲增強聚胺脂軟管，耐_40°C的低溫和0. 04MPa的負壓。
10.根據權利要求1所述的浮空器內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。
專利摘要本實用新型涉及浮空器內囊氦氣在線回收和純化的裝置。該裝置的氦氣壓縮機的進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口，氦氣壓縮機的出口管道上設有安全泄壓閥，并串聯著送氣閥和單向閥；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。本實用新型將氦氣回收與純化工作有機結合，無須將浮空器完全回收即可實現浮空器內囊氦氣的提純，有效的延長了浮空器充氣后的連續工作時間，節省了浮空器拆收成本。本實用新型單次氦氣純化率高，純化后氦氣純度可達到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 優先權日2011年9月30日
發明者萬小剛, 彭桂林, 陳利, 鞠金彪 申請人:中國電子科技集團公司第三十八研究所