[发明专利]一种适用浮空器的大功率氦气回收纯化系统

说明书

一、技术领域：

本发明涉及一种适用浮空器的大功率氦气回收纯化系统，属于氦气机械设备领域。

二、背景技术：

浮空器是一种重要的空间科学研究运载工具，分为有动力(飞艇)和无动力(气球)两种，它利用氦气浮力克服平台自重和载荷重力，有效载荷为数百千克甚至数吨，耗能小，可回收，相对成本低，无论对国防还是对科学研究都有实用的意义。

但随着各行业的快速发展，氦气广泛的应用于浮空器、检漏、电子、化学分析等行业。由于氦气在空气中的含量非常小，仅为5ppm，所以大量的氦气都是从天然气中提取，资源和技术都在少数国家的掌握之中，价格十分昂贵。我国是氦气资源比较贫乏的国家，目前国内绝大部分氦气是从美国进口的液氦汽化得到的。

为了使浮空器飞行后内部氦气可以重复使用，并保持原有升力，需要对浮空器中的氦气进行快速回收和纯化。目前国内通常采用大口径管路、配合大功率压缩气体设备、以及液氮纯化和吸附剂吸附技术，这样的系统会有三个致命的缺点：1.回收管路需要插入浮空器内部，并且浮空器蒙皮材料容易被硬物损伤后漏气，若管路吸力过大会造成浮空器蒙皮材料吸入管路后损坏，若管路吸力过小回收时间变的非常久，当遇到突风时浮空器很容易破坏；2.液氮纯化和吸附剂吸附的纯化方法，对氮气和吸附剂的消耗和依赖性非常大，成本较高；3.系统不能够同时实现对多个浮空器进行回收和充气的功能。针对以上缺点，研究了一种适用于浮空器的大功率氦气回收纯化方法。

三、发明内容：

(1)目的：本发明的目的在于提供一种适用浮空器的大功率氦气回收和纯化系统，一方面该系统中的碳纤维回收探头可以在大功率吸力时并不对浮空器蒙皮造成伤害；另一方面它采用了氦气净化膜技术，无消耗，效率高。系统集成采用了分布式的架构，保证回收纯化后的氦气纯度在99.9％以上，流量大于200立方米/小时，并且可以对多个浮空器进行回收纯化。

(2)技术方案：见图1，本发明一种适用浮空器的大功率氦气回收纯化系统，它是由1号增压机、过滤器、汇流排、调压阀、热交换器、纯化封闭舱、列管冷却器、流量控制阀、合格氦气罐、2号增压机、3号增压机和碳纤维回收探头组成。1号增压机位于系统的前部，它与碳纤维回收探头和过滤器通过阀门连接；调压阀安装在汇流排与热交换器之间；热交换器分别与纯化封闭舱和列管冷却器进行连接；列管冷却器通过流量控制阀与合格氦气罐相通；合格氦气罐与2号增压机、3号增压机相连。

所述1号增压机位于系统的前部，与碳纤维回收探头通过阀门连接，该1号增压机为GDZ-10/150型隔膜氦气压缩机，形状为Z型，风冷，隔膜氦气压缩机，公称容积流量为1.5m3/min，额定排气压力为10Mpa。

所述过滤器为TP型过滤器，其作用是除去氦气中的油和水，与1号增压机通过阀门进行连接。

所述调压阀是美国HALE-DN25型阀门，通过阀门和调压阀控制，能提供稳定、连续的气体流量。它采用英国hamilton的高压氦气使用特别设计，符合ASME/ANSI，CGA和OSHA标准。

所述热交换器是NHPP-25型热交换器，其功能是将氦气温度进行调节，在纯化前加大温度，以加强分子的活跃程度，在纯化后降低氦气的温度，使其快速进入增压机。

所述纯化封闭舱是一个椭球型密封舱，由厚度为20cm厚的钢板制成，其作用是完成了氦气的纯化和分离。

所述列管冷却器是10阵列水冷型冷却器，其作用是为了将纯化后的氦气进行温度调节，降温处理。

所述流量控制阀是美国瑞高的DN50型流量控制阀门，在出口设有流量计，检测瞬时流量和累计流量。

所述合格氦气罐是DN5000型氦气储罐，在增压前进行氦气的预存处理，将纯化好的氦气预先存储在氦气罐中。

所述2号增压机是VF-1.5/200-D型氦气压缩机，形状为V型，风冷，四级压缩氦气压缩机，公称容积流量为1.5m3/min，额定排气压力为20.0Mpa。

所述3号增压机与2号增压机并行工作，加大回收的流量，也是VF-1.5/200-D型氦气压缩机，形状为V型，风冷，四级压缩氦气压缩机，公称容积流量为1.5m3/min，额定排气压力为20.0Mpa。

所述碳纤维回收探头是6米长的碳纤维管与一个滤网状的碳纤维结构件组成，它可以保持巨大吸力的同时，不将浮空器蒙皮材料吸入管路中，并且外观曲线明快，不会因为操作失误将蒙皮误伤，为了减轻其重量，利于操作，材料选用了碳纤维复合材料。使用时将碳纤维回收探头伸入浮空器的中上部进行回收；