一种直升机高温引气制氧控制装置及方法与流程

1.本发明涉及直升机环控系统技术领域，特别涉及一种直升机高温引气制氧控制装置及方法。


背景技术：

2.直升机分子筛供氧装置由制氧控制器、关断阀、散热组件、散热风机、过滤器、温压传感器、制氧主机、氧分压传感器、供氧管路等组成。分子筛供氧装置工作时，制氧控制器发送指令至各部件，启动散热风机、关断阀及制氧主机，关断阀打开将发动机压气机处的高温高压空气引至散热组件，经散热风机散热后，流入过滤器进行除水、除尘及除油，经处理后的低温、干净、高压空气进入制氧主机制氧。分子筛制氧时需引入发动机的高温空气，并通过散热组件散热，鉴于散热风机及其控制部件的可靠性，散热组件仍然存在失效的可能性，且散热风机失效影响较大，首先制氧主机内的分子筛材料对高温空气比较敏感，未经散热的高温空气可导致其失去吸附性能，制氧浓度降低，机组人员存在缺氧风险；其次，机组人员吸入未经散热的高温空气，有烫伤风险。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种直升机高温引气制氧控制装置及方法。本发明能提高分子筛供氧系统的可靠性与安全性，避免高温空气进入制氧主机，损坏分子筛材料，烫伤机组人员。
4.本发明的技术方案。一种直升机高温引气制氧控制装置，包括发动机引气通道，发动机引气通道的出口端与散热组件入口端连接，散热组件出口端经引气管路与制氧主机入口连接，制氧主机出口经供氧管路与供氧面罩连接；所述的发动机引气通道上设有关断阀；所述的散热组件的出口分别设有过滤器和温压传感器；关断阀、温压传感器均与制氧控制器点连接。
5.前述的直升机高温引气制氧控制装置中，制氧主机的出口设有氧浓度传感器。
6.前述的直升机高温引气制氧控制装置中，所述的制氧控制器与上位机连接。
7.前述的直升机高温引气制氧控制装置中，上位机与机电显示器连接。
8.前述的直升机高温引气制氧控制装置的使用方法，分子筛供氧装置正常工作时，温压传感器实时采集散热组件出口的空气温度和压力，并将采集的温度与压力值传送至制氧控制器，制氧控制器通过与预设的温度与压力极限值比较，判断散热组件的散热风机的工作状态：当采集的温度与压力值大于预设的温度与压力极限值，判定散热风机故障，立即关闭关断阀。防止高温空气进入制氧主机，提高分子筛供氧装置的可靠性。
9.前述的直升机高温引气制氧控制装置的使用方法中，直升机正常飞行、分子筛供氧装置不工作时，发动机会有少量高温引气经关断阀串流到后端制氧主机，此时，制氧控制器与温压传感器仍然处于工作状态，散热风机处于待机状态，温压传感器实时采集散热组件出口的空气温度和压力，并将采集的温度与压力值传送至制氧控制器，制氧控制器通过
与预设的温度与压力极限值比较，判断散热风机的工作状态：当采集的温度与压力值大于预设的温度与压力极限值判定为超温或超压，立即启动散热风机。避免高温空气进入制氧主机。
10.前述的直升机高温引气制氧控制装置的使用方法中，直升机分子筛供氧装置正常工作前，先启动散热风机，3秒后再打开关断阀；分子筛供氧装置关闭时，制氧控制器先关闭关断阀，3秒后再关停散热风机。该方法，防止未经散热的少量发动机高温空气进入制氧主机，损坏分子筛材料。
11.前述的直升机高温引气制氧控制装置的使用方法中，制氧控制器接收氧浓度传感器采集的制氧主机出口的氧浓度值，并将采集的氧浓度值与预设的氧浓度极限值进行对比，并判断制氧主机的工作状态。
12.前述的直升机高温引气制氧控制装置的使用方法中，制氧控制器将供氧装置的工作信息与故障信息通过上位机传至机电显示器，为机组人员提供分子筛供氧装置实时工作状态。
13.有益效果
14.与现有技术相比，根据直升机发动机高温引气制氧的特点，通过优化制氧控制装置的控制逻辑控制各系统部件的工作状态，既可避免制氧系统开启与关闭时少量发动机高温空气进入制氧主机，又可对系统各部件状态实时监控，在相关部件发生故障时，采取补救措施，提高分子筛供氧系统的可靠性与安全性，避免高温空气进入制氧主机，损坏分子筛材料，烫伤机组人员。
附图说明
15.图1为本发明结构示意图。
16.附图标记。1-制氧控制器；2-关断阀；3-散热组件；4-散热风机；5-过滤器；6-温压传感器；7-制氧主机；8-氧浓度传感器；9-供氧面罩；10-引气管路；11-供氧管路；12-上位机；13-机电显示器；14-发动机引气通道。
具体实施方式
17.实施例1。一种直升机高温引气制氧控制装置，构成如图1所示，包括制氧控制器1、关断阀2、散热组件3、散热风机4、过滤器5、温压传感器6及制氧主机7。
18.开始制氧时，制氧控制器1先启动散热风机4，再打开关断阀2从发动机引气口引出高温高压气体，进入散热组件3进行降温并限流，降温后的空气进入过滤器5，进行除水、除尘及除油处理。同时位于过滤器5后端的温压传感器6采集引气温度与引气压力，并将其发送至制氧控制器1，由制氧控制器1判断引入空气是否满足分子筛制氧要求，最后经处理后的低温、干净、高压空气进入制氧主机7制氧。
19.制氧过程中，制氧控制器1实时监控关断阀2、散热风机4、温压传感器6及制氧主机7入口处空气状态，根据各部件的工作状态和故障情况及时采取补救措施。
20.当温压传感器6采集的空气温度大于等于80℃，制氧控制器1判断散热风机4故障，立即关闭关断阀2，避免高温引气进入制氧主机7；
21.当温压传感器6采集空气压力小于50kpa，制氧控制器1判断关断阀2未打开，立即
关闭制氧系统；
22.当温压传感器6采集空气温度小于-55℃或温度大于119℃，制氧控制器1判断温压传感器6故障，立即关闭制氧系统；
23.当温压传感器6采集空气压力小于0或大于1000kpa，制氧控制器1判断温压传感器6故障，立即关闭制氧系统。
24.制氧控制器1将分子筛供氧装置的工作信息与故障信息通过机电计算机12传至机电显示器13，为机组人员提供分子筛供氧装置实时工作状态。
25.关闭制氧系统时，制氧控制器1先关闭关断阀2，3秒后再关停散热风机4从发动机引气口引出高温高压气体，避免高温引气进入制氧主机；
26.直升机正常飞行，制氧系统不工作时，制氧控制器1与温压传感器6继续保持工作状态，散热风机4处于待机状态。制氧控制器1通过实时监控温压传感器6的采集数据，判断关断阀的串气量。如温压传感器6采集的空气温度大于100℃，制氧控制器1判断关断阀2串流量过大，制氧控制器1发送指令立即启动散热风机4，避免高温引气进入制氧主机；如温压传感器6采集空气压力大于80kpa，制氧控制器1判断关断阀2串流量过大，制氧控制器1发送指令启动散热风机4，避免高温引气进入制氧主机。
27.实施例2。一种直升机高温引气制氧控制装置，构成如图1所示，包括发动机引气通道14，发动机引气通道14的出口端与散热组件3入口端连接，散热组件3出口端经引气管路10与制氧主机7入口连接，制氧主机7出口经供氧管路11与供氧面罩9连接；所述的发动机引气通道14上设有关断阀2；所述的散热组件3的出口分别设有过滤器5和温压传感器6；关断阀2、温压传感器6均与制氧控制器1点连接。制氧主机7的出口设有氧浓度传感器8。所述的制氧控制器1与上位机12连接。上位机12与机电显示器13连接。
28.其工作原理为：
29.首先，直升机分子筛供氧装置正常工作时，先启动散热风机，3秒后再打开关断阀。分子筛供氧装置关闭时，制氧控制器先关闭关断阀，3秒后再关停散热风机，防止未经散热的少量发动机高温空气进入制氧主机，损坏分子筛材料；其次，分子筛供氧装置正常工作时，温压传感器实时采集散热组件出口的空气温度和压力，并将温度与压力值传送至制氧控制器，制氧控制器通过与设置的温度与压力极限值比较，判断散热风机是否正常工作，如散热风机故障，立即关闭关断阀，防止高温空气进入制氧主机，提高分子筛供氧装置的可靠性；最后，当直升机正常飞行，分子筛供氧装置不工作时，发动机会有少量高温引气经关断阀串流到后端制氧主机，此时，制氧控制器与温压传感器仍然处于工作状态，散热风机处于待机状态，温压传感器实时采集散热组件出口的空气温度和压力，并将温度与压力值传送至制氧控制器，制氧控制器通过与设置的温度与压力极限值比较，判断散热风机是否正常工作，如超温或超压，立即启动散热风机，避免高温空气进入制氧主机。
30.本发明技术方案的关键控制节点如下：
31.1)所述系统中制氧控制器1，用于控制关断阀2、散热风机4及制氧主机7的启停，并接收温压传感器6的温度和压力信号；
32.2)所述系统中制氧控制器1，制氧系统开启时，先启动散热风机4，3秒后待供氧装置开关打开至散热风机完全进入工作状态时，再打开关断阀2；制氧系统关闭时，先关闭关断阀2，3秒后再关停散热风机4，防止未经散热的少量发动机高温空气进入制氧主机7，损坏
分子筛材料；
33.3)所述系统中制氧控制器1，制氧系统正常工作时，如温压传感器6采集空气温度大于等于80℃，制氧控制器1判断散热风机4故障，立即关闭关断阀2，避免高温引气进入制氧主机7；
34.4)所述系统中制氧控制器1，制氧系统正常工作时，如温压传感器6采集空气压力小于50kpa，制氧控制器1判断关断阀2未打开，立即关闭制氧系统；
35.5)所述系统中制氧控制器1，制氧系统正常工作时，散热组件出口温度在常温至100℃，考虑到使用环境温度，最低温度-55℃，如温压传感器6采集空气温度小于-55℃或温度大于119℃，制氧控制器1判断温压传感器6故障，立即关闭制氧系统；
36.6)所述系统中制氧控制器1，制氧系统正常工作时，发动机引气压力范围为200kpa～800kpa，如温压传感器6采集空气压力小于0或大于1000kpa，制氧控制器1判断温压传感器6故障，立即关闭制氧系统；
37.7)直升机正常飞行，制氧系统不工作，所述系统中制氧控制器1、温压传感器6继续工作，散热风机4处于待机状态；
38.8)直升机正常飞行，制氧系统不工作，关断阀会有部分高温高压串流量，约3kg/h，引气温度最高316℃，经试验室试验，316℃的高温气体经散热组件散热后不超过100℃。所述系统中温压传感器6如果采集空气温度大于100℃，制氧控制器1判断关断阀2串流量过大，制氧控制器1发送指令启动散热风机4，避免高温引气进入制氧主机7；
39.9)直升机正常飞行，制氧系统不工作，关断阀会有部分高温高压串流量，约3kg/h，经试验室试验，串流气体经散热组件散热后压力不超过80kpa。所述系统中温压传感器6采集空气压力大于80kpa，制氧控制器1判断关断阀2串流量过大，制氧控制器1发送指令启动散热风机4，避免高温引气进入制氧主机7；
40.10)所述系统中关断阀2，作为供氧装置的引气开关，按照制氧控制器1的指令进行启停；
41.11)所述系统中散热风机4，作为引气散热关键部件，按照制氧控制器1的指令进行启停；
42.12)所述系统中散热组件3，作为引气限流装置，防止超量引气，影响发动机功率。根据分子筛供氧要求，引气量需60kg/h，经评估该引气量对发动机功率消耗不大于总功率的0.8％，为避免引气量超过60kg/h，需设计引气限流装置；
43.13)所述系统中过滤器5，用于过滤发动机引气中含有的灰尘、水蒸气及油气，防止制氧主机7中的分子筛材料被污染，过滤器5设置有排水孔，用于排出水和油；
44.14)所述系统中温压传感器6，具备抗振动、冲击、加速度、电磁兼容等性能，用于采集散热组件3出气口处引气温度和压力，传送至制氧控制器1，并判断关断阀2与散热组件3是否正常工作；
45.15)所述系统中制氧主机7，通过循环改变分子筛吸附和解吸压力对引入空气进行氧、氮分离，并根据海拔高度变化输出不同氧气浓度的混合氧。
46.16)所述系统中氧浓度传感器8，用于采集制氧主机7出口的氧浓度值，并传送至制氧控制器1，制氧控制器1将接收的氧浓度与对应高度的氧浓度极限值进行对比，并判断制氧主机7是否正常工作；
47.17)所述系统中制氧控制器1，将供氧装置的工作信息与故障信息通过机电计算机12传至机电显示器13，为机组人员提供分子筛供氧装置实时工作状态。

技术特征：
1.一种直升机高温引气制氧控制装置，其特征在于，包括发动机引气通道(14)，发动机引气通道(14)的出口端与散热组件(3)入口端连接，散热组件(3)出口端经引气管路(10)与制氧主机(7)入口连接，制氧主机(7)出口经供氧管路(11)与供氧面罩(9)连接；所述的发动机引气通道(14)上设有关断阀(2)；所述的散热组件(3)的出口分别设有过滤器(5)和温压传感器(6)；关断阀(2)、温压传感器(6)均与制氧控制器(1)点连接。2.根据权利要求1所述的直升机高温引气制氧控制装置，其特征在于，制氧主机(7)的出口设有氧浓度传感器(8)。3.根据权利要求1所述的直升机高温引气制氧控制装置，其特征在于，所述的制氧控制器(1)与上位机(12)连接。4.根据权利要求1所述的直升机高温引气制氧控制装置，其特征在于，上位机(12)与机电显示器(13)连接。5.一种根据权利要求1-4任一项的所述的直升机高温引气制氧控制装置的使用方法，其特征在于，分子筛供氧装置正常工作时，温压传感器(6)实时采集散热组件(3)出口的空气温度和压力，并将采集的温度与压力值传送至制氧控制器(1)，制氧控制器(1)通过与预设的温度与压力极限值比较，判断散热组件(3)的散热风机(4)的工作状态：当采集的温度与压力值大于预设的温度与压力极限值，判定散热风机(4)故障，立即关闭关断阀(2)。6.根据权利要求5所述的直升机高温引气制氧控制装置的使用方法，其特征在于，直升机正常飞行、分子筛供氧装置不工作时，发动机会有少量高温引气经关断阀(2)串流到后端制氧主机，此时，制氧控制器(1)与温压传感器(6)仍然处于工作状态，散热风机(4)处于待机状态，温压传感器(6)实时采集散热组件(3)出口的空气温度和压力，并将采集的温度与压力值传送至制氧控制器(1)，制氧控制器(1)通过与预设的温度与压力极限值比较，判断散热风机(4)的工作状态：当采集的温度与压力值大于预设的温度与压力极限值判定为超温或超压，立即启动散热风机。7.根据权利要求5所述的直升机高温引气制氧控制装置的使用方法，其特征在于，直升机分子筛供氧装置正常工作前，先启动散热风机(4)，3秒后再打开关断阀(2)；分子筛供氧装置关闭时，制氧控制器(1)先关闭关断阀(2)，3秒后再关停散热风机(4)。8.根据权利要求5所述的直升机高温引气制氧控制装置的使用方法，其特征在于，制氧控制器(1)接收氧浓度传感器(8)采集的制氧主机(7)出口的氧浓度值，并将采集的氧浓度值与预设的氧浓度极限值进行对比，并判断制氧主机(7)的工作状态。9.根据权利要求5所述的直升机高温引气制氧控制装置的使用方法，其特征在于，制氧控制器(1)将供氧装置的工作信息与故障信息通过上位机(12)传至机电显示器(13)，为机组人员提供分子筛供氧装置实时工作状态。

技术总结
本发明提供了一种直升机高温引气制氧控制装置及方法。包括发动机引气通道(14)，发动机引气通道(14)的出口端与散热组件(3)入口端连接，散热组件(3)出口端经引气管路(10)与制氧主机(7)入口连接，制氧主机(7)出口经供氧管路(11)与供氧面罩(9)连接；所述的发动机引气通道(14)上设有关断阀(2)；所述的散热组件(3)的出口分别设有过滤器(5)和温压传感器(6)；关断阀(2)、温压传感器(6)均与制氧控制器(1)点连接。本发明能提高分子筛供氧系统的可靠性与安全性，避免高温空气进入制氧主机，损坏分子筛材料，烫伤机组人员。烫伤机组人员。烫伤机组人员。


技术研发人员：张洋 罗平根 谢定祥 李彬 汪智慧 覃红夷 谢志平 李烽超
受保护的技术使用者：中国直升机设计研究所
技术研发日：2022.11.17
技术公布日：2023/5/4