一种直升机用高压氧气四级压缩制备装置 |
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| 申请号 | CN201710453042.4 | 申请日 | 2017-06-15 | 公开(公告)号 | CN107061223A | 公开(公告)日 | 2017-08-18 |
| 申请人 | 西安交通大学; | 发明人 | 赵升吨; 李博; 李帅鹏; 高家明; 王琪; | ||||
| 摘要 | 一种 直升机 用高压 氧 气四级压缩制备装置，包括伺服 电机 ， 伺服电机 通过行星减速器与 丝杠 连接，丝杠固定 机架 上，丝杠的丝杠 螺母 与推板刚性连接；推板两端的底部固定的滑 块 和机架上表面固定的 导轨 配合；推板的两端和 气缸 的 活塞 杆连接，两个气缸的无杆腔和有杆腔连接有单向 阀 ， 单向阀 通过级间管道连通形成四级压缩，本 发明 能够将低压氧气 增压 至高压状态，具有结构紧凑、重量轻，且能适应不同氧气流量场合的特点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种直升机用高压氧气四级压缩制备装置，包括伺服电机(2)，其特征在于：伺服电机(2)通过行星减速器(3)与丝杠(7)连接，丝杠(7)固定在机架(1)的上表面，丝杠(7)上套有丝杠螺母(8)，丝杠螺母(8)与推板(9)刚性连接；推板(9)两端的底部固定的滑块和机架(1)上表面固定的导轨配合； |
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| 说明书全文 | 一种直升机用高压氧气四级压缩制备装置技术领域[0001] 本发明属于氧气压缩技术领域，尤其涉及一种直升机用高压氧气四级压缩制备装置。 背景技术[0002] 我国是一个多高原国家，高原具有特有的地理条件和自然环境，其中对人体产生最大影响的是因素是低的氧分压，低氧环境对部队在高原军事活动构成了最大生理威胁。随着我国周边形势的变化和我军主要潜在作战方向的转变，直升机进入高原机场甚至是无保障能力的高原民用机场的机会将会增多。要适应在高空、夜视等各种环境下有效地工作，直升机飞行员必须配备氧气系统才能保持其工作能力，因此航空兵部队对氧气的需求量急剧增加。 [0003] 目前，国产武装直升机通常只配备了普通的气瓶氧源。气瓶氧源结构简单、使用方便，但其缺点也非常明显。首先它的贮氧量有限，一次充氧只能满足几个小时的飞行任务。现代战争要求直升机经常起降于野外或者舰艇甲板，这些临时着陆点可能没有制氧设备，限制了直升机的作业范围。因此，急需研制新型的机载制氧系统用于替换传统的气瓶氧源，使飞机能够在飞行的同时生产飞行员所需的氧气。 [0004] 早在70年代美、英两国就致力于探索利用战斗机机载资源制造氧气技术的研究，最后筛选出最有前途的分子筛制氧技术，美国海、陆、空三军对此给予极大关注。机载制氧技术的应用，对加大飞机连续飞行航程，提高战术飞机的作战能力发挥了重要的作用。 [0005] 直升机机载制氧系统的制氧机输出的均为低压氧气，其绝对压力值约为0.2MPa，然而供给飞行员呼吸的氧气需要先充入高压气瓶，然后经减压阀和后续管路进入呼吸面罩。因此直升机机载制氧系统的主要组件除了制氧机，还有高压氧气压缩机。 [0006] 针对上述小流量、高压力的氧气增压场合，国内市场上目前只有气动型的氧气增压泵才可以完成相应工作。然而这类增压泵需要压缩空气作为驱动气源，因此必须配备空气压缩机。这种方案存在许多缺点：(1)空气压缩机与氧气增压泵为两个分离的组件，结构分散，不利于系统的集成化。(2)由交流异步电机驱动的空气压缩机只能输出恒定流量的压缩空气，进而导致增压泵输出氧气的流量也是恒定值，无法适应氧气的变流量场合。(3)高空环境中的大气压力存在很大的下降幅度，为此必须配备更大功率的空气压缩机才能将低压空气加压至增压泵所需的驱动压力。(4)现有增压泵和空气压缩机的主要结构件均采用钢材或者铁材。钢铁的密度大，造成系统组件体积笨重。 [0008] (1)该专利适用对象为空气，然而由于氧气具有氧化性、腐蚀性等特殊性质，因此氧气压缩装置的设计不同于空气压缩机。 [0010] (3)该专利所述的活塞杆固定法兰为活塞杆提供推力，同时承担导向功能。该法兰设计为圆盘结构形式，存在发生轴向大变形的可能性，不利于活塞杆的导向。通过重新设计活塞杆的导向件和导向方式可以消除不利影响。 发明内容[0011] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种直升机用高压氧气四级压缩制备装置，能够将低压氧气增压至高压状态，具有结构紧凑、重量轻，且能适应不同氧气流量场合的特点。 [0012] 为了达到上述目的，本发明采取如下的技术方案： [0013] 一种直升机用高压氧气四级压缩制备装置，包括伺服电机2，伺服电机2通过行星减速器3与丝杠7连接，丝杠7固定机架1的上表面，丝杠7上套有丝杠螺母8，丝杠螺母8与推板9刚性连接；推板9两端的底部固定的滑块和机架1上表面固定的导轨配合； [0014] 推板9的一端和第一活塞杆小头10连接，第一活塞杆小头10的另一端和第一活塞杆大头15一端连接，第一活塞杆小头10和第一活塞杆大头15组成了第一气缸14的活塞，第一气缸14固定在机架1上，第一气缸14的无杆腔和有杆腔连接有单向阀，推板9的另一端和第二活塞杆36的一端连接，第二活塞杆36为第二气缸27的活塞，第二气缸27固定在机架1上，第二气缸27的无杆腔和有杆腔连接有单向阀； [0015] 第一气缸14上的单向阀和第二气缸27上的单向阀通过级间管道连通形成4级压缩，所述的第一气缸14的无杆腔为第一级气缸工作腔21，有杆腔为第二级气缸工作腔22；第二气缸27的无杆腔为第三级气缸工作腔33，有杆腔为第四级气缸工作腔34，在第一气缸14单向阀进气之前通过管道和进气缓冲气瓶56连接；在第二气缸27单向阀排气之后通过管道和排气缓冲气瓶51连接； [0018] 所述的伺服电机2为交流伺服电机或者直流伺服电机。 [0019] 本发明的有益效果为： [0020] (1)将空气压缩机和氧气增压泵整合成一个整体，使得系统结构紧凑，便于安装； [0021] (2)采用伺服电机2作为动力源，通过调节伺服电机2的转速可以适用于不同氧气流量的场合； [0022] (3)通过控制伺服电机2的运动规律，使其与气体压力的变化规律相适应，可以有效减小功率峰值并降低功率波动范围，使运转更加平稳； [0024] 图1是本发明的第一个轴测图。 [0025] 图2是本发明的第二个轴测图。 [0026] 图3是气缸组件的结构示意图。 [0027] 图4是管道的方位布置图。 具体实施方式[0028] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。 [0029] 参照图1、图2和图3，一种直升机用高压氧气四级压缩制备装置，包括伺服电机2，伺服电机2固定在行星减速器3的一端，行星减速器3的另一端固定在减速器法兰4上，行星减速器3的输出孔与丝杠7通过平键联接，减速器法兰4固定在机架1上表面；丝杠7的一端由第一支座5支撑，第一支座5固定在第一垫板6的上表面，第一垫板6固定在机架1的上表面；丝杠7的另一端由第二支座48支撑，第二支座48固定在第二垫板49的上表面，第二垫板49固定在机架1的上表面；丝杠7上套有丝杠螺母8，丝杠螺母8穿过推板9的通孔，并且与推板9刚性联接；推板9两端的底部别固定在两个相同的滑块上，分别是第一滑块38-1和第二滑块 38-2，第一滑块38-1沿着第一导轨37-1往复运动，第二滑块38-2沿着第二导轨37-2往复运动，第一导轨37-1和第二导轨37-2均固定在机架1上表面；因此，在丝杠7转动过程中，推板9可以实现往复直线运动。 [0030] 在推板9的一端，第一活塞杆小头10穿过推板9的通孔，并由螺母锁紧；第一活塞杆小头10的另一端旋入第一活塞杆大头15一端的内螺纹，并且由螺母锁紧；第一活塞杆大头15另一端的直径更大一些，其上开有若干环槽，在每个环槽内填装有支承环或者密封圈，它们共同组成了第一气缸14的活塞；因此，推板9可以带动第一气缸14的活塞往复运动，完成氧气的一部分压缩过程。 [0031] 第一气缸14的两端面分别紧靠第一端盖17和第二端盖13的内端面，第一螺杆16-1、第二螺杆16-2、第三螺杆16-3、第四螺杆16-4都穿过第一端盖17和第二端盖13的通孔，并由螺母将第一气缸14、第一端盖17、第二端盖13、第一角块20、第二角块11锁紧，它们形成的封闭腔构成第一气缸14的工作腔；具体来讲，第一气缸14的无杆腔为第一级气缸工作腔21，有杆腔为第二级气缸工作腔22；第一角块20、第二角块11均固定在机架1上。 [0032] 第一端盖17的内壁加工有一道环槽，填装密封圈；第一单向阀18、第二单向阀19分别旋入第一端盖17的阀孔内；类似地，第二端盖13的内壁加工有若干环槽，在每个环槽内分别填装支承环或者密封圈；第三单向阀12、第四单向阀23分别旋入第二端盖13的阀孔内。 [0033] 在推板9的另一端，第二活塞杆36穿过推板9的通孔，螺母将第二活塞杆36和推板9连成一体；第二活塞杆36另一端的直径更大一些，其上开有若干环槽，在每个环槽内分别填装有支承环或者密封圈，它们共同组成了第二气缸27的活塞；因此，推板9可以带动第二气缸27的活塞往复运动，完成氧气的另一部分压缩过程。 [0034] 第二气缸27的两端面分别紧靠第三端盖29和第四端盖25的内端面，第五螺杆28-1、第六螺杆28-2、第七螺杆28-3、第八螺杆28-4分别穿过第三端盖29和第四端盖25的通孔，并由螺母将第二气缸27、第三端盖29、第四端盖25、第三角块31、第四角块24锁紧，它们形成的封闭腔组成第二气缸27的工作腔；具体来讲，第二气缸27的无杆腔为第三级气缸工作腔 33，有杆腔为第四级气缸工作腔34；第三角块31固定在第三垫板46上，第四角块24固定在第四垫板47上，第三垫板46和第四垫板47都固定在机架1上。 [0035] 第三端盖29的内壁加工有一道环槽，填装密封圈；第五单向阀32、第六单向阀30分别旋入第三端盖29的阀孔内；类似地，第四端盖25的内壁加工有若干环槽，在每个环槽内分别填装支承环或者密封圈；第七单向阀35、第八单向阀26分别旋入第四端盖25的阀孔内。 [0036] 参照图1、图2和图4，在各级气缸之间布置有氧气管道；具体来讲，第一进气管道54与进气缓冲气瓶56的进气口相连，将来自制氧机输出的低压氧气引入进气缓冲气瓶56，进气缓冲气瓶56的出气口通过第二进气管道39与第一单向阀18连接，用于吸入待压缩的氧气；在第二单向阀19和第三单向阀12之间连接着第二级间管道40；第四单向阀23和第五单向阀32之间连接着第三级间管道41；在第六单向阀30和第七单向阀35之间连接着第四级间管道43；第二级间管道40、第三级间管道41、第四级间管道43均用作把前一级气缸工作腔压缩的氧气引入后一级气缸工作腔，等待进一步压缩；第八单向阀26通过第一排气管道42与排气缓冲气瓶51的进气口相连，将达到额定压力的氧气充入排气缓冲气瓶51；排气缓冲气瓶51的出气口与第二排气管道53相连。 [0037] 进气缓冲气瓶56通过第一卡箍55、第二卡箍57固定，排气缓冲气瓶51通过第三卡箍52、第四卡箍50固定。 [0038] 所述的第一气缸14、第二气缸27旁边设有散热风扇44，散热风扇44固定在支撑架45上，支撑架45固定在机架1上；在气缸工作的同时，散热风扇44同步运转，冷却气流将带走氧气压缩产生的热量，降低气缸的工作温度，确保机器安全运行。 [0039] 所述的第一活塞杆小头10、第一活塞杆大头15、第二活塞杆36、第一气缸14、第一端盖17、第二端盖13、第二气缸27、第三端盖29、第四端盖25的材料全部选用钛合金。 [0040] 本发明的工作原理为：丝杠7和丝杠螺母8将伺服电机2的旋转运动转换为推板9的往复直线运动，推板9将带动第一活塞杆大头15、第二活塞杆36分别在第一气缸14、第二气缸27内往复运动，引起气缸工作腔的体积周期性变化。具体来讲，当推板9朝着散热风扇44的方向运动时，第二级气缸工作腔22、第四级气缸工作腔34的体积会逐渐增大，从而吸入氧气；第一级气缸工作腔21和第三级气缸工作腔33的体积均会逐渐减小，从而压缩氧气。当氧气压力达到排气压力时，来自于第一级气缸工作腔21的氧气将先后流过第二单向阀19、第二级间管道40、第三单向阀12进入第二级气缸工作腔22，来自于第三级气缸工作腔33的氧气将先后流过第六单向阀30、第四级间管道43、第七单向阀35进入第四级气缸工作腔34。 [0041] 当推板9朝着伺服电机2的方向运动时，第一级气缸工作腔21、第三级气缸工作腔33的体积会逐渐增大，从而吸入氧气；第二级气缸工作腔22和第四级气缸工作腔34的体积均会逐渐减小，从而压缩氧气。待压缩的氧气将先后流过第一进气管道54、进气缓冲气瓶 56、第二进气管道39、第一单向阀18进入第一级气缸工作腔21。当氧气压力达到排气压力时，来自于第二级气缸工作腔22的氧气将先后流过第四单向阀23、第三级间管道41、第五单向阀32进入第三级气缸工作腔33，来自于第四级气缸工作腔34的氧气将先后流过第八单向阀26、第一排气管道42、排气缓冲气瓶51、第二排气管道53，排出压缩机。这样，氧气从第一进气管道54进入压缩机后，先后经过4级压缩，达到规定的排气压力，最终从第二排气管道 53排出。 [0042] 在气缸工作的同时，散热风扇44同步运转，冷却气流将带走氧气压缩产生的热量，降低气缸的工作温度，确保机器安全运行。 |
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