一种基于高压分离膜的一体化氦气提取设备的制作方法

1.本发明涉及氦气提取设备技术领域，具体为一种基于高压分离膜的一体化氦气提取设备。


背景技术：

2.氦气因其低密度、低沸点和惰性的性质被广泛应用于航空航天、制冷、医疗、光纤、检漏、深海潜水、高精度焊接生产等领域。尤其在航天发射场，在采用液氢/液氧作燃料的航天运载火箭发射工程中，由于氦的低沸点及安全性而被广泛用于管路安全置换、火箭贮箱安全置换和飞行过程中火箭贮箱的增压补气以及部分低温部件的安全吹除，目前尚无其它产品可替代氦气功能，现有的氦气提取均是采用超低温液化法进行提取操作，在bog气体中进行提取，提纯设备结构复杂，且操作难度大，提取困难，氦气的提起效果较差，出品率较低，同时由于氦气的凝结温度与氢气的凝结温度相近，在提取时易使氢气混合在氦气中，影响氦气提取的纯度。


技术实现要素：

3.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于高压分离膜的一体化氦气提取设备，包括：设备安装底板、提取分离罐以及安装架；提取分离罐安装在设备安装底板上壁面中间位置，安装架安装在提取分离罐左侧位置，安装架与提取分离罐相连接，设备安装底板上安装有提取预处理结构，提取预处理结构与提取分离罐相连接，提取分离罐上内安装有膜过滤分离结构，提取分离罐右侧安装有轮式负压分子筛提纯结构；
4.提取预处理结构包含有：暂存箱、进气管、压缩泵、低温冷却箱、一对半导体制冷板、一对散热风扇、过滤吸水组件以及输送增压泵；
5.暂存箱安装在设备安装底板上靠左位置，进气管安装在暂存箱进气口上，压缩泵安装在暂存箱上，压缩泵与暂存箱相连接，低温冷却箱安装在安装架上，低温冷却箱与暂存箱相连接，一对半导体制冷板安装在低温冷却箱内前后壁面上，一对散热风扇嵌装在低温冷却箱前后壁面上，过滤吸水组件安装在低温冷却箱右侧位置，过滤吸水组件与低温冷却箱相连接，输送增压泵安装在提取分离罐顶部进气口上，输送增压泵与过滤吸水组件排气口相连接。
6.优选的，提取分离罐通过连接架组合安装在安装架上。
7.优选的，半导体制冷板通过固定块安装在低温冷却箱内部。
8.优选的，过滤吸水组件包含有：净化箱、净化内腔、滤网过滤架以及三个填料吸水架；
9.净化箱安装在安装架上壁面靠右位置，净化内腔开设在净化箱内部，滤网过滤架安装在净化内腔下壁面上，三个填料吸水架安装在净化内腔中间位置。
10.优选的，填料吸水架通过使用折角固定片配合固定螺栓安装在净化内腔中。
11.优选的，膜过滤分离结构包含有：分离腔、进气斗、进气内管、两对支撑架板、若干
第一分离膜、进气孔板、二次分离箱、一对第二分离膜、排气箱、排气泵以及废气收集箱；
12.分离腔开设在提取分离罐内部，进气斗安装在分离腔顶部位置，进气斗与输送增压泵相连接，进气内管上端安装在进气斗上，两对支撑架板安装在进气内管外壁面上，若干第一分离膜安装在两对支撑架板上，进气孔板安装在进气内管下端位置，二次分离箱安装在进气孔板下壁面上，一对第二分离膜安装在二次分离箱内部，排气箱安装在分离腔下壁面中间位置，排气箱与二次分离箱相连接，废气收集箱安装在提取分离罐左侧位置，排气泵安装在废气收集箱上，排气泵与提取分离罐排气口相连接。
13.优选的，进气内管上开设有若干排气孔。
14.优选的，轮式负压分子筛提纯结构包含有：提纯箱、一对轨道架、若干加热板、加热控制器、三个旋转轴、三个轮式分子筛以及驱动组件；
15.提纯箱安装在设备安装底板上壁面上，一对轨道架安装在提纯箱内部上下壁面上，若干加热板安装在一对轨道架弧形位置，加热控制器安装在提纯箱上壁面中间位置，加热控制器与若干加热板相连接，三个旋转轴嵌装在提纯箱内前后壁面上，三个旋转轴位于一对轨道架弧形空腔位置，三个旋转轴前端贯穿提纯箱前壁面伸出，三个轮式分子筛安装在三个旋转轴上，驱动组件安装在提纯箱前壁面上，驱动组件与三个旋转轴相连接。
16.优选的，驱动组件包含有：驱动安装箱、四个传动链轮、电机台、旋转驱动电机以及传动链条；
17.驱动安装箱安装在提纯箱前壁面上，四个传动链轮其中三个安装在三个旋转轴上，电机台安装在驱动安装箱内上方位置，旋转驱动电机安装在电机台上，四个传动链轮另外一个安装在旋转驱动电机输出端上，传动链条啮合在四个传动链轮上。
18.优选的，电机台上安装有用于支撑的加强筋板。
19.有益效果
20.本发明提供了一种基于高压分离膜的一体化氦气提取设备，具备以下有益效果:本方案使用了气体膜分离的方式进行氦气的提取，设备结构简单，操作便利，提取加工要求较低，使用更加简单，且提取分离速度快，有效增加了氦气的提取速度，并增加了分子筛提纯结构，保证提取氦气的纯度，解决了现有的氦气提取均是采用超低温液化法进行提取操作，在bog气体中进行提取，提纯设备结构复杂，且操作难度大，提取困难，氦气的提起效果较差，出品率较低，同时由于氦气的凝结温度与氢气的凝结温度相近，在提取时易使氢气混合在氦气中，影响氦气提取的纯度的问题。
附图说明
21.图1为本发明所述一种基于高压分离膜的一体化氦气提取设备的主视剖视结构示意图。
22.图2为本发明所述一种基于高压分离膜的一体化氦气提取设备的低温冷却箱主视结构示意图。
23.图3为本发明所述一种基于高压分离膜的一体化氦气提取设备的折角固定片放大结构示意图。
24.图4为本发明所述一种基于高压分离膜的一体化氦气提取设备的提取分离罐俯视剖视结构示意图。
25.图5为本发明所述一种基于高压分离膜的一体化氦气提取设备的驱动组件主视剖视结构示意图。
26.图6为本发明所述一种基于高压分离膜的一体化氦气提取设备的驱动组件主视剖视局部放大结构示意图。
27.图中：1-设备安装底板；2-提取分离罐；3-安装架；4-暂存箱；5-进气管；6-压缩泵；7-低温冷却箱；8-半导体制冷板；9-散热风扇；10-输送增压泵；11-连接架、12-固定块、13-净化箱、14-净化内腔、15-滤网过滤架、16-填料吸水架、17-折角固定片、18-固定螺栓、19-分离腔、20-进气斗、21-进气内管、22-支撑架板、23-第一分离膜、24-进气孔板、25-二次分离箱、26-第二分离膜、27-排气箱、28-排气泵、29-废气收集箱、30-提纯箱、31-轨道架、32-加热板、33-加热控制器、34-旋转轴、35-轮式分子筛；36-驱动安装箱；37-传动链轮；38-电机台；39-旋转驱动电机；40-传动链条；41-加强筋板。
具体实施方式
28.基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.实施例：请参阅图1-6，本案主要组件为：设备安装底板1、提取分离罐2以及安装架3，提取分离罐2安装在设备安装底板1上壁面中间位置，安装架3安装在提取分离罐2左侧位置，安装架3与提取分离罐2相连接，设备安装底板1上安装有提取预处理结构，提取预处理结构与提取分离罐2相连接，提取分离罐2上内安装有膜过滤分离结构，提取分离罐2右侧安装有轮式负压分子筛提纯结构；
30.提取预处理结构包含有：暂存箱4、进气管5、压缩泵6、低温冷却箱7、一对半导体制冷板8、一对散热风扇9、过滤吸水组件以及输送增压泵10；
31.暂存箱4安装在设备安装底板1上靠左位置，进气管5安装在暂存箱4进气口上，压缩泵6安装在暂存箱4上，压缩泵6与暂存箱4相连接，低温冷却箱7安装在安装架3上，低温冷却箱7与暂存箱4相连接，一对半导体制冷板8安装在低温冷却箱7内前后壁面上，一对散热风扇9嵌装在低温冷却箱7前后壁面上，过滤吸水组件安装在低温冷却箱7右侧位置，过滤吸水组件与低温冷却箱7相连接，输送增压泵10安装在提取分离罐2顶部进气口上，输送增压泵10与过滤吸水组件排气口相连接。
32.需要说明的是，在使用提取预处理结构时，将bog气体通过进气管5输送到暂存箱4内部，操控与设备相匹配的控制器使设备启动，安装在暂存箱4上的压缩泵6启动对暂存箱4内部的bog气体进行加压，加压完成后通过输送管输送到安装在安装架3上的低温冷却箱7内部，一对安装在低温冷却箱7内部的半导体制冷板8启动开始快速制冷，使bog气体中的水分液化，在制冷时一对散热风扇9对半导体制冷板8进行散热，制冷液化完成后气体输送到过滤吸水组件内部，对杂质以及液化的水进行过滤吸收，保证混合气体的干燥以及洁净，过滤完成后在输送增压泵10的作用下加压输送到安装在设备安装底板1中间位置的提取分离罐2中。
33.在具体实施过程中，进一步的，提取分离罐2通过连接架11组合安装在安装架3上。
34.在具体实施过程中，进一步的，半导体制冷板8通过固定块12安装在低温冷却箱7内部。
35.在具体实施过程中，进一步的，过滤吸水组件包含有：净化箱13、净化内腔14、滤网过滤架15以及三个填料吸水架16；
36.净化箱13安装在安装架3上壁面靠右位置，净化内腔14开设在净化箱13内部，滤网过滤架15安装在净化内腔14下壁面上，三个填料吸水架16安装在净化内腔14中间位置。
37.需要说明的是，在使用过滤吸水组件时，制冷液化后的气体输送到净化箱13内部的净化内腔14中，通过净化内腔14下壁面安装的滤网过滤架15对气体中的杂质进行过滤净化，净化完成后带有水的气体经过三个填料吸水架16，对气体中的水进行吸收过滤，得到干燥洁净的混合气体，混合气体再输送到提取分离罐2中进行氦气提取。
38.在具体实施过程中，进一步的，填料吸水架16通过使用折角固定片17配合固定螺栓18安装在净化内腔14中。
39.在具体实施过程中，进一步的，膜过滤分离结构包含有：分离腔19、进气斗20、进气内管21、两对支撑架板22、若干第一分离膜23、进气孔板24、二次分离箱25、一对第二分离膜26、排气箱27、排气泵28以及废气收集箱29；
40.分离腔19开设在提取分离罐2内部，进气斗20安装在分离腔19顶部位置，进气斗20与输送增压泵10相连接，进气内管21上端安装在进气斗20上，两对支撑架板22安装在进气内管21外壁面上，若干第一分离膜23安装在两对支撑架板22上，进气孔板24安装在进气内管21下端位置，二次分离箱25安装在进气孔板24下壁面上，一对第二分离膜26安装在二次分离箱25内部，排气箱27安装在分离腔19下壁面中间位置，排气箱27与二次分离箱25相连接，废气收集箱29安装在提取分离罐2左侧位置，排气泵28安装在废气收集箱29上，排气泵28与提取分离罐2排气口相连接。
41.在具体实施过程中，进一步的，进气内管21上开设有若干排气孔。
42.需要说明的是，在使用膜过滤分离结构时，混合气体输送到安装在分离腔19上壁面上的进气斗20内，进气斗20再将混合气体输送到进气内管21中，气体通过进气内管21开设的排气孔排出，通过两对支撑架板22安装的若干第一分离膜23对气体进行过滤分离，氦气以及二氧化碳不被分离从下方进气孔板24排入到二次分离箱25内，其他废气通过若干第一分离膜23分离到外部空腔中，一次分离后的气体进入到二次分离箱25中通过一对第二分离膜26进行二次分离过滤，排出的废气在排气泵的作用下收集到废气收集箱29中，二次分离后的气体输送到排气箱27中后输送到提纯结构中进行提纯。
43.在具体实施过程中，进一步的，轮式负压分子筛提纯结构包含有：提纯箱30、一对轨道架31、若干加热板32、加热控制器33、三个旋转轴34、三个轮式分子筛35以及驱动组件；
44.提纯箱30安装在设备安装底板1上壁面上，一对轨道架31安装在提纯箱30内部上下壁面上，若干加热板32安装在一对轨道架31弧形位置，加热控制器33安装在提纯箱30上壁面中间位置，加热控制器33与若干加热板32相连接，三个旋转轴34嵌装在提纯箱30内前后壁面上，三个旋转轴34位于一对轨道架31弧形空腔位置，三个旋转轴34前端贯穿提纯箱30前壁面伸出，三个轮式分子筛35安装在三个旋转轴34上，驱动组件安装在提纯箱30前壁面上，驱动组件与三个旋转轴34相连接。
45.需要说明的是，在使用轮式负压分子筛提纯结构时，分离后的气体输送到提纯箱30中，安装在提纯箱30上的驱动组件启动带动三个旋转轴34进行旋转，旋转轴34旋转带动安装在其上的三个轮式分子筛35进行旋转，气体在一对轨道架31形成的空腔中输送，三个
轮式分子筛35在旋转时提供负压输送功能的同时可对气体中的二氧化碳进行吸收，在轮式分子筛35旋转的同时加热控制器33启动控制与其相连接的若干电加热板32启动增加内部温度，增加轮式分子筛35对二氧化碳的吸收速度以及吸收率，通过分子筛吸收的方式对氦气进行提纯。
46.在具体实施过程中，进一步的，驱动组件包含有：驱动安装箱36、四个传动链轮37、电机台38、旋转驱动电机39以及传动链条40；
47.驱动安装箱36安装在提纯箱30前壁面上，四个传动链轮37其中三个安装在三个旋转轴34上，电机台38安装在驱动安装箱36内上方位置，旋转驱动电机39安装在电机台38上，四个传动链轮37另外一个安装在旋转驱动电机39输出端上，传动链条40啮合在四个传动链轮37上。
48.需要说明的是，在使用驱动组件时，安装在电机台38上的旋转驱动电机39启动开始旋转，旋转驱动电机39输出端旋转带动安装在其上的传动链轮37进行旋转，传动链轮37通过与其相啮合的传动链条40带动另外三个安装在旋转轴34上的传动链轮37进行旋转，传动链轮37带动旋转轴34旋转实现轮式分子筛35的旋转驱动。
49.在具体实施过程中，进一步的，电机台38上安装有用于支撑的加强筋板41。
50.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。