一种高背压下防喘振启动的氦气压气机的制作方法

1.本发明涉及压气机技术领域，更具体的说是涉及一种高背压下防喘振启动的氦气压气机。


背景技术：

2.平流层飞艇是一种依靠氦气提供静浮力升空与驻空的飞行器，飞艇主囊体是充氦气的柔性体，需要通过压差控制，使得飞艇在整个飞行过程中压力差保持在某个范围内，从而保持整个主囊体的外形与工作安全。在长时间驻空期间，白天受光照等辐射因素影响，主囊内部气体会产生严重超热现象，导致主囊内部温度和压力持续上升，为了避免压差过大引起爆裂，就需要调控手段将主囊内的氦气排出一部分，目前调控手段分为两类：一是通过安装在主囊上的氦气排气阀门打开释放处一部分氦气；二是在白天主囊压差过高时段，通过压气机将氦气压入飞艇内某承压能力较强的贮存容器内。
3.对于用于主气囊的氦气排气阀门，一般只在危害平台安全等紧急情况下需要打开排出氦气，阀盖基本始终处于完全关闭状态；因为氦气是飞艇的浮升气体，在夜晚失去太阳光辐射，飞艇主囊内部温度和压力持续降低，需要氦气维持主囊的外形，且主囊的材质与生产工艺决定了囊体的微渗漏，将主囊内的氦气释放到外环境中，影响飞艇的驻空性能。为了使氦气这种珍贵的战略资源重复利用，飞艇滞空时间增长，采用一种新型的氦气可循序压力调节系统，引入多类氦气囊体机制，在白天通过氦气压气机将外囊内的氦气压入承压能力更强压力更高的超压气囊内，可解决白天超热超压问题，夜晚将超压气囊内的氦气释放到主囊中，保持主囊外形不变。基于上述过程，氦气压气机是飞艇长期驻空过程中压差调控的关键组件，且通常工作在高背压的工况下。
4.但是，压气机等叶片式风机类设备的共性就是在超出p-q曲线临界点进入左侧区域工况工作时，即在不稳定区工作时，风机的流量和压头在瞬间内发生不稳定的周期性反复变化的现象。风机产生的最大压头将小于管路中的阻耗，流体开始反方向倒流，由管路倒流入风机中(出现负流量)，由于风机在继续运行，所以当管路中压力降低时，风机又重新开始输出流量，只要外界需要的流量保持小于临界点流量时，上述过程又重复出现，即发生喘振，这种低频率高振幅的气流振荡是一种很大的激振力来源，它会导致压气机部件的强烈机械振动和热端超温，并在很短的时间内造成部件的严重损坏。
5.因此，提供一种高背压下防喘振启动的氦气压气机是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供了一种高背压下防喘振启动的氦气压气机，使得氦气压气机启动运行时快速通过喘振区域，正常工作，避免喘振给设备带来的危害，保证氦气压气机的可靠性运行。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种高背压下防喘振启动的氦气压气机，其位于飞艇主囊的内部，包括氦气压气机主体、电控阀和止回阀，所述氦气压气机主体通过所述电控阀与所述飞艇主囊相通或相隔，所述氦气压气机主体通过所述止回阀与位于所述飞艇主囊内部的超压气囊连接相通或相隔。
9.通过采取以上方案，本发明的有益效果是：
10.通过增加电控阀和止回阀，以及对他们进行适时操控，使氦气压气机启动时能够在极短的时间内通过喘振区域，进入正常工作状态，避免了喘振给设备造成的损伤与危害，保证设备的可靠运行使用。
11.进一步的，所述氦气压气机主体包括高速电机、低压级压气机和高压级压气机，所述高速电机固定在所述低压级压气机和所述高压级压气机之间，并且所述低压级压气机与所述高压级压气机通过所述高速电机上开设的气体流通通道连接相通；所述高压级压气机顶部通过所述电控阀与所述飞艇主囊相通或相隔；所述高压级压气机底部通过所述止回阀与所述超压气囊连接相通或相隔。
12.进一步的，所述高速电机包括壳体、定子和转子，所述壳体固定在所述低压级压气机和所述高压级压气机之间；所述壳体开设有所述气体流通通道；所述定子固定在所述壳体内壁上；所述转子通过轴承安装在所述壳体内部且贯穿所述定子；
13.所述低压级压气机包括低压级蜗壳、低压级扩压器和低压级叶轮，所述低压级蜗壳开设有进气口以及与所述进气口连通的进气通道，所述进气口与所述飞艇主囊连通；所述低压级蜗壳固定在所述壳体的一侧，且所述进气通道与所述气体流通通道连通；所述低压级扩压器安装在所述低压级蜗壳内部；所述低压级叶轮位于所述低压级蜗壳内部且安装在所述转子的一端；
14.所述高压级压气机包括高压级蜗壳、两个出气管道、高压级扩压器、高压级叶轮和端盖，所述高压级蜗壳底部开设有第一出气口，所述高压级蜗壳顶部开设有第二出气口，所述第一出气口通过所述止回阀与所述超压气囊连接相通或相隔；所述第二出气口通过所述电控阀与所述飞艇主囊相通或相隔；所述高压级蜗壳固定在所述壳体的另一侧；两个所述出气管道分别对称安装在所述高压级蜗壳内部，且两个所述出气管道一端均与所述气体流通通道连通，两个所述出气管道另一端分别与所述第一出气口和所述第二出气口相通；所述高压级扩压器安装在所述高压级蜗壳内部；所述高压级叶轮位于所述高压级蜗壳内部且安装在所述转子的另一端；所述端盖固定在所述高压级蜗壳的外侧。
15.进一步的，所述氦气压气机主体还包括温度传感器、连接器和控制器，所述温度传感器内嵌安装于所述定子；所述连接器固定在所述壳体外表面上；所述温度传感器与所述连接器电性连接，所述连接器与所述控制器电性连接。
16.进一步的，所述壳体包括外壳和内壳，所述外壳和所述内壳均呈圆柱形，所述内壳套合在所述外壳内部连接为一体；所述定子与所述内壳过盈配合；所述气体流通通道包括六个扇形通道，六个所述扇形通道开设在所述外壳和所述内壳之间，且均匀分布。
17.进一步的，所述电控阀包括第一阀体、第一阀芯、执行机构和电连接器，所述第一阀体固定在所述高压级蜗壳的顶部，且所述第一阀体内部通道与所述第二出气口连通；所述第一阀芯安装在所述第一阀体内部通道内；所述执行机构用于驱动所述第一阀芯旋转；所述执行机构与所述电连接器电性连接；所述电连接器与所述控制器电性连接。
18.进一步的，所述止回阀包括第二阀体、第二阀芯和弹簧；所述第二阀体固定在所述高压级蜗壳的底部，且所述第二阀体内部通道与所述第一出气口连通；所述第二阀芯安装在所述第二阀体内部通道内；所述弹簧套合安装在所述第二阀芯上。
19.由此可知，本发明提供了一种高背压下防喘振启动的氦气压气机，与现有技术相较而言，本发明能够保证气路通畅，避免压气机进入喘振状态，保证压气机优良工作状态，提高设备可靠性。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
21.图1附图为本发明提供的氦气压气机主体、飞艇主囊及超压气囊的位置关系结构示意图；
22.图2附图为本发明提供的一种高背压下防喘振启动的氦气压气机的结构示意图；
23.图3附图为本发明提供的一种高背压下防喘振启动的氦气压气机的剖视图；
24.图4附图为本发明提供的一种高背压下防喘振启动的氦气压气机控制方法的流程图；
25.图5附图为本发明提供的一种高背压下防喘振启动的氦气压气机在防喘振启动状态的气体流通方向的结构示意图；
26.图6附图为本发明提供的一种高背压下防喘振启动的氦气压气机在正常工作状态的气体流通方向的结构示意图。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
28.如图1-6所示，本发明实施例公开了一种高背压下防喘振启动的氦气压气机，其位于飞艇主囊100的内部，包括氦气压气机主体1、电控阀2和止回阀3，氦气压气机主体1通过电控阀2与飞艇主囊100相通或相隔，氦气压气机主体1通过止回阀3与位于飞艇主囊100内部的超压气囊200连接相通或相隔。
29.本发明通过增加电控阀2和止回阀3，以及对他们进行适时操控，使氦气压气机启动时能够在极短的时间内通过喘振区域，进入正常工作状态，避免了喘振给设备造成的损伤与危害，保证设备的可靠运行使用。
30.具体的，氦气压气机主体1包括高速电机11、低压级压气机12和高压级压气机13，高速电机11固定在低压级压气机12和高压级压气机13之间，并且低压级压气机12与高压级压气机13通过高速电机11上开设的气体流通通道1111连接相通；高压级压气机13顶部通过电控阀2与飞艇主囊100相通或相隔；高压级压气机13底部通过止回阀3与超压气囊200连接
相通或相隔。
31.具体的，高速电机11包括壳体111、定子112和转子113，壳体111固定在低压级压气机12和高压级压气机13之间；壳体111开设有气体流通通道1111；定子112固定在壳体111内壁上；转子113通过轴承安装在壳体111内部且贯穿定子112；
32.低压级压气机12包括低压级蜗壳121、低压级扩压器122和低压级叶轮123，低压级蜗壳121开设有进气口1211以及与进气口1211连通的进气通道1212，进气口1211与飞艇主囊100连通；低压级蜗壳121固定在壳体111的一侧，且进气通道1212与气体流通通道1111连通；低压级扩压器122安装在低压级蜗壳121内部；低压级叶轮123位于低压级蜗壳121内部且安装在转子113的一端；
33.高压级压气机13包括高压级蜗壳131、两个出气管道132、高压级扩压器133、高压级叶轮134和端盖135，高压级蜗壳131底部开设有第一出气口1311，高压级蜗壳131顶部开设有第二出气口1312，第一出气口1311通过止回阀3与超压气囊200连接相通或相隔；第二出气口1312通过电控阀2与飞艇主囊100相通或相隔；高压级蜗壳131固定在壳体111的另一侧；两个出气管道132分别对称安装在高压级蜗壳131内部，且两个出气管道132一端均与气体流通通道1111连通，两个出气管道132另一端分别与第一出气口1311和第二出气口1312相通；高压级扩压器133安装在高压级蜗壳131内部；高压级叶轮134位于高压级蜗壳131内部且安装在转子113的另一端；端盖135固定在高压级蜗壳131的外侧。
34.具体的，氦气压气机主体1还包括温度传感器、连接器14和控制器，温度传感器内嵌安装于定子112；连接器14固定在壳体111外表面上；温度传感器与连接器14电性连接，连接器14与控制器电性连接。
35.具体的，壳体111包括外壳和内壳，外壳和内壳均呈圆柱形，内壳套合在外壳内部连接为一体；定子112与内壳过盈配合；气体流通通道1111包括六个扇形通道，六个扇形通道开设在外壳和内壳之间，且均匀分布。
36.具体的，电控阀2包括第一阀体21、第一阀芯22、执行机构23和电连接器，第一阀体21固定在高压级蜗壳131的顶部，且第一阀体21内部通道与第二出气口1312连通；第一阀芯22安装在第一阀体21内部通道内；执行机构23用于驱动第一阀芯22旋转；执行机构23与电连接器电性连接；电连接器与控制器电性连接。
37.具体的，止回阀3包括第二阀体31、第二阀芯32和弹簧33；第二阀体31固定在高压级蜗壳131的底部，且第二阀体31内部通道与第一出气口1311连通；第二阀芯32安装在第二阀体31内部通道内；弹簧33套合安装在第二阀芯32上。
38.本发明一种高背压下防喘振启动的氦气压气机的启动控制方法如下：
39.当需要启动运行氦气压气机主体1时，控制器首先会通过电连接器给电控阀2的执行机构23发送信号，在执行机构23的驱动作用下，将第一阀芯22旋转打开，使高压级蜗壳131、电控阀2与外界环境处于连通状态，即氦气压气机主体1第二出气口1312与进气口1211处于同一环境状态下，此时无背压，控制器通过时间参数或阀门自带位置反馈判断电控阀2完全打开后，然后通过电连接器给高速电机11供电，启动运行氦气压气机主体1，在无背压状态下，氦气压气机主体1不会发生喘振现象，气体流通方向如图5所示，此时气体从飞艇主囊100的空间中通过进气口1211进入低压级压气机12，再通过气体流通通道1111及出气管道132进入高压级压气机13，经两级压气机的做功提升压力后，气体通过打开的电控阀2回
流至飞艇主囊100内。
40.当控制器判断氦气压气机主体1运行达到额定状态时，控制器关闭电控阀2的供电，第一阀芯21瞬间恢复至关闭密封状态，此时氦气压气机主体1为额定高转速运行状态，由于止回阀3之前一直处于关闭状态，待电控阀2关闭时，转子113带动低压级叶轮123和高压级叶轮134做同步旋转，气体经过低压级压气机12与高压级压气机13的做功，会瞬间产生较高的压头，弹簧33的弹簧力远小于此刻产生的高压力，立即将第二阀芯32后端的弹簧33压缩，从而迅速打开止回阀3，如图6所示，飞艇主囊100内的气体依次经过进气口1211-低压级压气机12-高速电机11-高压级压气机13-止回阀3，从第一出气口1311进入超压气囊200，氦气压气机主体1在极短时间内进入p-q性能的正常工作区域，保持稳定工作，完成启动运行。
41.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
42.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。