模块化四站装备充氮模块的制作方法

本实用新型涉及充氮设备技术领域，具体地说涉及模块化四站装备充氮模块。

背景技术：

近几年来，随着国家对节能减排及安全保障的重视，各行业都在致力于研发针对现有设备装备的小型、安全、高效、智能化替代产品，在航空领域，目前对飞机进行充、补飞行用高压氮气的设备体积巨大，无法搭载运输机，只能应用于固定场所，无法应对紧急情况时快速转运支援的需要，在实现技术上，现有航空充氮设备分为储气瓶对流式及模压机增压式两种，前者是将高压储气钢瓶和减压器、管路、阀门等部件集成与机动车底盘上，预先将储气瓶组内充装满高压氮气，然后利用对流的方式为飞机进行充、补气。

中国专利授权公告号：cn103935283b公开了一种自行式高压充氮设备，包括上、中、下三层车架，下层车架设置有用于供电的防爆锂电池，中层车架设置有若干氮气瓶，上层车架设置有气阀装置、增压装置、高压储气瓶、液压装置及若干卷管器，所述液压装置包括油箱、电机、油泵、过滤器、溢流阀、液控换向阀，增压装置包括油缸筒、设于油缸筒两端的高压气缸、设于油缸筒内的活塞、与活塞两端连接的高压柱塞，若干所述氮气瓶分别通过气阀装置与所述增压装置连接，高压储气瓶的输出端通过减压阀与卷管器的进气接头连接。

上述专利通过高压储气瓶用于预先存储较高压力的氮气作为高压氮气气源，因而可以快速地进行充氮，高压储气瓶还可以提供稳定的气压源，使得充氮更为平稳和可靠，降低噪音干扰，但是通过高压完成气瓶组的灌装然后对外供气，，特别是在偏远地区，如果没有外来气源或者瓶组压力不足的情况下，不能实现对外充气。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种模块化四站装备充氮模块，能够在没有外来气源或瓶组压力不足的情况下，能够实现对外充气。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下。

模块化四站装备充氮模块，包括舱体，所述舱体上设置有气管路系统和电控系统；

所述气管路系统包括膜压机和气瓶,所述气瓶包括瓶体组ⅰ、瓶体组ⅱ、瓶体组ⅲ和瓶体组ⅳ，所述瓶体组ⅰ连接有三通阀stf1，所述瓶体组ⅱ连接有三通阀stf2，所述瓶体组ⅲ连接有三通阀stf3，所述瓶体组ⅳ连接有三通阀stf4，所述膜压机的出气口通过管道连接有单向阀z2，进气口通过管道连接有减压阀jy4，所述单向阀z2通过管道分别连接有循环阀k2、直通阀k4和三通阀stf5，所述三通阀stf1、三通阀stf2、三通阀stf3和三通阀stf4导通后两端分别与循环阀k2两端和单向阀z2两端连接；所述减压阀jy4通过单向阀z1连接有进气阀k1，所述进气阀k1分别连接有三通阀stf6、三通阀stf7和接头m，所述直通阀k4依次连接有减压阀jy1和单向阀z3，所述三通阀stf5分别连接有减压阀jy2和减压阀jy3，所述减压阀jy2连接有单向阀z4，所述减压阀jy3连接有单向阀z5，所述直通阀k4和三通阀stf5并联一路后与三通阀stf6连接，所述单向阀z3、单向阀z4和单向阀z5并联一路后与三通阀stf6连接，所述三通阀stf7分别连接有接头n和回收瓶；

所述电控系统包括开关电源、传感器、plc控制器、显示屏、变频器、加热器、散热风扇和加热风机。

所述膜压机包括电机、主机和风冷却器，所述显示屏通过输入指令经plc控制器输出电机启动信号，plc控制器通过变频器连接电机，所述电机上安装散热风扇，所述plc控制器分别连接传感器、显示屏、加热器、散热风扇和加热风机。

所述舱体包括骨架，所述骨架上方安装有顶板，下方安装有底座，侧面安装有舱门，所述舱门上通过合页连接有百叶窗，所述舱门还设置有接口，所述顶板上设置有通风舱和吊装角，所述吊装角为四个，且均匀分布在顶板的四角上。

所述底座上设置有工具盒和两个叉装口，所述底座的上端面设置有花纹铝板。

所述气瓶均安装在瓶架上，所述瓶架包括框架，所述框架上端设置有活动梁，底部安装有底架，所述底架上设置有与气瓶，外形相对应的弧形槽，所述弧形槽内设置有胶垫，所述弧形槽上方案子有抱箍。

所述气瓶的内胆为路合金，所述内胆外包覆有碳纤维层，所述碳纤维层外表面包覆有玻璃纤维层。

本申请的有益效果是。

1、通过膜压机将地面15mpa以下氮气增压至35mpa，并灌装至模块储气装置内，再依据保障要求向外（用户）输出35mpa以下的氮气，以满足用户在不同需求条件下的使用，地面气源向充氮模块灌装氮气，充氮模块对外供应35mpa以下的氮气，氮气在模块气瓶之间可以相互转充的功能，通过由增压设备、储气瓶及气管路、电控系统完成，氮气源通过膜压机组增压或直接对流两种方式完成气瓶组的灌装或对外供气；在没有外来气源且气瓶内压力不足的情况下，气瓶之间可通过膜压机倒气，将单只气瓶压力增至35mpa压力，再对外进行供气，在没有外来气源或瓶组压力不足的情况下，将一个气瓶内的氮气充入另一个气瓶内，使另一个气瓶内的压力增至35mpa，能够实现对外充气。

2、通过地面气源向充氮模块灌装氮气，充氮模块对外供应35mpa以下的氮气，氮气在模块气瓶之间的相互转充等功能，同时，设置有回收瓶，可以将软管中的高压氮气回收进回收瓶中，在进行保障前，可用回收瓶中的氮气吹除杂质，提高氮气的利用率，充氮模块对外供气保障时，充氮模块可输出35mpa以下的氮气，同时可用调压器，进行压力调节，保障输出3～15mpa，20～25mpa，27～30mpa的压力稳定，提高了高压氮气保障的安全性，稳定性。

3、通过采用模块化、组合化、小型化设计，主要由控制台、气瓶组、膜压机、舱体等部件组成，各部件通过管路，电气组成整个功能系统，舱体底座与上舱体可分离结构设计，控制台、气瓶组、膜压机等主要部件采用模块化，组合化的机构设计，安装、维修方便。

4、通过铝合金内胆碳纤维复合缠绕气瓶，与传统气瓶对比，重量、体积明显减小。

5、通过显示屏，能将压力、温度、时间等各项参数实时在线显示，方便操作者者观察，提高了保障效率，同时充氮模块各个关键点设置有传感器，能快速监控、定位出现故障的点，方便维修，减小了维修排查时间，提高了维修性。

6、通过气瓶轻量化设计，气瓶的储气量应＜168nm³，选择35mpa、50l的规格气瓶，一只气瓶的储气量为17.5m3，至少应该配置10只气瓶，而该瓶的净重为99kg/只，充入氮气后重量＜119kg（单只气瓶储气质量（20℃）按气体质量计算万能公式计算得20.11kg），相对模块来说，仅气瓶组的重量就已大于1200kg，再加上氮气增压设备、气管路系统和方舱，整个充氮模块的重量达2500kg以上。因此气瓶减重，为了减轻气瓶重量，拟采用碳纤维缠绕气瓶，单只气瓶压力为35mpa，容积为60l，重量为34kg，充氮模块使用该气瓶后，重量可减轻612kg。气瓶架分为三层，每层存放三只储气瓶，三层气瓶重叠组合，每层间由螺栓连接，每层气瓶可采用吊装方式进行拆装，为了避免气瓶与气瓶架之间碰撞、摩擦，在气瓶架上设计有保护胶条，气瓶可整体拆装、分层拆装。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型中气管路系统的管路连接图。

图3为本实用新型中舱体关闭时的结构示意图。

图4为本本实用新型中舱体敞开时的结构示意图。

图5为本实用新型中舱体内部的结构示意图。

图6为本实用新型中瓶架的结构示意图。

图中标号为：1、舱体，2、膜压机，3、气瓶，4、回收瓶，5、骨架，6、底座，7、顶板，8、舱门，9、百叶窗，10、接口，11、通风舱，12、吊装角，13、叉装口，14、工具盒，15、框架，16、活动梁，17、底架，18、胶垫，19、抱箍。

具体实施方式

实施例1

如图1至6所示,模块化四站装备充氮模块，包括舱体1，所述舱体1上设置有气管路系统和电控系统；

所述气管路系统包括膜压机2和气瓶3,所述气瓶3包括瓶体组ⅰ、瓶体组ⅱ、瓶体组ⅲ和瓶体组ⅳ，所述瓶体组ⅰ连接有三通阀stf1，所述瓶体组ⅱ连接有三通阀stf2，所述瓶体组ⅲ连接有三通阀stf3，所述瓶体组ⅳ连接有三通阀stf4，所述膜压机2的出气口通过管道连接有单向阀z2，进气口通过管道连接有减压阀jy4，所述单向阀z2通过管道分别连接有循环阀k2、直通阀k4和三通阀stf5，所述三通阀stf1、三通阀stf2、三通阀stf3和三通阀stf4导通后两端分别与循环阀k2两端和单向阀z2两端连接；所述减压阀jy4通过单向阀z1连接有进气阀k1，所述进气阀k1分别连接有三通阀stf6、三通阀stf7和接头m，所述直通阀k4依次连接有减压阀jy1和单向阀z3，所述三通阀stf5分别连接有减压阀jy2和减压阀jy3，所述减压阀jy2连接有单向阀z4，所述减压阀jy3连接有单向阀z5，所述直通阀k4和三通阀stf5并联一路后与三通阀stf6连接，所述单向阀z3、单向阀z4和单向阀z5并联一路后与三通阀stf6连接，所述三通阀stf7分别连接有接头n和回收瓶4；

所述电控系统包括开关电源、传感器、plc控制器、显示屏、变频器、加热器、散热风扇和加热风机。

所述膜压机2包括电机、主机和风冷却器，所述显示屏通过输入指令经plc控制器输出电机启动信号，plc控制器通过变频器连接电机，所述电机上安装散热风扇，所述plc控制器分别连接传感器、显示屏、加热器、散热风扇和加热风机。

所述舱体1包括骨架5，所述骨架5上方安装有顶板7，下方安装有底座6，侧面安装有舱门8，所述舱门8上通过合页连接有百叶窗9，所述舱门8还设置有接口10，所述顶板7上设置有通风舱11和吊装角12，所述吊装角12为四个，且均匀分布在顶板7的四角上。

所述底座6上设置有工具盒14和两个叉装口13，所述底座6的上端面设置有花纹铝板。

所述气瓶3均安装在瓶架上，所述瓶架包括框架15，所述框架15上端设置有活动梁16，底部安装有底架17，所述底架17上设置有与气瓶3，外形相对应的弧形槽，所述弧形槽内设置有胶垫18，所述弧形槽上方案子有抱箍19。

所述气瓶3的内胆为路合金，所述内胆外包覆有碳纤维层，所述碳纤维层外表面包覆有玻璃纤维层。

通过膜压机2将地面15mpa以下氮气增压至35mpa，并灌装至模块储气装置内，再依据保障要求向外（用户）输出35mpa以下的氮气，以满足用户在不同需求条件下的使用，地面气源向充氮模块灌装氮气，充氮模块对外供应35mpa以下的氮气，氮气在模块气瓶之间可以相互转充的功能，通过由增压设备、储气瓶及气管路、电控系统完成，氮气源通过膜压机2组增压或直接对流两种方式完成气瓶3的灌装或对外供气；在没有外来气源且气瓶内压力不足的情况下，气瓶之间可通过膜压机倒气，将单只气瓶3压力增至35mpa压力，再对外进行供气，在没有外来气源或瓶组压力不足的情况下，将一个气瓶内的氮气充入另一个气瓶内，使另一个气瓶内的压力增至35mpa，能够实现对外充气。

通过地面气源向充氮模块灌装氮气，充氮模块对外供应35mpa以下的氮气，氮气在模块气瓶之间的相互转充等功能，同时，设置有回收瓶4，可以将软管中的高压氮气回收进回收瓶4中，在进行保障前，可用回收瓶4中的氮气吹除杂质，提高氮气的利用率，充氮模块对外供气保障时，充氮模块可输出35mpa以下的氮气，同时可用调压器，进行压力调节，保障输出3～15mpa，20～25mpa，27～30mpa的压力稳定，提高了高压氮气保障的安全性，稳定性。

通过采用模块化、组合化、小型化设计，主要由控制台、气瓶组、膜压机、舱体等部件组成，各部件通过管路，电气组成整个功能系统，舱体底座与上舱体可分离结构设计，控制台、气瓶组、膜压机等主要部件采用模块化，组合化的机构设计，安装、维修方便。

通过铝合金内胆碳纤维复合缠绕气瓶，与传统气瓶对比，重量、体积明显减小。

通过显示屏，能将压力、温度、时间等各项参数实时在线显示，方便操作者者观察，提高了保障效率，同时充氮模块各个关键点设置有传感器，能快速监控、定位出现故障的点，方便维修，减小了维修排查时间，提高了维修性。

通过气瓶轻量化设计，气瓶的储气量应＜168nm³，选择35mpa、50l的规格气瓶，一只气瓶的储气量为17.5m3，至少应该配置10只气瓶，而该瓶的净重为99kg/只，充入氮气后重量＜119kg（单只气瓶储气质量（20℃）按气体质量计算万能公式计算得20.11kg），相对模块来说，仅气瓶组的重量就已大于1200kg，再加上氮气增压设备、气管路系统和方舱，整个充氮模块的重量达2500kg以上。因此气瓶减重，为了减轻气瓶重量，拟采用碳纤维缠绕气瓶，单只气瓶压力为35mpa，容积为60l，重量为34kg，充氮模块使用该气瓶后，重量可减轻612kg。气瓶架分为三层，每层存放三只储气瓶，三层气瓶3重叠组合，每层间由螺栓连接，每层气瓶可采用吊装方式进行拆装，为了避免气瓶与气瓶架之间碰撞、摩擦，在气瓶架上设计有保护胶条，气瓶可整体拆装、分层拆装。

当气瓶3的压力不能满足飞机供气需要时，外部气源依次经过接头m、进气阀k1、过滤器l1、单向阀z1、过滤器l2和减压阀jy4进入膜压机2内，膜压机2增压至35mpa，再经过过滤器l3、单向阀z2和三通阀stf1（或stf2、stf3、stf4）的增供”位，分别瓶体组ⅰ、瓶体组ⅱ、瓶体组ⅲ和瓶体组ⅳ的气瓶灌充氮气。

外部气源向气瓶充气如下；

当外部气源气正在输入时，气瓶3需要更换时，依次关闭进气阀k1、打开循环阀k2和三通阀stf7至排空位卸压，然后换瓶；换瓶后，依次关闭三通阀stf7、关闭循环阀k2、打开进气阀k1，继续对气瓶组进行充气。

实施例2

气瓶3之间的起源转充如下：

无外部气源，且气瓶3内压力达不到飞机供气要求时，将任一低压气瓶3的氮气经过膜压机2增压灌充至另外一组高压气瓶3中，使被灌充气瓶3压力增至35mpa；假如，瓶体组ⅰ气压低，则将瓶体组ⅰ的低压气体转充至瓶体组ⅱ的高压气瓶中，首先关闭进气阀k1、直通阀k4、三通阀stf5和三通阀stf6，然后启动膜压机2，瓶体组ⅰ的三通阀stf1置于转充一挡位，瓶体组ⅱ的三通阀stf2置于增供二挡位，瓶体组ⅰ内的气体经过三通阀stf1、过滤器l2、减压阀jy4输入膜压机2增压，增压气体再经过滤器l3、单向阀z2、三通阀stf2输入瓶体组ⅱ内，直到灌充气体至35mpa。如果瓶体组ⅰ压力较低（≤5mpa时），关闭三通阀stf1，同时将其它瓶体组（ⅲ或ⅳ）三通阀置于转充位置，气体经过膜压机2增压再对气瓶组ⅱ灌充至35mpa。

实施例3

对外调压供气如下：

任意瓶体组的氮气经过相应的减压阀减压至所需的压力，向地面气瓶（或飞机）供应所需的氮气，例如：瓶体组ⅰ对外供气，三通阀stf1置于增供1挡位,瓶体组ⅰ内的气体经过过滤器l7、直通阀k4（或三通阀stf5的j2、j3挡）、过滤器l4（或过滤器l5、过滤器l6）、减压器jy1（或jy2、jy3）、单向阀z3（或单向阀z4、单向阀z5）、三通阀stf6置于连通接头m对外供气，对外进行供气3-15mpa（或20-25mpa、27-30mpa），当供气达到平衡，关闭三通阀stf6，卸除软管前，将三通阀stf7置于回收瓶4内回收，压力表b4指针无动作后，将stf7置于接头n将气体排空，余气排空后卸下软管、关闭三通stf1、相应直通阀k4、减压器jy1复位，供气结束。

对外输出35mpa的供气，任意瓶体组的氮气经过膜压机2增压灌充至地面气瓶（或飞机），压力可增至35mpa。

例如：瓶体组ⅰ增压对外供气，首先关闭直通阀k4和三通阀stf5，启动膜压机2，瓶体组ⅰ内的气体经三通阀stf1（置于转充一位置）、过滤器l2、减压器jy4，送入膜压机2增压，增压气体经过滤器l3、单向阀z2、过滤器l7、三通阀stf6（置于35mpa供气挡位）和接头m对外进行增压供气，当压力至35mpa时关闭膜压机2、三通阀stf1、stf5，通过三通阀stf7，进行回收、排空，然后卸下软管，供气结束。

实施例4

回收瓶4的使用如下：

一、当外部气源对模块瓶体组充气或模块瓶体组对外供气结束时，三通阀stf7调至“回收”位，对软管中的气体进行回收，当达到平衡后，将三通阀stf7调至“排空”位，对软管中的气体进行排空，然后卸下软管。

二、当模块瓶体组对外供气时，可先用回收瓶中的气对软管进行吹除，吹除软管中的空气和杂质，具体步骤为，在连接软管之前，将三通阀stf7置于“回收”，利用回收瓶内的气体对软管进行吹气，吹除结束后，将stf7至于中间位置，然后连接软管。

实施例5

通过显示屏按键给出启动指令，经plc控制器处理输出电机启动信号，经继电器控制变频器，变频启动电机，电机驱动膜压机2运转；停机时，通过显示屏按键给出停止指令，经plc控制器输出电机停止信号，经继电器控制变频器，变频器停止输出，膜压机停止运转。

系统压力高于0.5mpa时，plc控制器不能给出电机启动信号，显示屏显示报警提示，当发生漏电、过流时，保护开关自动切断主电路供电；当排气压力超标、排气温度超标、油压低、膜片破裂时，输出的电信号送人plc控制器，plc控制器处理输出电机停止信号，膜压机2停止运转，同时，显示屏显示报警提示。

当温度传感器检测到电控箱内温度低于0℃时，自动启动加热风机，吹出热风，对电控箱内空气进行循环加热，当温度达到15℃时，加热风机自动停止工作；当温度传感器检测到电控箱内温度高于30℃时，自动启动散热风扇，排出电控箱内的热空气，当温度降至20℃时，散热风扇自动停止工作。使电控箱内所有元器件处于适合工作的温度。

压力传感器、温度传感器检测到气体压力、温度后，将4-20ma电流信号变换为标准数据送入plc控制器，经plc控制器处理后，在显示屏实时显示。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。