Способ заполнения жидкостной топливной системы подготовленным топливом и устройство для его осуществления
METHOD FOR FILLING A LIQUID FUEL SYSTEM WITH CONDITIONED FUEL AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области заправки жидкостных топливных систем, а именно заправочному оборудованию и устройствам для удаления газов и воды из жидкого топлива, и может быть использовано в авиации, ракетно-космической технике, машиностроении и др.
Из уровня техники известен способ дегазации жидкости с помощью устройства дегазации жидкости по авторскому свидетельству СССР №1011156, приоритет от 30.09.1981, МПК B01D 19/00. Способ дегазации жидкости состоит в том, что жидкость барботируют, пропускают через дегазатор, через распылитель подают в дозатор, где окончательно дегазируют.
Недостатками способа дегазации жидкости являются отсутствие возможности обезвоживания топлива, недостаточная степень очистки топлива от примесей и недостаточная степень заполнения подготовленным топливом топливных систем, в состав которых входят тупиковые магистрали.
Также из уровня техники известен способ заправки жидкостной топливной системы по патенту РФ №2750197 (приоритет от 24.07.2020, МПК B01D 19/00, B64F 1/00, B67D 7/00), наиболее близкий к заявляемому изобретению и выбранный в качестве прототипа. Способ заправки жидкостной топливной системы заключается в том, что топливо подготавливают за счет барботирования и последующего вакуумирования в отдельной емкости.
Недостатками способа заправки жидкостной топливной системы являются недостаточная степень очистки топлива от примесей и недостаточная степень заполнения подготовленным топливом топливных систем, в состав которых входят тупиковые магистрали.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение степени очистки топлива от примесей и повышение степени заполнения жидкостной топливной системы подготовленным топливом.
Для способа заполнения жидкостной топливной системы подготовленным топливом техническая проблема решается за счет того, что заливают топливо в емкость таким образом, чтобы в емкости оставалось незаполненное пространство, подготавливают топливо за счет чередования вакуумирования надтопливного пространства в емкости помощью вакуумного насоса и перемешивания слоев топлива в емкости, после подготовки топлива заливают подготовленное топливо в гидроаккумулятор, с помощью, по меньшей мере, одного топливного рукава заполняют топливную систему подготовленным топливом из гидроаккумулятора, при этом перемешивают слои топлива в емкости в течение заданного промежутка времени за счет слива топлива из емкости, пропускания по замкнутому контуру и возврата в емкость, а при заполнении топливной системы подготовленным топливом из гидроаккумулятора сопровождают подачу топлива циклическим изменением давления в топливной системе.
В частном случае осуществления изобретения техническая проблема решается за счет того, что при перемешивании слоев топлива в емкости распыляют топливо в надтопливном пространстве с помощью форсунок.
В другом случае осуществления изобретения техническая проблема решается за счет того, что при перемешивании слоев топлива в емкости производят наддув емкости с помощью, по меньшей мере, одного баллона с азотом.
В третьем случае осуществления изобретения техническая проблема решается за счет того, что при заполнении топливной системы подготовленным топливом из гидроаккумулятора обеспечивают циклическое изменение давления в топливной системе за счет импульсного срабатывания электромагнитного клапана.
В четвертом случае осуществления изобретения техническая проблема решается за счет того, что при заполнении топливной системы подготовленным топливом из гидроаккумулятора дополнительно сливают топливо из топливной системы в гидроаккумулятор.
Технический результат заключается в том, что способ заполнения жидкостной топливной системы подготовленным топливом позволяет повысить степень очистки подготовленного топлива от примесей за счет циклического чередования вакуумирования надтопливного пространства и перемешивания слоев топлива, а также степень заполнения топливной системы за счет циклического изменения давления в топливной системе с тупиковыми магистралями, что позволяет растворить газ, находящийся в тупиковых магистралях топливной системы. Экспериментально установлено, что при прочих равных условиях (состав и объем подготавливаемого топлива, исходное содержание примесей) способ заполнения жидкостной топливной системы подготовленным топливом по заявляемому изобретению позволяет достичь содержание примесей в подготовленном топливе приблизительно в три-четыре раза меньше, чем способ заправки жидкостной топливной системы подготовленным топливом по патенту РФ №2750197, выбранный в качестве прототипа.
Из уровня техники известно устройство дегазации жидкости по авторскому свидетельству СССР №1011156, приоритет от 30.09.1981, МПК B01D 19/00, содержащее технологическую емкость предварительного дегазирования или рассыщения, дегазатор непрерывного действия, дозатор, центробежный насос, распылители, систему подачи газа наддува.
Недостатками устройства дегазации жидкости являются отсутствие возможности обезвоживания топлива и недостаточная степень очистки топлива от примесей.
Также из уровня техники известно устройство для заправки жидкостной топливной системы подготовленным топливом, наиболее близкое к заявляемому изобретению и выбранное в качестве прототипа. Устройство для заправки жидкостной топливной системы подготовленным топливом содержит емкость с барботажной трубкой, вакуумный насос, систему трубопроводов вакуумирования и подачи топлива, топливный рукав и заправочный пистолет.
Недостатком устройства для заправки жидкостной топливной системы подготовленным топливом является недостаточная степень очистки топлива от примесей.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение степени очистки топлива от примесей.
Техническая проблема решается за счет того, что устройство для заполнения жидкостной топливной системы подготовленным топливом содержит систему трубопроводов подготовки и подачи топлива, емкость, выполненную с возможностью заполнения топливом и слива топлива из емкости с помощью системы трубопроводов подготовки и подачи топлива, вакуумный насос, установленный с возможностью вакуумирования емкости с помощью системы трубопроводов подготовки и подачи топлива, по меньшей мере, один топливный рукав, одним концом соединенный с системой трубопроводов подготовки и подачи топлива и выполненный с возможностью соединения с жидкостной топливной системой свободным концом, при этом свободный конец рукава снабжен переходником, выполненным с возможностью соединения с жидкостной топливной системой, гидроаккумулятор, установленный с возможностью заполнения подготовленным топливом из емкости с помощью системы трубопроводов вакуумирования и подачи топлива и с возможностью подачи топлива, по меньшей мере, через один топливный рукав, топливный насос, установленный с возможностью перемешивания слоев топлива в емкости и подачи топлива из гидроаккумулятора в жидкостную топливную систему с помощью системы трубопроводов вакуумирования и подачи топлива, средство изменения давления в топливной системе.
В частном случае осуществления изобретения техническая проблема решается за счет того, что средство изменения давления в топливной системе выполнено в виде электромагнитного клапана, установленного в системе трубопроводов подготовки и подачи топлива с возможностью изменения давления в топливной системе в процессе заполнения топливной системы подготовленным топливом.
В другом частном случае осуществления изобретения техническая проблема решается за счет того, что устройство для заполнения жидкостной топливной системы подготовленным топливом дополнительно содержит, по меньшей мере, один баллон с азотом, установленный с возможностью наддува емкости с помощью системы трубопроводов подготовки и подачи топлива.
В третьем частном случае осуществления изобретения техническая проблема решается за счет того, что в емкости выше уровня жидкости при заполнении емкости выполнен трубопровод с форсунками.
В четвертом частном случае осуществления изобретения техническая проблема решается за счет того, что устройство содержит дополнительный топливный рукав, одним концом соединенный с системой трубопроводов подготовки и подачи топлива, свободный конец которого снабжен переходником, выполненным с возможностью соединения с жидкостной топливной системой.
Технический результат заключается в том, что устройство для заполнения жидкостной топливной системы подготовленным топливом позволяет повысить степень очистки подготовленного топлива от примесей за счет циклического чередования вакуумирования надтопливного пространства и перемешивания слоев топлива, а также степень заполнения топливной системы за счет средства изменения давления в топливной системе, которое позволяет растворить газ, находящийся в тупиковых магистралях топливной системы. Экспериментально установлено, что при прочих равных условиях (состав и объем подготавливаемого топлива, исходное содержание примесей) устройство для заполнения жидкостной топливной системы подготовленным топливом по заявляемому изобретению позволяет достичь содержание примесей в подготовленном топливе приблизительно в три-четыре раза меньше, чем устройство для заправки жидкостной топливной системы подготовленным топливом по патенту РФ №2750197, выбранное в качестве прототипа.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом:
На фиг. 1 изображена схема одного из возможных вариантов осуществления устройства для заполнения жидкостной топливной системы подготовленным топливом.
На фиг. 1 обозначены следующие позиции:
1 - емкость;
2 - штуцер заполнения емкости;
3 - кран вакуумирования;
4 - вакуумный насос;
5 - кран заполнения емкости;
6 - кран подачи топлива на насос;
7 - кран закольцовки;
8 - штуцер дренажа вакуумного насоса;
9 - гидроаккумулятор;
10 - топливный насос;
11 - электромагнитный клапан;
12 - баллоны с азотом;
13 - переходник;
14 - система трубопроводов вакуумирования и подачи топлива;
15 - фильтр;
16 - указатель уровня;
17 - кран подачи топлива;
18 - штуцер дренажа емкости;
19 - кран подачи газа;
20 - редуктор;
21 - предохранительный клапан;
22 - манометр;
23 - мановакуумметр емкости;
24 - дренажный кран гидроаккумулятора;
25 - кран подачи топлива из гидроаккумулятора;
26 - кран закольцовки гидроаккумулятора и емкости;
27 - кран подачи топлива в топливную систему двигателя;
28 - кран отбора проб топлива;
29 - кран слива топлива из топливной системы двигателя;
30 - кран слива топлива из гидроаккумулятора;
31 - штуцер слива топлива;
32 - мановакуумметр гидроаккумулятора;
33 - штуцер слива топлива из отстойника вакуумного насоса;
34 - штуцер альтернативной (верхней) заправки емкости;
35 - трубопровод с форсунками;
36 - кран контроля величины вакуума, создаваемого в емкости;
37 - мановакуумметр;
38 - клемма заземления;
39 - переходник;
40 - топливный рукав;
41 - топливный рукав.
Способ заполнения жидкостной топливной системы подготовленным топливом (далее способ) заключается в следующем:
Для осуществления способа используют емкость 1. Перед началом подготовки топлива к штуцеру заполнения емкости 2 подстыковывают топливный рукав, другой конец которого опущен до дна емкости с топливом (на фиг.не показано). Для обеспечения заправки полость емкости 1 через открытый кран вакуумирования 3 вакуумируют при помощи вакуумного насоса 4. После завершения вакуумирования полости емкости 1 открывают кран заполнения емкости 5 и заправляют емкость 1 топливом таким образом, чтобы в емкости 1 оставалось незаполненное топливом пространство, что отслеживают с помощью указателя уровня 16. При подготовке топлива циклически чередуют вакуумирование надтопливного пространства и перемешивание слоев топлива в емкости 1, при этом вакуумируют надтопливное пространство с помощью вакуумного насоса 4 при открытом кране вакуумирования 3, а перемешивают слои топлива в емкости 1 в течение заданного промежутка времени за счет слива топлива из емкости 1, пропускания по замкнутому контуру и возврата в емкость 1, при этом открыты кран подачи топлива на насос 6 и кран закольцовки 7. В частном случае осуществления изобретения при перемешивании слоев топлива в емкости 1 распыляют топливо в надтопливном пространстве с помощью форсунок 35. Также в частном случае осуществления изобретения при перемешивании слоев топлива в емкости 1 производят наддув емкости 1 с помощью, по меньшей мере, одного баллона с азотом 12. Растворенные в топливе газообразные вещества, например, азот, кислород, пары воды, под действием пониженного давления над зеркалом топлива выделяются сначала в пузырьковые образования, затем из топлива в надтопливное пространство. Газовую смесь из надтопливного пространства емкости 1 через штуцер дренажа вакуумного насоса 8 удаляют с помощью вакуумного насоса 4. При циклическом чередовании перемешивания слоев и вакуумирования надтопливного пространства, по меньшей мере, осуществляют вакуумирование, затем перемешивание слоев, затем вакуумирование, но при необходимости чередуют перемешивание слоев и вакуумирование большее число раз. Количество повторений цикла «перемешивание слоев -вакуумирование» определяют экспериментально заранее, при этом степень очистки топлива от примесей повышается с увеличением числа повторений, однако после определенного числа повторений цикла влияние дальнейших повторений на степень очистки незначительно.
Экспериментально установлено, что способ заполнения жидкостной топливной системы подготовленным топливом по заявляемому изобретению позволяет достичь содержания примесей в подготовленном топливе 0,008 г/л, это значение было достигнуто при повторении цикла «перемешивание слоев - вакуумирование» пять раз, при этом в пределах каждого цикла вакуумирование занимает 20 минут, перемешивание слоев топлива - 10 минут. Для сравнения, способ заправки жидкостной топливной системы подготовленным топливом по патенту РФ №2750197, выбранный в качестве прототипа, при прочих равных условиях (состав и объем подготавливаемого топлива, исходное содержание примесей) позволяет достичь содержания примесей в подготовленном топливе 0,035 г/л при проведении барботирования и вакуумирования в течение 2-х часов.
После завершения подготовки топлива заливают подготовленное топливо из емкости 1 в гидроаккумулятор 9.
Стыкуют топливный рукав 40 с одним из штуцеров топливной системы (на фиг. не показана) с помощью переходника 13, соединенного с системой трубопроводов подготовки и подачи топлива 14 для подачи подготовленного топлива с заданным уровнем давления. Открывают кран подачи топлива из гидроаккумулятора 25 и заполняют (заправляют или переконсервируют) топливную систему подготовленным топливом с помощью топливного насоса 10. Одновременно с этим удаляют газ (например, воздух) и старое топливо из топливной системы двигателя, для чего через другой штуцер топливной системы сливают топливо из топливной системы, например, в постороннюю емкость (на фиг. не показано). В частном случае, например, если топливная система заполнена свежим топливом, сливают топливо из топливной системы в гидроаккумулятор 9, при этом соединяют со штуцером топливной системы переходник 39. Обеспечивают циклическое изменение давления в топливной системе, например, за счет того, что часть топлива, отбираемую из магистрали, расположенной за топливным насосом 10, сливают в гидроаккумулятор 9 при помощи импульсного срабатывания электромагнитного клапана 11. Управление работой электромагнитного клапана 11 осуществляют с помощью задатчика режимов (на фиг. не показан). Удаление газа и заполнение топливной системы происходят вследствие пропускания через топливную систему двигателя подготовленного топлива, а также растворения газа в «тупиковых» магистралях системы посредством циклического изменения давления топлива.
Устройство для заполнения жидкостной топливной системы подготовленным топливом (далее устройство) содержит емкость 1, вакуумный насос 4, гидроаккумулятор 9, топливный фильтр 15, насос топливный 10, систему трубопроводов подготовки и подачи топлива 14, средство изменения давления в топливной системе, а также, по меньшей мере, один топливный рукав 40 и соединенный с ним переходник 13. В частных случаях осуществления изобретения устройство также может содержать, по меньшей мере, один баллон с азотом 12, установленный с возможностью наддува емкости 1 с помощью системы трубопроводов подготовки и подачи топлива 14, трубопровод с форсунками 35, выполненный в емкости 1 выше уровня жидкости и позволяющий распыление топлива через форсунки 35 в газовом объеме емкости 1, дополнительный топливный рукав 41 и соединенный с ним переходник 39. Средство изменения давления в топливной системе может быть выполнено в виде электромагнитного клапана 11, установленного в системе трубопроводов подготовки и подачи топлива 14 с возможностью изменения давления в топливной системе в процессе заполнения топливной системы подготовленным топливом.
Система трубопроводов подготовки и подачи топлива 14 представляет собой систему трубопроводов, соединяющую емкость 1, вакуумный насос 4, гидроаккумулятор 9, топливный насос 10, баллоны с азотом 12, топливные рукава 40 и 41 и переходники 13 и 39. На фиг. 1 показан возможный вариант системы трубопроводов подготовки и подачи топлива 14, позволяющий обеспечить функционирование элементов устройства, где система трубопроводов подготовки и подачи топлива 14 состоит из группы трубопроводов, а также штуцеров, клапанов и кранов, таких как штуцер заполнения емкости 2, кран вакуумирования 3, кран заполнения емкости 5, кран подачи топлива на насос 6, кран закольцовки 7, штуцер дренажа вакуумного насоса 8, фильтр 15, кран подачи топлива 17, штуцер дренажа емкости 18, кран подачи газа 19 (в случае наличия баллона с азотом 12), редуктор 20 (в случае наличия баллона с азотом 12), предохранительный клапан 21, дренажный кран гидроаккумулятора 24, кран подачи топлива из гидроаккумулятора 25, кран закольцовки гидроаккумулятора и емкости 26, кран подачи топлива в топливную систему двигателя 27, кран отбора проб топлива 28, кран слива топлива из топливной системы двигателя 29 (в случае наличия переходника 39 и топливного рукава 41), кран слива топлива из гидроаккумулятора 30, штуцер слива топлива 31, штуцер слива топлива из отстойника вакуумного насоса 33, штуцер альтернативной (верхней) заправки емкости 34 и кран контроля величины вакуума, создаваемого в емкости 36. Дополнительно система трубопроводов подготовки и подачи топлива 14 снабжена манометром 22, мановакуумметром 23, мановакуумметром 32.
Емкость 1 выполнена с возможностью заполнения топливом и слива топлива из емкости с помощью системы трубопроводов подготовки и подачи топлива 14 и посредством системы трубопроводов подготовки и подачи топлива 14 снабжена трубопроводом заполнения емкости (на фиг. не обозначен), краном вакуумирования 3, штуцером дренажа емкости 18, системой подачи газа (на фиг. не обозначена), а также указателем уровня 16. Трубопровод заполнения емкости снабжен штуцером заполнения емкости 2, фильтром 15 и краном заполнения емкости 5, краном подачи топлива 17 и соединен с нижней частью емкости 1. Кран вакуумирования 3 с помощью трубопровода соединен с частью емкости 1 выше уровня жидкости при заполнении емкости 1 топливом. В состав системы подачи газа входят кран подачи газа 19, редуктор 20, предохранительный клапан 21.
Вакуумный насос 4 установлен с возможностью вакуумирования емкости 1 с помощью системы трубопроводов подготовки и подачи топлива 14. Гидроаккумулятор 9 установлен с возможностью заполнения подготовленным топливом из емкости 1 с помощью крана подачи топлива 17 системы трубопроводов подготовки и подачи топлива 14 и с возможностью подачи топлива через топливные рукава 40 и 41 с помощью топливного насоса 10 и крана подачи топлива из гидроаккумулятора 25. Топливный насос 10 установлен с возможностью перемешивания слоев топлива в емкости 1 с помощью крана подачи топлива на насос 6 и крана закольцовки 7 системы трубопроводов подготовки и подачи топлива 14 и подачи топлива из гидроаккумулятора 9 в топливную систему с помощью крана подачи топлива из гидроаккумулятора 25 системы трубопроводов подготовки и подачи топлива 14.
Топливные рукава 40 и 41 представляют собой гибкие шланги, концы которых могут быть соединены друг с другом при помощи быстроразъемных соединений или подсоединены к штуцерам топливной системы двигателя БПЛА через переходники 13 и 39, а вторые концы соединены через штуцеры подачи топлива с системой трубопроводов подготовки и подачи топлива 14.
Кран 36 предназначен для контроля величины вакуума, создаваемого в емкости 1, мановакуумметр емкости 23 - для контроля давления в системе трубопроводов подготовки и подачи топлива 14. Переходники 13 и 39 подсоединяются к топливной системе с помощью топливных рукавов 40 и 41. Также в состав устройства входят клеммы заземления 38.
Устройство для заполнения жидкостной топливной системы подготовленным топливом работает следующим образом:
Перед началом подготовки топлива все краны закрыты. Открывают кран вакуумирования 3. Открывают кран подачи топлива 5 и заполняют емкость 1 топливом через штуцер заполнения емкости 2 таким образом, чтобы в емкости 1 оставалось незаполненное топливом надтопливное пространство.
Подготавливают топливо, для чего циклически чередуют вакуумирование надтопливного пространства емкости 1 с помощью вакуумного насоса 4 и перемешивание слоев топлива в емкости 1.
Вакуумируют надтопливное пространство емкости 1 с помощью вакуумного насоса 4 в течение заданного промежутка времени, например, 20 минут, при этом открывают кран вакуумного насоса 3. Растворенные в топливе газообразные вещества (азот, кислород, пары воды) под действием пониженного давления над зеркалом топлива выделяются из топлива в надтопливное пространство. Выпускают газовую смесь, содержащую удаленные из топлива воду и газообразные вещества, из надтопливного пространства через штуцер дренажа вакуумного насоса 8.
Осуществляют перемешивание слоев топлива в емкости 1 в течение заданного промежутка времени, например, 10 минут, для чего включают топливный насос 10, открывают кран подачи топлива на насос 6, кран закольцовки 7, а также, в случае наличия баллонов с азотом 12, кран наддува 19 и нагружают редуктор 20 до рабочего давления азота из баллонов 12. При проведении перемешивания слоев топлива в случае наличия трубопровода с форсунками 35 проводят распыление топлива через форсунки в газовом объеме емкости. После завершения перемешивания слоев в емкости 1 повторяют вакуумирование надтопливного пространства емкости 1.
Повторяют цикл «перемешивание слоев - вакуумирование», по меньшей мере, один раз, например, пять раз.
После завершения подготовки топлива выключают вакуумный насос 4 и перекрывают все краны. Открывают кран подачи газа 19 (в случае наличия баллонов с азотом 12), кран подачи топлива 17, через фильтр 15 перекачивают топливо из емкости 1 в гидроаккумулятор 9 и закрывают все краны, входящие в состав системы трубопроводов подготовки и подачи топлива 14. Открывают кран подачи топлива из гидроаккумулятора 25, кран подачи топлива в топливную систему двигателя 27, включают топливный насос 10, заполняют топливную систему двигателя подготовленным топливом с помощью переходника 13, состыкованного со штуцером топливной системы двигателя посредствам быстроразъемного соединения. Через другой штуцер топливной системы осуществляют слив топлива в постороннюю емкость, или, в случае наличия топливного рукава 41 и переходника 39, состыковывают другой штуцер топливной системы с переходником 39, открывают кран слива топлива из топливной системы двигателя 29 и осуществляют слив топлива в гидроаккумулятор 9. Пропускают подготовленное топливо через топливную систему двигателя, а также растворяют газ в «тупиковых» магистралях системы посредством скачков давления топлива, создаваемых за счет работы топливного насоса 10 и средства изменения давления в топливной системе, например, импульсного срабатывания электромагнитного клапана 11.
Способ заполнения жидкостной топливной системы подготовленным топливом и устройство для его осуществления предназначены для применения в области заправки жидкостных топливных систем и позволяют повысить степень очистки подготовленного топлива от примесей, а также степень заполнения топливной системы подготовленным топливом.