ТОПЛИВОЗАПРАВЩИК С ВАКУУМИРОВАНИЕМ
REFUELLER WITH VACUUM OPERATION

Изобретение относится к аэродромным топливозаправщикам, предназначенным для заправки летательных аппаратов (ЛА).
Известно устройство с автоматическим регулированием пропускной способности заправочной магистрали топливозаправщика, снабженное механизмом, создающим отрицательную обратную связь между давлением в магистрали и проходным сечением заправочного наконечника [1]. Одним из недостатков данного устройства является то, что оно не освобождает заправляемое топливо от растворенного в нем воздуха.
Известен также автотопливозаправщик, содержащий топливную систему с гидроприводом [2]. Топливная система содержит топливную цистерну, топливный насос и заправочную магистраль с наконечником. Гидропривод содержит гидромотор, гидронасос и ручной регулятор скорости гидромотора. Недостатком этого автотопливозаправщика является отсутствие устройства в нем для удаления из топлива растворенного в нем воздуха.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является автотопливозаправщик [3], содержащий автотягач с коробкой отбора мощности, топливную цистерну с заправочной магистралью и панелью управления, топливный насос с гидроприводом (прототип).
К недостаткам прототипа следует отнести отсутствие в его конструкции устройства, обеспечивающего удаление растворенного воздуха из топлива.
Технической задачей в предлагаемом изобретении является увеличение массы заправляемого в летательный аппарат топлива за счет освобождения объема растворенного в нем воздуха, а также уменьшение пожароопасности и окислительных процессов в топливе и агрегатах топливной системы ЛА из-за уменьшения содержания кислорода в топливе.
Известно [4], что объем растворенного воздуха в авиационном реактивном топливе обычно составляет (12-15)% и не меняется с высотой.
Растворимость кислорода (по массе) в углеводородных топливах примерно в 1,8 раза больше, чем азота, что соответствует по массе 35% кислорода и 65% азота в растворенных в реактивном топливе газах.
При подъеме на высоту растворенный в топливе газ начинает выделяться внутри топливных баков в надтопливное пространство, обогащая последнее кислородом, что увеличивает пожарную опасность. Наличие растворенного кислорода в топливе усиливает в нем окислительные процессы, а в топливной системе увеличивает интенсивность коррозионных процессов. В связи с большой энерговооруженностью современных летательных аппаратов они могут очень быстро осуществлять набор высоты, а следовательно, интенсивно понижать давление, что вызовет обильное выделение растворенных газов из топлива, что опасно возможностью нарушения подачи топлива и выключением двигателя(лей). Поэтому уменьшение количества растворенного воздуха в топливе при его заправке в ЛА значительно увеличит массу топлива, а тем самым - дальность и продолжительность полета, снизит окислительные процессы в топливе, коррозию деталей топливной системы, уменьшит пожароопасность.
Технический результат достигается тем, что в топливозаправщике с вакуумированием, содержащем автотягач с коробкой отбора мощности (КОМ), топливную цистерну с заправочной магистралью и панелью управления, топливный насос с гидроприводом, включающим гидробак для гидрожидкости, гидронасос, кинематически связанный с КОМ, регулятор скорости, соединенный через магистральный гидроклапан с гидромотором, кинематически связанным с топливным насосом, топливная цистерна для создания вакуума внутри ее и, как следствие, удаления растворенных в топливе, находящемся в цистерне, газов оборудована вакуумным насосом (или любым устройством для вакуумирования), связанным, с одной стороны, с надтопливным пространством топливной цистерны трубопроводом, в котором установлен перекрывной кран, с помощью которого можно перекрывать канал, обеспечивающий связь внутренней полости цистерны с вакуумным насосом. К этому трубопроводу подсоединен вакуумметр, например указатель давления газов (барометр), с помощью которого проверяется степень вакуумирования. С другой (выходной) стороны вакуумный насос связан с атмосферой через обратный клапан, обеспечивающий пропускание газов в атмосферу, перекачиваемых из топливной цистерны вакуумным насосом, и перекрывающий канал перетекания атмосферного воздуха в топливную цистерну через вакуумный насос при выключенном положении последнего.
Топливная цистерна снабжена также предохранительным клапаном для предотвращения смятия ее атмосферным давлением в случае быстрого вакууммирования внутренней полости цистерны, если вакуумный насос будет иметь большую производительность и создавать вакуум за короткое время (когда объем топливной цистерны не велик), а при этом выделение растворенных в топливе газов будет не успевать за вакууммированием внутреннего объема топливной цистерны. Предохранительный клапан срабатывает при критическом давлении внутри цистерны (когда она может быть смята наружным давлением воздуха), и наружный воздух будет поступать внутрь топливной цистерны, увеличивая давление в ней до критического.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена структурная схема предлагаемого топливозаправщика. Топливозаправщик с вакууммированием содержит тягач 1 с цистерной 2 (ЦТ) для топлива, всасывающую магистраль 3, топливный насос 4 (ТН) и заправочную магистраль 5 с топливным наконечником для присоединения к бортовому штуцеру 6 (ШБ) ЛА. Привод насоса 4 содержит гидромотор 7 (ГМ) и гидронасос 8 (ГН), соединенные с гидробаком 9 (ГБ) для рабочей жидкости гидравлическими линиями 10 (слив) и 11 (всасывания). Гидронасос 8 (ГН) связан при помощи механической передачи с коробкой отбора мощности 12 (КОМ), установленной на автотягаче. Пульт управления 13 (ПУ), подключенный к автомобильной аккумуляторной батарее 14 (АБ), служит для включения коробки 12. Для удобства обслуживания все пульты объединены в общую панель управления. Регулятор скорости 15 (PC) соединен с гидронасосом 8 линией 16, а с магистральным клапаном 17 (КМ) - линией 18. Клапан 17 соединен с гидромотором 7 линией 19. Регулятор 15 снабжен электрогидравлическими клапанами 20 и 21. Клапан 20 служит для обеспечения холостого хода гидронасоса 8 и снижения скорости гидромотора. Клапан 21 предназначен для увеличения скорости гидромотора 7. Дополнительный электрогидравлический клапан 22 управляет магистральным клапаном 17. Участки 23-28 гидравлических линий соединяют клапаны 20-22 с гидронасосом 8, регулятором 15 и клапаном 17.
2
2
2
К заправочной магистрали 5 присоединены сигнализаторы давления 29-31 (СД-1, СД-2, СД-3), причем их уставки настроены на различные предельно допустимые давления заправки для разных типов ЛА, например на 2,5 кг/см, на 3,5 кг/см, на 4,5 кг/см (на 0,25; 0,35; 0,45 МПа) соответственно.
Панель управления содержит пульт 32 выбора сигнализаторов давления (ПВСД) и пульт 33 управления топливным насосом (ПУТН). Пульт 33 оборудован коммутирующими устройствами 34 (УК-1) и 35(УК-2), кнопками «Пуск ТН», «Стоп ТН» и соединен с приводами клапанов 20-22 электрическими линиями 36-38 соответственно. Кабель 39 необходим для контроля включения КОМ. Кабель 40 обеспечивает питание панели управления и вакуумного насоса. Кабель 41 нужен для связи между сигнализаторами 29-31 и пультом 33. Реле времени 42 предназначено для задержки сигнала останова гидромотора. Дополнительная гидравлическая линия 43 соединяет регулятор скорости 15 с гидробаком. Цистерна 2 (ЦТ), вернее ее надтопливное пространство, трубопроводом связана с вакуумным насосом 46. Между вакуумным насосом 46 и топливной цистерной 2 в канал трубопровода вмонтирован перекрывной кран 44, обеспечивающий связь цистерны 2 с вакуумным насосом 46 или перекрывющий эту связь (кран может быть как ручного привода, так и любого другого, например электрического). С трубопроводом связи топливной цистерны и вакуумного насоса соединен вакуумметр 45, обеспечивающий измерение степени вакууммирования внутренней полости топливной цистерны 2. После вакуумного насоса 46 располагается обратный клапан 47, пропускающий перекачиваемый вакуумным насосом воздух из надтопливного пространства топливной цистерны 2 в атмосферу и предотвращающий перетекание воздуха из атмосферы в топливную цистерну, когда вакуумный насос не работает.
В топливную цистерну вмонтирован предохранительный клапан 48, который предотвращает смятие топливной цистерны, пропуская наружный воздух внутрь этой цистерны, если вакууммирование будет происходить очень быстро.
Заправку ЛА производят в следующем порядке. Вначале выбирают при помощи пульта 32 один из сигнализаторов 29-31, у которого уставка соответствует предельно допустимому давлению заправки для данного типа ЛА. Наконечник заправочной линии 5 подстыковывают к бортовому штуцеру 6 ЛА.
Но так как топливный насос и надтопливное пространство в топливной цистерне рассоединены между собой объемом топлива в цистерне, то топливные баки ЛА не имеют связи с надтопливным пространством топливной цистерны (хотя, если такая связь и будет иметь место, то процесс вакууммирования надтопливного пространства в цистерне будет более продолжительным или вакууммированным до меньшей степени). Затем подключают при помощи пульта 13, КОМ 12 к двигателю автотягача. При этом напряжение питания подается через кабель 40 на пульты 32, 33, блок 34, на пульт управления вакуумным насосом 46 и через линию 36 открывает клапан 20. При включении КОМ начинает работать гидронасос 8, но клапан 17 пока закрыт.При открытом клапане 20 гидрожидкость поступает через линию 26 в регулятор 15 и переключает его в позицию холостого хода, в которой регулятор направляет основной поток гидрожидкости от гидронасоса 8 из линии 16 напрямую через линию 43 в гидробак 9, откуда она снова всасывается через линию 11 в гидронасос и, частично, в клапан 22. Таким образом, при открытом клапане 20 и закрытом клапане 17 гидрожидкость циркулирует по замкнутому контуру ГН-РС-ГБ-ГН, не попадая в гидромотор 7. Поскольку гидромотор не вращается, топливный насос 4 не работает, и топливо в линию 5 не поступает.
Так как напряжение питания поступило к пульту управления вакуумным насосом, то включается в работу вакуумный насос (пульт управления представляет из себя выключатель, имеющий два положения: «Включен», «Выключен») постановкой выключателя в положение «Включен». Предварительно перед этим кран 44 ставится в положение «Открыт». Воздух из надтопливного пространства топливной цистерны 2 выкачивается вакуумным насосом через обратный клапан 47 в атмосферу. В топливной цистерне создается вакуум, что вызывает интенсивное выделение растворенного в топливе воздуха в надтопливное пространство в топливной цистерне, откуда этот воздух (газы) откачивается вакуумным насосом. Степень вакууммирования контролируется по показаниям вакуумметра 45. Если вакууммирование топливной цистерны будет происходить очень быстро, что может привести к смятию корпуса цистерны, то сработает предохранительный клапан 48, впускающий атмосферный воздух во внутреннюю полость топливной цистерны.
Когда изменение давления в топливной цистерне прекращается (вакуумметр начинает показывать какую-то постоянную величину), то питание вакуумного насоса прерывается постановкой выключателя пульта управления этим насосом в положение «Выключен» с одновременным закрытием крана 44. В этом случае вакуумный насос обеспечил, исходя из своих возможностей, удаление из топлива растворенного в нем воздуха (кислорода и азота).
После этого запускают топливный насос 4, нажимая на пульте 33 кнопку «Пуск ТН». При этом клапан 20 обесточивается и закрывается, а электрическое напряжение поступает через блок 35 на клапан 22 и открывает его. Гидрожидкость из регулятора 15 и линии 28 проходит через клапан 22 и линию 25 и открывает магистральный клапан 17. Для увеличения оборотов гидромотора 7 на пульте 33 нажимают кнопку «Обороты больше» (электрическая линия 37).
Электрическое напряжение подается на клапан 21 и открывает его. Гидрожидкость из линии 24 проходит через клапан 21 и поступает через линию 27 в регулятор 15, переключая его в рабочее положение, при котором основной поток гидрожидкости от гидронасоса через линию 16 проходит через регулятор в линию 18, а через клапан 17 и линию 19 попадает в гидромотор, который приводит в действие топливный насос 4. Насос начинает перекачивать топливо через заправочную магистраль 5 в бак ЛА. До тех пор, пока кнопка «Обороты больше» нажата, обороты гидромотора и топливного насоса 4 плавно увеличиваются до максимального значения (которое зависит от оборотов КОМ) или остановятся на достигнутом значении, если кнопка будет отпущена. При этом давление на входе в бортовой штуцер ЛА прямо зависит от оборотов топливного насоса. По мере наполнения баков ЛА давление топлива на входе в бортовой штуцер может достигнуть предельного значения для заправляемого типа ЛА. Тогда сработает сигнализатор давления, установка которого соответствует предельному давлению заправки для данного типа ЛА, и его контакты замкнутся. Управляющий сигнал от сигнализатора попадет на пульт 32 и через блок 34 поступит на клапан 20, который откроется. Гидрожидкость пройдет через клапан 20 и через линию 26 попадет в регулятор 15, переключая его в положение, при котором часть гидрожидкости будет направлена через линию 43 в гидробак 9. При этом поток гидрожидкости через линии 18 и 19 уменьшится, обороты гидромотора и топливного насоса снизятся, уменьшая поток и давление топлива в линии 5. Как только давление заправки станет ниже предельно допустимого, электроконтакты сигнализатора давления разомкнутся, клапан 20 закроется и остановит дальнейший отбор части потока гидрожидкости в линию 43. Теперь регулятор 15 будет направлять в гидромотор 7 только часть жидкости от гидронасоса 8, и топливный насос 4 станет работать на установившихся пониженных оборотах.
Таким образом, перед непосредственным перекачиванием топлива из топливной цистерны топливозаправщика в бак ЛА с помощью вакуумного насоса осуществляется освобождение топлива в цистерне от растворенного в нем кислорода и азота, а так как внутренняя полость топливной цистерны, магистраль заправки и топливные емкости ЛА изолированы от атмосферы, то топливо в процессе заправки не будет растворять в себе воздух (за исключением того количества, что будет в пустых баках ЛА).
После окончания заправки ЛА выключают топливный насос 4, для чего на пульте 33 нажимают кнопку «Стоп ТН». При этом электропитание подается на реле времени 42 и устройство коммутации 34. Сначала питание поступит на клапан 20 и откроет его. Гидрожидкость из линии 23, воздействуя на регулятор 15, переведет, его в положение, при котором поток гидрожидкости в направлении к магистральному клапану 17 и гидромотору 7 будет уменьшаться, а в направлении к гидробаку - увеличиваться. Обороты гидромотора 7 и топливного насоса 4 будут плавно снижаться до того момента, когда реле времени 42 переключится, подаст питание на клапан 22 и откроет его. Гидрожидкость из линии 28 пройдет через клапан 22 и через линию 25 и закроет клапан 17. Поток жидкости к гидромотору 7 прекратится, гидромотор и топливный насос остановятся.
Использование заявляемого изобретения позволяет освободить заправляемое в топливные баки летательного аппарата топливо от растворенных в нем кислорода и азота, что увеличивает массу заправляемого топлива, уменьшает пожарную опасность и окислительные процессы.
Источники информации
1. Патент РФ №2085446, кл. В64F 1/28, 1997 г.
2. Патент РФ №2090460, кл. В64F 1/28, 1997 г.
3. Патент РФ №2234441, кл. В64F 1/28, 2003 г.
4. Папок К.К., Рагозин Н.А. Словарь по топливам, маслам, смазкам, присадникам и специальным жидкостям. - М.: Химия, 1975 - С.53, с.115.