ТОПЛИВОЗАПРАВЩИК С ВОДООТДЕЛИТЕЛЕМ
FUEL TANKER WITH WATER SEPARATOR

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 растворенной в нем воды.
Известен также автотопливозаправщик, содержащий топливную систему с гидроприводом [5]. 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 в нем устройства для освобождения заправляемого топлива от растворенной в нем воды.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является автотопливозаправщик [6], 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 растворенной в топливе воды.
Технической задачей в предлагаемом изобретении является удаление воды из топлива, заправляемого в летательный аппарат, путем адсорбции твердыми поглотителями, например цеолитами, селикагелями или любыми другими адсорбентами.
Известно [2], что растворимость воды в авиационных топливах при 20°С не превышает 0,006…0,012% по массе. И растворенная вода практически не влияет на физико-химические свойства топлива. Однако при понижении температуры ее растворимость резко уменьшается [в 3-4 раза при охлаждении топлива до (-10°С)], и избыточно растворенная вода выделяется в виде эмульсии или кристаллов льда. Лед же может забивать фильтры тонкой очистки топлива и нарушать работу топливной автоматики, что весьма опасно, и может привести к самовыключению двигателя. На территории Российской федерации в зимнее время температуру ниже (-10°С) можно наблюдать практически повсеместно [в Якутии она опускается и до (-60°С)], кроме того, крейсерская (наиболее выгодная по расходу топлива) скорость достигается на высотах (9-11) км. Например, у самолета Ту-154 эта скорость располагается на высоте 11 км [3]. Но на этой высоте температура воздуха составляет (-56°С) [4]. Уже на высоте 4 км температура окружающего воздуха равна (-11°C) [4]. Таким образом, получается, что топливо на борту летательного аппарата за время полета будет охлаждаться, что вызовет замерзание растворенной в нем воды, т.е. образование кристаллов льда, которые будут забивать топливные фильтры, снижая их пропускную способность (вплоть до нуля), засорять жиклеры топливной автоматики, способствовать замерзанию клапанов регулировочных агрегатов и т.п.
Кроме того, наличие воды в топливе увеличивает коррозию элементов топливной системы. Поэтому удаление (уменьшение) воды из топлива обеспечит более устойчивую работу элементов топливной системы, а тем самым - повысит безопасность полета летательного аппарата.
Технический результат достигается тем, что в топливозаправщике с водоотделителем, содержащим 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, соединенным через магистральный гидроклапан с гидромотором, кинематически связанный с топливным насосом, водоотделитель, установленный в заправочной магистрали после топливного насоса перед топливным наконечником и представляющим из себя герметическую емкость любой формы и объема, в которую уложен сетчатый мешок с твердым адсорбентом внутри, например цеолитом или селикагелем, причем ячейки сетки в мешке меньше размеров гранул адсорбента, чтобы последний не высыпался из мешка, и закрываемую крышкой с прокладкой для обеспечения герметичности, а на боковых противоположных сторонах (емкость имеет внутренний объем для размещения в нем адсорбента, обеспечиваемый боковыми стенками и днищем) имеющую два патрубка для подвода топлива в водоотделитель и отвода его из него и соединенный, через заправочную магистраль, соответственно с топливным насосом, с одной стороны, и с топливным наконечником, подсоединяемым к бортовому штуцеру, - с другой.
Адсорбент помещен в сетчатый мешок для удобства его замены и уложен под крышку внутрь емкости. Мешок с отработанным (взявшим в себя максимально возможное количество воды) адсорбентом удаляют из водоотделителя, сняв предварительно крышку, а вместо него помещают новый мешок. Удаленный адсорбент подвергается сушке, например, с помощью микроволновой печи. После высушивания он снова пригоден к применению.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого топливозаправщика, а на фиг.2 - поперечный разрез водоотделителя.
Топливозаправщик с водоотделителем содержит тягач 1, фиг.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) летательного аппарата (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 (KM) - 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. 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. Топливный насос 4 через заправочную магистраль 5 соединен с водоотделителем 44, который, в свою очередь, связан с бортовым штуцером 6 через топливный наконечник. Водоотделитель 44 установлен в заправочной магистрали 5 и представляет из себя емкость (фиг.2) 47 прямоугольной (или любой другой) формы на виде сверху с вертикальными боковыми стенками и плоским днищем. К боковым вертикальным и противоположно расположенным стенкам крепятся патрубок подвода топлива 51 и патрубок отвода топлива 48. Внутрь емкости 47 помещается сетчатый мешок 49 с твердым адсорбентом 50, например цеолитом или селикагелем. Сетчатый мешок используется для удобства его замены и свободного протекания через сетку топлива. Ячейки сетки значительно меньше размера зерен (трубок, шариков и т.п.) адсорбента, поэтому он находится внутри мешка и не высыпается из него. Мешок с адсорбентом занимает весь внутренний объем емкости 47, заставляя топливо протекать через пространство между частицами адсорбента. Сверху емкость 47 закрывается крышкой 46. Герметичность емкости обеспечивается прокладкой 45.
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. 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 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.
Затем запускается топливный насос 4 нажатием на пульте 33 кнопки «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 из топливной цистерны 2 через всасывающую магистраль 3 и заправочную магистраль 5, через водоотделитель 44, в бак ЛА. При этом топливо через входной патрубок 51 водоотделителя 44 (фиг.2) поступает внутрь емкости 47, проходит через ячейки (отверстия) в сетчатом мешке 49, далее - через пространство (зазоры) между гранулами твердого адсорбента, например цеолита или селикагеля, где вода, присутствующая в топливе, забирается адсорбентом, а топливо, очищенное от воды, вытекает через патрубок 48 из водоотделителя и сливается в баки ЛА. Адсорбенты: цеолит, селикагель и т.д. широко используются в осушивании природного газа. По мере накопления воды в адсорбенте его очистительная способность от воды уменьшается. Поэтому через определенное время адсорбент требуется менять. Для этого, когда заправка топливом не осуществляется, открывается крышка 46 в водоотделителе, вынимается сетчатый мешок 49 с адсорбентом, а вместо него помещается предварительно подготовленный аналогичный сетчатый мешок с еще неработавшим адсорбентом. Адсорбент, который насыщен водой и который удален из водоотделителя, подвергается высушиванию, например с помощью микроволнового диапазона волн, после чего он снова пригоден к использованию в прежнем своем качестве.
Таким образом, наличие водоотделителя обеспечивает очистку топлива от воды и, тем самым, уменьшает вероятность выпадения воды в осадок в виде льда и закупоривания (пусть и неполное) фильтров, что повышает безопасность полета из-за уменьшения возможности выключения двигателей.
До тех пор, пока кнопка «Обороты большее» 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. (Водоотделитель в силу достаточно больших зазоров между гранулами адсорбента не оказывает, практически, гидравлического сопротивления протекаемому через него топливу.)
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 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 разомкнуться, клапан 20 закроется и оставит дальнейший отбор части потока гидрожидкости в линию 43. Теперь регулятор будет направлять в гидромотор 7 только часть жидкости от гидронасоса 8, и топливный насос 4 станет работать на установившихся пониженных оборотах. При этом адсорбирование воды будет продолжаться в водоотделителе.
Таким образом, топливо, закачиваемое в баки ЛА, протекая через водоотделитель, освобождается от находящейся в нем воды, которая поглощается адсорбентом.
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 клапаны 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 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 прекратится, гидромотор и топливный насос остановятся.
Использование заявляемого изобретения позволяет освободить заправляемое в топливные баки летательного аппарата топливо от находящейся в нем воды, что предотвращает выпадение осадка в виде кристаллов льда при понижении температуры топлива, уменьшает возможность забивания этими кристаллами фильтров, что увеличивает гидравлические сопротивления и возможность выключения двигателей, т.е. возрастает безопасность полетов ЛА.
Источники информации
1. Патент РФ №2085446. кл. B64F 1/28, 1997 г.
2. Майзель Ю.М., Петров В.И., Резников М.Е., Старостенко Г.К. Химия и авиационные горючие и смазочные материалы / Под ред. Ю.М. Майзеля - М.: ВВИА им. Н.Е.Жуковского, - 1988. - С.75-76.
3. Аэродинамика самолета Ту-154. - М.: Транспорт, 1977. - С.89.
4. Васильев В.А. Внешняя баллистика авиационных ракет и снарядов. - Киев: КВИАВУ, 1966. - С.307.
5. Патент РФ №2090460, кл. B64F 1/28, 1997 г.
6. Патент РФ №2234441, кл. B64F 1/28, 2003 г.