Автотопливомаслозаправщик
POL REFUELING TRUCK

Изобретение относится к средствам, обеспечивающим в полевых условиях заправку техники горючесмазочными материалами (ГСМ), в частности топливом и маслом. Автотопливомаслозаправщик предназначен для транспортирования, кратковременного хранения, заправки техники и малых кораблей горючим с учетом выданного количества, а также турбинным и моторным маслом, разогретым, в случае низкой температуры окружающей среды, с учетом выданного количества.
Известно множество автотопливомаслозаправщиков, принципиально скомпонованных по одной и той же схеме: одна цистерна на шасси высокой проходимости, разделённая на несколько секций, в каждой из которых может храниться и транспортироваться определённый вид ГСМ. К таким автотопливомаслозаправщикам относится, например, продукция ООО «Уральский завод спецтехники» (https://uzst.ru/tech/avtoczisterny/avtotoplivomaslozapravshhik). Разделение одной цистерны на несколько отсеков позволяет перевозить сразу до четырех различных видов ГСМ. Каждый отсек оборудован автономным раздаточным узлом, пистолетом и счетчиком расхода, что позволяет одновременно обслуживать четыре различные машины или заправлять один автомобиль одновременно 4 видами ГСМ.
Более сложный (многофункциональный) автотопливомаслозаправщик известен из патента CN 201442538U. К раскрытой выше схеме добавляется, по меньшей мере, моечная система.
Все вышеуказанные автотопливомаслозаправщики не приспособлены для работы в условиях низких температур (до минус 50 °С). Опционно предусмотрена возможность установки отопителя кабины водителя. Секционная конструкция цистерны малопригодна для реализации системы подогрева масла в сочетании с одновременной заправкой нескольких единиц техники.
В качестве прототипа выбран автотопливозаправщик (RU 156486U1), оснащенный базовым шасси, на котором смонтированы цистерна с заливной горловиной, дыхательные клапаны, воздушный фильтр, отстойник и уровнемер, насос с приводом от базового двигателя и возможностью использования автономного двигателя, фильтр-водоотделитель, счетчик выданного топлива, пенал левый и пенал правый с напорно-всасывающими рукавами, задний технологический отсек с арматурой и запорно-регулирующей аппаратурой, трубопроводы, контрольно-измерительные приборы, электрооборудование, средства пожаротушения, заземляющие устройства, в котором дополнительно введены два боковых ящика с двумя барабанами для раздаточных рукавов, оснащенных раздаточными кранами и задний технологический отсек с восьмью барабанами для раздаточных рукавов, оснащенных раздаточными кранами, передний шкаф размещен между кабиной водителя и цистерной, оборудован баком для гидропривода намотки барабанов и размещенными в нем двадцатью пятью канистрами для перевозки жидкостей, намотка рукавов на барабан осуществляется с помощью гидропривода.
Существенно, что в данном автотопливозаправщике предусмотрен шкаф (отсек) с баком для гидропривода и ёмкостями для перевозки жидкостей (масла). Недостатком технического решения является то, что емкости представляют собой канистры для, фактически, ручной заправки маслом, а гидропривод используется исключительно для привода барабанов раздаточных рукавов. И так же как аналоги, автотопливозаправщик не приспособлен к использованию при низких температурах.
Задача изобретения состояла в устранении вышеуказанных недостатков прототипа.
Технический результат от использования изобретения – возможность работы при температурах до минус 50 °С, использование гидропривода для работы топливного насоса, возможность разогрева среды в сторонней ёмкости, высокая степень автоматизации.
Указанная задача решается автотопливомаслозаправщиком, оснащенным базовым шасси, на котором смонтированы цистерна с заливной горловиной, топливный насос, счетчики выданного продукта, пеналы с напорно-всасывающими рукавами, задний технологический отсек с арматурой и запорно-регулирующей аппаратурой, гидропривод, масляный отсек с баком для гидропривода и по меньшей мере одной ёмкостью для хранения масла для заправки техники, трубопроводы, фильтры, контрольно-измерительные приборы, электрооборудование, средства пожаротушения, заземляющие устройства, в котором, согласно изобретению, бак для гидропривода и ёмкость для хранения масла для заправки техники объединены в единую ёмкость, в масляную систему интегрирована система подогрева с по меньшей мере двумя дросселями и одним гидрораспределителем, масляный отсек содержит, по меньшей мере один насос для подачи масла в дроссельный подогреватель и один насос для заправки техники и для гидропривода, оба насоса с приводом от базового двигателя, при этом гидропривод обеспечивает работу топливного насоса.
Исходя из задач, стоящих перед изобретением, целесообразно масляный отсек выполнять теплоизолированным.
Автотопливомаслозаправщик также может быть выполнен с возможностью разогрева среды в сторонней ёмкости.
Автотопливомаслозаправщик также может содержать систему блокировок, сигнализаторов, которые отключают технологические операции и сигнализируют, по меньшей мере, в следующих случаях: при достижении предельных уровней значений топлива в цистерне; при засорённом фильтре; при достижении максимально допустимой температуре разогреваемого масла; при минимально допустимом уровне масла в маслобаке; при наличии воды в топливе, предназначенном для заправки техники.
Предпочтительна также установка системы принудительной блокировки колес шасси при выполнении технологических операций.
Целесообразно управление технологическими операциями, как из топливного, так и из масляного отсека оснащать системой аварийной остановки двигателя.
Повышение уровня автоматизации довершается автоматической системой контроля ГСМ, способной осуществлять их контроль и учёт при выполнении операций приём и выдачи, с формированием отчёта, в том числе посредством устройства беспроводной передачи данных.
Автоматизация может быть скомпонована с использованием известной материально-технической базы (датчики, исполнительные механизмы и т.п.) и оригинального программного обеспечения.
Для дополнительной защиты автотопливомаслозаправщик может быть снабжён тентовым модулем.
Целесообразно также использовать наработки, известные из уровня техники: обеспечение возможности перекачки ГСМ из одной емкости в другую, минуя собственные ёмкости (достигается применением дополнительных трубопроводов, запорной и регулирующей арматуры); организация места для размещения, по меньшей мере, шести канистр объемом, по меньшей мере, 20 л каждая для хранения дополнительного объёма ГСМ.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан вид сбоку на автотопливомаслозаправщик.
На фиг. 2 показана общая схема технологическая принципиальная (масляная и топливная системы).
На фиг. 3 показана схема прохождения масла через дроссели (процесс разогрева).
На фиг. 4 показана схема прохождения масла для обеспечения работы гидромотора (гидропривод).
На фиг. 5 показана схема прохождения разогретого до необходимой температуры масла через подключаемый теплообменник для разогрева сторонней ёмкости.
Автотопливомаслозаправщик оснащен базовым шасси 1 (например, автомобильное шасси повышенной проходимости КамАЗ-65224 доработанное), на котором смонтирована цистерна 2 с заливной горловиной, топливный насос 3, счетчики выданного продукта (не позиционированы), пеналы 4 с напорно-всасывающими рукавами, задний (топливный) технологический отсек 5 с арматурой и запорно-регулирующей аппаратурой (не позиционированы), утеплённый масляный отсек 6 (утеплитель не показан) с ёмкостью 7 (масляный бак), трубопроводы, фильтры, контрольно-измерительные приборы, электрооборудование, средства пожаротушения, заземляющие устройства (не позиционированы). Система подогрева включает три дросселя 8 (предпочтительное количество дросселей) и гидрораспределитель 9, насос 10 для подачи масла в дроссельный подогреватель (гидрораспределитель 9 и дроссели 8), насос 11, магистраль которого выполнена с возможностью направления потока масла (посредством гидрораспределителя 12 и соответствующей арматуры)  на выдачу внешнему потребителю (через узел выдачи 13), на гидромотор 14 и в масляный бак 7 через дополнительный дроссель 15. Насосы 10 и 11 имеют привод от базового двигателя через коробки отбора мощности, соответственно  16 и 17. Компоновка топливного отсека 5 позволяет заправлять до четырёх единиц техники одновременно посредством раздаточных пистолетов 18.
При необходимости, к масляной системе может подключаться теплообменник 19 для разогрева сторонней ёмкости (фиг. 5).
Всё оборудование закрывается тентовым модулем 20 для маскировки автотопливомаслозаправщика, а также защиты от неблагоприятных погодных условий.
Стандартные обозначения на схемах:
Б1 – барабан системы подачи масла; БРС1 – быстроразъемное соединение для приема и выдачи горючего через напорно-всасывающие рукава Ду 75; БРС2 – быстроразъемное соединение для выдачи горючего; ГМШ50 – гидромотор шестеренный; ДКн – донный клапан приема горючего; ДКс – донный клапан слива горючего; ДР1…ДР4 – дроссели; НШ50, НШ100 – насос шестеренный; КОМ1, КОМ2 – коробки отбора мощности; КП – клапан предохранительный; Р1 – гидрораспределитель для направления потока масла от насоса НШ50; Р2 – гидрораспределитель для направления потока масла от насоса НШ100; РП1… РП4 – раздаточные пистолеты; СЖ – счетчик жидкости; СШН-80/1200 – насос топливный; ФТк-18М – фильтр масляный; ФТК-45 – фильтр топливный.
Автотопливомаслозаправщик работает следующим образом.
Загустевшее масло в масляном баке 7 при отрицательной температуре окружающей среды (до минус 50 °С) подвергается принудительной циркуляции посредством насоса 10 систему дросселей 8 (на фиг. 3 движение масла показано стрелками), по мере увеличения температуры давление масла на входе в дроссельный узел начинает падать. Для поддержания необходимого давления и скорости разогрева последовательно отключаются дроссели 8 посредством гидрораспределителя 9. Использование именно трёх дросселей 8 является разумным компромиссом с точки зрения необходимой мощности привода, временем разогрева масла и соотношением температура/давление масла.
Далее приведён расчет необходимой мощности для нагрева и времени нагрева масла.
3
Объем маслобака V = 500 л = 0,5 м.
3
Плотность масла с = 900 кг/м.
Удельная теплоемкость с = 1,9 кДж/(кг·К).
Тактико-технические характеристики автотопливомаслозаправщика:
время нагрева Т = 1 мин = 60 с;
изменение температуры Дt = 2 °К.
Масса масла в маслобаке:
.
Энергия, необходимая для нагрева 450 кг масла на 2є:
.
Мощность, необходимая для нагрева 450 кг масла на 2є за 1 мин (60 с):
.
Энергия необходимая для разогрева 450 кг масла от минус 23 °С до 50 °С:
.
Расчётное время разогрева при подводимой мощности Р=28,5 кВт:
Полезная мощность насоса:
,
где Nп – полезная мощность насоса, Вт;
Р – рабочее давление, max 16 МПа;
3
Q – расход, м/с.
Частота вращения привода насоса n = 1600 об/мин (при передаточном числе от вала КОМ к коленчатому валу двигателя равным единице):
,
где n – частота вращения, об/мин,
3
Vn – рабочий объём, см.
3
3
Q= 1600 · 100 = 160 000 см/мин = 160 л/мин = 0,0026 м/с
6
41,6 кВт
Nп=16·10· 0,0026 = 41600 Вт =
Потеря давления в дросселе определяется как:
Δp= Δt·с·C·m,
где Δt – повышение температуры масла;
3
с – плотность масла, 900 кг/м;
С – удельная теплоемкость, для масла 1,9 кДж/(кг·К);
m – механический эквивалент теплоты (в СИ m=1).
Рассмотрим расчет потери давления при последовательном отключении дросселей при достижении соответствующей Δt в диапазоне температур от минус 30 °С до 50 °С:
1
2
Δp= 80 · 900 · 1,9 · 1 = 119700 кг/м ~ 1,2 МПа,
2
2
Δp= 40 · 900 · 1,9 · 1 = 68400 кг/м ~ 0,7 МПа,
3
2
Δp= 20 · 900 · 1,9 · 1 = 34200 кг/м ~ 0,3 МПа.
Потеря мощности в дросселе определяется как:
ΔN = Δp · Q,
1
6
ΔN = 1,2 · 10 · 0,0026 = 3120 Вт ~ 3,1 кВт,
2
6
ΔN = 0,7 · 10 · 0,0026 = 1820 Вт ~ 1,8 кВт,
3
6
ΔN = 0,3 · 10 · 0,0026 = 780 Вт ~ 0,8 кВт.
С учетом того, что в данной системе применяется три дросселя, то к расчетной мощности необходимой для нагрева 450 кг масла, добавляются потери ΔN.
,
Таким образом, полезной мощности насоса, с учетом потерь, достаточно для обеспечения заданных параметров скорости нагрева.
Расчётные данные подтверждены экспериментальным путём в ходе заводских и государственных испытаний опытного образца АТМЗ-7-65224.
Опытный образец АТМЗ-7-65224 в ходе государственных испытаний на базе ФГБУ «3 ЦНИИ» Минобороны России проходил оценку работоспособности в условиях и после воздействия климатических факторов окружающей среды, а именно выдержка при температуре минус 50 °С в течение 12 ч. После двенадцатичасовой выдержки при минус 50 °С температура масла в маслобаке составила минус 23 °С. Время разогрева до плюс 50 °С составило 43 минуты, что согласуется с расчётными данными с допустимой погрешностью.
При достижении необходимой температуры (максимально 50 °С) дроссельный узел отключается. Далее осуществляются необходимые операции, например, через узел 13 насосом 11 может осуществляться выдача масла внешним потребителям. Насос 11 и дроссель 14 могут использоваться как дополнительная ступень подогрева масла. Гидромотор 14 может быть использован для привода топливного насоса (на фиг. 4 движение масла показано стрелками), что позволяет экономить на техническом обслуживании гидропривода, так как масло постоянно обновляется и уменьшает номенклатуру используемых ГСМ. Направление потока масла регулируется, в данном случае, гидрораспределителем 12.
Возможен также разогрев сторонней ёмкости, если подключить заявленное устройство к соответствующему внешнему теплообменнику 19, то есть запустить циркуляцию масла через этот теплообменник (на фиг. 5 движение масла показано стрелками).
В целом автотопливомаслозаправщик позволяет (с учётом типового, стандартного оборудования) осуществлять следующие функции:
- транспортирование и кратковременное хранение продукта в цистерне;
- наполнение цистерны своим насосом;
- наполнение цистерны сторонним насосом нижним и верхним способами;
- перемешивание продукта в цистерне;
- перекачку продукта из одной емкости в другую, минуя собственную цистерну;
- опорожнение цистерны своим насосом;
- опорожнение цистерны самотеком;
- выдачу продукта из напорно-всасывающих и раздаточных рукавов;
- заправка автобронетанковой техники из своей цистерны, очищенным от загрязнений горючим, открытым способом;
- разогрев масла в маслобаке;
- разогрев масла в сторонней ёмкости;
- наполнение маслобака своим насосом;
- опорожнение маслобака своим насосом;
- заправка разогретым маслом, очищенным от загрязнений.