ТОПЛИВОРАЗДАТОЧНАЯ КОЛОНКА

Настоящая полезная модель относится к автозаправочной технике, а именно, к устройствам дозированного отпуска топлива, используемым, например, на автозаправочных станциях (АЗС) для заправки транспортных средств.
Известна топливораздаточная колонка по патенту РФ на полезную модель №8348, B67D 5/08, опубл. 16.11.1998. Из описания и формулы полезной модели следует, что топливораздаточная колонка (ТРК) содержит насосно-измерительный блок, блок индикации и управления, соединенные между собой и подключенные к входу линии питающего напряжения.
Насосно-измерительный блок включает электродвигатель и соединенные последовательно насос, измеритель объема с датчиком расхода топлива, клапан снижения расхода, выходной трубопровод. Вход этого блока выполнен с возможностью подключения к резервуару с топливом посредством входного трубопровода, а на выходе из этого блока к его трубопроводу подключен рукав и раздаточный кран. Блок индикации и управления содержит контроллер и модуль индикации. Контроллер блока индикации и управления соединен с клапаном снижения расхода, а также с датчиком расхода топлива насосно-измерительного блока, с образованием обратной связи между упомянутыми блоками.
Электродвигатель напрямую подключен к входу линии питающего напряжения, и скорость вращения ротора электродвигателя при включенном питающем напряжении имеет постоянное значение (скорость вращения вала и мощность не меняются). Отсюда следует, что и производительность насоса, соединенного с валом электродвигателя, имеет так же постоянное значение.
Данное техническое решение выбирается в качестве прототипа, поскольку оно имеет наибольшее число существенных признаков, общих с существенными признаками заявляемой полезной модели.
Однако прототип имеет существенные недостатки.
В соответствии с требованиями ГОСТ 9018-89 «Колонки топливораздаточные» п.2.2 "Основные параметры колонок" "Номинальный расход ТРК должен составлять 50 л/мин ±10%.", т.е. у насоса производительность должна быть не ниже 45 литров/мин.
В случае если выдача топлива происходит одновременно по двум рукавам (автомобили с двух сторон заправляются одновременно), то производительность у насоса должна быть не ниже 90 литров/мин.
Таким образом, производители ТРК вынуждены ставить насосы с повышенной производительностью, чтобы выполнить требования ГОСТа.
При этом коэффициент полезного использования мощности насоса
составляет:
- 100% при одновременной выдаче топлива на два рукава. Остальное количество топлива через перепускной клапан (байпас) насоса возвращается снова на вход (насоса);
- 55% при выдаче топлива на один рукав. Остальное количество топлива через перепускной клапан (байпас) насоса возвращается снова на вход (насоса);
- 5% в начале и конце выдачи топлива, а также при не полностью открытом кране или при закрытом кране (у каждого крана скобой можно плавно регулировать поток топлива от «ОТКРЫТО» до «ЗАКРЫТО»).
При работе ТРК, которая указана в прототипе, вне зависимости от требуемой мощности и производительности при перекачке как малых, так и больших объемов топлива в баки автомобилей, электродвигатель работает с максимальной (постоянной) скоростью, а, следовательно, и насос, связанный с электродвигателем, работает с постоянной, так же максимальной производительностью. В результате чего возникает ряд негативных факторов, влияющих на работу ТРК в целом:
- Повышенное энергопотребление ТРК, поскольку электродвигатель работает с постоянной нерегулируемой производительностью и потребляемой мощностью при выдаче как малых, так и больших объемов топлива.
- При включении режима отпуска топлива, для старта электродвигателя переменного тока необходим высокий пусковой ток, порядка 600% от номинального.
- Повышенный износ оборудования ТРК, что обусловлено резкими пуском и остановкой электродвигателя и топливного насоса, а также их работой в режиме повышенной производительности при выдаче топлива.
- Высокий уровень вибрации, что вызвано работой электродвигателя и насоса с максимальной скоростью вращения, а также резкими их пуском и остановкой.
- Высокий уровень акустических шумов, что является следствием работы ТРК в режиме повышенной производительности при перекачке даже небольших объемов топлива. При работе электродвигателя и остальных механических узлов ТРК на максимальных оборотах уровень шума вокруг ТРК так же максимален.
- повышенной вероятностью возникновения протечек в соединениях гидравлической системы насосно-измерительного блока из-за высокого напора, что обусловлено резким пуском топливного насоса и его работой в режиме повышенной производительности. Резкая подача топлива в систему под высоким напором (гидроудар) повышает износ соединительных узлов, прокладок и т.п., в результате чего увеличивается вероятность появления протечек в соединениях гидравлической системы насосно-измерительного блока.
Задачей настоящей полезной модели является создание новой топливораздаточной колонки (ТРК), позволяющей достичь следующих технических результатов: снижение энергопотребления, уменьшение пусковых токов, увеличение ресурса работы оборудования ТРК, снижение уровня вибрации и акустических шумов, а также снижение вероятности появления протечек в соединениях гидравлической системы насосно-измерительного блока.
Поставленная задача решена следующим образом. В известной топливораздаточной колонке, содержащей насосно-измерительный блок, блок индикации и управления, которые соединены между собой и подключены к входу линии питающего напряжения, причем насосно-измерительный блок включает электродвигатель и соединенные последовательно насос, измеритель объема с датчиком расхода топлива, клапан снижения расхода, трубопровод, к выходу которого подключен рукав с раздаточным краном на другом конце, а блок индикации и управления включает в себя контроллер и модуль индикации, при этом, датчик расхода топлива насосно-измерительного блока соединен с контроллером блока индикации и управления, причем контроллер соединен с клапаном снижения расхода насосно-измерительного блока, СОГЛАСНО настоящей полезной модели введен частотный преобразователь, который включен в сеть электропитания между входом линии питающего напряжения и двигателем насосно-измерительного блока и подключен к контроллеру блока индикации и управления.
Возможен вариант исполнения полезной модели, по которому дополнительно введены, по меньшей мере, один насосно-измерительный блок с присоединенным к его выходу рукавом, имеющим раздаточный кран, и частотный преобразователь, который подключен к двигателю упомянутого блока и установлен в блок индикации и управления.
Такое новое техническое решение позволяет достичь следующих технических результатов:
- Снижения энергопотребления ТРК, обеспечивается управлением скоростью вращения вала двигателя и, соответственно, его потребляемой мощностью. Это достигается введением частотного преобразователя, который включен в сеть электропитания между входом линии питающего напряжения и двигателем насосно-измерительного блока и подключен к контролеру блока индикации и управления.
- Уменьшения пусковых токов при включении режима отпуска топлива. Это достигается введением частотного преобразователя, который позволяет контроллеру плавно регулировать скорость вращения ротора электродвигателя и, соответственно, так же плавно регулировать скорость перекачки топлива насосом в начале, в процессе и в конце налива.
- Увеличения ресурса работы оборудования ТРК за счет плавного пуска и остановки электродвигателя, а так же работы насоса во время отпуска топлива на меньших оборотах. Это достигается введением частотного преобразователя, обеспечивающего плавный пуск двигателя без повышенных пусковых токов и механических ударов и разгон, что снижает нагрузку на двигатель и связанные с ним механизмы. Работа насоса на меньших оборотах так же ведет к уменьшению износа его деталей.
- Снижения уровня вибрации и акустических шумов. Это достигается за счет работы насоса и электродвигателя в оптимальном режиме, который задается контроллером, подключенным к частотному преобразователю. Под оптимальным режимом понимается минимально допустимая нагрузка на электродвигатель и насос, необходимая для работы ТРК с заданной производительностью.
- Снижения вероятности протечек в соединениях гидравлической системы насосно-измерительного блока. Это достигается введением частотного преобразователя, с помощью которого осуществляется плавная регулировка напора топлива.
- Повышения управляемости топливораздаточной колонки, что обеспечивается образованием дополнительной обратной связи между насосно-измерительным блоком и блоком индикации и управления. Дополнительная обратная связь создана введением частотного преобразователя в блок индикации и управления, который включен в сеть электропитания между входом линии питающего напряжения и двигателем насосно-измерительного блока и подключен к контролеру блока индикации и управления. На основе данных, полученных от датчика расхода топлива, контроллер управляет не только включением и выключением клапана, но и скоростью вращения электродвигателя, а, следовательно, и производительностью насоса, подключенного к нему.
Заявителем проведен патентный поиск по данной теме, который показал, что заявляемая совокупность существенных признаков не известна. Поэтому заявляемая полезная модель может считаться новой.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом, где:
Фигура - блок-схема основных элементов топливораздаточной колонки.
Заявляемое устройство состоит из, по меньшей мере, одного насосно-измерительного блока 1, и блока индикации и управления 2, соединенных между собой проводами и подключенных к входу линии питающего напряжения 3. Заявляемое устройство может содержать несколько насосно-измерительных блоков 1 для выдачи нескольких различных видов топлива и один блок индикации и управления 2 (на чертеже не показано). Каждый насосно-измерительный блок 1 включает в себя электродвигатель 4 и соединенные последовательно насос 5, измеритель объема 6, датчик расхода топлива 7, клапан 8, выходной трубопровод 9. На выходе из насосно-измерительного блока к выходному трубопроводу 9 подключен рукав 10, на другом конце которого установлен раздаточный кран 11. На вход 3 ТРК подведена линия питающего напряжения, например 380 В 50 ГЦ. В качестве электродвигателя 4 использован двигатель переменного тока. К электродвигателю 4 преимущественно посредством ременной передачи подключен вал насоса 5. Насос 5 выполнен с возможностью подключения к топливному резервуару (на чертеже не показан) на вход, и перекачки топлива на выход. На выходе насоса 5 установлен измеритель объема 6, который предназначен для измерения объема топлива, проходящего через топливораздаточную колонку, и представляет собой, например, четырехцилиндровый гидравлический насос, приводимый в движение протекающим через него топливом (на чертеже не показано). При этом количество протекающего топлива преобразуется в количество оборотов вращения вала измерителя объема 6. К валу измерителя объема 6 подсоединен датчик расхода топлива 7 (генератор импульсов). Он предназначен для преобразования механического вращения вала измерителя объема 6 в последовательность электрических импульсов. Количество импульсов при этом пропорционально количеству оборотов вала. К выходному патрубку измерителя объема 6 подключен клапан 8, а на выходе насосно-измерительного блока - трубопровод 9.
Блок индикации и управления 2 включает в себя частотный преобразователь 12, контроллер 13, модуль индикации 14. Контроллер 13 подключен к датчику расхода топлива 7 насосно-измерительного блока 1, который предназначен для определения количества выданного топлива. При этом контроллер 13 соединен с клапаном 8, и выполнен с возможностью управления его заслонкой (клапана 8). Эти соединения образуют основную обратную связь между насосно-измерительным блоком 1 и блоком индикации и управления 2. Частотный преобразователь 12 подключен к входу линии питающего напряжения 3 ТРК. При этом частотный преобразователь 12 подключен к контроллеру 13 с возможностью двустороннего обмена сигналами. В свою очередь, частотный преобразователь 12 на выходе подключен к электродвигателю 4 насосно-измерительного блока 1. Частотный преобразователь 12 выполнен с возможностью плавного бесступенчатого регулирования скоростью вращения электродвигателя 4, а, следовательно, и производительностью топливного насоса 5, связанного с электродвигателем 4 посредством ременной передачи. Это реализовано за счет образования дополнительной обратной связи между блоком индикации и управления 2 и насосно-измерительным блоком 1. На выходе контроллер 13 подключен к модулю индикации 14, который выполнен с возможностью отображения цены, стоимости и количества выдаваемого потребителю топлива.
Возможен вариант в развитии заявляемой полезной модели, по которому в ТРК введен, по меньшей мере, один дополнительный насосно-измерительный блок 1, к которому подключен дополнительный рукав 10 и раздаточный кран 11. Дополнительный насосно-измерительный блок 1 подключен к тому же блоку индикации и управления 2. Тогда в блок индикации и управления 2 введен, по меньшей мере, один дополнительный частотный преобразователь 12. При этом количество введенных частотных преобразователей 12 прямо пропорционально количеству дополнительных насосно-измерительных блоков 1. Контроллер 13 осуществляет управление всеми частотными преобразователями 12 и насосно-измерительными блоками 1.
Предлагаемая топливораздаточная колонка работает следующим образом. На контроллер 13 блока индикации и управления 2 подают сигнал о выдаче соответствующего объема топлива. В случае если ТРК содержит несколько насосно-измерительных блоков 1, то задают сигнал о выдаче определенного вида топлива через соответствующий раздаточный кран 11, соответствующего насосно-измерительного блока 1. Сигнал на включение питания электродвигателя 4 поступает с контроллера 13 через частотный преобразователь 12, подключенный к электродвигателю 4 и входу линии питающего напряжения 3. Посредством частотного преобразователя ротор электродвигателя 4 в начале отпуска топлива начинает плавно вращаться, постепенно набирая обороты до оптимальных значений для заданной дозы. Контроллер 13 постоянно измеряет мгновенную производительность насоса 5, задает управляющие сигналы на частотный преобразователь 12, который обеспечивает вращение ротора электродвигателя 4 с заданной оптимальной скоростью. При этом электродвигатель 4 через ременную передачу приводит во вращение вал насоса 5 ТРК. При вращении вала на входе насоса 5 создается разряжение, и топливо по входному трубопроводу (на чертеже не показано) засасывается из топливного резервуара (на чертеже не показано) в насос 5. Количество топлива, протекающего по входному трубопроводу (на чертеже не показан), пропорционально скорости вращения ротора. К выходу насоса 5 подсоединен измеритель объема 6, количество оборотов вала которого пропорционально объему протекающего через него топлива. Топливо из измерителя объема 6 поступает в канал клапана 8, проходит через него в трубопровод 9 насосно-измерительного блока 1 через переходную муфту и заполняет гибкий рукав 10, на конце которого закреплен раздаточный кран 11. Включают раздаточный кран 11 и наливают топливо в бак транспортного средства потребителю (на чертеже не показано).
Для определения объема выдаваемого через раздаточный кран 11 топлива постоянно измеряют объем топлива, прошедшего через измеритель объема 6. Для этого на его валу закреплен датчик расхода топлива 7 (генератор импульсов). Датчик расхода топлива 7 формирует электрические импульсы, количество которых пропорционально количеству оборотов вала измерителя объема, т.е. объему выданного топлива. Импульсы подаются на контроллер 13. Подсчитывая количество импульсов, контроллер 13 вычисляет как объем выдаваемого топлива, так и скорость налива (производительность насоса 5).
Обработанные данные по производительности насоса 5 с контроллера 13 поступают на вход частотного преобразователя 12, который изменяет (при необходимости) скорость вращения ротора электродвигателя 4, что в конечном итоге приводит к корректировке производительности насоса 5. Вследствие чего, насос 5 и все остальные механические узлы ТРК работают в режиме оптимальной производительности.
Обработанные данные контроллера 13 по объему выданного топлива поступают на модуль индикации 14, что позволяет визуально контролировать объем выданного топлива. В конце отпуска топлива контроллер 13 через частотный преобразователь 12 плавно снижает обороты ротора электродвигателя 4 и после достижения заданной дозы контроллер 13 формирует сигнал на выключение клапана 8 (что приводит к перекрытию канала клапана 8) и сигнал на отключение питания электродвигателя 4 через частотный преобразователь 12. Налив топлива в бак транспортного средства прекращается.
Заявителем изготовлен и испытан опытный образец топливораздаточной колонки. Данная конструкция является частным случаем реализации заявляемой полезной модели. Она содержит один блок индикации и управления и четыре насосно-измерительных блока, которые расположены в едином гидравлическом отсеке ТРК. К каждому из насосно-измерительных блоков на выходе подключен рукав и раздаточный кран, установленные на ложементе ТРК. В верхней части ТРК установлен блок индикации и управления. Предлагаемая конструкция позволяет производить выдачу четырех различных видов топлива, например дизельное топливо и бензин трех марок: АН-92, АИ-95 и АИ-98.
Таким образом, введение частотного преобразователя позволяет обеспечить работу ТРК в режиме оптимальной производительности, и, кроме того, достигнуть следующих технических результатов: снижение энергопотребления, уменьшение пусковых токов, увеличение ресурса работы оборудования ТРК, снижение уровня вибрации и акустических шумов, а также снижение вероятности протечек в соединениях гидравлической системы, повышение управляемости ТРК.