Патент на изобретение №2333137

(54) ЗАПРАВОЧНО-ДРЕНАЖНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПРАВКИ БОРТОВОЙ ЕМКОСТИ КРИОГЕННЫМИ, ВЗРЫВООПАСНЫМИ ИЛИ ТОКСИЧНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ ТОПЛИВА

(57) Реферат:

Изобретение относится к заправочно-дренажным устройствам емкостей, в которых хранятся и транспортируются криогенные, взрывоопасные или высокотоксичные компоненты топлива. Заправочно-дренажное устройство для заправки бортовой емкости криогенными, взрывоопасными или токсичными компонентами топлива содержит заправочный и дренажный клапаны, имеющие идентичные конструкции и заключенные в корпусы, топливный трубопровод бортовой емкости, магистраль стационарной системы заправки или транспортной емкости, магистраль стационарной дренажной системы или нейтрализатор, в случае токсичных топлив. Причем механизмы каждого из клапанов, заправочного и дренажного, разделены на два автономных узла, одним из которых является запорный узел, выполненный в виде седла с уплотнительной гильзой и пружиной и установленный на борту транспортного средства в топливном трубопроводе бортовой емкости. Другим узлом является толкатель запорного узла, выполненный в виде поршня со штоком, возвратной пружиной и изолирующим сильфоном. Техническим результатом устройства является его полная герметичность в процессе и после заправки топлива, дистанционное управление его работой, продувка и заполнение тупиковых полостей гелием, минимальная масса, минимальный занимаемый объем на борту. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к системе топливопитания транспортных средств, а именно к заправочно-дренажным устройствам емкостей, в которых хранятся и транспортируются криогенные, взрывоопасные или высокотоксичные компоненты топлива.

Основной сложностью в разработке таких устройств является высокая текучесть этих компонентов, токсичность, пожаро- и взрывоопасность.

Известны аналогичные заправочные устройства в виде электропневмоклапанов с дистанционным управлением, которые применяются в ракетной технике [1]. Эти клапаны размещаются в отсеке ракеты с топливными баками и используются, как правило, однократно. Недостатком указанных клапанов является то, что из-за большой текучести, например, жидкого водорода не обеспечивается полная герметичность запорного узла даже при однократном использовании на ракетах одноразового применения. Кроме этого они занимают определенный объем и имеют существенную массу. При многократном режиме работы таких устройств, например, на самолетах или в автомобилях проблема герметичности становится еще острее.

Известно “Разъемное устройство для стыковки криогенных систем” по патенту RU № 2269455 от 18.06.2004 г., принятое за прототип, которое содержит штуцер и наконечник, каждый из которых состоит из внешнего и внутреннего корпусов и обратных клапанов, установленных во внутренних корпусах. Между внутренними и внешними корпусами штуцера и наконечника смонтированы теплоизолирующие мосты, экраны и опоры. На внешних корпусах штуцера и наконечника установлено замковое устройство, открываемое и закрываемое вручную.

Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности централизованного удаления остатков топлива из пространства между наконечником и штуцером после окончания заправки и закрытия клапана штуцера. Удаление остатков топлива особенно важно в случае взрывоопасных или токсичных топлив. Отсутствие дистанционного открытия и закрытия клапанов приводит к трудностям контроля заправки криогенных топлив. Кроме этого в прототипе нет возможности удаления воздуха из межкорпусного и засильфонного пространства. При заправке жидкого водорода воздух будет замерзать и разрушать сильфон. Использование в прототипе обратных клапанов с запорными элементами конического типа не обеспечивает герметичности, особенно при многократных срабатываниях.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка заправочно-дренажного устройства, в котором полностью исключается негерметичность в процессе и после заправки топлива, имеется дистанционное управление работой устройства, обеспечена продувка и заполнение тупиковых полостей гелием и которое будет иметь минимальную массу, занимать минимальный объем на борту и обладать простой конструкцией для монтажа и обслуживания.

Технический результат достигается в заявляемом заправочно-дренажном устройстве для заправки бортовой емкости криогенными, взрывоопасными или токсичными компонентами топлива, содержащем заправочный и дренажный клапаны, имеющие идентичные конструкции и заключенные в корпусы, топливный трубопровод бортовой емкости, магистраль стационарной системы заправки или транспортной емкости, магистраль стационарной дренажной системы или нейтрализатор, в случае токсичных топлив, причем механизмы каждого из клапанов, заправочного и дренажного, разделены на два автономных узла, одним из которых является запорный узел, выполненный в виде седла с уплотнительной гильзой и пружиной и установленный на борту транспортного средства в топливном трубопроводе бортовой емкости, а другим узлом является толкатель запорного узла, выполненный в виде поршня со штоком, возвратной пружиной и изолирующим сильфоном, зацело установленным в корпусе толкателя запорного узла, и соединенный с топливной магистралью стационарной системы заправки и пристыкованный при заправке топливом бортовой емкости к фланцу запорного узла, образуя в комплексе заправочный или дренажный клапан, на который при открывании запорного узла воздействуют дистанционно подачей давления на поршень толкателя, при этом запорный узел имеет герметичную заглушку с посадочными элементами, идентичными толкателю заправочного или дренажного клапана, которую устанавливают после снятия толкателя по окончании заправки бортовой емкости.

При этом дренажный клапан установлен на дренажном трубопроводе бортовой емкости, состыкован с трубопроводом стационарной дренажной системы или нейтрализатором и соединен с заправочным клапаном через клапан перепуска.

Для расширения возможностей на каждом корпусе узлов толкателей – запорного и дренажного клапанов – смонтирован нажимной винт с шаровой опорой на конце, имеющий маховик и контргайку для ручного открытия запорного узла.

А также между штоком и корпусом толкателя запорного узла установлен изолирующий сильфонный узел, наружная полость которого заполняется гелием для предотвращения замерзания воздуха в этой полости при заправке, например, жидкого водорода.

Таким образом, предлагаемое заправочно-дренажное устройство для заправки бортовой емкости криогенными, взрывоопасными или токсичными компонентами топлива состоит из двух идентичных клапанов: заправочного и дренажного. В отличие от описанной выше конструкции (прототипа) механизмы каждого из клапанов, заправочного и дренажного, разделяются на два автономных узла. Первый – запорный узел в виде седла с уплотнительной гильзой и пружиной – устанавливается на борту транспортного средства, второй – толкатель запорного узла в виде штока с поршнем и изолирующим сильфоном, заключенный в корпус с патрубком и фланцем. Толкатель запорного узла стыкуется с запорным узлом с помощью фланца, а с трубопроводом расходной емкости стационарной заправочной станции соединяется с помощью патрубка. В комплексе образуется клапан, который открывает запорный узел толкателем, перемещаемым командным давлением, подаваемым на поршень штока в полость на другом конце толкателя, и, таким образом, соединяет трубопровод заправки с бортовым топливным баком по концентрическому каналу вокруг штока толкателя запорного узла.

Предлагаемое устройство также отличается тем, что по окончании заправки топливом сбрасывается давление с поршня толкателя, который отходит под действием своей пружины от гильзы запорного узла, и последний закрывается под действием мощной возвратной пружины, что дает возможность привод толкателя запорного узла демонтировать и на его место поставить герметичную заглушку с идентичными посадочными элементами.

Кроме того, концентрические каналы вокруг штоков клапана заправки и клапана дренажа соединены между собой через клапан перепуска, при открытии которого после окончания заправки бортовой емкости обеспечивается сброс остатков топлива из заправочного трубопровода в дренаж или нейтрализатор в зависимости от рода топлива. А также перепуск используется в технологических операциях продувки и очистки бортовой емкости и трубопроводов перед заправкой.

Таким образом достигается плотная герметизация заправочно-дренажного устройства транспортного средства, уменьшение его массы и объема.

На фиг.1 показан продольный разрез заправочного или идентичного ему дренажного клапана заявляемого заправочно-дренажного устройства для заправки бортовой емкости криогенными, взрывоопасными или токсичными компонентами топлива.

На фиг.2 показана установка толкателя на фланце запорного узла.

На фиг.3 показан внешний вид заправочно-дренажного устройства в сборе.

На фиг.4 показан разрез закрытого бортового люка после демонтажа приводов толкателей и установки герметичных заглушек на запорные узлы заправки и дренажа.

Заправочный или дренажный клапан, заключенный в корпус, показанный на фиг.1, состоит из поршня 1 толкателя, корпуса 2 пневматического привода толкателя, возвратной пружины 3 толкателя, цилиндрической направляющей 4 штока 5, сильфонного узла 6, корпуса 7 толкателя, седла 8, корпуса 9 запорного узла, уплотнительной гильзы 10, возвратной пружины 11.

Заявляемое заправочно-дренажное устройство для заправки бортовой емкости криогенными, взрывоопасными или токсичными компонентами топлива, показанное на фиг.3, установлено в бортовом люке 12 транспортного средства, заправляемого топливом через трубопровод, подсоединяемый своим фланцем 13 к фланцу 14 клапана заправки, а трубопровод дренажа подсоединяется своим фланцем 15 к фланцу 16 дренажного клапана.

После заправки на место узлов толкателей устанавливаются герметичные заглушки 17 с пробками для технологических нужд и ставится крышка 18 заправочного люка транспортного средства, показанные на фиг.4.

В предлагаемом устройстве помимо дистанционного привода толкателя предусмотрен изображенный на фиг.1 ручной привод, состоящий из маховика 19, стопорной гайки 20, нажимного винта 21 со сферической опорой на конце и корпуса 22 ручного привода, соединенного фланцами с корпусом 2 пневматического привода толкателя. Ручной привод толкателя используется в различного рода технологических операциях. При этом отпускается стопорная гайка 20, вращением маховика 19 винт 21 двигается внутрь корпуса 22 и нажимает шаровой опорой на пяту поршня 1 пневматического привода толкателя. Соответственно шток 5 толкателя нажимает на уплотнительную гильзу 10 заправочного или дренажного клапана, которая отходит от седла 8 и открывает вход. Технологические операции продувок трубопровода заправки и бортовой емкости, а также очистки трубопровода после заправки проводятся с помощью перепускного клапана 23, показанного на фиг.3. Корпус толкателя и корпус запорного узла покрывают теплоизоляцией 24 из современных материалов, например, типа пенополиуретан.

Работа заявляемого заправочно-дренажного устройства для заправки бортовой емкости криогенными, взрывоопасными или токсичными компонентами топлива осуществляется следующим образом.

Дистанционное открытие заправочного или дренажного клапана осуществляется подачей командного давления инертного газа на поршень 1 толкателя, который перемещается, сжимая пружину 3, перемещает шток 5 толкателя и открывает запорный узел, отжимая гильзу 10 от седла 8, как это было описано выше. Производится заправка топлива. При этом ручной привод выведен из контакта с пятой поршня и застопорен гайкой 20. После окончания заправки производится сброс давления с поршня 1, пружина 3 возвращает его со штоком в исходное состояние, а пружина 11 закрывает запорный узел, прижимая уплотнительную гильзу 10 к седлу 8. После этого открывается перепускной клапан 23, остатки топлива из заправочного трубопровода и полости толкателя сбрасываются в дренаж или нейтрализатор и вся линия тщательно продувается азотом. При необходимости сброса давления из бортовой емкости открывают дренажный клапан заправочно-дренажного устройства по той же схеме, что описана выше.

В результате поиска по совокупности признаков обнаружить подобное устройство не удалось, что подтверждает его соответствие критерию охраноспособности – “новизна”.

Экземпляр предложенного устройства изготовлен и прошел пробную эксплуатацию при заправках жидким водородом бортовой емкости гиперзвуковой летающей лаборатории «Холод», замечаний по работе или обнаруженных дефектов не было, что подтверждает его соответствие критерию охраноспособности – «промышленно применимо».

Использованные источники

1. Г.Б. Синярев, М.В. Добровольский. «Жидкостные ракетные двигатели». М.: Оборонгиз, 1957, стр.528.

Формула изобретения

1. Заправочно-дренажное устройство для заправки бортовой емкости криогенными, взрывоопасными или токсичными компонентами топлива, содержащее заправочный и дренажный клапаны, имеющие идентичные конструкции и заключенные в корпусы, топливный трубопровод бортовой емкости, магистраль стационарной системы заправки или транспортной емкости, магистраль стационарной дренажной системы или нейтрализатор, в случае токсичных топлив, отличающееся тем, что механизмы каждого из клапанов, заправочного и дренажного, разделены на два автономных узла, один из которых является – запорным узлом, выполненным в виде седла с уплотнительной гильзой и пружиной и установленным на борту транспортного средства в топливном трубопроводе бортовой емкости, а другим узлом является – толкатель запорного узла, выполненный в виде поршня со штоком, возвратной пружиной и изолирующим сильфоном, зацело установленным в корпусе толкателя запорного узла, соединенный с топливной магистралью стационарной системы заправки и пристыкованный при заправке топливом бортовой емкости к фланцу запорного узла, образуя в комплексе заправочный или дренажный клапаны, на которые при открывании запорного узла воздействуют дистанционно подачей давления на поршень толкателя, причем запорный узел имеет герметичную заглушку с посадочными элементами, идентичными толкателю заправочного или дренажного клапанов, которые устанавливают после снятия толкателя по окончании заправки бортовой емкости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дренажный клапан установлен на дренажном трубопроводе бортовой емкости, состыкован с трубопроводом стационарной дренажной системы или нейтрализатором и соединен с заправочным клапаном через клапан перепуска.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на каждом корпусе узлов толкателей запорного и дренажного клапанов смонтирован нажимной винт с шаровой опорой на конце, имеющий маховик и контргайку для ручного открытия запорного узла.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между штоком и корпусом толкателя установлен изолирующий сильфонный узел, наружняя полость которого заполнена гелием для предотвращения замерзания воздуха в этой полости при заправке, например, жидкого водорода.

РИСУНКИ