АВТОТОПЛИВОЗАПРАВЩИК Российский патент 2000 года по МПК B60P3/22 B60S5/02 B67D5/32 

Изобретение относится к области специального автомобильного транспорта для перевозки углеводородного топлива, например бензина, а также может быть использовано для перевозки жидких летучих органических соединений, например спиртов, растворителей, продуктов для химической чистки.

Перевозка жидкого углеводородного топлива от нефтебаз, наливных станций, складов горючего к потребителю (на заправку самолетов, автомобильного транспорта, резервуаров АЗС) осуществляется в основном специальным автомобильным транспортом: автотопливозаправщиками, автомобильными цистернами, полуприцеп-цистернами и т.п. Основными функциями автотопливозаправщика при этом являются: наполнение топливной цистерны, доставка нефтепродуктов потребителю, выдача нефтепродуктов потребителю.

При наливе цистерн автотопливозаправщика пары углеводородов выводятся в атмосферу, что приводит к ухудшению экологической обстановки. После выдачи топлива потребителю автотопливозаправщики с парами углеводородов возвращаются на наливную базу или в автотранспортное предприятие. При этом взврывоопасная концентрация паров бензина с воздухом может возникнуть в зимнее время, а паров дизельного топлива и керосина с воздухом соответственно в летнее время [1 - К.К. Папок. Химмотология топлив и смазочных материалов /Науч. ред. А.Б. Виппер. - М.: Воениздат, 1980. - с. 185].

После налива автотопливозаправщика топливом, например автомобильным бензином, воздушно-газовое пространство топливной цистерны в течение небольшого времени, до одного часа [2 - Н.Н. Сперансов, Е.Н. Калайтан, А.П. Чочиа. Борьба с потерями горючего. - М.: Воениздат, 1952. - с. 26-27], насыщается парами автобензина, давление при этом повышается и открывается дыхательный клапан, обеспечивая выход паровоздушной смеси с высокой концентрацией углеводородов в атмосферу. Давление насыщенных паров автобензинов превышает давление открытия дыхательного клапана, поэтому большую часть времени при перевозках автобензина дыхательный клапан находится в открытом положении, при этом надтопливное пространство цистерны автотопливозаправника через дыхательный клапан сообщено с атмосферой, что ухудшает экологию окружающей природной среды.

Перед разработчиками стояла задача создать автотопливозаправщик удобный и простой в обслуживании при условии обеспечения пожаровзрывобезопасности и экологической безопасности.

Известен автотопливозаправщик, содержащий автотранспортное средство, установленную на нем топливную цистерну, приемный трубопровод с напорно-всасывающим патрубком, систему выдачи топлива, включающую насосный агрегат, топливный фильтр, счетчик, раздаточные штуцеры с топливными шлангами для подачи топлива потребителю, систему управления наполнением и опорожнением цистерны, включающую поплавок с золотниковым клапаном, кран управления и гидроклапан [3 - ГОСТ P 50913-96 Автомобильные транспортные средства для транспортирования и заправки нефтепродуктов. Типы, параметры и общие технические требования. - М.: Издательство стандартов, 1996. - с. 29-31].

Недостатком этого автотопливозаправщика являются: низкая пожаровзрывобезопасность вследствие нахождения паров в топливной цистерне после слива топлива, например автобензина, так как выходу паров в атмосферу препятствует дыхательный клапан; так называемый "залповый" выброс паров углеводородов при наполнении топливной цистерны в окружающую природную среду, так как отсутствует техническое устройство улавливания (рекуперации) паров нефтепродуктов.

Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является автотопливозаправщик, содержащий автотранспортное средство, установленную на нем топливную цистерну с дыхательным клапаном, систему приема топлива, включающую приемный штуцер и связанный с ним приемный топливопровод, систему выдачи топлива, включающую выдачной топливопровод, насосные агрегаты, запорно-регулирующую аппаратуру, топливные фильтры, литромеры и раздаточные штуцеры с топливными шлангами для подачи топлива к потребителю, систему азотирования поступающего в топливную цистерну топлива и захолаживания подтопливного пространства топливной цистерны, которая включает в себя сосуд для жидкого азота, связанные с сосудом испаритель и коллектор для подачи холодного азота в надтопливное пространство топливной цистерны, установленный после испарителя компрессор, связанный с ним коллектор высокого давления, соединенный с баллонами высокого давления, газовый редуктор, установленный на выходе коллектора высокого давления и соединенный с колонкой азотирования, встроенный в приемный топливопровод и имеющий форсунки для подачи азота в поток топлива, управляемый донный клапан, установленный в топливной цистерне и соединенный с приемным и выдачным топливопроводами, систему устойчивого забора топлива самовсасыванием [4 - RU, патент, 2113367, кл. B 60 P 3/22, 1997 г.]
Недостатками этого автотопливозаправщика являются: сложность конструкции, которая заключается в наличии двух устройств на каждый отсек топливной цистерны (поршневого управляемого обратного клапана и донного клапана), аналогичных по своему функциональному назначению и обеспечивающих выполнения операций наполнения, опорожнения (выдачу топлива потребителю) топливной цистерны; большая трудоемкость выполнения операций наполнения и опорожнения топливной цистерны и ввода газа в топливную цистерну, заключающаяся в необходимости управления водителем-оператором многочисленными устройствами запорно-регилирующей аппаратуры (кранами, задвижками), а также отсутствие контроля концентрации паров углеводородов в топливной цистерне, опасная концентрация которых может возникнуть, например, при окончании запасов азота или потере работоспособности системы ввода азота.

Технический результат предлагаемого изобретения - снижение трудоемкости выполнения основных операций (наполнение цистерны, выдача топлива потребителю) автотопливозаправщика с одновременным повышением надежности при сохранении требований пожаровзрывобезопасности.

Указанный технический результат достигается тем, что известный автотопливозаправщик, содержащий транспортное средство, на котором установлена топливная цистерна с дыхательным клапаном и датчиками верхнего и нижнего уровней, сливно-наливной патрубок которой размещен в нижней ее части, приемный трубопровод с клапаном на входе, систему выдачи топлива, состоящую из установленных последовательно на трубопроводе топливного фильтра, счетчика и раздаточных штуцеров с топливными шлангами для подачи топлива к потребителю, насосный агрегат, запорно-регулирующую аппаратуру, мембранный клапан, через который приемный трубопровод и система выдачи топлива подключены к сливно-наливному патрубку, и трубопровод подачи газа в цистерну, согласно предлагаемому изобретению дополнительно содержит газоанализатор концентрации паров углеводородов в цистерне, чувствительный элемент которого установлен в верхней части цистерны, обратный клапан, два электромагнитных клапана и блок управления последовательностью операций, входы которого соединены с датчиками газоанализатора верхнего и нижнего уровней и информационным выходом клапана, установленного на входе приемного трубопровода, а выходы блока управления подключены к приводу насоса и управляющим входам электромагнитных клапанов, при этом трубопровод подачи газа подключен через нормально закрытый контакт первого электромагнитного клапана и обратный клапан к сливно-наливному патрубку цистерны до точки установки мембранного клапана и через первый нормально открытый и первый нормально закрытый контакты второго электромагнитного клапана связан соответственно с надмембранной и подмембранной полостями мембранного клапана, надмембранная полость которого через второй нормально закрытый контакт, а подмембранная полость через второй нормально открытый контакт второго электромагнитного клапана сообщены с атмосферой.

На чертеже представлена блок-схема автотопливозаправщика.

Автотопливозаправщик содержит автотранспортное средство (не показано), установленную на нем топливную цистерну 1, внутри которой размещены датчики верхнего 2 и нижнего 3 уровней, чувствительный элемент (датчик) газоанализатора 4, выходы которых соединены с соответствующими входами блока 5 управления последовательностью операций. Верхняя часть топливной цистерны 1 соединена через адсорбер 6 и дыхательный клапан 7 с атмосферой. Через обратный клапан 8 и нормально закрытый контакт 9 первого электромагнитного клапана 10 линия подачи газа 11 подключена к размещенному в нижней части цистерны сливно-наливному патрубку 12. За точкой подключения линии 11 подачи газа в цистерну установлен мембранный клапан 13. Полости мембранного клапана 13 через второй электромагнитный клапан 14, имеющий нормально открытые контакты 15, 16 и нормально закрытые контакты 17, 18, связаны с линией 11 подачи газа с атмосферой. Группа контактов 15, 17 отделена от группы контактов 16, 18 герметичной перегородкой. В качестве электромагнитного клапана 14 может быть применен любой управляемый переключатель газового потока.

На приемном трубопроводе 19 установлен клапан 20, информационный выход которого соединен с соответствующим входом блока 5 управления.

Система выдачи топлива состоит из последовательно установленных на трубопроводе топливного фильтра 21, счетчика 22, раздаточных штуцеров 23, 24 с топливными шлангами 25, 26 с раздаточным краном 27 и топливным наконечником 28.

Насосный агрегат 29 с предохранительным клапаном 30 и манометром 31 размещены в линии между приемным трубопроводом 19 и системой выдачи топлива. Привод (без поз.) насоса 29 подключен к соответствующему выходу блока 5 управления.

Запорно-регулирующая аппаратура (задвижки) 32-39 размещена на трубопроводах исходя из условий выполнения операций наполнения и выдачи топлива потребителю, удобства технического обслуживания и эксплуатации автотопливозаправщика, выполнена в пожаровзрывобезопасном исполнении и может иметь электропривод.

Система выдачи топлива соединена обводным трубопроводом 40 через задвижку 35 с приемным трубопроводом 19 для обеспечения, например, возможности откачки топлива из топливных шлангов 25 и 26.

Мембраны клапана 13 в верхней части подпружинена, а в нижней части жестко связана со штоком, на котором закреплен запорный элемент, установленный в сечении трубопровода, связанного со сливно-наливным патрубком 12. Мембранный клапан 13 может иметь и ручной привод для его открытия и закрытия. В качестве мембранного клапана установлен клапан типа "Муэско" [5 - А.В. Матюшев, А.С. Бабенко. Автоматические устройства управления работой фильтра-водоотделителя фирмы "Фауди" // Транспорт и хранение нефтепродуктов: НИТС. - М. : ЦНИИИТЭнефтехим, 1997. - N 9, с. 22-23).

В качестве газоанализатора 4 может быть установлен, например, газоанализатор "Сигма-1", серийно выпускаемый отечественной промышленностью [6 - Рекламный проспект ЗАО "Инженерно-строительная компания МИГ", г. Москва, ул. Калибровская, 31a].

Электромагнитный клапан 10 также серийно выпускается и находит широкое применение в авиастроении. В качестве адсорбера 6 использована установка улавливания паров бензина БА-01М, выпускаемая для типовых автозаправочных станций [7 - Установка БА-01М. Руководство по эксплуатации. ТУ 4575-001-05771185-98 (5б1.370.112) РЭ]. Вместо адсорбера 6 может быть применено любое другое устройство улавливания паров углеводородов и других органических летучих соединений.

В качестве датчиков верхнего 2 и нижнего 3 уровней могут быть использованы электронные и оптоэлектронные устройства электроавтоматики, например оптроны [8 - Л.И. Коновалов, Д.П. Петелин. Элементы и системы автоматики, изд. 2-е пер. и доп.- М.: Высшая школа, 1985. - с. 73-82] или уровнемер типа "Струна - М" [6 - с. 6].

В качестве клапана 20 использован наконечник 2561А-8 для закрытой заправки [9 - К.В. Рыбаков, А.С. Алпатов, А.Ф. Рожков. Заправка самолетов горюче-смазочными материалами. - М.: Транспорт, 1975, с. 58 - 61] с установленным на нем блокировочным контактом (информационным выходом), замыкание и выход сигнала с которого будет передаваться на блок 5 управления после присоединения к клапану (не показан) наливной или сливной станции и размыкание контактов (снятие сигнала) после отсоединения от клапана наливной станции. Раздаточный кран 27 и топливный наконечник 28 могут быть снабжены информационным выходом (по типу клапана 20) и при необходимости соединены с блоком 5 управления.

В качестве блока управления, как вариант, может быть использован микропроцессор [8 - с. 92 - 94], получающий информацию от датчиков верхнего 2 и нижнего 3 уровней, газоанализатора 4, клапана 20 и выдающий сигналы на обмотки электромагнитных клапанов 10, 14 и привод насоса 29.

Работа автотопливозаправщика осуществляется следующим образом.

Для пояснения работы в таблице приведены основные операции автотопливозаправщика, положение клапанов и запорно-регулирующей аппаратуры и введены следующие условные обозначения:
p₁ - усилие, создаваемое давлением в линии 11 подачи газа;
p₂ - усилие, создаваемое пружиной мембранного клапана 13;
p_атм - усилие, создаваемое атмосферным давлением.

Для обеспечения работоспособности мембранного клапана 13 (его открытия и закрытия), соотношение вышеприведенных усилий должно быть:
p₁ > p₂ + p_атм,
т.е. усилие, создаваемое давлением в линии 11 подачи газа, должно превосходить сумму усилий от пружины и усилий от атмосферного давления.

Наполнение автотопливозаправщика насосом 29. В исходном состоянии автотопливозаправщика линия подачи газа через нормально открытый контакт 15 электромагнитного клапана 14 связана с надмембранной полостью мембранного клапана 13, а его подмембранная полость через второй нормально открытый контакт 16 сообщена с атмосферой. Патрубок 12 перекрыт запорным элементом мембранного клапана 13. Задвижки 32, 34 находятся в открытом положении, задвижки 33, 35, 36, 37, 38, 39 - закрыты. При подключении клапана 20, установленного на приемном трубопроводе 19, к выдачному устройству наливной станции нефтебазы контакты его блокировочного устройства (не показано) замыкаются, информационный сигнал поступает на вход блока 5 управления, который выдает сигнал на привод насоса 29 и на управляющий вход второго электромагнитного клапана 14. При этом контакты 15 и 16 закрываются, а контакты 17 и 18 открываются, в результате чего надмембранная полость мембранного клапана 13 сообщается с атмосферой, а подмембранная - с линией подачи газа 11. Под действием давления газа мембрана клапана 13 со штоком и запорным устройством перемещается вверх, соединяя приемный трубопровод 19 через задвижки 32, 34 со сливно-наливным патрубком 12. Топливо поступает в цистерну 1. Паровоздушная смесь из топливной цистерны 1 поступает в адсорбер 6, в котором происходит улавливание паров углеводородов, и через дыхательный клапан 7 - в атмосферу. По достижении топливом в топливной цистерне 1 верхнего уровня сигнал от датчика 2 верхнего уровня поступает на блок управления 5, который подает сигнал на управляющий вход второго электромагнитного клапана 14 и привод насоса 29 (остановка насоса). Контакты 15 и 16 открываются, а контакты 17 и 18 закрываются. Надмембранная полость клапана 13 соединяется с линией подачи газа 11, подмембранная - с атмосферой. Запорное устройство мембранного клапана 13 перекрывает подвод топлива к сливно-наливному патрубку 12. Наполнение автотопливозаправщика прекращается.

Выдача топлива потребителю, в зависимости от его требований, может осуществляться двумя способами: выдача топлива без учета его количества (объема) счетчиком автотопливозаправщика, например, при полном сливе топлива из топливной цистерны автотопливозаправщика в резервуары АЗС (учет и фильтрация топлива осуществляются техническими устройствами АЗС); выдача отфильтрованного топлива с учетом его количества (объема) счетчиком автотопливозаправщика, например, при заправке техники или наливе в мелкую тару.

Выдача топлива без учета его количества счетчиком 22 автотопливозаправщика осуществляется насосом 29 через приемный трубопровод 19 с клапаном 20. Автотопливозаправщик находится в исходном состоянии. Задвижки 32, 33, 35, 36 находятся в открытом положении, задвижки 34, 37, 38, 39 закрыты. При подключении клапана 20, установленного на приемном трубопроводе 19, к приемному устройству потребителя контакты его блокировочного устройства (не показано) замыкаются, информационный сигнал поступает на вход блока 5 управления, который выдает сигнал на привод насоса 29 и на управляющий вход второго электромагнитного клапана 14. При этом контакты 15 и 16 закрываются, а контакты 17 и 18 открываются, надмембранная полость мембранного клапана 13 сообщается с атмосферой, а подмембранная - с линией подачи газа 11. Сливно-наливной патрубок 12 соединяется с приемным трубопроводом 19 через задвижки 32, 33, 36, 35. Топливо из цистерны 1 поступает потребителю.

Выдача отфильтрованного топлива с учетом его количества (объем) счетчиком 22 автотопливозаправщика осуществляется насосом 29 через систему выдачи топлива. Автотопливозаправщик находится в исходном состоянии. Задвижки 32, 33, 37, 38, 39 находятся в открытом положении, задвижки 34, 35, 36 закрыты. Управляющую команду на выдачу топлива (заправку) дает водитель-оператор при помощи выключателя (не показан) на блоке 5 управления, сигнал с которого поступает на управляющий вход второго электромагнитного клапана 14 и привод насоса 29. Алгоритм работы автотопливозаправщика такой же, как при подключении клапан 19 к выдачному устройству нефтебазы. Топливо из топливной цистерны 1 по трубопроводу через мембранный клапан 13, задвижки 32, 33, насосный агрегат 29, задвижку 37, фильтр 21, счетчик 22, задвижки 38, 39, раздаточные шланги 25, 26, раздаточный кран 27 и(или) топливный наконечник 28 поступает потребителю. Окончание выдачи топлива автотопливозаправщиком, например, в случае, когда заказанный потребителем объем топлива меньше объема топлива, находящегося в цистерне (при доставке топлива автотопливозаправщиком нескольким потребителям), и возвращение его в исходное положение, также осуществляется водителем-оператором при помощи выключателя на блоке 5 управления.

Подача азота в цистерну. При возникновении пожаровзрывоопасной концентрации паров углеводородов в топливной цистерне 1, например при перегонке автотопливозаправщика (в процессе доставки топлива потребителю) или во время наполнения топливом цистерны 1, сигнал от газоанализатора 4 поступает на вход блока 5 управления, а с него поступают сигналы на первый электромагнитный клапан 10, который соединяет линию 11 подачи газа через обратный клапан 8 со сливно-наливным патрубком 12 топливной цистерны 1, и водителю-оператору в кабину автотранспортного средства, предупреждая его об опасности. Азот поступает в топливную цистерну 1, снижая вероятность воспламенения паров углеводородов. Паровоздушная смесь вытесняется в атмосферу через адсорбер 6 и дыхательный клапан 7.

Таким образом, заявляемый автотопливозаправщик снижает трудоемкость выполнения основных операций (наполнение цистерны, выдача топлива потребителю), обеспечивает удобство и простоту обслуживания за счет автоматизированного управления операциями наполнения топливной цистерны и выдачи топлива потребителю и обеспечивает пожаровзрывобезопасность за счет контроля концентрации паров углеводородов и своевременного ввода нейтрального газа при возникновении пожароопасной ситуации.

Источники информации, принятые во внимание.

1. К.К. Папок. Химмотология топлив и смазочных материалов /Науч. ред. А. Б. Виппер. - М.: Воениздат, 1980. - с. 185.

2. Н. Н. Сперансов, Е.Н. Калайтан, А.П. Чочиа. Борьба с потерями горючего. - М.: Воениздат, 1952. - с. 26-27.

3. ГОСТ Р 50913-96. Автомобильные транспортные средства для транспортирования и заправки нефтепродуктов. Типы, параметры и общие технические требования. - М.: Издательство стандартов, 1996. - с. 29-31.

4. RU, патент, 2113367, кл. B 60 P 3/22, 1997 г. (прототип).

5. А. В. Матюшев, А. С. Бабенко. Автоматические устройства управления работой фильтра-водоотделителя фирмы "Фауди" // Транспорт и хранение нефтепродуктов: НИТС. - М.: ЦНИИИТЭнефтехим, 1997. - N 9, с. 22-23.

6. Рекламный проспект ЗАО "Инженерно-строительная компания МИГ", г. Москва, ул. Калибровская, 31a.

7. Установка БА-01М. Руководство по эксплуатации. ТУ 4575-001-05771185-98 (5б1.370.112) РЭ. г. Москва. ул. Сельскохозяйственная 12A, ОАО НПО "Химавтоматика", 1998. - с. 3-4.

8. Л.И. Коновалов, Д.П. Петелин. Элементы и системы автоматики, изд. 2-е пер. и доп. - М.: Высшая школа, 1985. - с. 73-82, 92-94.

9. К.В. Рыбаков, А.С. Алпатов, А.Ф. Рожков. Заправка самолетов горюче-смазочными материалам. - М.: Транспорт, 1975, с. 58-61.

Изобретение относится к транспортным средствам для перевозки углеводородного топлива. Автотопливозаправщик содержит транспортное средство, несущее топливную цистерну (1) с дыхательным клапаном (7) и сливно-наливным патрубком (12), подключенным через мембранный клапан к приемному трубопроводу (19) с клапаном на входе и системе выдачи топлива с топливным фильтром, счетчиком и раздаточными штуцерами для подачи топлива к потребителю, насосный агрегат. В верхней части цистерны установлен чувствительный элемент газоанализатора концентрации паров углеводородов в цистерне, соединенный с входом блока управления последовательностью операций, соединенного входами с датчиками уровней цистерны и информационным выходом мембранного клапана и выходами подключенного к приводу насоса и управляющим входам электромагнитных клапанов, один из которых сообщает полости мембранного клапана с атмосферой или с трубопроводом подачи газа, который сообщен другим электромагнитным клапаном со сливно-наливным патрубком. При взрывоопасной концентрации паров в цистерне осуществляется ввод нейтрального газа, что обеспечивает удобство и простоту обслуживания, пожаровзрывобезопасность и снижение выбросов паров углеводорода в окружающую среду. 1 табл., 1 ил.

Автотопливозаправщик, содержащий транспортное средство, на котором установлена топливная цистерна с дыхательным клапаном и датчиками верхнего и нижнего уровней, сливно-наливной патрубок которой размещен в нижней ее части, приемный трубопровод с клапаном на входе, систему выдачи топлива, состоящую из установленных последовательно на трубопроводе топливного фильтра, счетчика и раздаточных штуцеров с топливными шлангами для подачи топлива к потребителю, насосный агрегат, запорно-регулирующую аппаратуру, мембранный клапан, через который приемный трубопровод и система выдачи топлива подключены к сливно-наливному патрубку, и трубопровод подачи газа в цистерну, отличающийся тем, что автотопливозаправщик дополнительно содержит газоанализатор концентрации паров углеводородов в цистерне, чувствительный элемент которого установлен в верхней части цистерны, обратный клапан, два электромагнитных клапана и блок управления последовательностью операций, входы которого соединены с датчиками газоанализатора, верхнего и нижнего уровней и информационным выходом клапана, установленного на входе приемного трубопровода, а выходы блока управления подключены к приводу насоса и управляющим входам электромагнитных клапанов, при этом трубопровод подачи газа подключен через нормально закрытый контакт первого электромагнитного клапана и обратный клапан к сливно-наливному патрубку цистерны до точки установки мембранного клапана и через первый нормально открытый и первый нормально закрытый контакты второго электромагнитного клапана связан соответственно с надмембранной и подмембранной полостями мембранного клапана, надмембранная полость которого через второй нормально закрытый контакт, а подмембранная полость через второй нормально открытый контакт второго электромагнитного клапана сообщены с атмосферой.