СИСТЕМА ГАЗОСНАБЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Российский патент 2002 года по МПК F17C5/06 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к системам газоснабжения сжатым топливным газом, и может быть использовано на автомобильных компрессорных станциях.

Известна система газоснабжения транспортных средств, содержащая компрессор, подключенный к источнику питания природного газа, блок осушки, аккумулятор газа и линию подачи газа на раздаточные колонки [1].

Данная система имеет недостатки, которые снижают надежность работы из-за наличия пневмоуправления, т.е. возможна утечка газа из системы на разных режимах заправки автомобилей, что сужает ее функциональные возможности и снижает экономичность всего технологического процесса.

Наиболее близкой к предложенной системе является система газоснабжения транспортных средств, содержащая компрессор, подключенный к источнику питания природного газа, блок осушки, аккумулятор газа, расширительную емкость, установленную на линии подачи газа на раздаточные колонки [2].

Работоспособность данной системы обеспечивается наличием в ней приводных кранов и датчиков, размещенных в расширительной емкости и в раздаточных колонках соответственно, которые позволяют вести заправку без включения компрессора минимального числа автомобилей, после чего заправка продолжается от работающего компрессора и от аккумулятора. Такой режим вполне оптимален при высокой загрузке станции, когда обеспечивается непрерывность заправки автомобилей. Но это является недостатком при неравномерной загрузке станции, когда компрессор работает в нестабильном режиме запусков и остановок. Это увеличивает износ компрессорного оборудования, снижает его надежность и увеличивает затраты на каждый 1 м³ заправляемого газа. При этом данная система позволяет использовать только незначительную часть аккумулированного газа при заправке автомобилей.

В основу изобретения системы газоснабжения транспортных средств поставлена задача расширения функциональных возможностей системы путем усовершенствования схемы обвязки, что обеспечивает достижение оптимального режима работы технологического оборудования и увеличивает срок службы компрессора.

Это достигается тем, что в известной системе газоснабжения транспортных средств, содержащей компрессор, подключенный к источнику питания природного газа, блок осушки, аккумулятор газа, расширительную емкость, установленную на линии подачи газа на раздаточные колонки, приводные краны, расположенные на линиях подачи газа на аккумулятор и на раздаточные колонки, и датчики, размещенные в расширительной емкости и в раздаточных колонках, согласно изобретению аккумулятор газа состоит из двух и более секций, каждая из которых имеет подводящую линию с приводным краном, при этом подводящие линии соединены между собой трубопроводом с обратным клапаном, а на линии подачи газа на раздаточные колонки установлен дополнительно обратный клапан, который расположен параллельно и в одном направлении с обратным клапаном, находящимся в соединительном трубопроводе. Таким образом:
- аккумулятор газа состоит из двух или более секций - это обеспечивает поочередную эксплуатацию секций, а не всего аккумулятора в целом и позволяет производить заправку автомобилей на различных режимах. При необходимости можно вести ремонт секций или их замену в процессе эксплуатации системы;
- каждая секция имеет автономную подводящую линию с приводным краном, что позволяет в определенном порядке заполнять газом секции, исключая одновременное заполнение и опорожнение всех секций. То есть можно вывести на рабочий режим любую секцию для отдачи из нее газа на заправку автомобилей;
- подводящие линии соединены между собой трубопроводом с обратным клапаном - это способствует проходу газа в заданном направлении как при наполнении газом секций аккумуляторов, так и при их опорожнении. При опорожнении секций обратный клапан не допускает перетечек газа из секции большего давления в секцию с меньшим давлением, а при заполнении емкостей способствует наполнению сначала секций с меньшим давлением, а затем одновременное заполнение всех секций до давления нагнетания. Это обеспечивает минимальные энергозатраты при работе компрессора;
- на линии подачи газа на раздаточные колонки установлен дополнительно обратный клапан, который расположен параллельно и в одном направлении с обратным клапаном, находящимся в соединительном трубопроводе, что дает возможность проводить наполнение секций аккумуляторов, так и их опорожнение при заправке баллонов автомобиля в 2 этапа, а при наличии и большего количества секций - в несколько этапов, а также возможности эксплуатировать газовую схему в 2-х режимах - "ступенчатая" заправка и "быстрая" заправка.

Совокупность вышеперечисленных отличительных признаков обеспечила выявление новых свойств технического решения, позволивших решить поставленную задачу - расширение функциональных возможностей системы, то есть эксплуатировать систему газоснабжения в трех различных режимах, а именно
- производить "ступенчатую" заправку от аккумулятора, увеличивая количество автомобилей, заправленных без включения компрессора, что обеспечивает увеличение срока службы компрессора, и рационально использовать большую часть газа, накопленного в секциях аккумулятора. Работа режима "ступенчатой" заправки от аккумулятора заключается в том, что первый этап каждой последующей заправки производится от первичной секции до момента примерного выравнивания давления в ней и в баллонах автомобиля (момент замедления скорости подачи газа), а конечный этап - от концевой секции, когда производится дожатие в баллонах автомобиля до конечного давления заправки. Таким образом происходит максимальное опорожнение обеих секций;
- при достижении давления в концевой секции ниже давления заправки включается компрессор, обеспечивая заправку автомобилей напрямую от компрессора ("прямая" заправка), при этом секции аккумулятора остаются подключенными к линии подачи газа на раздаточные колонки только на опорожнение, а обратный клапан, находящийся между подводящими линиями, не допускает перетечек газа из секции с более высоким давлением в секцию с низким давлением. Такая система газоснабжения позволяет более полно использовать газ, накопленный в аккумуляторе, позволяет значительно сократить количество включений и выключений компрессора в течение дня, а на время, когда производятся единичные заправки, вообще обойтись без включения компрессора, что дает значительную экономию энергозатрат на производство одного и того же количества заправляемого газа и увеличивает ресурс работы компрессора.

Кроме того, данная система газоснабжения транспортных средств позволит производить "быструю" заправку автомобилей, когда обеспечивается наиболее скоростная подача газа в баллоны автомобиля. Это достигается тем, что к линии подачи газа на раздаточные колонки подключена только одна секция аккумулятора, которая обеспечивает достаточный перепад давления в системе "аккумулятор - автомобиль" в процессе заправки. Преимущество "быстрой" заправки в том, что за время отключения уже заправленного автомобиля и подключения следующего компрессор восстанавливает рабочее давление в секции аккумулятора, равное давлению нагнетания компрессора. Таким образом обеспечивается наиболее скоростная заправка газа в баллоны автомобиля.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена система газоснабжения транспортных средств.

Система газоснабжения транспортных средств содержит компрессор 1, блок осушки газа 2, аккумулятор газа, состоящий из первичной 3 и концевой 4 секций, расширительную емкость 5, линию подачи газа на раздаточные колонки, состоящую из трех участков: участка 6 с обратным клапаном 7, находящегося до линии 8 подачи газа в аккумулятор с приводным краном 9, участка 10 с приводным краном 11, находящегося после соединительного трубопровода 12 с обратным клапаном 13, и участка 14 с дополнительным обратным клапаном 15, находящегося между линией 8 подачи газа в аккумулятор и соединительным трубопроводом 12; подводящую линию 16 в первичную секцию 3 с приводным краном 17, подводящую линию 18 в концевую секцию 4 с приводным краном 19; подводящие линии 16, 18 соединены между собой трубопроводом 20 с обратным клапаном 21, при этом дополнительный обратный клапан 15 на участке 14 расположен параллельно и в одном направлении с обратным клапаном 21.

Система газоснабжения транспортных средств работает следующим образом.

Природный газ с некоторым начальным давлением, которое может колебаться в широких пределах, подается на вход компрессора 1, где он сжимается до заданного давления, большего чем давление заправки. От компрессора 1 газ поступает в блок осушки 2, где проходит очистку от масла и влаги. Заполнение секций 3, 4 аккумулятора газом до заданного давления производится в то время, когда нет потребителя, т. е. к раздаточным колонкам не подключены баллоны автомобиля. В этом случае газ после осушки и обратного клапана 7 направляется из участка 6 линии подачи газа на колонки в линию 8 подачи газа в аккумулятор с приводным краном 9 и в трубопровод 20 с обратным клапаном 21 и далее подается в подводящие линии 16, 18 и через приводные краны 17, 19 заполняет секции 3, 4 аккумулятора, где газ хранится под рабочим давлением, равным давлению нагнетания компрессора 1.

"Ступенчатая" заправка автомобилей от аккумулятора газа производится в два этапа. На первом этапе газ от первичной секции 3 через приводной кран 17 (при закрытом кране 19) и обратные клапаны 21, 13, а также по линии подачи 8 газа в аккумулятор с приводным краном 9 и участку 14 с обратным клапаном 15 поступает в участок 10 линии подачи газа на колонки и посредством крана 11 заправляется в автомобиль. Первый этап заправки производится до момента примерного выравнивания давления в секции 3 и в баллонах автомобиля (момент замедления скорости подачи газа). После этого на втором этапе открывается кран 19 и газ более высокого давления из концевой секции 4 через обратный клапан 13 поступает в линию подачи газа на раздаточные колонки и производится дожатие давления в баллонах автомобиля. Второй этап заканчивается при достижении в баллонах автомобиля конечного давления заправки. При этом обратные клапаны 15, 21, расположенные параллельно и в одном направлении, под воздействием перепада давления закрываются, не позволяя газу из концевой секции 4 поступать в зону более низкого давления первичной секции 3. Заправив таким образом несколько автомобилей, когда давление в концевой секции 4 понизится до давления заправки, включается компрессор 1, при этом краны 17, 19 остаются открытыми, а кран 9 закрывается, что позволяет газу из секций 3, 4 беспрепятственно через обратные клапаны 13, 21 поступать в линию подачи газа на колонки для последующей заправки через кран 11, а компрессор 1 осуществляет "прямую" заправку газа в баллоны автомобиля, минуя аккумулятор, что обеспечивается закрытым краном 9 и обратным клапаном 13. Энергетически такой режим "прямой" заправки самый экономный, а максимальное опорожнение секций 3, 4 аккумулятора при бескомпрессорных заправках по энергетическим затратам приближается к экономичной "прямой" заправке.

При отсутствии потребителя, когда приводной кран 11 закрыт, компрессор 1 повышает давление в линии подачи газа на раздаточные колонки и при определенном давлении, близком к конечному давлению нагнетания, открывается приводной кран 9 и производится заполнение секций 3, 4 аккумулятора газа. Заполнение секций аккумуляторов происходит в два этапа: сначала газ от компрессора 1 идет в первичную секцию 3 с более низким давлением, чем в секции 4, при этом обратные клапаны 15, 21 не дают возможности перетоку газа из секции 4 в секцию 3, что снизило бы энергетическую эффективность производства сжатого газа в системе газоснабжения транспортных средств. После того как давление в секции 3 достигнет давления в секции 4, на втором этапе газ от компрессора 1 будет равномерно распределяться через открытые приводные краны 17, 19 на обе секции, заполняя их до рабочего давления, равного давлению нагнетания компрессора 1, после чего компрессор отключается.

Кроме того, такая схема позволяет при необходимости вести "быструю" заправку автомобилей. При "быстрой" заправке только одна секция аккумулятора, например 3, подключается к линии подачи газа на раздаточные колонки. При этом приводные краны 9, 17 постоянно открыты, а секция 3 играет роль поддавливающей емкости, обеспечивающей во время "прямой" заправки автомобиля достаточный перепад давления в системе "аккумулятор-автомобиль". В отсутствие заправки, т.е. во время отключения уже заправленного и подключения следующего автомобиля, в секции аккумулятора 3 производится восстановление рабочего давления, равного давлению нагнетания компрессора 1, вследствие чего заправка каждого последующего автомобиля обеспечивается достаточным перепадом давления в системе "аккумулятор-автомобиль" и производится наиболее скоростная подача газа в баллоны автомобиля.

Таким образом, технический результат заявленной системы газоснабжения транспортных средств достигается путем изменения схемы обвязки аккумулятора и линии подачи газа на раздаточные колонки, что позволяет расширить функциональные возможности системы, рационально использовать при заправках большую часть аккумулированного газа, а это, в свою очередь, устанавливает оптимальный режим работы компрессора с минимальным количеством включений и отключений, что ведет к уменьшению износа оборудования и, соответственно, увеличивает его ресурс и надежность, а также уменьшает удельные энергозатраты на производство и заправку газа в баллоны автомобилей.

Источники информации
1. Авт.св. N 1631225 А1, F 17 C 5/06, G 05 D 27/00.

2. Патент РФ N 2105234, F 17 C 5/06 (прототип).

Система газоснабжения содержит компрессор, подключенный к источнику питания природного газа, блок осушки, аккумулятор газа, расширительную емкость, приводные краны и датчики. Аккумулятор газа состоит из двух и более секций, каждая из которых имеет подводящую линию с приводным краном. Подводящие линии соединены между собой трубопроводом с обратным клапаном. На линии подачи газа на раздаточные колонки установлен дополнительно обратный клапан. Дополнительный обратный клапан расположен параллельно и в одном направлении с обратным клапаном соединительного трубопровода. Использование изобретения позволит расширить функциональные возможности системы. 1 ил.

Система газоснабжения транспортных средств, содержащая компрессор, подключенный к источнику питания природного газа, блок осушки, аккумулятор газа, расширительную емкость, установленную на линии подачи газа на раздаточные колонки, приводные краны, расположенные на линиях подачи газа на аккумулятор, и датчики, размещенные в расширительной емкости и в раздаточных колонках, отличающаяся тем, что аккумулятор газа состоит из двух и более секций, каждая из которых имеет подводящую линию с приводным краном, при этом подводящие линии соединены между собой трубопроводом с обратным клапаном, а на линии подачи газа на раздаточные колонки установлен дополнительно обратный клапан, который расположен параллельно и в одном направлении с обратным клапаном, находящимся в соединительном трубопроводе.