Настоящее изобретение относится главным образом к устройствам и системам, предназначенным для хранения и перекачивания летучих и/или потенциально опасных текучих сред, в частности таких, как авиационное топливо в системе его подачи для самолета. Конкретно, настоящее изобретение относится к усовершенствованному баку для хранения или емкости, предназначенным для хранения и раздачи определенной текучей среды, например авиационного топлива и т.п., в котором бак для хранения по существу предотвращает образование полости с остаточным воздухом или полости, заполненной парами, внутри бака для хранения, когда из него откачивают топливо, а также бак для хранения снабжен смонтированным снаружи датчиком уровня жидкости, предназначенным для контроля уровня или объема топлива, остающегося в баке. Бак переменного объема можно использовать во множестве случаев, когда требуется перекачка текучей среды, например перекачка потенциально опасных текучих сред или жидких сред в космическом пространстве.
Современные самолеты обычно имеют несколько топливных баков, расположенных в различных местах вдоль фюзеляжа и крыльев, в таких нескольких баках содержится значительное количество топлива, обеспечивающего большую дальность полета. Обычно топливные баки соединены между собой, обеспечивая перекачку топлива в баках, тем самым имеет место равномерное или уравновешенное распределение нагрузки от топлива по самолету, в частности, при расходовании топлива, поступающего к одному или нескольким двигателям. Кроме этого, при относительно небольшой дальности полета обычно самолет отбирает только часть топливной нагрузки, причем один или несколько топливных баков пустые, что снижает общий вес самолета, тем самым увеличивая топливную экономичность. Внутренние насосы, перекачивающие топливо, обычно устанавливают в различных топливных баках, причем они могут действовать на земле или в полете, перекачивая топливо из одного бака в другой или опорожняя один или несколько топливных баков, тем самым производя подготовку к полету на небольшую дальность. Вдобавок к этому, самолетные топливные баки обычно оснащают датчиками уровня топлива, установленными внутри в различных баках, обеспечивая экипажу информацию по объему оставшегося топлива в каждом баке.
В последние годы некоторые аварии самолетов были отнесены к отказам, связанным с топливными баками, а также с соответствующими системами, подающими топливо к авиационным двигателям. Более конкретно, самолетные топливные баки обычно размещают в объеме фиксированной формы для помещения максимального удельного количества топлива в по существу заполненном состоянии. Когда топливо поступает из определенного бака к потребителю или производится перекачка топлива в другой бак, образуется полость значительных размеров, расположенная в баке над оставшимся в нем топливом. Эта воздушная или паровая полость представляет место для образования и аккумулирования паров летучего топлива высокой концентрации. Это накопление топлива в парообразном состоянии не только обуславливает наличие отходов топлива, которые являются источником загрязнения воздуха, они также опасны при наличии воздуха и источника воспламенения. Один потенциальный источник воспламенения содержит топливный насос с электроприводом и/или таким источником является трение в перекачивающих насосах, установленных непосредственно внутри самолетных топливных баков. Другой потенциальный источник воспламенения включает другие электрические устройства, такие как датчики уровня топлива, расположенные непосредственно внутри топливных баков.
В настоящем изобретении преодолеваются эти проблемы и недостатки путем создания усовершенствованного топливного бака или емкости переменного объема, в которых по существу отсутствуют объемы для воздуха или паров, когда бак опорожнен полностью или частично, а также в которых уровень топлива в баке для хранения измеряют датчиком топлива, установленным вне бака. Усовершенствованный бак переменного объема согласно настоящему изобретению можно использовать совместно с системой, включающей несколько баков, на самолете или в другом оборудовании, перекачивающем жидкую среду, обеспечивая безопасную и эффективную подачу этой среды из одного места в другое.
Перечисленные проблемы решаются за счет создания бака переменного объема для хранения текучей среды, который согласно изобретению содержит полый корпус бака, имеющий открытый первый конец, а также распределительный проход, сформированный во втором конце, расположенном в основном напротив упомянутого первого конца; стенку основания, помещенную с возможностью перемещения в упомянутом открытом первом конце упомянутого корпуса бака, причем упомянутая стенка основания и упомянутый корпус бака совместно образуют внутреннюю камеру для размещения выбранной жидкости, причем упомянутая стенка основания может смещаться внутри упомянутого корпуса бака, изменяя размер объема упомянутой камеры в соответствии с объемом текучей среды, находящейся в упомянутой камере; блок датчика уровня текучей среды, соединенный с упомянутой стенкой основания и расположенный вне упомянутой камеры, причем упомянутый блок датчика включает средство для слежения за положением упомянутой стенки основания относительно упомянутого корпуса бака для индикации объема текучей среды в упомянутой камере.
Предпочтительно бак дополнительно содержит средство для уплотненного соединения упомянутой стенки основания с упомянутым корпусом бака.
Предпочтительно бак дополнительно содержит в основном кольцевую уплотнительную мембрану, соединяющую упомянутую стенку основания с упомянутым корпусом бака в основном у упомянутого первого его конца.
Предпочтительно текучая среда в упомянутой камере является жидкостью, причем упомянутая стенка основания смещается внутри упомянутого корпуса бака в соответствии с объемом текучей среды в нем по существу без образования полости внутри упомянутой камеры, заполненной остаточным воздухом или парами.
Предпочтительно бак дополнительно содержит регулятор расхода, связанный с упомянутым распределительным проходом и предназначенный для регулирования расхода текучей среды, вытекающей из упомянутой камеры через упомянутый распределительный проход.
Предпочтительно регулятор расхода содержит упругий ниппель, имеющий проход ниппеля, образованный в нем, также имеется зажимное клапанное средство, предназначенное для сдавливания упомянутого ниппеля для установки открытой проточной площади, определяемой упомянутым проходом ниппеля, благодаря чему регулируется расход текучей среды через упомянутый проход ниппеля.
Предпочтительно упомянутый блок датчика уровня текучей среды содержит корпус датчика, в котором имеется шток чувствительного элемента, причем установленный с возможностью перемещения упомянутый шток чувствительного элемента имеет один конец, соединенный с упомянутой стенкой основания для отслеживания ее положения относительно упомянутого корпуса бака, а также имеется контрольно-измерительное устройство, реагирующее на положение упомянутого штока чувствительного элемента для индикации объема жидкости, оставшейся в упомянутой камере.
Предпочтительно бак дополнительно содержит средство для управляемого и селективного продвижения упомянутой стенки основания в направлении к упомянутому распределительному проходу для распределения текучей среды из упомянутой камеры.
Предпочтительно бак дополнительно содержит средство для втягивания упомянутой стенки основания в направлении от упомянутого распределительного прохода для втягивания текучей среды в упомянутую камеру.
Предпочтительно бак дополнительно содержит средство для управляемого и селективного продвижения упомянутой стенки основания в направлении к упомянутому распределительному проходу для распределения текучей среды из упомянутой камеры, а также для втягивания упомянутой стенки основания в направлении от упомянутого распределительного прохода для втягивания текучей среды в упомянутую камеру.
Предпочтительно бак дополнительно содержит по меньшей мере один обычно закрытый перекачивающий канал, установленный на упомянутом корпусе бака в месте, расположенном в основном рядом с упомянутым распределительным проходом, причем упомянутый по меньшей мере один перекачивающий канал приспособлен для подключения к другому контейнеру для текучей среды для селективного перекачивания текучей среды между упомянутой камерой и упомянутым другим контейнером для жидкости.
Предпочтительно бак дополнительно содержит фильтрующий элемент, установленный в упомянутом распределительном проходе.
Предпочтительно бак также содержит насос, установленный с возможностью проточного соединения с упомянутым распределительным проходом для выведения текучей среды из упомянутой камеры через упомянутый распределительный проход.
Перечисленные проблемы также решаются за счет создания системы перекачивания текучей среды, которая согласно изобретению содержит баки для хранения текучей среды, каждый из которых содержит полый корпус бака, имеющий открытый первый конец, а также распределительный проход, сформированный во втором конце, расположенном в основном напротив упомянутого первого конца, стенку основания, помещенную с возможностью перемещения в упомянутом открытом первом конце упомянутого корпуса бака и взаимодействующую с упомянутым корпусом бака, образуя внутреннюю камеру для размещения выбранной текучей среды, причем упомянутая стенка основания может смещаться внутри упомянутого корпуса бака, изменяя размер объема упомянутой камеры в соответствии с объемом текучей среды, находящейся в упомянутой камере, блок датчика уровня текучей среды, соединенный с упомянутой стенкой основания и расположенный вне упомянутой камеры, упомянутый блок датчика включает средство для слежения за положением упомянутой стенки основания относительно упомянутого корпуса бака для индикации объема текучей среды в упомянутой камере; и дополнительно средство для соединения между собой упомянутых внутренних камер упомянутого множества баков для хранения для обеспечения перекачивания текучей среды между ними.
Предпочтительно текучая среда в упомянутых камерах накопительных баков для хранения является жидкостью, причем упомянутая стенка основания в каждом упомянутом накопительном баке смещается внутри упомянутого корпуса бака в соответствии с объемом текучей среды в нем по существу без образования полости внутри упомянутой камеры, заполненной остаточным воздухом или парами.
Предпочтительно каждый из упомянутых баков для хранения дополнительно включает регулятор расхода, связанный с упомянутым распределительным проходом и предназначенный для регулирования расхода текучей среды из упомянутой камеры через упомянутый распределительный проход.
Предпочтительно упомянутый блок датчика уровня жидкости в каждом из упомянутых баков для хранения содержит корпус датчика, имеющий шток чувствительного элемента, установленный в нем с возможностью перемещения, упомянутый шток чувствительного элемента имеет один конец, соединенный с упомянутой стенкой основания для отслеживания ее положения относительно упомянутого корпуса бака, а также содержит контрольно-измерительное устройство, определяющее положение упомянутого штока чувствительного элемента для индикации объема текучей среды, остающейся в упомянутой камере.
Предпочтительно каждый из упомянутых баков для хранения дополнительно содержит средство для регулируемого и селективного продвижения упомянутой стенки основания в направлении к упомянутому распределительному проходу для отвода текучей среды из упомянутой камеры.
Предпочтительно каждый из упомянутых баков для хранения дополнительно содержит средство, втягивающее упомянутую стенку основания в направлении от упомянутого распределительного прохода для пропускания текучей среды в упомянутую камеру.
Предпочтительно каждый из упомянутых баков для хранения дополнительно включает средство для регулируемого и селективного продвижения упомянутой стенки основания в направлении к упомянутому распределительному проходу для распределения текучей среды из упомянутой камеры, а также для втягивания упомянутой стенки основания в направлении от упомянутого распределительного прохода для пропускания текучей среды в упомянутую камеру.
Предпочтительно каждый из упомянутых баков для хранения дополнительно включает по меньшей мере один обычно закрытый перекачивающий канал, установленный на упомянутом корпусе бака в месте, расположенном в основном рядом с упомянутым распределительным проходом, причем упомянутый по меньшей мере один перекачивающий канал приспособлен для подключения к другому одному из упомянутых баков для хранения для селективного перекачивания текучей среды между ними.
Перечисленные проблемы также решаются за счет создания система перекачивания текучей среды, которая согласно изобретению содержит баки для хранения текучей среды, каждый из которых содержит полый корпус бака, имеющий открытый первый конец, а также распределительный проход, сформированный во втором конце, расположенном главным образом напротив упомянутого первого конца, стенку основания, помещенную с возможностью перемещения в упомянутом открытом первом конце упомянутого корпуса бака и взаимодействующую с упомянутым корпусом бака, образуя внутреннюю камеру для размещения выбранной текучей среды, причем упомянутая стенка основания может смещаться внутри упомянутого корпуса бака, изменяя размер объема упомянутой камеры в соответствии с объемом текучей среды, находящейся в упомянутой камере, а также средство для регулируемого и селективного продвижения упомянутой стенки основания в направлении к упомянутому распределительному проходу для отвода текучей среды из упомянутой камеры, а также для втягивания упомянутой стенки основания в направлении от упомянутого распределительного прохода для пропускания текучей среды в упомянутую камеру; а также средство для соединения между собой упомянутых внутренних камер упомянутого множества баков для хранения для обеспечения перекачивания текучей среды между ними.
Предпочтительно текучая среда в упомянутых камерах баков для хранения является жидкостью, причем упомянутая стенка основания в каждом упомянутом баке для хранения смещается внутри упомянутого корпуса бака в соответствии с объемом текучей среды в нем по существу без образования полости внутри упомянутой камеры, заполненной остаточным воздухом или парами.
Предпочтительно каждый из упомянутых баков для хранения дополнительно включает регулятор расхода, связанный с упомянутым распределительным проходом и предназначенный для регулирования расхода текучей среды из упомянутой камеры через упомянутый распределительный проход.
Предпочтительно каждый из упомянутых баков для хранения дополнительно включает по меньшей мере один нормально закрытый перекачивающий канал, установленный на упомянутом корпусе бака в месте, расположенном в основном рядом с упомянутым распределительным проходом, причем упомянутый по меньшей мере один перекачивающий канал приспособлен для подключения к другому одному из упомянутых баков для хранения для селективного перекачивания жидкости между ними.
Перечисленные проблемы, кроме того, решаются за счет создания системы перекачивания текучей среды, которая согласно изобретению содержит баки для хранения текучей среды, содержащие по меньшей мере первый и второй баки для хранения текучей среды, каждый из которых включает полый корпус бака, имеющий открытый первый конец, а также распределительный проход, сформированный во втором конце, расположенном в основном против упомянутого первого конца, стенку основания, размещенную с возможностью перемещения в упомянутом открытом первом конце упомянутого корпуса бака и взаимодействующую с упомянутым корпусом бака, образуя внутреннюю камеру для помещения выбранной текучей среды, упомянутая стенка основания может смещаться внутри упомянутого корпуса бака, изменяя размер объема упомянутой камеры в соответствии с объемом текучей среды, находящейся в упомянутой камере; упомянутая стенка основания упомянутого первого бака для хранения имеет канал для втекания, сформированный в ней, а упомянутый второй бак для хранения соединен с упомянутой стенкой основания упомянутого первого бака для хранения, причем распределительный проход упомянутого второго накопительного бака связан по потоку с упомянутым каналом для втекания, благодаря чему текучая среда из упомянутого второго бака для хранения поступает в упомянутый первый бак для хранения для подачи в свою очередь через упомянутый распределительный проход упомянутого первого бака для хранения, причем упомянутый второй бак для хранения имеет размеры, позволяющие входить как в гнездо в упомянутый корпус упомянутого первого бака для хранения, когда текучая среда удаляется из упомянутых первого и второго баков для хранения.
Предпочтительно текучая среда в упомянутых камерах бака для хранения является жидкостью, причем упомянутая стенка основания в каждом упомянутом баке для хранения располагается внутри упомянутого корпуса бака в соответствии с объемом текучей среды в нем по существу без объема, заполненного остаточным воздухом или парами.
Предпочтительно система дополнительно содержит блок датчика уровня текучей среды, связанный с упомянутой стенкой основания упомянутого второго накопительного бака и расположенный вне упомянутой его камеры, причем упомянутый блок датчика включает средство для отслеживания положения упомянутой стенки основания относительно упомянутого корпуса бака, показывая объем текучей среды в упомянутой камере.
Предпочтительно система перекачивания текучей среды дополнительно содержит средство для регулируемого и селективного продвижения упомянутой стенки основания упомянутого второго бака для хранения в направлении к его упомянутому распределительному проходу для отвода текучей среды из упомянутой камеры, а также для втягивания упомянутой стенки основания в направлении от упомянутого распределительного прохода для втягивания текучей среды в упомянутую камеру.
Предпочтительно система также содержит регулятор расхода, связанный с упомянутым распределительным проходом упомянутого первого бака для хранения и предназначенный для регулирования расхода текучей среды, выходящей из упомянутой камеры через упомянутый распределительный проход.
Перечисленные проблемы также решаются за счет создания системы стыковки, приводимой в действие текучей средой, устанавливаемой на одном корпусе и согласно изобретению содержащей первый бак для хранения текучей среды, включающий полый корпус, имеющий открытый первый конец и перекачивающий канал, образованный во втором конце, расположенном в основном напротив упомянутого первого конца, стенку основания, расположенную с возможностью перемещения в упомянутом открытом первом конце упомянутого корпуса бака, которая совместно с ним образует внутреннюю камеру для приема выбранной текучей среды, а также средство для регулируемого и селективного продвижения упомянутой стенки основания в направлении упомянутому перекачивающему каналу для отвода текучей среды из упомянутой камеры, а также для втягивания упомянутой стенки основания в направлении от упомянутого перекачивающего канала для пропускания текучей среды в упомянутую камеру; второй бак для хранения текучей среды, включающий полый корпус, имеющий открытый первый конец и перекачивающий канал, образованный во втором конце, расположенном главным образом напротив упомянутого первого конца, стенку основания, расположенную с возможностью перемещения в упомянутом открытом первом конце упомянутого корпуса бака, которая совместно с ним образует внутреннюю камеру для приема выбранной текучей среды, средство для соединения между собой упомянутых перекачивающих каналов упомянутых первого и второго баков для перекачивания текучей среды между упомянутыми первым и вторым баками; а также стыковочный элемент, закрепленный на упомянутой стенке основания упомянутого второго бака для хранения посредством модифицированного штока чувствительного элемента, при этом продвижение упомянутой стенки основания упомянутого первого бака для хранения в упомянутый второй бак для хранения, а также к соответствующему выдвижению модифицированного штока вместе со стыковочным элементом, который обеспечивает надежное стыковочное сцепление с другим корпусом, либо из упомянутого второго бака для хранения в упомянутый первый бак для хранения, а также к соответствующему втягиванию упомянутого стыковочного элемента.
Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут ясны из следующего подробного описания со ссылками на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют в качестве примера принципы изобретения и на которых
фиг. 1 - фрагмент вертикального разреза, показывающий бак для хранения переменного объема или резервуар, конструкция которого выполнена в соответствии с новыми отличительными признаками изобретения;
фиг. 2 - фрагмент вертикального разреза резервуара для хранения, показанного на фиг. 1, в положении, когда жидкую фазу, например топливо, выкачивают из него;
фиг. 3 - в увеличенном масштабе фрагмент вертикального разреза части резервуара для хранения, показанного на фиг.2, иллюстрируя работу регулятора расхода, предназначенного для управления количеством жидкой среды из резервуара;
фиг. 4 - в увеличенном масштабе фрагмент горизонтального разреза по 4-4 на фиг.1;
фиг. 5 - в увеличенном масштабе фрагмент горизонтального разреза по 5-5 на фиг.2;
фиг. 6 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая использование резервуара для хранения типа, показанного на фиг.1-5, в системе, обеспечивающей подачу топлива к паре авиадвигателей и т.п.;
фиг. 7 - схематичная диаграмма, аналогичная показанной на фиг.6, но иллюстрирующая функционирование емкостей-накопителей топлива в случае отказа одного из двигателей на самолете;
фиг. 8 - схематичная диаграмма, аналогичная фиг.6, но показывающая использование резервуаров для хранения типа, изображенного на фиг.1-5, в системе, предназначенной для снабжения топливом четырех авиадвигателей и т. п.;
фиг. 9 - схематичная диаграмма, аналогичная фиг.6, показывающая использование множества резервуаров для хранения типа, изображенного на фиг.1-5, в системе, предназначенной для снабжения топливом пары авиадвигателей и т.п. и включающей дополнительно вспомогательный или резервный резервуар для хранения топлива;
фиг.10 - пара баков для хранения переменного объема, предназначенных для хранения текучей среды, или резервуаров типа, показанного на фиг.1-5, в вертикальном разрезе, иллюстрирующем перекачивание жидкости из одного резервуара для хранения в другой;
фиг. 11 - иллюстрация перекачивания текучей среды из складного и сбрасываемого питающего контейнера в бак для хранения переменного объема или в резервуар, выполненный в соответствии с настоящим изобретением;
фиг. 12 - баки для хранения жидкости переменного объема или представляет резервуары типа, показанного на фиг.1-5, имеющие различные размеры и соединенные между собой, обеспечивая эффективное использование объема за счет вложения резервуаров для хранения друг в друга после удаления текучей среды из них;
фиг. 13 - резервуары для хранения, показанные на фиг.12, в положении, когда они вложены друг в друга;
фиг. 14 - вид военного реактивного самолета, оборудованный топливными баками переменного объема, которые могут вкладываться друг в друга, типа, показанного на фиг.12 и 13;
фиг.15 - схематичный вид баков для хранения переменного объема или резервуаров, выполненных в соответствии с настоящим изобретением и подключенных к общей расходной линии;
фиг. 16 - вид пары баков для хранения переменного объема или резервуаров типа, показанного на фиг.1-5, в виде вертикального разреза, иллюстрирующий перекачивание текучей среды из одного резервуара для хранения в другой, что может потребоваться при управляемой стыковке космических летательных аппаратов и т.п.
Как видно из чертежей, усовершенствованный бак для хранения или резервуар, обозначенный целиком позицией 10, предназначен для хранения и манипулирования текучей средой 12, например топливом и т.п., в системе подачи топлива в самолете или каком-либо транспортном средстве, оснащенном двигателем. Бак 10 для хранения текучей среды образует камеру переменного объема 14, из которой можно распределять заданную текучую среду 12 по существу без образования объема, заполненного остаточным воздухом или парами. Кроме этого, имеется блок 16 датчика уровня текучей среды, предназначенный для индикации объема текучей среды, остающегося в баке 10 для хранения, причем блок датчика 16 закреплен вне камеры 14, заполненной текучей средой, поэтому он изолирован от прямого контакта с текучей средой 12. Множество баков 10 для хранения, конструкции которых выполнены в соответствии с данным изобретением, соединены между собой в системе подачи текучей среды, например в системе подачи топлива в самолете и т.п. Как вариант, бак 10 для хранения можно использовать во множестве приложений, связанных с манипулированием текучей средой, обеспечивая безопасное и эффективное перекачивание потенциально опасных веществ.
Как показано на фиг.1-5, в соответствии с одним предпочтительным вариантом реализации изобретения бак для хранения текучей среды или резервуар 10 содержит относительно жесткий полый корпус 18 заданных размеров и формы, также имеется выпускной или распределительный проход 20, расположенный в нижнем конце корпуса. Верхний конец корпуса 18 бака открыт, в него входит с возможностью перемещения стенка основания 22, форма поперечного сечения которой близка форме поперечного сечения корпуса 18 бака, так что они скользят друг по другу. Стенка основания 22 соединена главным образом по периферии с гибким сильфоном в виде кольцевой мембраны 24, которая в свою очередь крепится к корпусу 18 бака в верхнем конце корпуса или вблизи него. В такой конструкции стенка основания 22 содержит подвижную перегородку, которая взаимодействует с корпусом 18 бака, образуя камеру переменного объема 14, в которой размещается текучая среда 12. Показанная на фиг.1 стенка основания 22 находится по существу во втянутом положении, когда бак 10 для хранения практически заполнен, а показанная на фиг.2 стенка основания 22 частично продвинута, при этом бак 10 для хранения частично опорожнен. Бак 10 для хранения можно устанавливать на соответствующей раме 26, например на раме, предназначенной для крепления бака внутри или на поверхности летательного аппарата в топливной системе и т.п.
Текучую среду 12 подают через распределительный проход 20 управляемым образом для использования. В частности, на фиг.1-3 представлен один вариант регулятора расхода 28, связанного с распределительным проходом 20 и предназначенного для регулирования подачи текучей среды 12, например жидкого топлива, в топливный коллектор 30, по которому топливо поступает к одному или нескольким авиационным двигателям (которые не показаны), применительно к системе подачи топлива на самолете. Данный регулятор расхода 28 содержит упругий ниппель с отверстием 32, прикрепленный к корпусу 18 бака у распределительного прохода 20 с помощью колпачкового штуцера 34 и т.п., при этом желательно включить соответствующий топливный фильтр 36, расположенный в распределительном проходе 20. Расход среды через ниппель 32 можно регулировать с помощью зажима, имеющего подвижные регулируемые захваты 38 и 40, которые прилегают к ниппелю с противоположных сторон несколько выше или до прохода ниппеля 42, который может иметь главным образом Х-образную щель, как это показано на фиг.4 и 5. Блок управления 43 (фиг.1) предназначен для регулируемой установки зажимных захватов 38, 40 для частичного сжатия или сдавливания ниппеля 32 с целью увеличения открытой проточной зоны, образованной проходом ниппеля 42, как это видно на примере, показанном на фиг.2, 3 и 5, или для возврата ниппеля 32 по существу в недеформированное состояние с закрытым проходом 42, как это видно на фиг.1 и 4. В другом варианте зажимные захваты 38, 40 можно сместить навстречу друг другу на расстояние, достаточное для плотного зажима с целью перекрытия ниппеля 32, не допуская проток текучей среды через него. Когда проход ниппеля 42 открыт, среда из бака 10 может выходить под действием силы тяжести или под действием одного или нескольких топливных насосов 44, как это обычно делается в топливных системах самолетов, или с помощью средства, работающего по принципу Вентури и создающего перепад давления жидкости для получения разрешения в баке 110. Также можно использовать устройства другого типа для регулирования расхода текучей среды с помощью регулируемого выпускного насадка, например с помощью пары настраиваемых переливных каналов типа, показанного и описанного в заявке США 09/129715 от 5 августа 1998 г. и используемого в данной заявке в качестве аналога.
Расход текучей среды из бака 10 для хранения контролируется с помощью блока 16 датчика уровня текучей среды. На фиг.1 и 2 показан блок 16 датчика, включающий корпус датчика 46, установленный на верхнем конце корпуса 18 бака с помощью монтажного хомута 48 и т.п. В корпусе датчика 46 расположен направляющий шток чувствительного элемента 50, который закреплен с возможностью перемещения в ответ на изменения уровня текучей среды 12 в камере бака 14.
Более подробно, направляющий шток чувствительного элемента 50 включает ориентированный вертикально элемент, нижний конец которого несет подвешенную плиту 52 и т.п., которая опирается на наружный направленный вверх торец стенки подвижного основания 22. Как показано на фиг.1, бак 10 по существу заполнен, направляющий шток 50 чувствительного элемента проходит вверх внутри корпуса датчика 46, заканчиваясь у верхнего его конца. Однако при вытекании текучей среды из бака 10 шток 50 датчика снижается, следуя за перемещением стенки основания 22, благодаря чему верхний конец штока 50 датчика также переместится вниз внутри корпуса датчика 46. Следует отметить, что на верхнем конце штока 50 элемента установлен проводящий контакт 54, проходящий мимо разнесенных между собой в вертикальном направлении последовательных проводящих контактных столбиков 56, установленных на корпусе датчика 46, в результате чего вырабатывается последовательность электрических сигналов, которые можно фиксировать контрольно-измерительным устройством 58. Это устройство 58 может быть запрограммировано для перевода перемещения штока 50 элемента в значение оставшегося в баке для хранения 10 объема текучей среды, которое может быть выведено на указатель.
Вдобавок к этому направляющий шток 50 чувствительного элемента следует соединить с контрольно-измерительным устройством 58 или другим соответствующим механическим исполнительным устройством для выдвижения или втягивания штока чувствительного элемента 50 относительно связанного с ним бака 10 для текучей среды. Продвижение направляющего штока 50 в сторону вытеснения заставляет подвижную стенку основания 22 продвинуться или опуститься в корпус 18 бака, в результате чего текущая среда, находящаяся в камере 14, будет принудительно вытесняться или перекачиваться из бака в другое место через распределительный проход 20 или через один или несколько каналов 62 для перекачивания текучей среды, выполненных на корпусе 18 бака в местах, расположенных рядом с распределительным проходом 20. И наоборот, втягивание направляющего штока 50 заставляет подвижную стенку 22 втягиваться или перемещаться вверх в корпусе 18 бака, вводя дополнительную жидкость из другого места через распределительный проход 20 или через один и более каналов 62 для перекачивания текущей среды в камеру 14 бака. Существенно то, что в процессе такого перекачивания текучей среды в соответствующий бак 10 для хранения или из него она выходит без образования воздушной или паровой полости в камере 14. Помимо этого, при необходимости внешние элементы емкости для хранения, например узел датчика 16, могут быть изготовлены из инертных или относительно негорючих материалов, чтобы еще в большей степени уменьшить опасность пожара.
Конечно, датчики других типов можно использовать в данном случае, например ультразвуковые датчики уровня.
На фиг. 6 и 7 представлена группа из нескольких баков 10 для хранения типа, показанного и описанного на фиг.1-5, которые применяют в системе, предназначенной для подачи топлива к паре двигателей 60 на самолете. В таком варианте системы несколько баков 10 соединены между собой с помощью каналов 62 для перекачивания, расположенных рядом с соответствующим распределительным проходом 20 у нижнего конца корпуса 18 каждого бака, как это показано на фиг.1-3. Эти перекачивающие каналы 62 обычно закрыты и уплотнены, допуская быстрое соединение между собой нескольких баков 10 для хранения, из которых три показаны в примере на фиг.6 и 7. В частности, три бака для хранения соединены между собой последовательно, причем один бак расположен по центру между двумя другими баками, а проток осуществляется по линиям 64 для перекачивания текучей среды, подключенным между соответствующими перекачивающими каналами 62. Эти линии 64 для перекачивания текучей среды могут быть выполнены из упругих трубок с регулирующими клапанами 66 зажимного типа, установленными на трубках, а их конструкция показана и описана применительно к фиг.3-5, причем эти клапаны осуществляют селективное перекрытие соответствующей линии 64 для перекачивания текучей среды при необходимости. Также можно применить другие материалы для трубок, а также регулирующие клапаны других типов, например регулятор расхода 28.
Во внешней паре баков для хранения топлива 10, показанных на фиг.6 и 7, имеются соответствующие распределительные проходы 20, связанные с соответствующей парой топливных коллекторов 30, в каждом из которых имеется топливный насос 44. Во время нормальной работы все три взаимосвязанных топливных бака 10 подают топливо к двигателям 60. Т.е. топливные баки 10 открыты для протока топлива между ними, причем они по существу образуют общий топливный резервуар для питания двигателей 60. В каждом баке 10 при вырабатывании топлива из него соответствующая стенка основания 22 опускается внутри корпуса бака 18, исключая какую-либо существенную воздушную или паровую полость над остаточным объемом топлива. В результате исключается какая-либо вероятность того, что будет образовываться значительный объем взрывоопасных паров топлива. Вдобавок к этому, блок датчика 16 в каждом из нескольких баков 10 обеспечивает текущую индикацию неиспользованного объема топлива, причем для этого не требуется, чтобы какая-либо часть блока датчика 16 монтировалась непосредственно внутри камеры 14, содержащей топливо. В такой конструкции возможность возникновения катастрофического пожара или взрыва, которые случаются при скоплении паров топлива, а также при наличии электрических компонентов, которые могут быть источниками воспламенения в топливной камере 14, по существу исключается.
В случае отказа системы, например при поломке двигателя или топливного насоса, баки 10 для хранения по настоящему изобретению продолжают функционировать в виде общего топливного резервуара для остальных действующих двигателей 60 на самолете. На фиг.7 вышедший из строя двигатель 60 и/или отказавший топливный насос 44 показаны штриховыми линиями. В таком случае подача топлива к отказавшему двигателю 60 или от отказавшего насоса 44 обычно прекращается просто путем обесточивания данного топливного насоса 44. Как вариант, если потребуется, такую подачу топлива можно прекратить включением соответствующего регулятора расхода 28 для принудительной остановки прохода топлива через распределительный проход 20 бака 10, связанного с неработающими насосом и двигателем. После этого перекачивающие каналы 62 и соответствующие линии 64 для перекачивания связывают цепочку баков 10 для хранения, обеспечивая беспрепятственный проход топлива через последовательные баки и далее в коллектор 30 для питания действующих двигателей.
На фиг.8 представлен еще один вариант реализации концепции данной системы, показанной на фиг.6 и 7, в которой соединенные последовательно пять баков 10 для хранения связаны перекачивающими топливо каналами 62 и соответствующими перекачивающими линиями 64 в топливной системе, питающей четыре авиационных двигателя 60. В данном варианте в случае отказа одного из двигателей 60 или одного любого топливного насоса, подающего топливо к каждому двигателю, прекращение подачи к отказавшему компоненту приведет к образованию цепочки баков 10 в виде общего резервуара, из которого топливо поступает ко всем оставшимся действующим двигателям.
На фиг. 9 представлен другой вариант системы, в которой имеется дополнительный или резервный топливный бак 10', конструкция и принцип действия которого соответствует баку 10, показанному и описанному выше. Как видно, резервный бак 10' соединен множеством перекачивающих каналов 62 и соответствующих перекачивающих линий 64 с каждым из множества первичных баков 10, три из которых представлены в конфигурации системы, показанной на фиг.6 и 7. При отказе или повреждении одного из первичных баков 10 управляющие клапаны 66, установленные в соответствующих перекачивающих линиях 64, можно закрыть, отсоединяя поврежденный бак от соседних первичных баков и подключая поврежденный бак к резервному баку 10'. Соответствующее втягивание штока чувствительного элемента 50 и связанной с ним стенки основания 22 в резервном баке 10', которое сопровождается выдвижением штока чувствительного элемента 50 и связанной с ним стенки основания 22 в поврежденном первичном баке 10, обеспечивают эффективное и быстрое перекачивание оставшегося топлива из поврежденного первичного бака 10 в резервный бак 10'. Как только завершится это перекачивание топлива, управляющий клапан 66, установленный в перекачивающей линии 64, соединяющей резервный бак 10' с поврежденным первичным баком 10, можно закрыть, изолируя поврежденный бак от остальной части системы подачи топлива. Такая изоляция поврежденного первичного бака 10 может привести к отключению одного из авиационных двигателей 60, а резервный бак 10' и оставшиеся первичные баки 10 образуют общий топливный резервуар, из которого продолжается подача топлива ко всем остальным работающим двигателям на самолете.
Перекачивание топлива между резервным баком 10' и первичным накопительным баком 10 подробно представлено на фиг.10, причем понятно, что такое перекачивание текучей среды может иметь место в самолетной системе подачи топлива, тип которой показан и описан на фиг.9, или в какой-либо другой системе перекачивания, в частности, используемой для потенциально опасных жидких агентов. Как видно, первичный бак 10 частично заполнен текучей средой 12, его можно подключить через регулятор расхода 28 описанного выше типа для подачи текучей среды 12 с регулируемым расходом в топливный коллектор 30 или в другое выбранное место. Перекачивающая линия 64, в которой имеется управляющий клапан 66, соединяет первичный бак 10 с дополнительным или резервным баком 10' соответствующей муфтой, установленной между перекачивающими каналами 62, выполненными на паре баков для хранения. Распределительный проход 20 резервного бака 10' показан закрытым колпачком 34'. Шток чувствительного элемента 50, соединенный со стенкой основания 22 резервного бака 10', может втягиваться под контролем монитора 58, а шток чувствительного элемента 50, связанный со стенкой основания 22 первичного бака 10, может выдвигаться под контролем монитора, подавая текучую среду 12 быстро и легко из первичного бака 10 в резервный бак 10'. Как только подача текучей среды завершается, управляющий клапан 66 может быть закрыт и/или перекачивающую линию 64 можно отсоединить от двух баков. Существенно, что перекачивание текучей среды производится, когда она проходит в виде непрерывного или сплошного потока по существу при отсутствии каких-либо промежутков или пустот, в которых могут накапливаться летучие пары. Перекачивание текучей среды без образования промежутков или пустот может, в частности, потребоваться при манипулировании отдельными вредными видами топлива и т.п., например, при транспортировке высоколетучих видов топлива, таких как гидразин, в космосе. Кроме этого, перекачивание текучей среды таким способом может производиться независимо от ориентации двух баков для хранения и/или наличия силы тяжести, благодаря чему такое перекачивание жидкости может производиться быстро и легко в космическом пространстве.
Применение перекачивания жидкости с использованием усовершенствованного бака 10 для хранения по настоящему изобретению показано на фиг.11, где бак 10 для хранения можно наполнить первый раз или повторно из сминаемого и обычно выбрасываемого заправляющего контейнера 70. Заправляющий контейнер 70 наполнен заданной текучей средой, например топливом или другим потенциально опасным веществом, он содержит упругий сминаемый корпус 72 контейнера с открытым горлом 74, на котором обычно установлен закрывающий колпачок 76. Конструкция колпачка 76 обеспечивает быстрое и легкое подсоединение к перекачивающему проходу 62 на баке 10 для хранения, непосредственно, как показано на фиг. 11, или через перекачивающий патрубок 64, тип которого был представлен и описан. Когда колпачок 76 закреплен на перекачивающем проходе 62, текучая среда 12, находящаяся в сминаемом контейнере 70, может втекать в камеру 14 переменного объема бака 10 для хранения. В предпочтительном процессе перекачивания протоку текучей среды из заправляющего контейнера 70 в бак 10 способствует втягивание штока чувствительного элемента 50 и связанной с ним стенки основания 22 бака 10, подающей текучую среду 12 в камеру 14. Такое перекачивание текучей среды может проводиться при любой ориентации и независимо от силы тяжести, поэтому процедуру перекачивания можно проводить на земле, на самолете во время полета или на космическом летательном аппарате во время нахождения в космическом пространстве. Когда перекачивание текучей среды завершается, сминаемый заправочный контейнер 70 можно отсоединить от бака 10 и соответствующим образом направить в отходы. И наоборот, понятно, что перекачивание текучей среды можно проводить в обратном направлении, а именно направляя текучую среду 12 из бака 10 в заправляющий контейнер 70, если потребуется.
На фиг. 12-14 представлена конфигурация системы, в которой используются несколько баков для хранения, сконструированных в соответствии с настоящим изобретением, образуя систему топливных баков для самолета 80 (фиг.14), в котором множество баков можно вставлять друг в друга, в значительной степени уменьшая размеры обтекаемого профиля, когда топливо выводится из системы. В частности, как показано на фиг.12 и 13, первый бак 110 для хранения относительно большого размера имеет распределительный проход 20, связанный через регулятор расхода 28 и т. п. с соответствующим топливным коллектором 30, предназначенный для подачи топлива в двигатель самолета (который не показан) и т. п., как это было представлено и описано выше. В подвижной стенке основания 22 первого бака 110 имеется канал для втекания 112, связанный со вторым баком 210 для хранения меньшего размера для прохода топлива через распределительный проход 20 бака меньшего размера в бак для хранения большего размера 110. В подвижной стенке основания 22 второго бака 210 также имеется канал для втекания 212, который связан с третьим баком еще меньшего размера 310 и предназначен для подачи топлива через его распределительный проход 20 во второй бак 210. Заданное количество таких постепенно уменьшающихся баков для хранения можно связать последовательно указанным способом, причем для трех баков 110, 210 и 310, показанных на фиг.12-13, последний бак имеет стенку основания 22 без канала, к которой крепится шток чувствительного элемента 50 датчика уровня текучей среды.
На фиг. 12 представлена последовательность баков 110, 210 и 310 для хранения по существу в наполненном состоянии, ориентированных вдоль продольной оси и стыкующихся торцами. Когда топливо вырабатывается из соединенных последовательно баков, каждая подвижная стенка основания продвигается в соответствующую камеру 14, содержащую топливо, уменьшая их объемные размеры и дополнительно заставляя баки постепенно входить один в другой. На фиг. 13 представлена последовательность баков 110, 210 и 310, которые опорожнены и помещены друг в друга. Можно воспользоваться соответствующим направляющим средством (которое не показано), например рельсом и т.п., удерживающим отдельные баки и обеспечивающим их осевое смещение. На фиг.14 представлена последовательность топливных баков в удлиненном и по существу наполненном состоянии, подвешенных снизу на самолете 80.
Четыре бака 10 для хранения, конструкция которых соответствует настоящему изобретению, показаны на фиг.15 в положении, когда они подключены к общему питающему коллектору 30. Каждый бак 10 для хранения обеспечивает подачу заданной текучей среды с управляемым расходом с помощью регулятора 28 или т. п. в общий коллектор 30, причем отдельные блоки датчиков 16 уровня жидкости на баках 10 связаны с контрольно-измерительным устройством (монитором) 58, предназначенным для контроля и индикации уровня текучей среды в каждом баке. В случае повреждения или нештатного функционирования одного или более баков 10 оставшуюся в них текучую среду можно быстро и эффективно перекачать в один или более оставшихся баков путем соответствующих выдвижения и втягивания стенок основания 22 в баках. В частности, как показано на фиг.15, оставшуюся текучую среду можно выгнать из пары баков 10 путем соответствующего продвижения штоков чувствительных элементов 50 и связанных с ними стенок основания 22 в баках, как показано стрелками 82, а также ввести текучую среду в другую пару баков путем соответствующего втягивания штоков чувствительных элементов 50 и связанных с ними стенок основания 22, как это показано стрелками 84. Снова напоминаем, что перекачивание можно осуществить независимо от ориентации баков и гравитационных полей, благодаря чему система полностью функционирует в космосе.
Бак для хранения по настоящему изобретению имеет ряд применений, в которых перекачивание текучей среды можно применить для управления механическим перемещением. Например, как показано на фиг.16, первый бак для хранения 410 для текучей среды, конструкция которого выполнена в соответствии с данным изобретением, содержит подвижную стенку основания 22, соединенную со штоком чувствительного элемента 50 для регулируемого выдвижения и втягивания его относительно содержащей текучую среду камеры 14 в корпусе 18 бака. Бак 410 соединен перекачивающим патрубком 64, расположенным между парой перекачивающих каналов 62, со вторым баком 510 для хранения, обеспечивая перекачивание текучей среды между двумя баками 410 и 510. Это видно на фиг.16, где показаны распределительные проходы 20 двух баков 410 и 510, закрытые колпачками 86, но понятно, что баки можно соединить между собой через распределительные проходы 20 вместо соединения через перекачивающие каналы 62.
Подвижная стенка основания 22, расположенная во втором баке 510 (фиг. 16), удерживает модифицированный шток чувствительного элемента 150, содержащий стыковочный шток или элемент, предназначенный для механического соединения с другим корпусом, например стыковочный элемент 87, на космическом аппарате 88. В таком случае два бака 410 и 510, а также соответствующий стыковочный шток 150 следует устанавливать на одном космическом аппарате, с которым должен состыковаться космический аппарат 88. Приемлемое втягивание штока чувствительного элемента 50 в первом баке 410 приведет к перекачиванию текучей среды из второго бака 510 в первый бак 410, а также к соответствующему продвижению стыковочного штока 150 во второй бак 510 в направлении, показанном стрелкой 89. Такое вытеснение предназначено для приведения космического аппарата 88 в надежное стыковочное сцепление. Существенно то, что этот процесс стыковки может проводиться плавно и под тщательным контролем, поскольку производится плавное перекачивание текучей среды между баками 410, 510 для хранения.
Возможны дальнейшие модификации и усовершенствования системы перекачивания жидкости, а также бака для хранения переменного объема согласно настоящему изобретению. Таким образом, описание, приведенное выше, и сопровождающие чертежи не ограничивают существа изобретения, которое лимитируется только прилагаемой его формулой.
Изобретение относится главным образом к устройствам и системам, предназначенным для хранения и перекачивания летучих и/или потенциально опасных текучих сред, в частности таких, как авиационное топливо в системе его подачи для самолета. Система включает в себя по крайней мере один бак для хранения текучей среды переменного объема или резервуар, а также систему перекачивания соответствующей текучей среды, предназначенные для хранения и перекачивания текучей среды, в частности топлива, в системе его подачи в самолете. Каждый бак для хранения содержит корпус, который в сочетании с подвижной стенкой основания образует внутреннюю камеру переменного объема для приема и накопления текучей среды. Изобретение позволяет повысить безопасность и эффективность подачи опасной текучей среды из одного места в другое путем предотвращения образования полости, заполненной воздухом или парами внутри бака хранения. 5 с. и 26 з.п.ф-лы, 16 ил.
| СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ТОПЛИВА ИЗ БАКОВ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА | 1992 |
|
RU2021168C1 |
| СИСТЕМА ПЕРЕКАЧКИ ТОПЛИВА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА | 1994 |
|
RU2081793C1 |
| ТОПЛИВНЫЙ БАК | 1991 |
|
RU2092396C1 |
| US 5660358 А, 26.08.1997 | |||
| US 3876121 А, 08.04.1975 | |||
| Имитатор шумов | 1980 |
|
SU940202A1 |
