Автотопливомаслозаправщик Российский патент 2020 года по МПК B60S5/02 B60P3/22 

Изобретение относится к средствам, обеспечивающим в полевых условиях заправку техники горючесмазочными материалами (ГСМ), в частности топливом и маслом. Автотопливомаслозаправщик предназначен для транспортирования, кратковременного хранения, заправки техники и малых кораблей горючим с учетом выданного количества, а также турбинным и моторным маслом, разогретым, в случае низкой температуры окружающей среды, с учетом выданного количества.

Известно множество автотопливомаслозаправщиков, принципиально скомпонованных по одной и той же схеме: одна цистерна на шасси высокой проходимости, разделённая на несколько секций, в каждой из которых может храниться и транспортироваться определённый вид ГСМ. К таким автотопливомаслозаправщикам относится, например, продукция ООО «Уральский завод спецтехники» (https://uzst.ru/tech/avtoczisterny/avtotoplivomaslozapravshhik). Разделение одной цистерны на несколько отсеков позволяет перевозить сразу до четырех различных видов ГСМ. Каждый отсек оборудован автономным раздаточным узлом, пистолетом и счетчиком расхода, что позволяет одновременно обслуживать четыре различные машины или заправлять один автомобиль одновременно 4 видами ГСМ.

Более сложный (многофункциональный) автотопливомаслозаправщик известен из патента CN 201442538U. К раскрытой выше схеме добавляется, по меньшей мере, моечная система.

Все вышеуказанные автотопливомаслозаправщики не приспособлены для работы в условиях низких температур (до минус 50 °С). Опционно предусмотрена возможность установки отопителя кабины водителя. Секционная конструкция цистерны малопригодна для реализации системы подогрева масла в сочетании с одновременной заправкой нескольких единиц техники.

В качестве прототипа выбран автотопливозаправщик (RU 156486U1), оснащенный базовым шасси, на котором смонтированы цистерна с заливной горловиной, дыхательные клапаны, воздушный фильтр, отстойник и уровнемер, насос с приводом от базового двигателя и возможностью использования автономного двигателя, фильтр-водоотделитель, счетчик выданного топлива, пенал левый и пенал правый с напорно-всасывающими рукавами, задний технологический отсек с арматурой и запорно-регулирующей аппаратурой, трубопроводы, контрольно-измерительные приборы, электрооборудование, средства пожаротушения, заземляющие устройства, в котором дополнительно введены два боковых ящика с двумя барабанами для раздаточных рукавов, оснащенных раздаточными кранами и задний технологический отсек с восьмью барабанами для раздаточных рукавов, оснащенных раздаточными кранами, передний шкаф размещен между кабиной водителя и цистерной, оборудован баком для гидропривода намотки барабанов и размещенными в нем двадцатью пятью канистрами для перевозки жидкостей, намотка рукавов на барабан осуществляется с помощью гидропривода.

Существенно, что в данном автотопливозаправщике предусмотрен шкаф (отсек) с баком для гидропривода и ёмкостями для перевозки жидкостей (масла). Недостатком технического решения является то, что емкости представляют собой канистры для, фактически, ручной заправки маслом, а гидропривод используется исключительно для привода барабанов раздаточных рукавов. И так же как аналоги, автотопливозаправщик не приспособлен к использованию при низких температурах.

Задача изобретения состояла в устранении вышеуказанных недостатков прототипа.

Технический результат от использования изобретения – возможность работы при температурах до минус 50 °С, использование гидропривода для работы топливного насоса, возможность разогрева среды в сторонней ёмкости, высокая степень автоматизации.

Указанная задача решается автотопливомаслозаправщиком, оснащенным базовым шасси, на котором смонтированы цистерна с заливной горловиной, топливный насос, счетчики выданного продукта, пеналы с напорно-всасывающими рукавами, задний технологический отсек с арматурой и запорно-регулирующей аппаратурой, гидропривод, масляный отсек с баком для гидропривода и по меньшей мере одной ёмкостью для хранения масла для заправки техники, трубопроводы, фильтры, контрольно-измерительные приборы, электрооборудование, средства пожаротушения, заземляющие устройства, в котором, согласно изобретению, бак для гидропривода и ёмкость для хранения масла для заправки техники объединены в единую ёмкость, в масляную систему интегрирована система подогрева с по меньшей мере двумя дросселями и одним гидрораспределителем, масляный отсек содержит, по меньшей мере один насос для подачи масла в дроссельный подогреватель и один насос для заправки техники и для гидропривода, оба насоса с приводом от базового двигателя, при этом гидропривод обеспечивает работу топливного насоса.

Исходя из задач, стоящих перед изобретением, целесообразно масляный отсек выполнять теплоизолированным.

Автотопливомаслозаправщик также может быть выполнен с возможностью разогрева среды в сторонней ёмкости.

Автотопливомаслозаправщик также может содержать систему блокировок, сигнализаторов, которые отключают технологические операции и сигнализируют, по меньшей мере, в следующих случаях: при достижении предельных уровней значений топлива в цистерне; при засорённом фильтре; при достижении максимально допустимой температуре разогреваемого масла; при минимально допустимом уровне масла в маслобаке; при наличии воды в топливе, предназначенном для заправки техники.

Предпочтительна также установка системы принудительной блокировки колес шасси при выполнении технологических операций.

Целесообразно управление технологическими операциями, как из топливного, так и из масляного отсека оснащать системой аварийной остановки двигателя.

Повышение уровня автоматизации довершается автоматической системой контроля ГСМ, способной осуществлять их контроль и учёт при выполнении операций приём и выдачи, с формированием отчёта, в том числе посредством устройства беспроводной передачи данных.

Автоматизация может быть скомпонована с использованием известной материально-технической базы (датчики, исполнительные механизмы и т.п.) и оригинального программного обеспечения.

Для дополнительной защиты автотопливомаслозаправщик может быть снабжён тентовым модулем.

Целесообразно также использовать наработки, известные из уровня техники: обеспечение возможности перекачки ГСМ из одной емкости в другую, минуя собственные ёмкости (достигается применением дополнительных трубопроводов, запорной и регулирующей арматуры); организация места для размещения, по меньшей мере, шести канистр объемом, по меньшей мере, 20 л каждая для хранения дополнительного объёма ГСМ.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан вид сбоку на автотопливомаслозаправщик.

На фиг. 2 показана общая схема технологическая принципиальная (масляная и топливная системы).

На фиг. 3 показана схема прохождения масла через дроссели (процесс разогрева).

На фиг. 4 показана схема прохождения масла для обеспечения работы гидромотора (гидропривод).

На фиг. 5 показана схема прохождения разогретого до необходимой температуры масла через подключаемый теплообменник для разогрева сторонней ёмкости.

Автотопливомаслозаправщик оснащен базовым шасси 1 (например, автомобильное шасси повышенной проходимости КамАЗ-65224 доработанное), на котором смонтирована цистерна 2 с заливной горловиной, топливный насос 3, счетчики выданного продукта (не позиционированы), пеналы 4 с напорно-всасывающими рукавами, задний (топливный) технологический отсек 5 с арматурой и запорно-регулирующей аппаратурой (не позиционированы), утеплённый масляный отсек 6 (утеплитель не показан) с ёмкостью 7 (масляный бак), трубопроводы, фильтры, контрольно-измерительные приборы, электрооборудование, средства пожаротушения, заземляющие устройства (не позиционированы). Система подогрева включает три дросселя 8 (предпочтительное количество дросселей) и гидрораспределитель 9, насос 10 для подачи масла в дроссельный подогреватель (гидрораспределитель 9 и дроссели 8), насос 11, магистраль которого выполнена с возможностью направления потока масла (посредством гидрораспределителя 12 и соответствующей арматуры) на выдачу внешнему потребителю (через узел выдачи 13), на гидромотор 14 и в масляный бак 7 через дополнительный дроссель 15. Насосы 10 и 11 имеют привод от базового двигателя через коробки отбора мощности, соответственно 16 и 17. Компоновка топливного отсека 5 позволяет заправлять до четырёх единиц техники одновременно посредством раздаточных пистолетов 18.

При необходимости, к масляной системе может подключаться теплообменник 19 для разогрева сторонней ёмкости (фиг. 5).

Всё оборудование закрывается тентовым модулем 20 для маскировки автотопливомаслозаправщика, а также защиты от неблагоприятных погодных условий.

Стандартные обозначения на схемах:

Б1 – барабан системы подачи масла; БРС1 – быстроразъемное соединение для приема и выдачи горючего через напорно-всасывающие рукава Ду 75; БРС2 – быстроразъемное соединение для выдачи горючего; ГМШ50 – гидромотор шестеренный; ДКн – донный клапан приема горючего; ДКс – донный клапан слива горючего; ДР1…ДР4 – дроссели; НШ50, НШ100 – насос шестеренный; КОМ1, КОМ2 – коробки отбора мощности; КП – клапан предохранительный; Р1 – гидрораспределитель для направления потока масла от насоса НШ50; Р2 – гидрораспределитель для направления потока масла от насоса НШ100; РП1… РП4 – раздаточные пистолеты; СЖ – счетчик жидкости; СШН-80/1200 – насос топливный; ФТк-18М – фильтр масляный; ФТК-45 – фильтр топливный.

Автотопливомаслозаправщик работает следующим образом.

Загустевшее масло в масляном баке 7 при отрицательной температуре окружающей среды (до минус 50 °С) подвергается принудительной циркуляции посредством насоса 10 систему дросселей 8 (на фиг. 3 движение масла показано стрелками), по мере увеличения температуры давление масла на входе в дроссельный узел начинает падать. Для поддержания необходимого давления и скорости разогрева последовательно отключаются дроссели 8 посредством гидрораспределителя 9. Использование именно трёх дросселей 8 является разумным компромиссом с точки зрения необходимой мощности привода, временем разогрева масла и соотношением температура/давление масла.

Далее приведён расчет необходимой мощности для нагрева и времени нагрева масла.

Объем маслобака V = 500 л = 0,5 м³.

Плотность масла с = 900 кг/м³.

Удельная теплоемкость с = 1,9 кДж/(кг·К).

Тактико-технические характеристики автотопливомаслозаправщика:

время нагрева Т = 1 мин = 60 с;

изменение температуры Дt = 2 °К.

Масса масла в маслобаке:

.

Энергия, необходимая для нагрева 450 кг масла на 2є:

.

Мощность, необходимая для нагрева 450 кг масла на 2є за 1 мин (60 с):

.

Энергия необходимая для разогрева 450 кг масла от минус 23 °С до 50 °С:

.

Расчётное время разогрева при подводимой мощности Р=28,5 кВт:

Полезная мощность насоса:

,

где Nп – полезная мощность насоса, Вт;

Р – рабочее давление, max 16 МПа;

Q – расход, м³/с.

Частота вращения привода насоса n = 1600 об/мин (при передаточном числе от вала КОМ к коленчатому валу двигателя равным единице):

,

где n – частота вращения, об/мин,

Vn – рабочий объём, см³.

Q= 1600 · 100 = 160 000 см³/мин = 160 л/мин = 0,0026 м³/с

Nп=16·10⁶· 0,0026 = 41600 Вт = 41,6 кВт

Потеря давления в дросселе определяется как:

Δp= Δt·с·C·m,

где Δt – повышение температуры масла;

с – плотность масла, 900 кг/м³;

С – удельная теплоемкость, для масла 1,9 кДж/(кг·К);

m – механический эквивалент теплоты (в СИ m=1).

Рассмотрим расчет потери давления при последовательном отключении дросселей при достижении соответствующей Δt в диапазоне температур от минус 30 °С до 50 °С:

Δp₁= 80 · 900 · 1,9 · 1 = 119700 кг/м² ~ 1,2 МПа,

Δp₂= 40 · 900 · 1,9 · 1 = 68400 кг/м² ~ 0,7 МПа,

Δp₃= 20 · 900 · 1,9 · 1 = 34200 кг/м² ~ 0,3 МПа.

Потеря мощности в дросселе определяется как:

ΔN = Δp · Q,

ΔN₁ = 1,2 · 10⁶ · 0,0026 = 3120 Вт ~ 3,1 кВт,

ΔN₂ = 0,7 · 10⁶ · 0,0026 = 1820 Вт ~ 1,8 кВт,

ΔN₃ = 0,3 · 10⁶ · 0,0026 = 780 Вт ~ 0,8 кВт.

С учетом того, что в данной системе применяется три дросселя, то к расчетной мощности необходимой для нагрева 450 кг масла, добавляются потери ΔN.

,

Таким образом, полезной мощности насоса, с учетом потерь, достаточно для обеспечения заданных параметров скорости нагрева.

Расчётные данные подтверждены экспериментальным путём в ходе заводских и государственных испытаний опытного образца АТМЗ-7-65224.

Опытный образец АТМЗ-7-65224 в ходе государственных испытаний на базе ФГБУ «3 ЦНИИ» Минобороны России проходил оценку работоспособности в условиях и после воздействия климатических факторов окружающей среды, а именно выдержка при температуре минус 50 °С в течение 12 ч. После двенадцатичасовой выдержки при минус 50 °С температура масла в маслобаке составила минус 23 °С. Время разогрева до плюс 50 °С составило 43 минуты, что согласуется с расчётными данными с допустимой погрешностью.

При достижении необходимой температуры (максимально 50 °С) дроссельный узел отключается. Далее осуществляются необходимые операции, например, через узел 13 насосом 11 может осуществляться выдача масла внешним потребителям. Насос 11 и дроссель 14 могут использоваться как дополнительная ступень подогрева масла. Гидромотор 14 может быть использован для привода топливного насоса (на фиг. 4 движение масла показано стрелками), что позволяет экономить на техническом обслуживании гидропривода, так как масло постоянно обновляется и уменьшает номенклатуру используемых ГСМ. Направление потока масла регулируется, в данном случае, гидрораспределителем 12.

Возможен также разогрев сторонней ёмкости, если подключить заявленное устройство к соответствующему внешнему теплообменнику 19, то есть запустить циркуляцию масла через этот теплообменник (на фиг. 5 движение масла показано стрелками).

В целом автотопливомаслозаправщик позволяет (с учётом типового, стандартного оборудования) осуществлять следующие функции:

- транспортирование и кратковременное хранение продукта в цистерне;

- наполнение цистерны своим насосом;

- наполнение цистерны сторонним насосом нижним и верхним способами;

- перемешивание продукта в цистерне;

- перекачку продукта из одной емкости в другую, минуя собственную цистерну;

- опорожнение цистерны своим насосом;

- опорожнение цистерны самотеком;

- выдачу продукта из напорно-всасывающих и раздаточных рукавов;

- заправка автобронетанковой техники из своей цистерны, очищенным от загрязнений горючим, открытым способом;

- разогрев масла в маслобаке;

- разогрев масла в сторонней ёмкости;

- наполнение маслобака своим насосом;

- опорожнение маслобака своим насосом;

- заправка разогретым маслом, очищенным от загрязнений.

Изобретение относится к средствам, обеспечивающим в полевых условиях заправку техники горючесмазочными материалами, в частности топливом и маслом. Автотопливомаслозаправщик оснащен базовым шасси, на котором смонтированы цистерна с заливной горловиной, топливный насос, счетчики выданного продукта, пеналы с напорно-всасывающими рукавами, задний технологический отсек с арматурой и запорно-регулирующей аппаратурой, гидропривод, масляный отсек с баком для гидропривода и по меньшей мере одной ёмкостью для хранения масла для заправки техники, трубопроводы, фильтры, контрольно-измерительные приборы, электрооборудование, средства пожаротушения, заземляющие устройства. Бак для гидропривода и ёмкость для хранения масла для заправки техники объединены в единую ёмкость, в масляную систему интегрирована система подогрева с по меньшей мере двумя дросселями и по меньшей мере одним гидрораспределителем, масляный отсек содержит по меньшей мере один насос для подачи масла в дроссельный подогреватель и по меньшей мере один насос для заправки техники и для гидропривода, оба насоса с приводом от базового двигателя. Гидропривод обеспечивает работу топливного насоса. Достигается возможность работы при низких температурах, использование гидропривода для работы топливного насоса, возможность разогрева среды в сторонней ёмкости. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Автотопливомаслозаправщик, оснащенный базовым шасси, на котором смонтированы цистерна с заливной горловиной, топливный насос, счетчики выданного продукта, пеналы с напорно-всасывающими рукавами, задний технологический отсек с арматурой и запорно-регулирующей аппаратурой, гидропривод, масляный отсек с баком для гидропривода и по меньшей мере одной ёмкостью для хранения масла для заправки техники, трубопроводы, фильтры, контрольно-измерительные приборы, электрооборудование, средства пожаротушения, заземляющие устройства, отличающийся тем, что бак для гидропривода и ёмкость для хранения масла для заправки техники объединены в единую ёмкость, в масляную систему интегрирована система подогрева с по меньшей мере двумя дросселями и одним гидрораспределителем, масляный отсек содержит по меньшей мере один насос для подачи масла в дроссельный подогреватель и один насос для заправки техники и для гидропривода с приводом от базового двигателя, при этом гидропривод обеспечивает работу топливного насоса.

2. Автотопливомаслозаправщик по п. 1, отличающийся тем, что масляный отсек выполнен теплоизолированным.

3. Автотопливомаслозаправщик по п. 1 или 2, отличающийся тем, что выполнен с возможностью разогрева среды в сторонней ёмкости.

4. Автотопливомаслозаправщик по п. 1 или 2, отличающийся тем, что содержит систему блокировок и сигнализаторов, которые отключают технологические операции и сигнализируют по меньшей мере в следующих случаях: при достижении предельных уровней значений топлива в цистерне, при засорённом фильтре, при достижении максимально допустимой температуры разогреваемого масла, при минимально допустимом уровне масла в маслобаке, при наличии воды в топливе, предназначенном для заправки техники.

5. Автотопливомаслозаправщик по п. 1 или 2, отличающийся тем, что на нём установлена система принудительной блокировки колес шасси при выполнении технологических операций.

6. Автотопливомаслозаправщик по п. 1 или 2, отличающийся тем, что управление технологическими операциями как из топливного, так и из масляного отсеков оснащено системой аварийной остановки двигателя.

7. Автотопливомаслозаправщик по п. 1 или 2, отличающийся тем, что он укомплектован автоматической системой контроля горючесмазочных материалов, способной осуществлять их контроль и учёт при выполнении операций приёма и выдачи, с формированием отчёта, в том числе посредством устройств беспроводной передачи данных.

8. Автотопливомаслозаправщик по п. 1 или 2, отличающийся тем, что он снабжён тентовым модулем.

9. Автотопливомаслозаправщик по п. 1 или 2, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью перекачки горючесмазочных материалов из одной емкости в другую, минуя собственные ёмкости.

10. Автотопливомаслозаправщик по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в масляном отсеке организовано место для размещения по меньшей мере шести канистр объёмом по меньшей мере 20 л каждая.