Топливозаправщики аэродромные

Технологическое оборудование заправочного модуля (рис. 19), как правило, монтируется на сварной раме, которая обеспечивает поэтапную сборку и монтаж оборудования, и последующую установку готового модуля на шасси автомобиля, седельного тягача или раме полуприцепа. Соответственно, заправочные модули (МЗ) могут размещаться, как в передней части ТЗА (за кабиной водителя), так и в хвостовой части [3-7, 37,64].

Рисунок 19 - Заправочный модуль в сборе

Во всех вариантах заправочные модули подсоединяются к напорным линиям топливных насосов. Кроме того, имеются соединения топливных трубопроводов МЗ с дренажным трубопроводом клапана фильтра-водоотделителя и цистерны ТЗА для автоматического стравливания воздуха и паров топлива из корпуса фильтра в надтопливную полость цистерны [64].

Модули заправочные классифицируются по суммарной пропускной способности технологического оборудования при заправке ВС (в м³/ч). В настоящее время модули заправочные для ТЗА и подвижных агрегатов заправки систем ГЗТ полностью унифицированы, выпускаются типоразмерные ряды 30, 60, 90, 120, 150, 240 и 270 м³/ч. Для перспективных сверхтяжелых транспортных самолетов разрабатываются модули заправочные с пропускной способностью до 300 м³/ч, например, на ТЗА-60-8685 [7], до 150 м³/ч через каждую из двух раздаточных магистралей одновременно.

В состав основного оборудования современных заправочных модулей для тяжелых ВС входят следующие элементы оборудования [5,64]:

фильтр-водоотделитель;

регулятор давления в линии;

счетчик жидкости;

раздаточные рукава

барабаны для намотки рукавов с гидроприводом;

наконечники нижней заправки.

На рис. 20 для примера приведена кабина управления оператора модуля заправочного топливозаправщика аэродромного ТЗА-20-6520. Как видно, в модуле заправочном устанавливается все основное оборудование, обеспечивающее работу заправочных магистралей, щитки управления и контроля, в том числе визуального контроля качества топлива, пульт дистанционного управления заправкой типа «Дэдман» и другое оборудование.



Рисунок 20 - Кабина управления модуля заправочного: 1 - Наконечники нижней заправки; 2 - Панель приборов; 3 - Щиток с элементами электрооборудования; 4 - Рычаги управления барабанами для намотки рукавов; 5 - Счетчик жидкости; 6 - Регулятор давления управления частотой вращения насоса; 7 - Пульт дистанционного управления заправкой типа «Дэдман»

2.4.1 Фильтры-водоотделители и фильтры мониторы

Фильтры-водоотделители, устанавливаемые в модулях заправочных отечественных ТЗА, предназначены для очистки топлива от твердых частиц механических загрязнений и свободной воды. Фильтры-водоотделители служат также как газоотделители воздуха и паров топлива, поэтому они, как правило, устанавливаются в раздаточных магистралях до счетчиков жидкости. По требованию эксплуатантов на отечественных ТЗА могут устанавливаться фильтры-водоотделители отечественного или импортного производства. На некоторых ТЗА модули заправочные могут комплектоваться по требованиям эксплуатантов фильтрами мониторами взамен фильтров-водоотделителей. На перспективных ТЗА в корпусах фильтров-водоотделителей после необходимой доработки устанавливаться элементы фильтра монитора.

На рис. 21 приведена типовая схема фильтра-водоотделителя с горизонтальным корпусом, наиболее широко применяемая на отечественных и зарубежных ТЗА. Современные фильтры-водоотделители выполнены по двухступенчатой схеме очистки и включают фильтрующие коагулирующие элементы 3, располагающиеся в нижней части и сепарирующие элементы 2 - в верхней части. Топливо для очистки поступает в корпус через входной патрубок 7 в первую ступень очистки во внутреннюю полость фильтрующего коагулирующего элемента 3, проходя в направлении «изнутри-наружу». При этом фильтрующими перегородками элементов задерживаются твердые частицы механических загрязнений, а также разрушается водотопливная эмульсия. В коагулирующей перегородке элемента 3 далее происходит слияние (коагуляция) частиц свободной воды в капли крупных размеров, которые в основном осаждаются в отстойнике 5. Топливо далее поступает во вторую ступень - сепарирующие элементы 2 в направлении «снаружи - вовнутрь». При этом отделяются маленькие капли воды, увлеченные потоком топлива. На гидрофобной внешней поверхности сепарирующих элементов 2 мельчайшие капли сливаются и в дальнейшем осаждаются в отстойнике 5.

Рисунок 21 - Типовая схема фильтра-водоотделителя с горизонтальным корпусом

На большинстве современных отечественных и зарубежных фильтрах-водоотделителях двухступенчатая очистка обеспечивает отделение твердых частиц загрязнение свыше 5 мкм (на некоторых свыше - 1 мкм), а также отделение свободной воды до содержания не более 0,00015% масс. в топливе на выходе из патрубка 6.

Кроме того, в поровой структуре первой ступени также происходит укрупнение пузырьков воздуха и паров топлива, которые затем стравливаются через поплавковый клапан 4 в цистерну ТЗА.

Для контроля перепада давления на фильтрующих и сепарирующих элементах современных фильтров-водоотделителей могут устанавливаться дифманометры, манометры (на входном 7 и выходном 6 патрубках) или индикаторы перепада давления.

Корпус фильтра-водоотделителя имеет также дренажные штуцеры в нижних точках для слива отстоя и отбора проб. Устройства для отбора проб устанавливаются также на входном и выходном патрубках на некоторых фильтрах-водоотделителях для автоматического контроля наличия воды в отстойнике, а также устройства подогрева отстойника, предотвращающие образование льда в отстойнике.

2.4.2 Счетчики жидкости

На современных ТЗА для измерения объема топлива, выдаваемого на заправку через оборудование заправочных модулей, применяются счетчики с овальными шестернями, лопастные счетчики, винтовые счетчики, турбинные и ролико-лопастные счетчики. Все они относятся к объемным камерным счетчикам, отличительной чертой которых является измерение жидкости маленькими порциями, заключенными в замкнутом объеме [3-7]. На рис. 22 а,б приведен общий вид и схема работы счетчика с овальными шестернями.

Жидкость при входе в счетчик заполняет камеру, а на выходе вытесняется из нее. За каждый цикл через счетчик проходит определенный объем жидкости, который передается на вторичный прибор - счетный механизм для регистрации объема по числу циклов. Объем вытесняемых за один оборот зависит от габаритных размеров камеры и овальных шестерен. Вращения овальных шестерен происходит под действием потока жидкости.

Рис. 22

Основными конструктивными элементами лопастных счетчиков являются (рис. 23): статор, состоящий из двух цилиндрических частей (внешнего корпуса и корпуса внутреннего узла), которые имеют разные радиусы и своими изогнутыми поверхностями соединены друг с другом таким образом, что расстояние между двумя диаметрально противоположными точками этих поверхностей образует константу, равную сумме двух радиусов цилиндрических частей.

Цилиндрический ротор, радиус которого равен радиусу малой цилиндрической части статора уложен в двух шарикоподшипниках и концентрически вращается внутри статора. На роторе закреплены две пары лопастей, каждая из которых совместно с подшипниками и кулаком образуют жесткую систему, скрепленную стержнями.



Рисунок 23 - Принципиальная схема лопастных счетчиков жидкости

Длина каждой системы равна сумме двух радиусов корпуса внутреннего узла статора. С обеих боковых сторон статор закрыт крышками.

Принцип действия также основан на отсчете циклов вращения ротора под влиянием напора потока жидкости на лопасти и изменения их положения. Количество жидкости, которое поступает в корпус счетчика и замеряется между двумя последовательно расположенными лопастями, а именно в той части описываемой ими окружностями, которая соответствует большему из двух радиусов статора. После этого жидкость направляется к выходному патрубку. Количество жидкости, замеренное в каждом объеме, т.е. объем жидкости, проникающий через мерную камеру за один цикл, равно четырем равным количествам, замеренным между следующими друг за другом лопастями. Потери напора в лопастных счетчиках намного ниже, чем у счетчиков других видов.

Принцип действия винтовых счетчиков жидкости (рис. 24) напоминает работу экструдера и заключается в том, что два винта, находящиеся в зацеплении вращаются под действием потока жидкости, отмеряют при каждом обороте некоторый объем. Вращение винтов через магнитную муфту подается в счетный механизм, преобразуя в единицы объема.



Рисунок 24 - Винтовой счетчик жидкости

Турбинные счетчики жидкости (рис. 25) состоят из следующих функциональных блоков: первичного преобразователя турбинного (ППТ), в котором под действием потока топлива вращается турбина, вторичный прибор, отсчитывающий число вращений турбины за счет светосигналов, соединительной коробки и кнопок управления, в том числе сброса показаний.

Рисунок 25 - Турбинный счетчик жидкости

На средствах заправки могут находить применения роликово-лопастные счетчики отечественного производства [48]. Конструктивные схемы роликово-лопастные счетчики могут быть (рис. 26) двух, трех и четырехлопастные.

Рисунок 26 - Конструктивные схемы ролико-лопастных счетчиков: 1 - двухлопастные; 2 - трехлопастные; 3 - четырехлопастные

Роторно-лопастные счетчики включают корпусные детали, внутри которых расположен ротор 1, (см. рис. 27) с лопастями 2, расположенный в корпусе 3 и четное число роликов - разделителей 4 цилиндрической формы (на рис. четыре ролика) с пазами 5, предназначенными для пропускания лопастей ротора. Синхронизация вращения ротора 1 и роликов - разделителей 4 осуществляется с помощью зубчатого механизма синхронизации, расположенного сбоку. Цилиндрической уплотняющей поверхностью ролики - разделители 4 катятся по цилиндрической поверхности ротора 1. В свою очередь ролики - разделители 4 и ротор 1 вращается на подшипниках, причем за счет перемещения наружных колец шарикоподшипников ротора относительно корпусных деталей устанавливаются торцевые зазоры между ротором 1 и корпусными деталями.

Принцип работы счетчика: топливо по трубопроводу подается через канал 6 в корпусе к рабочим камерам, ограниченным лопастями 2 ротора 4 и роликами. Сила, создаваемая потоком топлива на лопасти, обеспечивает вращение ротора, лопасти ротора при этом движутся в кольцевом пространстве, ограниченном внутренними стенками корпуса 1. Отвод топлива из счетчика осуществляется через канал 7 по другую сторону лопастей. Этот тип счетчиков допускает обратный отсчет объемов топлива в случае подачи топлива через канал 7, а выход - через канал 6. При этом конструктивные детали гидравлически и механически полностью уравновешены, что обеспечивает вращение ротора и отсчет объемов топлива в прямом и обратном направлении потока. Точность измерения объемов топлива такими счетчиками достигает 0,1%.

Рисунок 27 - Схема работы ролико-лопастного счетчика

Указанные виды объемных счетчиков могут быть оснащены как самыми простыми счетными устройствами стрелочно-роликового типа, как приведено на рис. 28, так и сложными многофункциональными системами, позволяющими выводить данные о ходе процесса учета объемов заправляемого в бак ВС топлива на компьютер, управлять клапанами и задвижками дистанционного управления, например, заправку заданных объемов топлива, принимать данные с термодатчиков, плотномеров, анализаторов и других устройств, осуществлять всю полноту контроля процесса учета заправляемого топлива.

Счетчики жидкости импортного производства на современных топливозаправщиках обязательно должны иметь роликовые или стрелочные указатели разового объема заправки топлива, устройства ручного сброса (установки на «нуль») показаний разового объема заправки, роликовые указатели суммарного объема топлива, прошедшего через счетчик за период его работы, а также стрелочный указатель мгновенной скорости заправки. На рис. 29 приведен типовой комплект приборов - указателей объема топлива зарубежных фирм.

Рисунок 28 - Счетчик жидкости с указанием расхода

Рисунок 29 - Счетные механизмы и принадлежности счетчиков

2.4.3 Раздаточные рукава и барабаны для намотки рукавов

Раздаточные рукава, применяемые в заправочных модулях ТЗА в качестве гибких трубопроводов подачи топлива к наконечникам закрытой заправки или раздаточным кранам, состоят из внутреннего резинового слоя, нитяного каркаса наружного резинового слоя, электропроводных элементов, по всей длине рукава в виде крученой нити с медной стренгой диаметром 1,6 мм или внутренним электропроводным с электрическим сопротивлением 10³… 10⁶Ом/м. [3-7]

Отечественные и зарубежные рукава изготовляются диаметром от 16 до 76 мм, на ТЗА применяются в основном рукава с внутренним диаметром 38, 50, 65 и 75 мм. Отечественные рукава оплеточной конструкции рассчитываются с четырехкратным запасом прочности при разрыве гидравлическим давлением в магистрали. Для намотки на барабаны топливо из них откачивается в цистерну ТЗА. Раздаточные рукава зарубежного производства имеют больший запас прочности (более четырехкратного) и приспособлены к намотке на барабаны в наполненном состоянии. При этом после заправки топливом ВС рабочее давление топлива в них должно быть снято, соединением напорной линии ТЗА со сливной.

Концы электропроводников в виде стренг раздаточных рукавов оплеточной конструкции выведены с каждого конца рукава через наружный резиновый слой на расстояние 45 ± 5 мм от торца рукава и имеют длину не менее 100 мм. Это обеспечивает при монтаже соединение электропроводников с наконечниками, в том числе с наконечниками закрытой заправки и раздаточных кранов, и объединенную в единую электрическую цепь оборудования заправочных модулей.

На заправочных модулях современных ТЗА для намотки рукавов используются концентрические барабаны, но могу использоваться барабаны других типов (рис. 30) с ручным, электрическим, гидравлическим и пневматическим устройствами для намотки.



Рисунок 30 - Барабаны для намотки рукавов ТЗА

2.4.4 Наконечники заправки

Раздаточные рукава заправочных модулей современных ТЗА оборудуются наконечниками закрытой заправки топливом под давлением или раздаточными кранами открытой заправки через горловины ВС.

Наконечники заправки предназначены для быстрого, надежного и герметичного соединения раздаточной системы ТЗА с бортовым штуцером ВС и заправки его топливной системы.

На рис. 31 приведена детализированная схема наконечника закрытой заправки ВС топливом, разработанного по международному стандарту ISO R 45. Он является прототипом отечественного наконечника (рис. 113), который применяется в настоящее время на отечественных и зарубежных ТЗА с вместимостью цистерн до 1000 л/мин, т.е. в тех случаях, когда еще не возникает проблем с регулированием расхода и давления, а также с гашением гидроударов.

При заправке наконечник соединяется с бортовым штуцером ВС посредством байонетного соединения, которое унифицировано и применяется на всех отечественных и зарубежных ВС, а также на пунктах налива топливом цистерн ТЗА.

Конструкция наконечника состоит из следующих основных узлов и деталей (см. рис. 31 и рис. 32).

Наружный корпус 1 защищает наконечник от повреждения и одновременно служит направляющей при стыковке «вслепую», т.е. центрирует наконечник за счет унифицированных элементов с бортовым штуцером (адаптером) ВС. В последнем случае он выдвигается на нужное расстояние до упора и в этом положении закрепляется поворотом зажима 2.

Наружный корпус жестко соединен посредством фланца и винтов с рукояткой 5 наконечника и внутренним корпусом 6. На другом торце наружного корпуса расположен байонет.

Внутренний корпус 6 имеет два паза, по которым на роликах 7, закрепленных на оси 8, выдвигается клапан 9, открывающий клапан бортового штуцера (на рис. 30 не показан). Ход клапана 36,5 мм.

Внутренний корпус 6 соединен муфтой 10 креплениями переходников. Это соединение может быть выполнено с помощью стопорных колец и шариков.

Благодаря этому наконечник имеет возможность (даже при установке в качестве переходника регулятора давления) поворачиваться вокруг оси рукава, не закручивая его.

В нижней части муфты 10 могут крепиться переходники к рукавам или устройство регулирования и расхода и переходник к рукавам, или гаситель гидроударов с переходником к рукавам. В качестве способа крепления чаще используется резьбовое соединение (рис. 31) или соединение с переходниками типа Камлок, другими видами соединений по требованиям заказчика.

На некоторых зарубежных наконечниках муфта 10 объединена с переходниками или с корпусом регулятора давления, гасителем гидроудара и другими дополнительными элементами, относящимися к оборудованию топливозаправочного средства.



Рисунок 31 - Детализованная схема наконечника закрытой заправки: 1 - наружный кожух; 2 - зажим; 3 - наружный корпус; 4 - фланец; 5 - рукоятка; 6 - внутренний корпус; 7 - ролики; 8 - ось роликов; 9 - клапан; 10 - муфта; 11 - шайба клапана; 12 - резиновое кольцо; 13 - крышка; 14 - стопорные кольца; 15 - рычаг замка

В переходниках некоторых типов зарубежных наконечников, как и в отечественном (рис. 32) устанавливаются сетчатые фильтры разной конструкции.

Наконечники также оснащены уплотняющими кольцами крышкой с элементами закрепления на кожухе, заземляющими устройствами.



Рисунок 32 - Наконечник закрытой заправки в сборе: 1 - наружный кожух; 2 - зажим; 3 - наружный корпус; 4 - фланец; 5 - рукоятка; 6 - внутренний корпус; 7 - ролики; 8 - ось роликов; 9 - клапан; 10 - муфта; 11 - шайба клапана; 12 - резиновое кольцо; 13 - крышка; 14 - стопорные кольца; 15 - переходник; 16 - рычаг стопора; 17 - уплотнения; 18 - сетчатый фильтр

Переходники к раздаточным рукавам отличаются по способу крепления рукавов. Диаметр рукавов и переходников к ним выбирается исходя из максимального расхода раздаточной магистрали, в которой устанавливается наконечник.

Для установки наконечника (см. рис. 32) для заправки ВС на его бортовой штуцер необходимо снять крышку 13, вставить штырь металлизации в гнездо на бортовом штуцере, выдвинуть кожух и закрепить его поворотом зажима 2. Рычаг замка 15, который может быть разной конструкции, должен быть в положении «открыто».



Рисунок 33 - Наконечник закрытой заправки фирмы «Довер» (США)

Соединить байонетное соединение наконечника с бортовым штуцером. При помощи рукоятки 5 повернуть наконечник вправо до отказа. Установить рычаг замка 16 в положение «закрыто». После чего можно подавать топливо в магистраль заправки.

После заправки порядок отстыковки наконечника обратный описанному выше. Как правило, остстыковка производится после операции откачки топлива из раздаточных рукавов отечественного производства или сброса давления на современных зарубежных рукавах.

На рис. 33 приведен наконечник закрытой заправки, который имеет более упрощенную конструкцию. Такие наконечники применяются для закрытого налива цистерн ТЗА и устанавливаются на пунктах налива.

На рис. 34 приведен вариант наконечника закрытой заправки зарубежного производства с регулятором давления и отбором проб (при подстыковке стандартного пробоотборного устройства).

На рис. 35 приведен современный вариант зарубежного наконечника закрытой заправки с пропускной способностью до 2500 л/мин и с регулятором давления.



Рисунок 34 - Наконечник закрытой заправки с регулятором давления и отбором проб

Рисунок 35 - Наконечник закрытой заправки с двумя регуляторами давления (пневморегулятор объединен с пружинным регулятором)

По опыту зарубежных специалистов на наконечниках закрытой заправки пропускной способностью от 1000 до 1500 л/мин эффективно применение пружинных регуляторов давления, а в наконечниках заправки большей пропускной способностью рассматривается применение двух регуляторов давления или пневморегулятора и пружинного регулятора давления, как показано на рис. 36.

Рисунок 36 - Наконечник закрытой заправки с регулятором давления

Наконечники заправки с пневморегуляторами, в том числе с двойными регуляторами, применяются на ТЗА и агрегатах заправки при установке на них заправочных платформ для подстыковки с высокорасположенными бортовыми штуцерами через так называемые короткие линии в магистралях с большой производительностью (до 2500 л/мин) с рукавами диаметром 80 - 100 мм длиной до 5 м. В этих наконечниках, как и наконечниках с пружинными регуляторами давления, заложен принцип регулирования «за собой» не более нормируемого значение давления потока топлива.

На рис. 37 приведена схема работы наконечника закрытой заправки с пневморегулятором давления (положение клапана 2 - открытое, проход топлива в бортовой штуцер ВС свободен). Регулятор наконечника работает следующим образом. При открытом клапане 2, который выдвигается вперед поворотом рычага 1, топливо из рукава проходит в корпус 3, обтекая узел 4 регулятора, поступает между корпусной частью узла и диффузором 5 и далее по каналу через открытый клапан 2 и штуцер ВС (на рис. не показан) в топливную систему и баки ВС.

Рисунок 37 - Схема работы наконечника закрытой заправки пневморегулятором давления (открытое положение): 1 - рычаг; 2- клапан; 3 - корпус регулятора; 4 - узел регулятора; 5 - диффузор (с поршнем); 6 - жиклер (см. след. рис.)

Рабочее давление потока топлива регулируется за чет изменения зазора между конусной передней частью узла регулятора 4 и входом диффузора 5, который является подвижной частью в корпусе 3 регулятора. Нормируемое рабочее давление за наконечником устанавливается при уравновешивании сил давления воздуха в пневмополости «А» и давления топлива в полости «Б», разделенными поршнем диффузора 5. Давление топлива в полости «Б» и в потоке устанавливается через жиклер 6.

По мере перекрытия клапанов топливных баков ВС и увеличение давления топлива в канале диффузора 5, топливо по жиклеру в диффузоре поступает в полость «Б» и перемещает диффузор влево, уменьшая канал прохода топлива до тех пор, пока давления в полостях «А» и «Б» не уравновесится. Таким образом, по мере увеличения гидравлического сопротивления потоку топлива в системах ВС происходит постепенное регулирование давления в канале диффузора до полного прекращения заправки при закрытии кранов системы автоматического управления заправкой на борту ВС. После этого можно поворотом рычага 1 закрыть клапан 2, отстыковать наконечник от бортового штуцера ВС.

Плавное перекрытие потока топлива в клапанах наконечника для предотвращения гидроудара обеспечивается замедлением выхода топлива из полости «Б» через жиклер 6, в том числе при аварийных закрытиях кранов в топливной системе ВС. Кроме того, в случае стравливания воздуха из пневмополости «А» наконечника в процессе заправки, повышением давления топлива в полости «Б» и перемещением диффузора 5 влево перекрывается зазор и заправка прекращается.

Важной процедурой обеспечения регулирования давления топлива на выходе из наконечника заправки является предварительная настройка регулятора установкой давления в пневмополости «А». Для этого на наконечниках с пневморегулятором устанавливаются манометры и клапаны подключения к пневмобаллонам подзарядки пнемвополости.

На наконечниках без пневморегуляторов, их роль выполняют пружинные механизмы с определенной затяжкой, рассчитанной на соответствующее регулирование давление на выходе из наконечника.

Следует обратить внимание, что регулирование давления на выходе из наконечников закрытой заправки, особенно с пружинными регуляторами с постоянной настройкой за счет затяжки пружины в заводских условиях, может быть обеспечено только в определенных условиях: при максимальном достижимом напоре топливного насоса ТЗА (АЗ) в пределах 0,35 - 0,55 МПа. При применении топливных насосов в магистралях ТЗА (АЗ) свыше 0,55 МПа, а также при максимальном расходе топлива через раздаточную магистраль свыше 1000 л/мин для обеспечения гарантированной работы регуляторов давления на наконечнике требуется дополнительная установка в магистрали за топливным насосом так называемого «проточного» регулятора давления.

2.4.5 Клапан-регулятор давления автоматический

Клапаны-регуляторы давления в напорной магистрали топливозаправщиков аэродромных выполняют несколько функций в автоматическом режиме, в том числе регулирование давления в раздаточных магистралях до наконечников закрытой заправки с регуляторами давления. На рис. 38 приведена принципиальная схема клапана-регулятора (с элементами управления от трубы Вентури). Клапан-регулятор состоит из литого корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. Во внутренней полости обтекателя 4 размещены пружина 5 и внутренний поршень 6, разделяющий внутреннюю полость на две камеры: пневматическую 7 и топливную 8. Внутренний поршень 6 жестко закреплен с внешним поршнем 9. В полой части корпуса 1 размещен жиклер 10 с пружиной 11. Через жиклер 10 в полость 8 поступает топливо из напорной магистрали, в частности для этого варианта из клапана-регулятора трубы Вентури, что обеспечивает постоянное соединение камеры 8 и регулирование давления в ней в соответствии с изменением давления в трубе Вентури, установленной по потоку топлива после фильтра-водоотделителя до раздаточного рукава. Давление топлива в суженной части трубы Вентури, таким образом, является управляющим давлением, соответственно в топливной камере 8 клапана-регулятора. В верхней части клапана 1 размещено также устройство 12 стравливания давления топлива у из полости 8 (при необходимости).

В нижней части корпуса 1 размещены два штуцера для подключения трубок 13,14 подачи воздуха в пневмополость 7 и контроля давления в этой полости. При этом подача начального давления воздуха в полость 7 может осуществляться при ручном регулировании из пневмосистемы ТЗА через редукционный клапан, подключенный к клапану дистанционного управления типа «ДЭДМАН».

Рисунок 38 - Схема клапана-регулятора в линии (вариант)

В исходном положении, как показано на рис. 119, при отсутствии давления топлива в полости 8 и воздуха в полости 7 внутренний поршень 6 под воздействием пружины 5 смещен в крайнее левое положение, что обеспечивает перемещение внешнего поршня 9 и герметичное перекрытие канала клапана-регулятора.

Клапан-регулятор работает следующим образом. При включении (нажатии) клапана дистанционного управления типа «Дэдман», воздух из пневмосистемы ТЗА через предварительно настроенный на определенное давление редуктор, поступает в пневмополость 7, что обеспечивает при сжатии пружины 8 перемещение внутреннего 6 и внешнего 9 поршней в правое крайнее положение. При этом канал для прохода топлива через клапан-регулятор открывается и топливо поступает в раздаточную магистраль через трубу Вентури. В свою очередь давление топлива от трубы Вентури поступает через жиклер 10 в полость 8, обеспечивая перемещение поршней 6 и 9 в положение, обеспечивающее перекрытие канала прохода топлива и давление в магистрали не более 0,55 МПа. При штатном прекращении заправки или аварийном отключении дистанционного управления системы «Дэдман», давление воздуха из полости 7 стравливается, под действием пружины 5 внутренний 6 и внешний 9 поршни начинают перемещаться влево, перекрывая канал прохода топлива на заправку в систему ВС.

Следует отметить, что при этом снижается давление топлива в полости 8 за счет снижения давления в трубе Вентури и выхода топлива из полости 8 через жиклер 10. За счет плавного снижения давления топлива в полости 8 обеспечивается предотвращение резкого закрытие канала внешним поршнем 9 и, соответственно предотвращение гидроударов в системе. Во время закрытия клапана-регулятора в системе в раздаточную магистраль может поступить до 200 л топлива (в зависимости от объемной скорости заправки).

В штатном варианте заправки с использованием клапанов-регуляторов данного типа (с управляющим давлением от труб Вентури) регулирование давления топлива в раздаточной магистрали обеспечивается соответствующим изменением давления в сужении трубы Вентури и камере 8 клапане-регуляторе. Принцип регулирования давления в магистрали заправки с клапаном-регулятором, трубой Вентури и наконечником закрытой заправки с регулятором давления может быть описан с использованием схемы, приведенной на рис. 39.

Как отмечалось в описании работы регулятора давления в наконечнике закрытой заправки, при изменении давления в топливной системе заправляемого ВС и его бортовом штуцере, начинает срабатывать клапан в наконечнике, соответственно, начинает увеличиваться или уменьшаться давление в магистрали и в суженном участке трубы Вентури.



Рисунок 39 - Принцип регулирования давления в магистрали ТЗА в варианте установки клапана-регулятора в линии, трубы Вентури и наконечника закрытой заправки с регулятором давления

Это управляющее давление топлива изменяет баланс нагрузок на внутренний 6 и внешний 9 поршни, вызывая их смещение в ту или другую сторону, регулируя давление в магистрали перед наконечником заправки. В конце заправки при возрастании давления в магистрали за счет закрытия клапана на наконечнике, увеличивается давление в трубе Вентури и полости проточного клапана-регулятора, изменяется баланс усилий на внутреннем 6 и внешнем 9 поршнях, которые перемещаясь влево, закрывают клапан.

В комплексе указанное оборудование обеспечивает «безгидроударный» процесс заправки топливом ВС при гарантированном давлении на входе в бортовой штуцер ВС не более 0,35 МПа. При этом следует отметить, что габаритные размеры суживающейся и расширяющейся частей и диаметр переходной части трубы Вентури подбираются, исходя из условий обеспечения заданного значения давления на входе в регулятор наконечника заправки для его гарантированного функционирования.

При изменении типа наконечника и его регулятора, изменении длины раздаточных рукавов, максимального напора топливного насоса, соответственно, должны быть изменены параметры трубы Вентури таким образом, чтобы давление топлива в переходной части трубы соответствовало расчетному давлению на входе в наконечник заправки (с учетом гидравлического сопротивления в трубопроводах).

2.4.6 Раздаточные краны

Раздаточные краны (пистолеты), применяемые для заправки ВС подразделяются по принципу действия механизма перекрытия потока: ручного и автоматического действия. [1-8] К ним предъявляются следующие основные требования:

- быстро и безотказно отсекать поток топлива;

- иметь минимальное гидравлическое сопротивление;

- не создавать гидравлического удара в магистрали;

- иметь ступенчатое регулирование пропускной способности;

- не допускать подтекания топлива в закрытом положении;

- легко и безопасно устанавливаться в заливных горловинах;

- изготавливаться из легких материалов, не дающих искр при механических ударах.

Простые раздаточные краны ручного действия появились в 40-х годах, но затем на авиационных средствах заправки стали использоваться раздаточные краны с элементами автоматизации. Например, на раздаточных кранах, прототипах отечественных РП-34 и РП-40, применено устройство, облегчающее открытие крана при давлении в рукаве и устройства гашения гидроудара.

Принципиальная схема работы и устройство раздаточных кранов с ручным управлением приведена, на рис. 40. Раздаточный кран состоит из корпуса 4, сливной трубки 2 и переходника для присоединения к раздаточному рукаву 9. В сливной трубке размещен сетчатый фильтр. На внешней части корпуса, как правило, имеется рукоятка, к которой крепиться на оси рычаг 7 управления и устройства - выступы 15 на рукоятке крана - для установки рычага в открытом положении в нескольких (до трех) позициях ступенчатого управления пропускной способностью крана.

Рисунок 40 - Раздаточный пистолет типа РП-40 1 - защитный колпачок; 2 - сливная труба; 3 - сетчатый фильтр; 4 - корпус; 5 - сальниковое уплотнение; 6 - шток; у - рычаг; 8 - штырь с тросом заземления; 9 - переходник: 10 - малый клапан; 11 - большой клапан; 12 - направляющий стакан большого клапана; 13 - жиклер; 14 - заглушка (для пробоотборника); 15 - выступы

Во внутренней полости корпуса 4 размещены: большой клапан 11 с уплотнениями, малый клапан 10, цилиндрический стакан 12, для направления движения большого клапана, пружины малого и большого клапанов, размещенные во внутренней полости между большим клапаном и направляющим стаканом. Цилиндрический стакан 12 имеет сверление-канал определенного диаметра - жиклер 13 для соединения внутренней полости с выходной полостью крана, т.е. на слив. В исходном положении эти каналы в большом клапане закрыты малым клапаном за счет действия пружины, а большой клапан в верхней части под действием пружины отсекает входную полость крана от сливной.

В верхней части крала через сальниковое уплотнение 5 закреплен шток 6, нижняя часть стержня проходит в центральную часть отверстия в большом клапане, но в исходном (закрытом положении) не касается малого клапана.

При подачи топлива через переходник, во входную полость крана, поток воздействует на нижнюю часть стакана, что обеспечивает большую степень сжатия пружины и, соответственно, герметизацию каналов в большом клапане малым клапаном и проходного канала большим краном (по посадочному месту).

Во внутреннюю полость между большим клапаном и стаканом по жиклеру 13 в стакане поступает топливо, создавая давление в полости, адекватное напору в рукаве. Это давление также способствует повышению герметичности, воздействия на малый и большой клапан во внутренней полости.

Открытие крана производится нажатием на рычаг 7, рычаг толкает шток 8, который в начале открывает малый клапан 10, смещая его вниз. При открытии малым клапаном по каналам в большом клапане топливо из внутренней его полости выходит на слив, снижая давление в полости.

Это облегчает открытие большого клапана 11, поскольку на него воздействует практически только пружина, но не давление напора топлива. Поэтому воздействие при дальнейшем движении штока на большой клапан не требует больших усилий, а открытие большого клапана обеспечивает проход топлива на заправку.

Раздаточные краны, как правило, имеют несколько ступеней регулирования расхода за счет открытия большого клапана. Начальная ступень открытия регламентируется требованиями по выдаче при заправке минимальных доз, вторая и третья - требованиями по номинальной и максимальной производительности заправки топливных баков конкретного типа ВС.

При открытии большого клапана установкой рычага управления на скобу 15 или другое фиксирующее устройство обеспечивается заданная пропускная способность крана, соответствующая нормативным требованиям. Поток топлива в выходной полости, воздействуя на верхнюю часть большого клапана, стремится приоткрывать канал.

Штатное ручное закрытие крана для прекращения заправки должно производиться последовательным переводом рычага управления с максимального режима на номинальный, затем на минимальный и полное освобождение рычага. При этом шток 6 под воздействием пружин малого клапана 10 переместиться в верхнее положение, освободив большой клапан 11, который кольцевым уплотнением под воздействием пружины перекроет выходной канал крана. Малый клапан 10 под воздействием пружины перекроет каналы в большом клапане, обеспечив разобщение внутренней полости большого клапана с выходной полостью крана. По жиклеру 13 топливо под напором из выходной полости поступит во внутреннюю полость большого клапана, усилив воздействие на уплотняющие элементы большого и малого клапанов, обеспечивая их герметичность.

В случае аварийного или необходимости экстренного (не по ступеням) прекращения заправки, когда опускается рычаг, соответственно, малый клапан, разобщив полость внутри большого клапана 11 и направляющим стаканом, где создается в начальный момент разряжение. Таким образом, скорость посадки уплотнения большого клапана на посадочное место крана и время перехода в закрытое положение крана зависят от инерционности пружины большого клапана, воздействующей на закрытие клапана, реактивного воздействия струи на верхнюю часть клапана, удерживающего его в открытом положении и разряжения во внутренней полости большого клапана. При прочих равных условиях скорость полного закрытия большого клапана, т.е. прекращение заправки зависти от скорости выравнивания давления во внутренней полости под клапаном 11 через жиклер 13 в направляющем стакане. Это обеспечивает исключение гидроударов в магистралях заправки при аварийном перекрытии с максимальной ступени открытия большого крана. Поэтому вопросам подбора зазоров между цилиндрической частью большого клапана и направляющим стаканом, а также жиклеров уделяется большое внимание.

К корпусу раздаточного крана крепится заземляющее устройство, которое включает трос, штырь и зажим тина «крокодил». К корпусу также крепится на тросике с пружиной защитный колпачок для сливной трубы. В кранах по требованиям заказчиков может быть установлено устройство отбора проб топлива из входной полости, до большого клапана. Для этого в корпусе предусмотрено отверстие с конусной резьбой и заглушка.

В настоящее время существуют и другие конструктивные решения снижения гидроударов при аварийном закрытии, в которых используются описанный выше принцип плавного закрытия основного клапана раздаточных кранов с ручным и автоматическим действием.

На рис. 41 приведен вариант раздаточного крана зарубежного производства, отличающийся от описанного ранее крана (рис. 40) наличием сливной трубки с овальной конечной частью и стыковочным устройством. За рубежом также раздаточные краны применяются при необходимости дозаправки баков ВС под горловину. При этом кран подстыковывается к штатному наконечнику закрытой заправки ТЗА. Пропускная способность выпускаемых за рубежом раздаточных кранов от 300 до 800 л/мин, в отечественной практике - от 200 до 400 л/мин.

По требованию эксплуатирующих организаций на ТЗА вместо одного из наконечников может устанавливаться раздаточный кран (при его намотке вместе с рукавом на барабан). Но в случаях, когда операция открытой заправки является резервной, раздаточные краны монтируются на рукав (до 3 м) с клапаном подстыковки к одному из штатных наконечников. В этом случае раздаточные краны с оборудованием размещаются на ТЗА в специальном отсеке (рис. 42).

Рисунок 41 - Раздаточный кран фирмы CARTER

Рисунок 42 - Отсек для размещения раздаточного крана открытой заправки (с рукавом и устройством стыковки к наконечнику)

3. Типовые технологические схемы оборудования ТЗА

Каждый ТЗА должен обеспечивать выполнение следующих основных рабочих операций:

- закрытая заправка ВС под давлением через один или два рукава;

- открытая заправка ВС (при комплектации - через удлинительный рукав с раздаточным краном);

- наполнение собственной цистерны нижним наливом сторонним насосом;

- перемещение топлива в цистерне (через штатный рукав);

- регулирование режимов заправки;

- снижение давления в раздаточных рукавах после завершения операции заправки ВС топливом и отсоединения ННЗ.

По согласованию с Заказчиком в конструкции ТЗА может быть предусмотрена возможность выполнения следующих дополнительных операций:

- откачка топлива из баков ВС через фильтр или минуя его;

- перекачка топлива из одной емкости в другую, минуя собственную цистерну, через фильтр или минуя его;

- заправка ВС из сторонней емкости, минуя собственную.

Новые требования к топливозаправочному оборудованию оказали влияние на развитие принципиальных гидравлических схем топливных систем отечественных и зарубежных средств заправки. Рассмотрим разновидности существующих схем, обратив внимание на новые тенденции, в том числе для решения следующих задач:

наполнение топливом цистерны;

привода топливного насоса;

регулирования давления и расхода;

предотвращение пульсаций и гидроударных процессов в магистралях;

дистанционного управления и аварийного выключения процесса заправки;

очистка топлива от свободной воды;

отбора проб авиатоплива и контроля качества;

ввода ПВКЖ;

блокировки нестандартных положений.

Рассмотрим принципиальную схему топливной системы (рис. 124) самого массового в период 1960-2000 годов топливозаправщика ТЗ-22, который еще находится на эксплуатации предприятий авиатопливообеспечения аэропортов.

Рисунок 43 - Принципиальная схема топливной системы ТЗ-22

Топливная система ТЗ-22 включает цистерну 1 с дыхательным устройством 2 и заливной горловиной 3, поплавковым ограничителем4 наполнения цистерны, стекольным уровнемером 5. к верхней части цистерны подключен трубопровод 6 с обратным клапаном для выпуска воздуха и паров топлива из фильтров 10, 26 при их первом заполнении при открываемых вручную кранах 8 и 27.

Заполнение цистерны ТЗ-22 топливом обеспечивается как нижним способом под давлением, так и открытой струей верхним способом через наливную горловину 3 с трубой, опущенной к нижней части цистерны. При наливе цистерны нижним способом требуется осуществлять контроль заполнения по уровнемеру и, по достижению топливом верхнего уровня, подавать команду на прекращение налива. На современных ТЗА верхний налив остается в качестве дублирующего, но на современных складах ГСМ, в основном, применяется нижний способ налива топлива с использованием насосной станции пункта налива. Наполнение ТЗ-22 происходит при подстыковке напорного рукава к бортовому клапану 35 топливозаправщика при открытых кранах 30 и 34. При этом топливо поступает по трубопроводу в нижнюю часть цистерны. При достижении топливом уровня 20 м³(по уровнемеру) следует уменьшить подачу насосных установок пункта налива с 1500 до 1000 л/мин, открыть кран 7 и закрыть кран 30, продолжая заполнение цистерны до срабатывания автомата наполнения, через который топливо поступает в конченой фазе после открытия крана 7.

Недостатками этой принципиальной схемы наполнения цистерны является необходимость постоянного контроля за процессом наполнения и переключения кранов управления в ходе наполнения и необходимость ручного регулирования подачи топлива в конце наполнения. Кроме того, в случае, если автомат наполнения не сработает, а топливо достигло уровня 22 м³, подачу топлива необходимо немедленно прекратить закрытием кранов 34 и 7. Недостатком принципиальной схемы ТЗ-22 является также то, что на конечной стадии топливо должно проходить через насос 32.

Следует отметить, что принципиальная схемаТЗ-22 предусматривает наполнение цистерны своим насосом 32 при подключении к бортовому клапану 35 всасывающего рукава из комплекта ТЗ-22, опускаемого в заглубленный резервуар. При этом операция наполнения топливом цистерны ТЗ-22 аналогична описанной выше, за исключением процедуры снижения подачи с 1500 л/мин до 1000 л/мин, которая выполняется за счет снижения оборотов насоса.

Основным недостатком рассматриваемой принципиальной схемы является, прежде всего, необходимость залива насоса топливом за счет вакуумирования магистрали с помощью специальной эжекционной системы, подключенной к выхлопной системе отработанных газов из автономного двигателя «Т» привода насоса. Отметим, что на топливозаправщике ТЗ-22 для привода насоса используется карбюраторный автомобильный двигатель, установленный в кабине управления за цистерной. Двигатель в сборе со сцеплением, коробкой перемены передач, вентилятором, комплектом электрооборудования, радиатором установлен на подмоторной раме. Для обеспечения пожарной безопасности автономный двигатель снабжен специальной системой пожаротушения.

Заправка топливом воздушных судов на ТЗ-22 может выполняться по двум раздаточным магистралям через установленные в них фильтры 10 и 26, счетчики-литромеры 13 и 21, раздаточные рукава 14 и 17 с наконечниками 15 и 16. При этом для заправки рукава 14 и 17 должны быть полностью размотаны с рукавных барабанов.

Подача топливного насоса ТЗ-22, расход его раздаточных систем обеспечивают заправку топливом воздушных судов с производительностью до 1000 л/мин через раздаточную магистраль при противодавлении до 0,2 МПа, при этом регулирование производительности и рабочего давления обеспечиваются только вручную изменением оборотов насоса и перекрытием задвижек 9 и 28.

После заправки топливо из рукавов должно быть обязательно отсосано насосом в цистерну при открытых кранах 8 и 27. Без этого невозможна намотка рукавов на барабаны. Выполнение этой процедуры на ТЗ-22 также можно отнести к недостаткам схемы, во-первых, потому, что при этом изнашиваются рукава (при вакуумировании имеет место расслаивание внутреннего слоя рукава). Во-вторых, откачиваемое в цистерну топливо проходит через счетчики-литромеры в обратном направлении их штатного вращения. В-третьих, откачиваемая часть топлива снижает точность учета объема топлива поданного на заправку, поскольку в процессе заправки этот объем проходит и учитывается счетчиками-литромерами, как выданный на борт воздушного судна.

Таким образом, принципиальная схема топливной системы топливозаправщика ТЗ-22 имеет существенные недостатки, перечисленные выше, морально устарела и не соответствует современным требованиям.

В качестве недостатков этой схемы следует также отметить отсутствие устройств предотвращения гидроударов и пульсаций топлива при заправке, поскольку установленные в системе гидроамортизаторы 18 только снижают уже возникшие гидроудары. Кроме того в схеме ТЗ-22 используются фильтры, а не фильтры-водоотделители, не обеспечивается автоматический выпуск воздуха и паров топлива из корпусов фильтров, не обеспечивается отбор проб топлива до и после фильтров. Указанные недостатки, в основном, устранены в принципиальных схемах топливных систем топливозаправщиков, разработанных после 2000 года.

На рис. 44 приведена принципиальная гидравлическая схема автотопливозаправщика АТЗ-22-6443 производства ЗАО «Азовобщемаш» (Мариуполь, Украина). В отличие от известного всем ТЗ-22 этого предприятия новым в схеме является установка фильтра-водоотделителя с автоматическим выпуском паров топлива и воздуха в цистерну, наличие смотрового стекла и обратного клапана (такие устройства теперь ставятся на всех ТЗА), установка двух магистралей для закрытой заправки после счетчика жидкости. При этом наконечник заправки оснащен регулятором давления.

Вместо второго (магистраль Б) наконечника может устанавливаться кран открытой заправки, в котором есть гаситель гидроударов как на известном нам раздаточном кране РП-40.



Рисунок 44 - Принципиальная схема трубопроводов заправки и наполнения цистерны АТЗ-22-6443

Поскольку расход системы при закрытой заправке до 1000 л/мин никаких систем автоматического регулирования расхода и давления не требуется. Водитель-оператор вручную снижает обороты гидромотора (перепуском части жидкости гидрораспределителя). На этом ТЗА использована для гидравлического привода насоса гидросистема, схема которой приведена на рис. 126. Схема гидросистемы, как правило, состоит из гидробака, гидронасоса с отбором мощности от двигателя тягача, перепускного клапана и гибких рукавов. Это оборудование смонтировано на автомобиле, а в кабине управления установлены гидромоторы привода топливного насоса и вала привода рукавных барабанов, а также гидрораспределитель.



Рисунок 45 - Типовая схема гидравлического привода насоса и механизмов

На АТЗ-22-6443 была применена система дистанционного управления и аварийного отключения процесса заправки с функцией контроля состояния водителя оператора («Дэдман»). На этом ТЗА применен один из известных вариантов, в котором используется электросистема управления топливным клапаном.

В электросхеме специально предусмотрено реле времени, с выдачей сигнала через 3 минуты о необходимости перенажатия рукоятки автостопа на выносном пульте. Если оператор не отреагировал, т.е. не перенажал рукоятку, автоматика перекроет кран, заправка прекращается.

Более совершенной представляется технологическая схема ТЗА-20-6505 Принципиальная гидравлическая схема топливозаправочного оборудования, которого приведена на рисунке 4.

Как отмечалось, на этом ТЗА привод топливного насоса осуществляется непосредственно через трансмиссию от ходового двигателя шасси автомобиля. Здесь гидросистема обеспечивает, как и на рис. 127, только наматывание рукавов на барабаны.

Рисунок 46 - Принципиальная схема топливной системы ТЗА-20-65053

Но более широкую функцию выполняет пневмосистема. Во-первых, с ее помощью регулируются обороты насоса изменением частоты вращения двигателя, не от педали в кабине водителя, а с помощью клапана управления на панели заправочного модуля.

Во-вторых, пневмосистема работает в комплексе с дистанционной системой управления, в том числе аварийного выключения типа «Дэдман». При включении рукоятки пульта, пневмодавление открывает кран управления и топливо от насоса может поступать на заправку. При отпускании рукоятки пульта, в том числе и в аварийной ситуации, давление воздуха из клапана стравливается и он закрывается. Отметим, что в элементах самого выносного пульта управления используется аналогичная электросистема АТЗ-22-6443 с реле времени, которое работает в аналогичном описанному ранее режиме (через 3 минуты требуется перенажатие).

Принципиально новым для отечественной практики в этой схеме является применение системы отбора проб и контроля качества топлива. Отбор проб возможен традиционным способом из отстойника цистерны, до и после фильтра. Кроме обычного способа отбор и контроль качества топлива возможен с помощью встроенного специального прозрачного стеклянного сосуда со сливом после контроля качества в бак.

Такие системы отбора проб топлива и визуального контроля применены на большинстве современных ТЗА.

Также новым является система сброса давления топлива из раздаточных рукавов после заправки. После закрытия шаровых кранов происходит сброс давления из напорной магистрали через обратные клапаны во всасывающую магистраль до насоса.

Можно также обратить внимание на оборудование цистерны, точнее на ее систему нижнего налива с двумя устройствами предотвращения перелива: первым срабатывает гидроклапан для закрытия донного клапана нижнего налива, в качестве дублера может сработать датчик-сигнализатор для подачи электросигнала на закрытие клапанов на пункте налива. Такие системы уже применялись ранее на ТЗА для ГА РФ (ТЗА-7,5-5334).

В основном аналогична принципиальная схема топливозаправочного оборудования ТЗА-40-5233 (рис. 47). На ТЗА также установлен фильтр-монитор, закрытая система отбора и контроля проб топлива, сброс давления из раздаточных рукавов, система контроля состояния оператора «Дэдман».



Рисунок 47 - Принципиальная схема топливной системы ТЗА-40-5233

Но на этом ТЗА установлен более производительный и напорный топливный насос, также с отбором мощности от ходового двигателя тягача, поэтому кроме наконечников закрытой заправки с регулятором давления в системе, установлен регулятор давления в магистрали после насоса. Его основная функция - поддерживать давление «за собой» не больше определенного значения (с учетом потерь давления в трубопроводных коммуникациях), обеспечивая эффективную работу регуляторов на ННЗ. Это давление регулируется предварительной настройкой пневмополости регулятора подачей воздуха из пневмосистемы. Кроме того, с помощью этого клапана и системы «Дэдман» происходит открытие, закрытие и аварийное прекращение заправки.

...