устройство для заправки автомобилей сжатым природным газом

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПРАВКИ АВТОМОБИЛЕЙ СЖАТЫМ ПРИРОДНЫМ ГАЗОМ, содержащее источник сжатого газа, регулятор давления газа с входом и выходом, трубопроводные линии газа, заправочный рукав, заправочную головку, трубопроводные линии сброса газа на свечу, трехходовой шаровой кран, причем источник сжатого газа сообщен с входом регулятора давления, а заправочный рукав сообщен с выходом регулятора давления через трехходовой шаровой кран, отличающееся тем, что оно снабжено баллоном, дроссельной шайбой с входом и выходом, первым и вторым предохранительными клапанами с соответствующими выходами, вторым и третьим трехходовыми шаровыми кранами, регулятор давления выполнен в виде отсекателя с корпусом, цилиндрическим каналом, первым входом противодавления, шариком, двумя поршнями, жестко соединенными между собой, причем шарик и два поршня размещены в цилиндрическом канале, выполненном в корпусе с образованием трех полостей, первая полость сообщена первым входом противодавления через трубопроводные линии с баллоном и с первым предохранительным клапаном, входом третьего трехходового шарового крана и первым выходом второго трехходового шарового крана, вход которого через трубопроводные линии сообщен с источником сжатого газа, второй выход второго трехходового шарового крана сообщен с второй полостью регулятора давления через вход, выход регулятора давления через трубопроводные линии сообщен с первым выходом третьего трехходового шарового крана и входом дроссельной шайбы, второй выход третьего трехходового шарового крана сообщен со свечой, выход дроссельной шайбы сообщен с вторым выходом первого трехходового шарового крана, первый выход которого сообщен со свечой, вход первого трехходового шарового крана сообщен с третьей полостью регулятора давлений, вторым предохранительным клапаном и заправочным рукавом с заправочной головкой, выходы первого и второго предохранительных клапанов сообщены через трубопроводные линии со свечой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике для заправки газобаллонных автомобилей сжатым природным газом в качестве моторного топлива и может быть использовано в автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС).

Известно устройство для заправки автомобилей сжатым природным газом, содержащее открывающее закрывающее выходное отверстие с седлом и пружинную систему. При использовании его для заправки автомобилей сжатым природным газом, с ростом давления газа в газобаллонной установке автомобилей запорные элементы устройства постепенно закрывают выходное отверстие.

Известно также устройство для заправки автомобилей сжатым природным газом, содержащее цилиндрический корпус, в полости которого размещен шток с проходными каналами, и полая ручка, сообщенная с источником сжатого газа, в полости которой размещены узел отсечки сжатого газа и пружинная система.

Недостатком известных устройств является большое время заправки автомобилей сжатым природным газом до заданного давления, так как при подкритическим истечении газа в газобаллонную установку автомобилей выходное отверстие постепенно закрывается и узел отсечки не обеспечивает отсечение подачи газа в газобаллонную установку автомобилей при достижении в ней заданного давления, отсечной узел срабатывает только при попытке сброса сжатого газа из источника сжатого газа в атмосферу через устройство.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является выбранное в качестве прототипа устройство для заправки автомобилей сжатым природным газом на АГНКС. Устройство содержит источник сжатого газа и блок редуцирования и распределения газа. Источник сжатого газа состоит из блока подготовки газа, вход которого подсоединен к сети газопровода под давлением 0,6-1,2 МПа, а выход к блоку сжижения и охлаждения газа. Выход блока сжижения и охлаждения газа подсоединен к входу блока осушки газа, выход которого подсоединен к входу в блок хранения газа (аккумуляторы газа). Блок редуцирования и распределения соединен с первыми входами трехходовых шаровых кранов, вторые входы которых соединены со свечой. Входы трехходовых шаровых кранов соединены с заправочными головками.

Недостатком известного устройства является большое время заправки автомобилей сжатым природным газом до заданного давления, так как при подкритическом истечении газа в газобаллонную установку автомобилей запорные элементы регулятора давления постепенно закрывают выходное отверстие и как следствие этого увеличивается время заправки, следовательно, снижается пропускная способность АГНКС.

Целью изобретения является уменьшение времени заправки газобаллонных автомобилей до заданного давления сжатым природным газом.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для заправки автомобилей сжатым природным газом, содержащем источник сжатого газа, регулятор давления газа, трубопроводные линии, заправочный рукав, трехходовой шаровый экран, трубопроводные линии сброса газа на свечу, при этом источник сжатого газа соединен с входом регулятора давления, а заправочный рукав соединен с выходом регулятора давления через трехходовой причем регулятор давления газа выполнен в виде отсекателя содержащий корпус, внутри которого в цилиндрическом канале размещен шарик и два поршня, соединенные между собой жестко и разделяющие внутреннее пространство корпуса на три полости, первая полость соединена с первым входом противодавления через трубопроводные линии с баллоном импульсного газа и с первым предохранительным клапаном, входом третьего трехходового шарового крана, первым выходом второго трехходового шарового крана, вход которого через трубопроводные линии соединен с источником сжатого газа, второй выход второго трехходового шарового крана соединен со второй полостью регулятора давления через основной вход, выход регулятора давлений соединен через трубопроводные линии с первым выходом третьего трехходового шарового крана и входом дроссельной шайбы, второй выход третьего трехходового шарового крана соединен со свечой, выход дроссельной шайбы соединен с вторым выходом первого трехходового шарового крана, первый выход которого соединен со свечой, вход первого трехходового шарового крана соединен с третьей полостью регулятора давлений, с вторым предохранительным клапаном и заправочным рукавом с заправочной головкой, выходы первого и второго предохранительных клапанов соединены через трубопроводную линию со свечой.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство для заправки автомобилей сжатым природным газом отличается наличием нового регулятора давления газа с баллоном импульсного газа, дроссельной шайбой, вторым и третьим трехходовыми шаровыми кранами и их связями с остальными элементами устройства.

Таким образом, устройство для заправки автомобилей сжатым природным газом соответствует критерию изобретения "новизна".

Заявителю неизвестно техническое решение, где отличительные признаки предложенного устройства появились в том качестве, как предлагаемом. Поэтому заявленное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показана технологическая схема устройства; на фиг.2 возможные направления истечения газа в трехходовом шаровом кране.

Устройство содержит источник сжатого газа, соединенный манометром 2 и входом второго трехходового шарового крана 3 (фиг.2). Первый выход второго трехходового шарового крана 3 соединен с баллоном импульсного газа 4, снабженного манометром 5, а второй выход с регулятором давления газа 6. Регулятор давления газа 6, выполненный в виде отсекателя, содержит корпус 7 с основным входом 8, первым входом противодавления 9, вторым входом противодавления 10 и выходом 11. Внутри корпуса 7 в цилиндрическом канале размещены первый поршень 12, снабженный уплотнительным кольцом 13 и первым упорным выступом 14, и второй поршень 15, снабженный уплотнительным кольцом 16 и вторым упорным выступом 17. Первый и второй поршни 12 и 15 соединены осью 18, разделяют цилиндрический канал корпуса 7 на первую 19, вторую 20 и третью 21 полости. Во второй полости 20 между первым ограничительным выступом 22 и вторым ограничительным выступом 23 размещен шарик 24. Первая полость 19 через первый вход противодавления 9 соединен с первым выходом второго трехходового шарового крана 3, баллоном импульсного газа 4, входом первого предохранительного клапана 25 и входом третьего трехходового шарового крана 26. Выход первого предохранительного клапана 25 и первого выхода третьего трехходового шарового крана 26 соединены со свечой 27. Второй выход третьего трехходового шарового крана 26 соединен с выходом 11 регулятора давления газа 6, входом дроссельной шайбы 28, выход которой соединен со вторым выходом первого трехходового шарового крана 29. Первый выход первого трехходового шарового крана 29 и выход второго предохранительного клапана 30 соединены со свечой 27. Вход первого трехходового шарового крана 29 соединен с входом второго предохранительного клапана 30, вторым входом противодавления 10 регулятора давления газа 6, манометром 31, заправочным рукавом 32 и через него с заправочной головкой 33.

Для обеспечения свободного истечения газа во второй полости 20 и для того, чтобы при освобождении выходного отверстия 11 от шарика 24 первый ограничительный выступ 22 толкнул шарик 24 по центру, его высоту выбирают так, чтобы расстояние между первым ограничительным выступом 22 и внутренней поверхностью цилиндрического канала была не меньше /2 и не больше d/2-, где d, d₁ и d₂ соответственно диаметры цилиндрического канала корпуса 7, шарика 24 и выхода 11. Высоту второго ограничительного выступа 23 выбирают так, чтобы расстояние между ним и внутренней поверхностью цилиндрического канала корпуса 7 было меньше d₁, но не больше, чем высота первого ограничительного выступа 22. Длины первого и второго упорных выступов 14 и 17 и местоположение основного входа 8, первого и второго входа противодавлений 9, 10 и выхода 11 выбирают таким образом, чтобы при нахождении поршней 12 и 15 в положении, когда первый упорный выступ 14 или второй упорный выступ 17 упирается в торец цилиндрического канала корпуса 7 второй поршень 15 находился между основным входом 8 и вторым входом противодавления 10, а первый поршень 12 находился между первым входом противодавления 9 и выходом 11. Расстояние между первым ограничительным выступом 22 и вторым ограничительным выступом 23 и местоположение выбирают так, чтобы при нахождении первого и второго поршня 12 и 15 в положении, когда второй упорный выступ 17 упирается в торец цилиндрического канала корпуса 7, они находились между основным входом 8 и выходом 11, а при нахождении первого и второго поршня 12 и 15 в положении, когда первый упорный выступ упирается в торец цилиндрического канала корпуса 7, первый упорный выступ 22 находился между первым входом противодавления 9 и выходом 11, второй ограничительный выступ 23 находился между выходом 11 и входом 8, а расстояние от первого и второго ограничительных выступов 22 и 23 до выхода 11 были не меньше d²₁-d²₂/2.

Для обеспечения точечных прикосновений торец цилиндрического канала корпуса 7 и упорных выступов 14 и 17, концы упорных выступов выполняют в сферической форме.

Устройство при заправке автомобилей сжатым природным газом до давления Р₁, меньшего давления газа в источнике сжатого газа Р₂, работает следующим образом.

Природный газ из источника сжатого газа 1 под давлением Р₂поступает во второй трехходовой шаровой кран 3. С помощью второго трехходового шарового крана 3 сжатый газ подается в баллон импульсного газа 4 до тех пор, пока давление газа в нем не становится равным Р₁. Так как баллон импульсного газа 4 и первая полость 19 регулятора давления газа соединены между собой, то давление газа в первой полости 19 равно Р₁ и поршни 12 и 15 находятся в положении, когда второй упорный выступ 17 упирается в торец корпуса, так как давление газа в третьей полости 21 равно атмосферному давлению. После того, как давление газа в баллоне импульсного газа 4 становится равным Р₁, сжатый газ под давлением Р₂ с помощью второго трехходового шарового крана 3 подают во вторую полость 20 регулятора давления газа 6. В это время третий трехходовой шаровой кран 26 и первый трехходовой шаровой кран 29 должны находиться в закрытом (нейтральном) положении. Устройство готово к заправке газобаллонных автомобилей сжатым природным газом, регулятор давления газа (отсекатель) 6 готов отсечь подачу сжатого газа в газобаллонную установку автомобиля, когда давление газа в нем будет равным Р₁. В дальнейшем для управления заправкой автомобилей сжатым природным газом до давления Р₁ используется только первый трехходовой шаровой кран 29. Газобаллонная установка автомобиля с помощью заправочного рукава 32 с заправочной головкой 33 соединяется с установкой, а манометр 31 показывает остаточное давление газа в газобаллонной установке автомобиля. С помощью первого трехходового шарового крана 29 сжатый газ через регулятор давления 6 и через дроссельную шайбу 28 подают в автомобиль. Первоначально дроссельную шайбу выбирают такой, чтобы при надкритическом истечении газа в газобаллонную установку автомобилей давление газа в трубопроводной линии после дроссельной шайбы 28 было несколько меньше Р₁. Тогда и в третьей полости 21 регулятора давления газа 6 давление будет меньше при надкритическом истечении газа, а первый и второй поршни 12 и 15 находятся в положении, когда второй упорный выступ 17 будет упираться в торец корпуса 7. Истечение газа в газобаллонную установку автомобилей будет надкритическим, пока давление газа в ней на поднимается до значения

P_кр= P где k показатель адиабаты заправляемого газа (k 1,31 для метана). С дальнейшим ростом давления газа в газобаллонной установке автомобиля истечение газа от надкритического переходит на подкритическое истечение и давление газа в газобаллонной установке автомобиля и в третьей полости 21 регулятора давления газа 6 выравниваются. Последующее наполнение газобаллонной установки автомобиля приводит к одинаковому росту давления в ней и в третьей полости 21 регулятора давления газа 6. Когда давление в газобаллонной установке автомобиля достигает Р₁ и начинает становиться больше Р₁, тогда и в третьей полости 21 регулятора давления 6 давление газа становится больше Р₁ и первый и второй поршни 12 и 15 уходят в сторону первого входа противодавления 9, так как это не приводит к заметному повышению давления газа в первой полости 19 регулятора давления газа 6 по той причине, что первая полость 19 соединена с баллоном импульсного газа 4 и суммарный геометрический объем баллона импульсного газа и первой полости 19 с уходом поршней в сторону первого входа противодавления 9 уменьшается незначительно. С уходом поршней 12 и 15 в сторону первого входа противодавления 9 увеличивается геометрический объем третьей полости 21 регулятора давления 6. Это не приводит к заметному падению давления газа в третьей полости 21, так как она соединена с газобаллонной установкой автомобилей и суммарный геометрический объем газобаллонной установки автомобиля и третьей полости 21 с уходом поршней в сторону первого входа противодавления увеличивается незначительно. С уходом поршней 12 и 15 в сторону первого входа противодавления 9 первый ограничительный выступ 22 не препятствует тому, чтобы поток газа уносил шарик и запирал выход 11, так как второй ограничительный выступ 23 обеспечивает то, что шарик 24 всегда находится в потоке газа, после чего прекращается подачей газа в автомобиль. Затем первый трехходовой шаровой кран 29 устанавливают в закрытое (нейтральное) положение, закрывают вентиль газобаллонной установки автомобиля, с помощью первого трехходового шарового крана 29 сбрасывают оставшийся сжатый газ из заправочного рукава 32 и третьей полости 21 регулятора давления газа 6 на свечу 27, отсоединяют заправочную головку 33 от газобаллонной установки автомобиля. Так как произошел сброс газа из третьей полости 21 регулятора давления газа 6 поршни 12 и 15 уходят в сторону второго входа противодавления 10, освобождая первым ограничительным выступом 22 выход 11 от шарика 24. Устройство для заправки автомобилей сжатым природным газом готово к заправке следующего до давления Р₁.

Перерегулировка устройства для заправки автомобилей сжатым природным газом до давления Р₃ (Р₃ Р₁) осуществляется с помощью второго и третьего трехходового шарового крана 3 и 26. Если Р₃< Р₁, то из баллона импульсного газа 4 с помощью третьего трехходового шарового крана 26 газ сбрасывают на свечу 27 до тех пор, пока давление газа в нем не упадет до Р₃. Если P₃ > Р₁, то с помощью второго трехходового шарового крана 3 или третьего трехходового шарового крана 26 сжатый газ подают в баллон импульсного газа 4 до тех пор, пока давление газа в нем не поднимается до Р₃. Установка для заправки автомобилей сжатым природным газом готова к заправке газобаллонной установки автомобилей до давления Р₃.

Сокращение времени заправки автомобилей сжатым природным газом достигается тем, что при подкритическом истечении газа в газобаллонную установку автомобилей проходные сечения устройства для заправки автомобилей сжатым природным газом не меняются и остаются такими же, как и при надкритическом истечении газа.

Экономическая эффективность от использования данного устройства обеспечивается за счет сокращения времени заправки автомобилей сжатым природным газом до заданного давления и как следствие этого повышением пропускной способности АГНКС.