разъемное устройство для заправки криогенной жидкости

Формула изобретения

1. Разъемное устройство для заправки криогенной жидкости, содержащее бортовой штуцер и наконечник заправщика, каждый из которых включает в себя внутренний корпус, внешний корпус и уплотнительные элементы, причем внутренний корпус штуцера и наконечника снабжены обратными клапанами, а между корпусами установлены тепловые мосты, при этом штуцер и наконечник снабжены замковым устройством, смонтированным на внешних корпусах, отличающееся тем, что оно снабжено теплозащитными экранами, смонтированными в зазорах между внешним и внутренним корпусами как у штуцера, так и у наконечника, а также дополнительными уплотнительными элементами, установленными на внешних корпусах штуцера и наконечника в зоне их контакта, при этом на внешнем корпусе установлен дополнительный подпружиненный обратный клапан и опорно центрирующие элементы, а между внешним и внутренним корпусами штуцера и наконечника установлены теплоизолирующие опоры, кроме того, один из обратных клапанов внутреннего корпуса снабжен сильфоном, а на корпусе выполнены отверстия, при этом каждый из обратных клапанов снабжен соосно расположенными седлом, выполненным в виде конуса, и тарелкой с шаровой контактной поверхностью.

2. Разъемное устройство для заправки криогенной жидкости по п.1, отличающееся тем, что замковое устройство включает в себя симметрично установленные на внешнем корпусе рычажные механизмы, каждый из которых снабжен подпружиненным захватом, взаимодействующим с ответным запорным элементом на другом внешнем корпусе, при этом на упомянутых корпусах выполнены направляющие для ориентирующих штырей.

3. Разъемное устройство для заправки криогенной жидкости по п.1 или 2, отличающееся тем, что на одном из внешних корпусов смонтирована рукоятка.

4. Разъемное устройство для заправки криогенной жидкости по п.1, отличающееся тем, что тепловые мосты выполнены в виде теплоизолирующих проставок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к самолетостроению, а именно к авиационной технике со средствами заправки топливных баков криогенной жидкостью или сжиженным природным газом (СПГ), и может быть использовано в других отраслях машиностроения.

Известны разъемные устройства для заправки криогенных жидкостей, например для заправки баков транспортных средств жидким водородом или сжиженным природным газом (СПГ), содержащее бортовой штуцер и наконечник заправщика (см. журнал "International Journal of Hydrogen Energy", October 1998, Volume 23, Number 10, фиг. 8, издание Pergamon Press, Oxford, New York).

В известном устройстве штуцер состоит из внешнего и внутреннего корпусов. Внутренний корпус в торцевой части имеет подпружиненный обратный клапан, закрывающий вход в трубопровод топливной системы объекта заправки, и уплотнительный элемент для внешней герметизации канала заправки после соединения штуцера с наконечником. Между корпусами имеется вакуумная полость, замыкание которой производится с помощью цилиндрических тепловых мостов, обеспечивающих жесткую связь между корпусами штуцера и, совместно с упомянутой полостью, предохраняющих резьбовую часть внешнего корпуса штуцера, служащую для соосного соединения с наконечником, от чрезмерного охлаждения и обледенения.

Наконечник заправщика состоит из внешнего и внутреннего корпусов. Во внутреннем корпусе смонтирован подпружиненный обратный клапан, закрывающий вход в трубопровод заправщика. Между корпусами имеется вакуумная полость, замыкание которой производится с помощью цилиндрических тепловых мостов, обеспечивающих жесткую связь между корпусами наконечника и, совместно с упомянутой полостью, предохраняющих от обледенения элемент с резьбой (накидная гайка), закрепленный на внешнем корпусе с помощью шариков (шариковый подшипник) и имеющий возможность поворачиваться вокруг оси наконечника. Такая конструкция за счет вращения элемента с резьбой по резьбе внешнего корпуса штуцера обеспечивает поступательное перемещение наконечника относительно штуцера, открытие-закрытие клапанов и внешнюю герметизацию канала заправки при открытых клапанах.

Однако известное устройство имеет ряд существенных недостатков: невозможно обеспечить требуемую долговечность уплотнений и их герметичность в течение срока службы устройства из-за неизбежного износа (трение) и микроповреждений (от попадания между герметизирующими поверхностями механических частиц, содержащихся в рабочей жидкости) внутренней цилиндрической поверхности канала заправки и постоянно взаимодействующих с ней, в том числе в процессе работы устройства (при соединении, открытии(закрытии) клапанов и разъединении), поверхностей кольцевых уплотнительных элементов клапанов и уплотнительного элемента для внешней герметизации канала заправки.

Кроме того, устройство имеет сравнительно большие габариты из-за протяженности применяемых для предотвращения обмерзания резьбовой пары металлических тепловых мостов между внутренними и внешними корпусами.

Устройство относительно дорого в эксплуатации, т.к. требует периодической проверки и восстановления вакуумной теплоизоляции резьбовой пары.

При этом оно имеет увеличенное время процесса соединения - открытия(закрытия) клапанов - разъединения за счет необходимости совершения с помощью вращения элемента с резьбой (накидная гайка) значительных продольных перемещений наконечника относительно штуцера, а сама работа с устройством требует приложения значительных физических усилий в течение продолжительного времени в процессе соединения-разъединения для преодоления трения в резьбе и осевых усилий сжатия пружин.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение требуемой герметичности, увеличение срока работы, повышение надежности и безопасности, а также обеспечение быстродействия и упрощение эксплуатации.

Решение технической задачи достигается тем, что разъемное устройство для заправки криогенной жидкости включает в себя бортовой штуцер и наконечник заправщика, каждый из которых включает в себя внутренний корпус, внешний корпус и уплотнительные элементы, причем внутренний корпус штуцера и наконечника снабжены обратными клапанами, а между корпусами установлены тепловые мосты, при этом штуцер и наконечник снабжены замковым устройством, смонтированным на внешних корпусах. Кроме того, оно снабжено теплозащитными экранами, смонтированными в зазорах между внешним и внутренним корпусами как у штуцера, так и у наконечника, а также дополнительными уплотнительными элементами, установленными на внешних корпусах штуцера и наконечника в зоне их контакта, при этом на внешнем корпусе установлен дополнительный подпружиненный обратный клапан и опорноцентрирующие элементы, а между внешним и внутренним корпусами штуцера и наконечника установлены теплоизолирующие опоры, кроме того, один из обратных клапанов внутреннего корпуса снабжен сильфоном, а на корпусе выполнены отверстия, при этом каждый из обратных клапанов снабжен соосно расположенными седлом, выполненным в виде конуса, и тарелкой с шаровой контактной поверхностью. Кроме того, замковое устройство включает в себя симметрично установленные на внешнем корпусе рычажные механизмы, каждый из которых снабжен подпружиненным захватом, взаимодействующим с ответным запорным элементом на другом внешнем корпусе, при этом на упомянутых корпусах выполнены направляющие для ориентирующих штырей, на одном из внешних корпусов смонтирована рукоятка, а тепловые мосты между внешними и внутренними корпусами штуцера и наконечника выполнены в виде теплоизолирующих проставок.

На фиг. 1 изображено разъемное устройство для заправки криогенной жидкости в разъединенном положении и с закрытым обратными клапанами каналом заправки.

На фиг. 2 изображен наконечник заправщика в разъединенном положении и с закрытым обратным клапаном каналом заправки.

На фиг. 3 - разъемное устройство для заправки криогенной жидкости после закрепления захватов рычажного механизма наконечника на штуцере с открытым клапаном внешней герметизации и с закрытым клапанами каналом заправки.

На фиг. 4 - разъемное устройство для заправки криогенной жидкости в соединенном положении с закрытым клапаном внешней герметизации и с открытыми клапанами канала заправки.

На фиг. 5 изображен прототип.

Разъемное устройство для заправки криогенной жидкости содержит бортовой штуцер 1, который состоит из двух концентрических корпусов - внутреннего корпуса 2 и наружного корпуса 3. На корпусе 2 закреплено седло 4, а внутри корпуса 2 установлен клапан 5, оборудованный отверстиями для протока жидкости и поджимаемый пружиной 6 к седлу 4. К корпусу 2 через теплоизолирующую проставку 7 прикреплен наружный корпус 3. В зазоре между корпусами 2 и 3 установлена теплоизолирующая опора 8 наружного корпуса 3 и закреплены теплозащитные экраны 9, уменьшающие теплоотдачу излучением и минимизирующие конвекцию в зазоре. На корпусе 3 имеются продольные пазы 10 и элементы 11 для соединения с захватами рычажного механизма наконечника. Между корпусами 2 и 3 выполнена металлизация, например в виде токопроводящего элемента 12, для исключения образования разности потенциалов между корпусами.

Наконечник 13 заправщика топливом состоит из двух концентрических корпусов - внутреннего корпуса 14 и наружного корпуса 15. На корпусе 14 закреплен клапан 16, в корпусе которого имеются отверстия для протока жидкости, перекрываемые снаружи подвижным клапаном-седлом 17, герметично соединенным с помощью сильфона 18 с корпусом 14. Для вентиляции полости между сильфоном 18 и корпусом 14 в последнем имеются специальные отверстия. К тарелке клапана 16 седло 17 поджимается пружиной 19. К корпусу 14 через теплоизолирующую проставку 20 прикреплены наружный корпус 15 и рычажный механизм 21 с подпружиненными захватами 22. В зазоре между корпусами 14 и 15 установлена теплоизолирующая опора 23 наружного корпуса 15 и закреплен теплозащитный экран 24. На наружном корпусе 15 имеются направляющие штыри 25, опорноцентрирующие элементы 26, смонтирована рукоятка 27. Наружный корпус 14 снабжен дополнительным уплотнением 28 и подпружиненным обратным клапаном 29. Наконечник 13 оборудован страховочным токопроводящим элементом 30 в виде троса, обеспечивающим металлизацию между корпусами 14 и 15, на котором смонтирован токопроводящий запорный крюк 31.

Разъемное устройство для заправки криогенной жидкости работает следующим образом.

Перед соединением с торцевых частей наружных корпусов штуцера и наконечника снимаются технологические заглушки (на чертежах не показаны), защищающие взаимодействующие элементы конструкции устройства от механических повреждений и от попадания на них и в межкорпусной зазор влаги. После этого наконечник 13, удерживаемый за рукоятку 27 и поддерживаемый за корпус 15, подводится к штуцеру 1 так, чтобы направляющие штыри 25 были напротив пазов 10 в корпусе 3. После попадания штырей в пазы продольным по оси штуцера 1 перемещением наконечника обеспечивается попадание подпружиненных захватов 22 на элементы 11, а при дальнейшем перемещении - закрепление захватов на штуцере. Запорный крюк 31 страховочного троса 30 закрепляется на корпусе 3 (или на связанном металлизацией с корпусом 3 корпусе заправляемого объекта). Центрирование наконечника 13 относительно штуцера 1 производится при взаимодействии опорноцентрирующих элементов 26 с внутренней поверхностью корпуса 3. Наконечник 13 закреплен на штуцере 1.

После этого поворотом рычагов механизма 21 наконечник 13 перемещается далее вдоль оси штуцера 1. При этом сначала происходит соприкосновение сферической поверхности клапана-седла 17 с конической поверхностью седла 4. При дальнейшем поступательном движении наконечника, приводящем к сжатию сильфона 18 и пружины 19, открываются отверстия в корпусе клапана 16 для протока жидкости, а торец тарелки клапана 16, сферическая внешняя сторона которой была прижата к седлу клапана-седла 17 наконечника, упираясь в торец клапана 5 бортового штуцера, поднимает его и открывает канал для протока криогенной жидкости через отверстия в корпусе клапана 5. Одновременно с открытием клапанов происходит взаимодействие уплотнительного элемента дополнительного уплотнения 28 наконечника с корпусом 3 штуцера, за счет чего полость между корпусами изолируется от окружающей среды, связь с которой может осуществляться через малое отверстие в наружном корпусе наконечника (или штуцера). После этого начинается заправка объекта криогенной жидкостью.

Процесс прекращения заправки и разъединения производится в обратном порядке. После разъединения на торцевые части наружных корпусов штуцера и наконечника устанавливаются технологические заглушки.

Использование изобретения позволит обеспечить требуемую герметичность, долговечность, надежность, безопасность, быстродействие и снизить объемы и трудоемкость регламентных работ в процессе эксплуатации.