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. 119 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).

Рисунок 119 – Схема клапана-регулятора в линии (вариант)

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».

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. 120.

Рисунок 120 – Принцип регулирования давления в магистрали ТЗА в варианте установки клапана-регулятора в линии, трубы Вентури и наконечника закрытой заправки
с регулятором давления

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. 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).

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. 121. Раздаточный кран состоит из корпуса 4, сливной трубки 2 и переходника для присоединения к раздаточному рукаву 9. В сливной трубке размещен сетчатый фильтр 3.

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 121 - 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. 122 приведен вариант раздаточного крана зарубежного производства, отличающийся от описанного ранее крана (рис. 121) 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.

Рисунок 122 – Раздаточный кран фирмы CARTER

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. 123).

Рисунок 123 – Отсек для размещения раздаточного крана открытой заправки (с рукавом и устройством стыковки к наконечнику)