Топливный бак наземного транспортного средства
Владельцы патента RU 2741666:
Федеральное государственное казенное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский пограничный институт Федеральной службы безопасности Российской Федерации" (RU)
Изобретение относится к области предупреждения пожаров и сдерживания огня и может быть использовано для предотвращения пожара на наземном транспортном средстве в нештатных ситуациях. Топливный бак наземного транспортного средства содержит крышку с герметиком, снабжен газовой рубашкой, изолированной от атмосферы герметичной пробкой, образованной двойными стенками с перфорированными отверстиями в верхней части и объемом топливного бака, закрепленной к крышке бака, соединенной пневмосистемой через пневмоэлектрический датчик давления мембранного типа с нормально замкнутыми контактами блока управления, дифференциальный и отсечной клапаны с баллоном инертного газа, а электрической цепью через усилитель сигнала и пусковое реле с исполнительным механизмом отсечного клапана подачи инертного газа и механизмом закрытия пробоины в баке, содержащим наружную оболочку из эластичного топливостойкого материала, армированную тавровыми металлическими стрежнями, свернутую в рулон, подпружиненную и снабженную фиксатором ее исходного положения на наружной поверхности бака, и средство для уплотнения стыка между эластичной оболочкой и баком, имеющее размещенный в зоне стыка герметик, снабженную электромеханическим приводом планку для уплотнения стыка. Технический результат: повышение надежности функционирования топливного бака в условиях воздействия на него факторов, вызывающих взрыв топливовоздушной смеси и воспламенение топлива при истечении из пробоины. 3 ил.
Изобретение относится к области предупреждения пожаров и сдерживания огня и может быть использовано для предотвращения пожара на наземном транспортном средстве в нештатных ситуациях.
Известен наполнитель для взрывобезопасного резервуара [1]. Наполнитель состоит из объемных однотипных тел для взрывобезопасного резервуара. Удельная поверхность наполнителя составляет 40-400 м2/кг. Суммарная контактная поверхность между объемными телами составляет 10-90% от общей поверхности объемных тел. Любое объемное тело наполнителя может быть выполнено в сечении с переменным линейным размером. Любое тело наполнителя может содержать по крайней мере одну открытую полость. Любое тело наполнителя выполнено из материала, стойкого в жидкости заполняющей резервуар, и обладающего значениями теплопроводности от 40 до
400 Вт/(м⋅К) и теплоемкости от 10 до 80 Дж/(моль⋅К), определяемыми условиями предотвращения взрыва и воспламенения вещества, находящегося в резервуаре.. Любое объемное тело наполнителя выполнено из металла или сплава на основе алюминия из фольги или из просечной металлической растянутой сетки.
Недостатком данного устройства является то, что топливо не изолируется от кислорода воздуха, поступающего через горловину емкости, и контактирует с топливом, поэтому существует вероятность образования взрывоопасной топливовоздушной смеси при частичной выработке объема топлива во время эксплуатации транспортного средства. При поражении емкости во время террористического акта металлический наполнитель может давать раскаленный факел вторичных осколков, что может привести к взрыву топливо-воздушной смеси.
Известно устройство емкости с энергоносителем для осуществления способа предотвращения взрыва энергоносителя [2], включающее в себя ампулу с подавляющим пожар газом, которая разрушается при воздействии на емкость факторов, вызывающих взрыв. При возникновении аварийной ситуации в виде удара предотвращение взрыва происходит за счет выделения подавляющего пожар газа при разрушении ампулы при ударе о стенку емкости.
Недостатком данного устройства является то, что для образования защитной газовой смеси при разрушении ампулы ударом о стенку емкости необходимо время, а при террористическом акте энергоноситель может взорваться мгновенно.
Известно устройство, состоящее из емкости с энергоносителем для осуществления способа предотвращения взрыва энергоносителя [3] за счет профилактического заполнения емкости высокопористым материалом, из которого формируют объемное тело из алюминиевой фольги, объемный вес которой составляет 0,033-0,037 кг/л, при этом формируют объемное тело так, чтобы в случае локального возгорания тепло от нагреваемого участка равномерно распределялось по всему объему энергоносителя, благодаря чему взрывная фаза отодвигается на 1,5 с и переходит в спокойный режим горения, что приводит к более высокой надежности предотвращения взрыва.
Недостатком данного устройства является продолжающееся горение энергоносителя, которое поддерживается топливовоздушной смесью, находящейся над топливом. Огнем могут повреждаться резинотехнические изделия, электропроводка и узлы транспортного средства.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленного изобретения является устройство [4] для предотвращения взрыва топливовоздушной смеси в топливном баке RU 2534839 С1: «Топливный бак транспортного средства, имеющего систему питания топливом, содержащий крышку с герметиком».
Недостатком данного устройства является то, что оно не защищает от разлива топлива при пробитии бака ниже эластичной мембраны и его воспламенения.
Целью данного изобретения является повышение надежности функци-анирования топливного бака в условиях воздействия на него факторов, вызывающих взрыв топливовоздушной смеси и воспламенение топлива при истечении из пробоины.
Для достижения поставленной цели решается задача создания устройства для предотвращения взрыва топливовоздушной смеси и воспламенения истекающего топлива из пробоины в топливном баке наземного транспортного средства.
Предлагаемое устройство содержит топливный бак 1 (фиг. 1,2), крышку 2, двойную стенку 3 с отверстиями 4 по верхнему периметру стенки, газовую рубашку 5, заливную горловину с герметичным клапаном 6, кран для слива топлива из газовой рубашки 7, блок управления 8, пневмоэлектрический датчик давления 9 мембранного типа с нормально замкнутыми контактами, сигнальную лампу 10, усилитель сигнала 11, пусковое реле 12, питание от бортовой сети 13, через предохранитель 14, диод 15, защищающий устройство от неправильного включения, переключатель 16, баллон с инертным газом 17, понижающий редуктор 18, кран 19, дифференциальный клапан 20, отсечной клапан 21 с электромагнитным стопором и ручным приводом 22, механизм закрытия пробоины 23 (фиг. 2, 3) с эластичной топливостойкой оболочкой 24 свернутой в рулон на оси 25, армированную тавровыми металлическими стержнями 26 с герметиком 27, прикрепленную канатами 28 через ролики 29 к пружинному приводу 30 с электромагнитным и ручным приводом стопора 31 исходного положения оболочки, механизм уплотнения стыка 32 (фиг. 3), с электромагнитными стопорами 33 и механическим пружинным приводом 34, планку 35 уплотнения стыка. Внутренние стенки топливного бака 3 приварены (прикреплены болтами) к крышке 2. Образованный объем между двойными стенками соединяется с внутренним объемом топливного бака через перфорированные отверстия 4 и заливную горловину 6, образуя газовую рубашку, в которую под давлением поступает инертный газ из баллона 17 через дифференциальный клапан и пневмоэлектрический датчик давления Заливная горловина 6, после заправки бака топливом закрывается герметичной пробкой, изолируя газовую рубашку бака от атмосферы. При заправке машины топливом баллон 17 отключается запорным краном 19, а находящийся в топливном баке газ выпускается в атмосферу, а после заправки баллон 17 подключается. Емкость баллона 17 равна 20 л. при давлении газа в нем 15 Мпа. Емкость определена из условия массового расхода инертного газа при изотермическом процессе заполнения топливного бака газом, находящегося при температуре плюс 15°С. Расстояние между стенками бака принято 30 мм. Емкость одного топливного бака равна 210 л. Давление инертного газа внутри бака и газовой рубашке - 0,02 Мпа. Проходное сечение в дифференциальном клапане для поддержания постоянства давления в баке при выработке топлива составляет 0,12⋅0-7 м2 и не должно превышать 2…3 мм2, т.к. в противном случае не обеспечивается срабатывания пневмоэлектрического датчика при сквозном повреждении стенки бака. Диаметр проходного сечения соединительного патрубка пневмоэлектрического датчика с топливным баком равен 40 мм. Определение проходного сечения в дифференциальном клапане производилось в следующей последовательности:
Определение объема, заполняемого газом при выработке топлива
где Gт - часовой расход топлива машиной равный 100 кг/ч;
ρт - плотность топлива равная 0,86 т/м3;
Vт - составляет 0,117 м3.
Часовой расход газа из баллона составит Gг=0,1 64 кг/ч, секундный расход газа Gc=0,0455 кг/с. Максимальный расход газа будет тогда, когда скорость истечения газа из баллона в бак достигнет критического значения.
Исходя из вышеизложенного, проходное сечение в дифференциальном клапане определяется по зависимости
где F - площадь проходного сечения клапана;
Gc -секундный расход газа; k - показатель адиабаты равный 1,4;
ρ -плотность инертного газа после газового редуктора равная 11,6 кг/м3;
Т - температура газа при изотермическом расширении равная 287 К.
R - универсальная газовая постоянная равная 1,987 кал/моль⋅град. Сущность устройства поясняется чертежами, где представлена пневмо-электрическая схема предполагаемого устройства Фиг. 1 - схема общего вида.
Фиг. 2 - вид топливного бака с механизмом закрытия пробоины.
Фиг. 3 - разрез механизма герметизации оболочки к топливному баку.
Устройство работает следующим образом: после заправки бака топливом открывается запорный кран 19 и инертный газ заполняет газовую рубашку. Перед выполнением работы включается переключатель 16 и устройство переводится в рабочее положение. Под действием давления газа мембрана пневмоэлектрического датчика давления 9 размыкает контакты и сигнальная лампа 10 гаснет. При сквозном повреждении топливного бака взрыв паров топлива предупреждается истечением через пробоину, находящегося под давлением в баке инертного газа, который изолирует топливо от кислорода воздуха. При падении давления в газовой рубашке бака срабатывает пневмоэлектрический датчик давления, загорается сигнальная лампа и сигнал постает на усилитель 11 блока управления и через пусковое реле 12 к исполнительным механизмам отсечки подачи инертного газа 21, 22, закрытия 23 и герметизации 32 пробоины на стенке бака. Срабатывает электромагнитный стопор 22 отсечного золотникового клапана и перекрывается подача инертного газа в газовую рубашку бака. Затем срабатывает электромагнитный стопор 31 исходного положения эластичной оболочки, шток фиксатора освобождает пружинный привод и эластичная оболочка разматывается, закрывая пробоину. Подается питание на механизм уплотнения стыка 32 (фиг. 3), с электромагнитными стопорами 33 и механический пружинный привод 34 прижимает планку 35, уплотняя стык оболочки с баком герметиком.
Для возврата устройства в исходное состояние необходимо поднять фиксаторы всех стопоров за ручной привод, сжать пружины механических приводов и зафиксировать их стопорами, установить барабан 36 на четырехгранник оси 25 и ручным приводом 37 возвратить эластичную оболочку в исходное положение, зафиксировав ее стопорами 31. Удалить топливо из газовой рубашки бака через сливной кран 7.
Технический результат предотвращения взрыва топливовоздушной смеси и воспламенения истекающего топлива из пробоины в топливном баке наземного транспортного средства достигается за счет истечения инертного газа под давлением через пробоину из газовой рубашки, изолированной от атмосферы, образованной двойными стенками топливного бака и герметизацией пробоины топливостойкой оболочкой с электромеханическим приводом.
Применение предлагаемого устройства позволяет обеспечить надежность функционирования топливного бака за счет предотвращения взрыва топливовоздушной смеси и образования пожара от истекающего топлива в нештатных ситуациях.
Используемые источники
1. Пат. 2179139 С1 Российская Федерация, МПК7 В65Д90/22,В65Д88/12, А62С 3/07. Наполнитель для взрывобезопасного резервуара/ Н.А. Окатов, A.M. Проживалов, А.В. Филиппов - №2000121605/13, Заяв. 17. 08. 2000; Опубл. 10.02.2002.
2. Пат. 2122453 О Российская Федерация, МПК6 А62С 3/07. Способ предотвращения взрыва энергоносителя в емкости / Б. П. Таланов - №97116705/12; Заяв. 09. 10. 1997; Опубл. 27.11.1998.
3. Пат. 2187349 С2 Российская Федерация, МПК7 А62С 3/07. Способ предотвращения взрыва энергоносителя в емкости / Р.Г. Пападопулу -№2000125660/12; Завл. 12.10.2000; Опубл. 20.08.2002.
4 Пат. 2218955 С2 Российская Федерация, МПК7 А62С 3/06. Устройство для предотвращения пожара и взрыва при использовании и транспортировании жидких горючих и химических материалов (ГХМ)/ А.В. Баев - №2002105967/12; заяв. 07.03.2002; опубл. 20. 08. 2002.
4. Пат. 2534839 C1 Российская Федерация, МПК В60К 15/077. Топливный бак транспортного средства / А. П. Трофимов, А.Ю. Дащенко. - №2013118594/11; заявл. 22.04.2013; опубл. 10.12.2014. Бюл. №34.
Топливный бак наземного транспортного средства, имеющего систему подачи инертного газа, содержащий двойные стенки, заливную горловину и крышку с герметиком, отличающийся тем, что снабжен газовой рубашкой, изолированной от атмосферы герметичной пробкой, образованной двойными стенками с перфорированными отверстиями в верхней части и объемом топливного бака, закрепленной к крышке бака, соединенной пневмосистемой через пневмоэлектрический датчик давления мембранного типа с нормально замкнутыми контактами блока управления, дифференциальный и отсечной клапаны с баллоном инертного газа, а электрической цепью через усилитель сигнала и пусковое реле блока управления с исполнительным механизмом отсечного клапана подачи инертного газа и механизмом закрытия пробоины в баке, содержащим наружную оболочку из эластичного топливостойкого материала, армированную тавровыми металлическими стрежнями, свернутую в рулон, подпружиненную и снабженную фиксатором ее исходного положения на наружной поверхности бака, и средство для уплотнения стыка между эластичной оболочкой и баком, имеющее размещенный в зоне стыка герметик, снабженную электромеханическим приводом планку для уплотнения стыка.
