RU2088444C1

RU2088444C1 - Detachable device for charging with cryogenic liquid

Info

Publication number: RU2088444C1
Application number: RU94021543A
Authority: RU
Inventors: Е.А. Балашов; В.Д. Борисов; В.Г. Павлюков
Original assignee: Акционерное общество "Авиационный научно-технический комплекс им.А.Н.Туполева"
Priority date: 1994-06-16
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 1997-08-27
Also published as: RU94021543A

Abstract

FIELD: cryogenic engineering. SUBSTANCE: device has tip 2 of a charger and connecting pipe 1 of a charging system. Connecting rod 1 has axially alined inner passageway 3 for liquid phase and outer passageway 4 for vapor of drained phase. Inner passageways 3 and 13 and outer passageways 4 and 14 of connecting rod 1 and tip 2 have shutoff passageways 5,7 and 15, 17 interconnected through spring-loaded ties 8 and 18. Head portion 20 of inner passageway 13 of tip 2 is connected to the fixed portion of outer passageway 14 of tip through bellows 21 and spring-loaded with respect to the housing. Inner passageways 3 and 13 of connecting rod 1 and tip 2 are bent. Inside the space downstream of the bend are shutoff valves 7 and 17. Ties 8 and 18 in the zone where they pass from the outer passageway to the inner one are provided with seals. For supplying neutral gas to the zone of outer passageway 14 between shutoff valves 15 and 17 tip 2 is provided with branch pipes 27. EFFECT: enhanced reliability. 4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к областям техники, использующими криогенные жидкости, в частности к средствам заправки криогенного топлива в авиационной технике и может быть использовано в других отраслях машиностроения. The invention relates to fields of technology using cryogenic liquids, in particular to means for refueling cryogenic fuel in aircraft and can be used in other engineering industries.

Известно разъемное устройство для заправки криогенной жидкости, содержащее наконечник, взаимодействующий со штуцером заправляемой системы, и замковый механизм для фиксации наконечника на штуцере, при этом штуцер и наконечник выполнены с внутренними каналами для подачи жидкой фазы и внешними каналами для дренирования паров топлива и снабжены уплотнениями, установленными в зоне стыка внешних каналов наконечника и штуцера для герметизации дренируемых паров от внешней среды и дополнительными уплотнениями, установленными на внутренних каналах для разделения жидкой и газообразной фаз, и установленными в этих каналах отсечными клапанами для перекрытия упомянутых каналов перед отстыковкой наконечника, управляемыми посредством привода [1]
Недостатками известного устройства является то, что соединение наконечника типа ННЗ-4 с бортовым штуцером однопоточное, что приводит к увеличению веса системы заправки дренажа самолета и увеличению времени заправки из-за технологии их подстыковки-расстыковки.Known detachable device for refueling cryogenic liquid, containing a tip interacting with the nozzle of the refueling system, and a locking mechanism for fixing the tip on the nozzle, while the nozzle and tip are made with internal channels for supplying a liquid phase and external channels for draining fuel vapor and are equipped with seals, installed in the joint zone of the external channels of the tip and nozzle for sealing the drained vapors from the external environment and additional seals installed on the internal ANAL for separating the liquid and gaseous phases, and installed in these channels shutoff valves for said channels overlap before undocking tip controlled by an actuator [1]
The disadvantages of the known device is that the connection of the tip type NNZ-4 with the on-board fitting is single-threaded, which leads to an increase in the weight of the aircraft’s drainage refueling system and an increase in refueling time due to the technology of undocking and undocking.

Соединение коаксиального наконечника с аналогичной конструкцией бортового штуцера предусматривает установку в их внутренних и внешних каналах отсечных клапанов опережающего действия. Но при этом усложняется конструкция элементов соеди- нения из-за необходимости конструктивной развязки самих каналов и установленных в них клапанов. Данное обстоятельство накладывает повышенные требования к узлам герметизации каналов в отстыкованном положении, что вместе с конструктивными требованиями в целом увеличивает вес соединения. The connection of the coaxial tip with a similar design of the on-board fitting provides for the installation of advanced shut-off valves in their internal and external channels. But this complicates the design of the connection elements due to the need for constructive isolation of the channels themselves and the valves installed in them. This circumstance imposes increased requirements on the channel sealing nodes in the undocked position, which, together with the design requirements, as a whole increases the weight of the connection.

Технический результат достигается тем, что в разъемном устройстве для заправки криогенной жидкости, содержащем нако- нечник, взаимодействующий со штуцером заправляемой системы, и замковый механизм для фиксации наконечника на штуцере, при этом штуцер и наконечник выполнены с внутренними каналами для подачи жидкой фазы и внешними каналами для дренирования паров топлива и снабжены уплотнениями, установленными в зоне стыка внешних каналов наконечника и штуцера для герметизации дрениру- емых паров от внешней среды, дополнительными уплотнениями, установленными на внутренних каналах для разделения жидкой и газообразной фаз, и установленными в этих каналах отсечными клапанами для перекрытия упомянутых каналов перед отстыковкой наконечника, управляемыми посредством привода, отсечной клапан внутреннего канала штуцера выполнен с направляющими, а отсечной клапан внутреннего канала наконечника с опорной площадкой, при этом устройство снабжено механизмом типа "ножниц" с рычагами, установленными на оси и взаимодействующими одними концами с направляющими отсечного клапана внутреннего канала штуцера, а другими с опорной площадкой отсечного клапана внутреннего канала наконечника, причем ось вращения рычагов закреплена на стенке на конце внутреннего канала штуцера, при этом отсечные клапана внешнего и внутреннего каналов штуцера связаны общей тягой, причем тяги штуцера и наконечника подпружинены, а отсечной клапан внешнего канала штуцера связан с приводом посредством дополнительной тяги, образующей с внешним каналом штуцера герметичное соединение в виде в сильфона. The technical result is achieved in that in a detachable device for filling cryogenic liquid containing a tip interacting with the nozzle of the refueling system, and a locking mechanism for fixing the tip on the nozzle, while the nozzle and tip are made with internal channels for supplying the liquid phase and external channels for drainage of fuel vapors and equipped with seals installed in the joint zone of the external channels of the tip and nozzle for sealing drainable vapors from the external environment, additional seals installed on the internal channels for separating the liquid and gaseous phases, and shut-off valves installed in these channels to block the said channels before disconnecting the tip, controlled by the actuator, the shut-off valve of the internal channel of the nozzle is made with guides, and the shut-off valve of the internal channel of the tip with a supporting platform while the device is equipped with a mechanism of the type of "scissors" with levers mounted on the axis and interacting at one end with the guides of the shut-off valve inside the channel of the nozzle, and others with the support platform of the shut-off valve of the inner channel of the nozzle, the axis of rotation of the levers mounted on the wall at the end of the inner channel of the nozzle, while the shut-off valves of the external and internal channels of the nozzle are connected by a common rod, and the thrust of the nozzle and tip are spring-loaded, and the valve of the external channel of the fitting is connected to the actuator by means of an additional rod forming a tight connection in the form of a bellows with the external channel of the fitting.

Кроме того, головная часть внутреннего канала наконечника соединена с неподвижной частью внутреннего канала наконечника сильфоном и подпружинена относительно корпуса. In addition, the head of the inner channel of the tip is connected to the fixed part of the inner channel of the tip by a bellows and spring-loaded relative to the housing.

Кроме этого, внутренние каналы штуцера и наконечника изогнуты и выполнены с полостями для дренирования паров, при этом полости для дренирования паров расположены за зоной изгиба, а тяга для открытия отсечных клапанов в месте прохода через стенку внутреннего канала снабжена уплотнением. In addition, the internal channels of the nozzle and the tip are bent and made with cavities for drainage of vapors, while the cavities for drainage of vapors are located beyond the bending zone, and the thrust for opening the shut-off valves at the passage through the wall of the internal channel is equipped with a seal.

Кроме того, наконечник снабжен патрубками для подачи нейтрального газа во внешний канал. In addition, the tip is equipped with nozzles for supplying neutral gas to the external channel.

На фиг.1 изображено разъемное устройство для заправки криогенной жидкостью в рабочем положении с закрытыми внутренними и внешними каналами отсечными клапанами; на фиг. 2 то же, с открытыми внутренними и внешними каналами (фиг.1); на фиг. 3 то же, после закрепления захватами наконечника к закрепляемой системе (фиг.1); на фиг. 4 то же, выше линии О-О (фиг.3), в положении, когда наконечник продвинут вдоль оси штуцера и создано уплотнение между наружными стенками внешних каналов штуцера и наконечника; на фиг. 5 - сечение, привод управления клапанами расположен на наконечнике (фиг.1). Figure 1 shows a detachable device for filling with cryogenic liquid in the working position with closed internal and external channels shut-off valves; in FIG. 2 the same, with open internal and external channels (figure 1); in FIG. 3 the same, after fixing the captures of the tip to the fixed system (figure 1); in FIG. 4 the same, above the line O-O (FIG. 3), in a position where the tip is advanced along the axis of the nozzle and a seal is created between the outer walls of the external channels of the nozzle and tip; in FIG. 5 is a cross-section, the valve control actuator is located on the tip (figure 1).

Разъемное устройство для заправки криогенной жидкостью содержит штуцер 1 заправляемой системы и наконечник 2 трубопровода заправщика. Штуцер 1 имеет внутренний канала 3 для прохода криогенный жидкости, внешний канал 4 для прохода дренируемых паров криогенной жидкости, отсечной клапан 5, подпружиненный относительно обтекателя 6. Обтекатель 6 закреплен к стенке внутреннего канала 3. Внешний канал 4 перекрыт посредством клапана 7. Тяга 8 соединяет отсечной клапан 5 и через пружину 9 отсечной клапан 7, а дополнительная тяга 10, соединяет отсечной клапан 7 с наружным приводом (на чертеже не показан). The detachable device for refueling with cryogenic liquid comprises a nozzle 1 of the refueling system and a tip 2 of the refueling pipe. The fitting 1 has an internal channel 3 for the passage of cryogenic liquid, an external channel 4 for the passage of drained cryogenic liquid vapor, a shut-off valve 5, spring-loaded relative to the cowling 6. The cowling 6 is fixed to the wall of the internal channel 3. The external channel 4 is closed by valve 7. The rod 8 connects shut-off valve 5 and through the spring 9 shut-off valve 7, and an additional rod 10, connects the shut-off valve 7 with an external drive (not shown).

Изоляция внешнего канала 4 от внешней среды в месте выхода тяги 10 через торцевую стенку штуцера осуществляется устройством в виде сильфона. Ось вращения 12 рычагов механизма типа "ножниц" 11 закреплена на стенке внутреннего канала 3 штуцера. Одни концы рычагов "ножниц" контактируют с направляющими отсечного клапана 5 внутреннего канала 3 штуцера 1, а другие концы с опорной площадкой отсечного клапана 15 внутреннего канала 13 наконечника 2. Наконечник 2 имеет внутренний канал 13 для прохода криогенной жидкости и внешний канал 14 для выхода дренируемых паров криогенной жидкости. Isolation of the external channel 4 from the external environment at the exit of the rod 10 through the end wall of the fitting is carried out by a device in the form of a bellows. The axis of rotation of 12 levers of the mechanism of the type of "scissors" 11 is mounted on the wall of the inner channel 3 of the fitting. Some ends of the scissor arms are in contact with the guides of the shut-off valve 5 of the internal channel 3 of the fitting 1, and the other ends with the support pad of the shut-off valve 15 of the internal channel 13 of the tip 2. The tip 2 has an internal channel 13 for the passage of cryogenic liquid and an external channel 14 for the drainage vapor of cryogenic liquid.

Для перекрытия внутреннего канала служит отсечной клапан 15, подпружиненный относительно обтекателя 16, закрепленного к стенке внутреннего канала 13, а для перекрытия внешнего канала служит отсечной клапан 17. To block the inner channel is a shut-off valve 15, spring-loaded relative to the fairing 16, fixed to the wall of the inner channel 13, and to block the external channel is a shut-off valve 17.

Тяга 18 соединяет отсечный клапан 15 через пружину 19 с отсечным клапаном 17. Головная часть 20 внутреннего канала 13 наконечника 2. имеет сильфон 21 для обеспечения возможности ее перемещения относительно стенки внешнего канала, поверхность 22, контактирующую с поверхностью внутреннего канала 3 штуцера 1 и поджимаемой к штуцеру 1 пружинами 23. Стенка внешнего канала 14 имеет уплотнения 25 и 26, контактирующие с ответными поверхностями внешнего канала 4 штуцера 1, 2 патрубка 27 с отсечными клапанами для продувки полости наружного канала штуцера 1 и наконечника 2 нейтральным газом (один из патрубков на чертеже не показан). The rod 18 connects the shut-off valve 15 through the spring 19 with the shut-off valve 17. The head part 20 of the inner channel 13 of the nozzle 2. has a bellows 21 to enable its movement relative to the wall of the outer channel, the surface 22 in contact with the surface of the inner channel 3 of the fitting 1 and the fitting 1 by the springs 23. The wall of the external channel 14 has seals 25 and 26 in contact with the counter surfaces of the external channel 4 of the fitting 1, 2 of the pipe 27 with shut-off valves for purging the cavity of the external channel of the fitting 1 and tilted 2 nick neutral gas (one of the nozzles not shown).

На корпусе наконечника 2 установлено запорное устройство, включающее в себя обечайку 28 с упором 29, кожух 30, имеющий возможность перемещения относительно обечайки 28, в котором установлены на осях 31 захваты 32 с пружинами 33 и механизм 34 фиксированного перемещения кожуха 30 относительно обечайки 28. A locking device is installed on the tip body 2, including a shell 28 with a stop 29, a casing 30 that can be moved relative to the shell 28, in which grips 32 with springs 33 and a mechanism 34 for fixed movement of the casing 30 relative to the shell 28 are mounted on the axles 31.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Перед стыковкой механизмом 34 кожух 30 устанавливается относительно обечайки 28 наконечника 1 таким образом, чтобы упоры 32 обечайки 28 были расположены против выемок захватов 32. Тем самым обеспечивается поворот захватов 32 вокруг оси 31. Далее продольным по оси штуцера 2 перемещением наконечник 1 подстыковывается к борту заправляемой системы до упора в торец кожуха 30 и закрепляется от обратного перемещения подпружиненными самозакрывающимися в данном положении захватами 32 (фиг. 3). После чего с применением механизма 34 наконечник 1 перемещается далее вдоль оси штуцера 2 в следующее фиксированное положение. При этом упоры 29 обечайки 28 перемещаются вдоль захватов и, контактируя с поверхностями захватов, обращенными к упорам, создают предохранение от произвольного отцепления захватов от борта заправляемой системы, а уплотнение 25, войдя в контакт с поверхностью штуцера, обеспечивает создание герметичной полости, образованной отсечными клапанами наконечника 2 и штуцера 1 каналов жидкой и паровой фазы жидкости и вышеуказанным уплотнением 25 между наружными стенками канала паровой фазы жидкости. В этом положении обеспечивается продувка нейтральным газом образованной герметичной полости. Before joining by the mechanism 34, the casing 30 is installed relative to the shell 28 of the tip 1 so that the stops 32 of the shell 28 are located against the recesses of the grippers 32. This ensures that the grippers 32 rotate around the axis 31. Then, by longitudinal movement along the axis of the nozzle 2, the tip 1 is docked to the refueling board system until it stops at the end face of the casing 30 and is secured against reverse movement by spring-loaded grippers 32 self-closing in this position (Fig. 3). Then, using the mechanism 34, the tip 1 moves further along the axis of the fitting 2 to the next fixed position. In this case, the stops 29 of the shell 28 move along the grips and, in contact with the surfaces of the grippers facing the stops, protect against arbitrary disengagement of the grippers from the side of the refueling system, and the seal 25, having come in contact with the surface of the fitting, creates a sealed cavity formed by shut-off valves tip 2 and fitting 1 of the channels of the liquid and vapor phase of the liquid and the above seal 25 between the outer walls of the channel of the vapor phase of the liquid. In this position, a neutral gas purge of the formed sealed cavity is provided.

При дальнейшем перемещении наконечника 2 до следующего фиксированного механизмом 34 положения (фиг. 1) наконечник 1 дополнительно уплотняется торцевым уплотнением 26 подпружиненным механизмом 34 для обеспечения надежности изоляции криогенной жидкости и ее паров от внешней среды. Кроме того, происходит стыковка внутренних каналов 3 и 13 штуцера 1 и наконечника 2 с уплотнением на поверхности 22 головной части 20 внутреннего канала 13 наконечника 2, имеющий возможность незначительного перемещения за счет сильфона 21 относительно стенки внешнего канала, поджимаемого к ответной поверхности стенки внутреннего канала 3 штуцера 1 пружинами 23. With further movement of the tip 2 to the next fixed position by the mechanism 34 (Fig. 1), the tip 1 is additionally sealed with an end seal 26 by a spring-loaded mechanism 34 to ensure reliable isolation of the cryogenic liquid and its vapor from the external environment. In addition, there is a docking of the internal channels 3 and 13 of the nozzle 1 and the tip 2 with a seal on the surface 22 of the head part 20 of the internal channel 13 of the tip 2, which can be slightly moved due to the bellows 21 relative to the wall of the external channel, pressed against the mating surface of the wall of the internal channel 3 fitting 1 by springs 23.

Такое положение является исходным для заправки криогенной жидкости, а после окончания заправки служит для продувки и отогрева наконечника "горячим" нейтральным газом. Для заправки внешним приводом через дополнительную тягу 10 отжимаются отсечные клапаны 5 и 15 внутреннего 3, 14 штуцера 1 и наконечника 2 и отсечные клапаны 7, 17 внешнего канала 4, 14, причем отжатие клапанов 15 и 17 наконечника 2 осуществляется механизмом типа "ножниц", ось вращения 12 которых закреплена к стенке внутреннего канала штуцера 1, одни концы рычагов "ножниц" контактируют с направляющими на отсечном клапане 5 штуцера 1, а другие с опорной поверхностью отсечного клапана 15 наконечника 2. This position is the starting point for refueling a cryogenic liquid, and after refueling is used to purge and heat the tip with a “hot” neutral gas. For refueling with an external drive, the shut-off valves 5 and 15 of the inner 3, 14 fitting 1 and tip 2 and the shut-off valves 7, 17 of the external channel 4, 14 are squeezed out via the additional link 10, and the valves 15 and 17 of the tip 2 are pressed by a “scissor” type mechanism the axis of rotation 12 of which is fixed to the wall of the internal channel of the nozzle 1, some ends of the scissor arms are in contact with the guides on the shut-off valve 5 of the nozzle 1, and others with the supporting surface of the shut-off valve 15 of the tip 2.

Криогенная жидкость по внутреннему каналу 3, 13 поступает от заправщика в заправляемую систему, а дренажируемые пары этой жидкости из заправляемой системы по внешнему каналу 4,14 к заправщику или другому приемнику для их утилизации ( фиг2). По получении необходимой порции криогенной жидкости в заправляемую систему по сигналу, исходящему со стороны заправляемой системы, снимается усилие внешнего привода с тяги 10 и под действием пружин, расположенных между обтекателями 6, 16 и отсечными клапанами 5, 15 происходит перекрытие внутренних и внешних каналов штуцера 1 и наконечника 2 отсечными клапанами 5, 15 и 7, 17. После чего производится продувка и отогрев наконечника "горячим" нейтральным газом через патрубки 27, процесс которого заканчивается после перемещения наконечника 1 в фиксированное механизмом 34 положение (фиг4). При дальнейшем перемещении наконечника, пройдя положение (фиг. 3), обечайка 28 своими упорами 29 контактирующими с хвостовыми, выполненными наклонно к оси наконечника, поверхностями захватов 32 раскрывает эти захваты и наконечник отводится от борта заправляемой системы. The cryogenic liquid through the internal channel 3, 13 comes from the refueling system to the refueling system, and the drainable vapors of this liquid from the refueling system through the external channel 4.14 to the refueling tank or other receiver for their disposal (FIG. 2). Upon receipt of the necessary portion of cryogenic liquid in the refueling system by the signal emanating from the refueling system, the external drive force is removed from the rod 10 and under the action of springs located between the fairings 6, 16 and the shut-off valves 5, 15, the internal and external channels of the nozzle 1 overlap and tip 2 with shut-off valves 5, 15 and 7, 17. After that, the tip is purged and heated with “hot” neutral gas through nozzles 27, the process of which ends after moving the tip 1 to the fixings the position of the mechanism 34 (Fig. 4). With further movement of the tip, having passed the position (Fig. 3), the shell 28 with its stops 29 in contact with the tail surfaces made obliquely to the axis of the tip, the gripper surfaces 32 opens these grips and the tip is diverted from the side of the refueling system.

При установке внешнего привода на наконечник заправщика криогенной жидкости с контролем объема заправляемой жидкости в заправляемую систему и управлением началом и концом подачи жидкости со стороны заправщика разъемного устройства для заправки криогенной жидкости (фиг.5) где тяги 8, 10 и механизм 11 типа "ножницы" установлены не на штуцере 1, а на наконечнике 2. В остальном конструкция устройства идентична изложенному ранее. When installing an external drive on the tip of the cryogenic liquid tanker with the control of the volume of the liquid to be charged into the system to be filled and control of the beginning and end of the liquid supply from the side of the tanker of the plug-in device for filling the cryogenic liquid (Fig. 5) where the rods 8, 10 and the scissors type 11 not installed on the fitting 1, but on the tip 2. Otherwise, the design of the device is identical to that described previously.

Claims

1. A detachable device for refueling a cryogenic liquid, comprising a nozzle interacting with the nozzle of the refueling system and a locking mechanism for fixing the nozzle on the nozzle, the nozzle and nozzle being made with internal channels for supplying a liquid phase and external channels for draining fuel vapor and are equipped with seals installed in the joint zone of the external channels of the tip and nozzle for sealing drained vapors from the external environment, and additional seals installed on the internal channels for separating the liquid and gaseous phases, and shut-off valves installed in these channels for shutting off said channels before disconnecting the tip, controlled by a drive, characterized in that the shut-off valve of the internal channel of the nozzle is made with guides, and the shut-off valve of the internal channel of the tip with a supporting platform, this device is equipped with a mechanism such as scissors with levers interacting at one end with the guides of the shut-off valve of the internal channel of the fitting, and the other with a support plate the shield of the internal channel of the nozzle, and the axis of rotation of the levers is fixed to the wall at the end of the internal channel of the nozzle, while the shut-off valves of the external and internal channels of the nozzle are connected by a common rod, the thrusts of the nozzle and the tip are spring-loaded, and the shut-off valve of the external channel of the nozzle is connected to the actuator by additional traction, forming a tight connection in the form of a bellows with the external channel of the fitting.

2. The device according to claim 1, characterized in that the head of the inner channel of the tip is connected to the fixed part of the inner channel of the tip by a bellows and spring-loaded relative to the housing.

3. The device according to claim 1, characterized in that the internal channels of the nozzle and tip are curved and made with cavities for drainage of vapors, while the cavity for drainage of vapors is located beyond the bending zone, and the thrust for opening shut-off valves at the passage through the wall of the internal channel equipped with a seal.

4. The device according to claim 1, characterized in that the tip is equipped with nozzles for supplying neutral gas to the external channel.