RU2219107C1

RU2219107C1 - Detachable unit for filling with cryogenic fluid

Info

Publication number: RU2219107C1
Application number: RU2002108665A
Authority: RU
Inventors: А.В. Вахтин; В.А. Надей
Original assignee: Открытое акционерное общество "Туполев"
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2003-12-20

Abstract

FIELD: aeronautical engineering; filling with cryogenic fluid. SUBSTANCE: proposed unit is provided with heat shields mounted in clearances between inner and outer bodies of pipe union and end-piece. Device is additionally provided with sealing members mounted on outer bodies of pipe union and end-piece in zone of their contact. Mounted on outer body is additional spring-loaded check valve and supporting and centering members. Body has holes. Each check valve is provided with seat and plate located coaxially. Seat is made in form of cone. Plate is provided with ball contact surface. EFFECT: enhanced tightness; increased service life; enhanced reliability. 4 cl, 5 dwg

Description

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. The invention relates to aircraft construction, in particular to aircraft with means for refueling fuel tanks with cryogenic liquid or liquefied natural gas (LNG), and can be used in other engineering industries.

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). Known plug-in devices for refueling cryogenic liquids, for example, for refueling vehicle tanks with liquid hydrogen or liquefied natural gas (LNG), containing an on-board fitting and refueling tip (see International Journal of Hydrogen Energy, October 1998, Volume 23, Number 10 Fig. 8, 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. In the known device, the fitting consists of an external and an internal housing. The inner housing in the end part has a spring-loaded check valve that closes the entrance to the fuel system pipeline of the refueling object, and a sealing element for external sealing of the refueling channel after connecting the nozzle to the tip. Between the housings there is a vacuum cavity, the closure of which is carried out with the help of cylindrical thermal bridges, providing a rigid connection between the nozzle bodies and, together with the cavity, protecting the threaded part of the external nozzle case, which serves for coaxial connection with the tip, from excessive cooling and icing.

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. The refueling tip consists of an outer and inner hull. A spring-loaded check valve is mounted in the inner casing, which closes the inlet to the refueling pipeline. Between the housings there is a vacuum cavity, the closure of which is carried out with the help of cylindrical thermal bridges, which provide a rigid connection between the tip housings and, together with the cavity mentioned above, protect the threaded element (union nut) from the icing and fastened to the outer case with balls (ball bearing) and having the ability to rotate around the axis of the tip. This design due to the rotation of the threaded element on the thread of the external body of the nozzle provides translational movement of the tip relative to the nozzle, opening and closing valves and external sealing of the filling channel with the valves open.

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. However, the known device has a number of significant drawbacks: it is impossible to provide the required durability of the seals and their tightness during the life of the device due to the inevitable wear (friction) and microdamage (from getting between the sealing surfaces of mechanical particles contained in the working fluid) of the inner cylindrical surface of the filling channel and constantly interacting with it, including during the operation of the device (when connecting, opening (closing) valves and disconnecting), the surface th ring sealing elements of valves and a sealing element for external sealing of the filling channel.

Кроме того, устройство имеет сравнительно большие габариты из-за протяженности применяемых для предотвращения обмерзания резьбовой пары металлических тепловых мостов между внутренними и внешними корпусами. In addition, the device has a relatively large size due to the length used to prevent freezing of the threaded pair of metal thermal bridges between the inner and outer cases.

Устройство относительно дорого в эксплуатации, т.к. требует периодической проверки и восстановления вакуумной теплоизоляции резьбовой пары. The device is relatively expensive to operate because requires periodic inspection and restoration of vacuum thermal insulation of a threaded pair.

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. At the same time, it has an increased time of the process of connecting — opening (closing) the valves — disconnecting due to the need to make significant longitudinal movements of the tip relative to the nozzle by rotation of the threaded element (union nut), and the work with the device itself requires considerable physical effort for a long time in the process of connection-separation to overcome friction in the thread and axial compression forces of the springs.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение требуемой герметичности, увеличение срока работы, повышение надежности и безопасности, а также обеспечение быстродействия и упрощение эксплуатации. The objective of the present invention is to provide the required tightness, increase the working life, increase reliability and safety, as well as ensure speed and simplify operation.

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. The solution to the technical problem is achieved by the fact that the detachable device for refueling cryogenic liquid includes an on-board fitting and a refueling tip, each of which includes an inner case, an outer case and sealing elements, the inner case of the nozzle and the tip being equipped with check valves, and between the cases thermal bridges are installed, while the nozzle and tip are equipped with a locking device mounted on external cases. In addition, it is equipped with heat shields mounted in the gaps between the outer and inner housings of both the nozzle and the tip, as well as additional sealing elements installed on the outer shells of the nozzle and the tip in the area of their contact, while an additional housing is installed a spring-loaded check valve and support-centering elements, and heat-insulating supports are installed between the external and internal bodies of the nozzle and the tip, in addition, one of the check valves is internally a housing provided with the bellows and the housing openings, wherein each of the check valves is provided with coaxially arranged valve seat formed in the shape of a cone, and a plate with a spherical contact surface. In addition, the locking device includes lever mechanisms symmetrically mounted on the outer casing, each of which is equipped with a spring-loaded grip interacting with a mating locking element on the other outer casing, while the guides for aligning pins are made on the said casing, mounted on one of the outer casing the handle, and thermal bridges between the external and internal bodies of the fitting and the tip are made in the form of heat-insulating spacers.

На фиг. 1 изображено разъемное устройство для заправки криогенной жидкости в разъединенном положении и с закрытым обратными клапанами каналом заправки. In FIG. 1 shows a detachable device for filling cryogenic liquid in the disconnected position and with a filling channel closed by check valves.

На фиг. 2 изображен наконечник заправщика в разъединенном положении и с закрытым обратным клапаном каналом заправки. In FIG. 2 shows the refueling tip in the disconnected position and with the refueling channel closed with a check valve.

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. In FIG. 3 - detachable device for refueling cryogenic liquid after fixing the grips of the lever mechanism of the tip on the fitting with the open valve of external sealing and with the valve closed by the valve refueling channel.

На фиг. 4 - разъемное устройство для заправки криогенной жидкости в соединенном положении с закрытым клапаном внешней герметизации и с открытыми клапанами канала заправки. In FIG. 4 - detachable device for refueling cryogenic liquid in the connected position with a closed valve of external sealing and with open valves of the refueling channel.

На фиг. 5 изображен прототип. In FIG. 5 shows a prototype.

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. The plug-in device for refueling cryogenic fluid contains an on-board fitting 1, which consists of two concentric housings - the inner housing 2 and the outer housing 3. A saddle 4 is fixed to the housing 2, and a valve 5 is installed inside the housing 2, equipped with holes for the fluid flow and pressed by a spring 6 to the seat 4. An outer case 3 is attached to the housing 2 through a heat-insulating spacer 7. In the gap between the housings 2 and 3, a heat-insulating support 8 of the outer housing 3 is installed and heat shields 9 are fixed that reduce heat return radiation and convection to minimize the gap. On the housing 3 there are longitudinal grooves 10 and elements 11 for connecting with the grips of the lever mechanism of the tip. Between the housings 2 and 3, metallization is performed, for example, in the form of a conductive element 12, to prevent the formation of a potential difference between the housings.

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. The tip 13 of the refueling tank consists of two concentric housings - the inner housing 14 and the outer housing 15. A valve 16 is fixed to the housing 14, in the housing of which there are openings for fluid flow, which are blocked from the outside by a movable valve-seat 17, hermetically connected by means of a bellows 18 to the housing 14. For ventilation of the cavity between the bellows 18 and the housing 14, the latter has special openings. To the valve disc 16, the seat 17 is pressed by a spring 19. An outer casing 15 and a linkage 21 with spring-loaded grippers 22 are attached to the casing 14 through a heat-insulating spacer 20. A heat-insulating support 23 of the outer casing 15 is installed in the gap between the casing 14 and 15 and the heat shield 24 is fixed. On the outer casing 15 there are guide pins 25, support-centering elements 26, a handle 27 is mounted. The outer casing 14 is equipped with an additional seal 28 and a spring-loaded check valve 29. The tip 13 is equipped with safety conductive element 30 as a cable, providing a metallization between the housings 14 and 15, on which is mounted the locking hook 31 conductive.

Разъемное устройство для заправки криогенной жидкости работает следующим образом. A detachable device for refueling cryogenic liquid works as follows.

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. Before connecting to the end parts of the external bodies of the nozzle and the tip, technological plugs (not shown in the drawings) are removed that protect the interacting structural elements of the device from mechanical damage and from moisture and contact with them in the housing. After that, the tip 13, held by the handle 27 and supported by the housing 15, is led to the fitting 1 so that the guide pins 25 are opposite the grooves 10 in the housing 3. After the pins hit the grooves along the axis of the fitting 1 by moving the tip, the spring-loaded grippers 22 on the elements 11, and with further movement - fixing the grippers on the fitting. The locking hook 31 of the safety cable 30 is fixed on the housing 3 (or on the housing of the refueling object connected with metallization with the housing 3). The centering of the tip 13 relative to the nozzle 1 is made by the interaction of the support-centering elements 26 with the inner surface of the housing 3. The tip 13 is mounted on the nozzle 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. After this, by turning the levers of the mechanism 21, the tip 13 moves further along the axis of the fitting 1. In this case, the spherical surface of the valve seat 17 comes into contact with the conical surface of the seat 4. With further progressive movement of the tip, resulting in compression of the bellows 18 and spring 19, openings in valve body 16 for fluid flow, and the valve plate end 16, the spherical outer side of which was pressed against the valve seat-saddle 17 of the tip, abutting against the valve end 5 of the side fitting, raises This opens the channel for the cryogenic liquid to flow through the openings in the valve body 5. Simultaneously with the opening of the valves, the sealing element of the additional tip 28 seal interacts with the nozzle body 3, due to which the cavity between the bodies is isolated from the environment, which can be connected through a small hole in the outer case of the tip (or fitting). After that, refueling of the object with cryogenic liquid begins.

Процесс прекращения заправки и разъединения производится в обратном порядке. После разъединения на торцевые части наружных корпусов штуцера и наконечника устанавливаются технологические заглушки. The process of terminating refueling and disconnecting is performed in the reverse order. After separation on the end parts of the outer bodies of the nozzle and the tip, technological plugs are installed.

Использование изобретения позволит обеспечить требуемую герметичность, долговечность, надежность, безопасность, быстродействие и снизить объемы и трудоемкость регламентных работ в процессе эксплуатации. The use of the invention will ensure the required tightness, durability, reliability, safety, speed and reduce the volume and complexity of routine maintenance during operation.

Claims

1. A detachable device for refueling cryogenic liquid, comprising an on-board fitting and a refueling tip, each of which includes an inner case, an outer case and sealing elements, the inner case of the nozzle and the tip having check valves, and thermal bridges are installed between the bodies, while the nozzle and the tip are equipped with a locking device mounted on the outer casings, characterized in that it is equipped with heat shields mounted in the gaps between the external and internal by pus both at the nozzle and at the tip, as well as additional sealing elements mounted on the external bodies of the nozzle and the tip in the area of their contact, while an additional spring-loaded check valve and supporting centering elements are installed on the external case, and between the external and internal nozzle bodies and insulating supports are installed on the tip, in addition, one of the check valves of the inner case is equipped with a bellows, and holes are made on the case, each of the check valves being equipped with n coaxially arranged valve seat formed in the shape of a cone, and a plate with a spherical contact surface.

2. The detachable device for refueling cryogenic liquid according to claim 1, characterized in that the locking device includes lever mechanisms symmetrically mounted on the external housing, each of which is equipped with a spring-loaded gripper interacting with a mating locking element on another external housing, while said housings are made of guides for the orienting pins.

3. A detachable device for refueling cryogenic liquid according to claim 1 or 2, characterized in that a handle is mounted on one of the outer casings.

4. A detachable device for refueling cryogenic liquid according to claim 1, characterized in that the thermal bridges are made in the form of heat-insulating spacers.