Способ измерения объема топлива при выдаче его потребителю

 

Способ измерения объема топлива при выдаче его потребителю относится к системам отпуска нефтепродуктов на автозаправочных станциях. Данный способ позволяет уменьшить минимальные выдаваемые дозы топлива, уменьшить дискретность дозирования при сохранении скорости выдачи топлива, расширяет возможности калибровки измерителя объема. В процессе выдачи топлива на пульте дистанционного управления подготавливают заданную потребителем дозу топлива, включающую в себя целое число больших доз и целое число малых доз топлива, сумма которых меньше одной большой дозы, а также рассчитанное число дополнительных калибровочных доз, целое число больших доз топлива отмеряют объемомером, а целое число малых и калибровочных доз топлива отмеряют устройством выдачи малых доз. Кроме того, для выдачи малых доз используют вытеснение заданного объема топлива мерным плунжером из предварительно заполненной топливом до определенного уровня емкости. Для выдачи малых доз применяют устройство, использующее вытеснение заданного объема топлива мерным плунжером из предварительно заполненной топливом до определенного уровня емкости. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к системам отпуска нефтепродуктов на автозаправочных станциях и предназначено для решения задачи измерения объема топлива при его выдаче в топливные баки транспортных средств, самоходных машин и тару потребителя.

Известные устройства для измерения небольшого объема топлива и выдачи его потребителю имеют близкие гидравлические схемы и принцип действия [1-4]. Эти устройства, как правило, используют крыльчатые (пластинчатые) насосы. Отпускаемое топливо измеряют измерителями объемов (объемомерами) и регистрируют контрольными (отсчетными) устройствами (электронными или механическими). Для повышения точности измерения доз топлива объемомерами устанавливают устройства газоотделения. Для поддержания гидравлической системы устройства в заполненном состоянии и регулирования расхода топлива используют различные клапаны.

Устройства измерения объема топлива имеют ручное, дистанционное (с помощью пульта дистанционного управления или пульта автоматизированной системы, использующей пластиковые карты) или комбинированное управление.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения объема топлива при выдаче его потребителю, реализованный в устройстве, описанном в [2].

Способ включает в себя включение насоса, подачу насосом заданного потребителем количества топлива через приемный клапан, фильтр, газоотделитель, электромагнитные клапаны снижения расхода топлива и отсечной клапан в объемомер, соединенный с отсчетным устройством, и направление отмеренного количества топлива через индикатор и раздаточный кран с рукавом в бак потребителя.

Недостатком известного способа и аналогов является значительная минимальная доза выдачи и дискретность дозирования топлива, а также ограниченная возможность калибровки измерителя объема в процессе эксплуатации.

Уменьшение минимальной дозы и дискретности дозирования топлива при реализации известного способа может быть достигнуто уменьшением объема цилиндров объемомера. Однако такое решение задачи приводит к уменьшению скорости выдачи топлива. Необходимость же расширения возможности калибровки измерителя объема в процессе эксплуатации вызывается непрерывным возрастанием погрешности выдачи заданной дозы вследствие износа и осмоления кожаных манжет, выработки золотников и зеркал корпуса объемомера и ограниченными техническими возможностями объемомера известного устройства, реализующего способ, приводящими к частому ремонту объемомера или к его замене.

Цель изобретения - уменьшение минимальной дозы выдачи топлива, уменьшение дискретности дозирования при сохранении скорости выдачи топлива и расширении возможности калибровки измерителя объема.

Указанная цель достигается тем, что на пульте дистанционного управления подготавливают заданную потребителем дозу топлива, включающую в себя целое число больших доз и целое число малых доз топлива, сумма которых меньше одной большой дозы, а также рассчитанное число дополнительных калибровочных доз, целое число больших доз топлива отмеряют объемомером, а целое число малых и калибровочных доз топлива отмеряют устройством выдачи малых доз.

Учитывая, что для обеспечения возможности калибровки измерителя объема устройство выдачи малых доз должно обладать существенно более высокой точностью и эксплуатационной надежностью, чем объемомер устройства, реализующего известный способ, для выдачи малых доз используют вытеснение заданного объема топлива мерным плунжером из предварительно заполненной топливом до определенного уровня емкости.

На фиг. 1 представлен пример реализации измерителя объема топлива, реализующего предлагаемый способ. На фиг.1 обозначены: 1 - клапан приемный, 2 - фильтр, 3 - насос с приводом, 4 -газоотделитель, 5 - электромагнитные клапаны снижения расхода и отсечной клапан, 6 - объемомер, 7 - отсчетное устройство, 8 - индикатор, 9 - кран с рукавом, 10 - второй электромагнитный отсечной клапан, 11 -устройство выдачи малых доз топлива, 12 - третий электромагнитный отсечной клапан, 13 - пульт дистанционного управления.

В устройстве приемный клапан 1, фильтр 2, насос с приводом 3, газоотделитель 4, клапаны снижения расхода и отсечной клапан 5, объемомер 6, индикатор 8 и кран с рукавом 9 соединены последовательно, второй выход газоотделителя 4 соединен со входом фильтра 2, механический или электрический выход объемомера соединен с отсчетным устройством 7, последовательно включенные второй электромагнитный отсечной клапан 10, устройство выдачи малых доз топлива 11 и третий электромагнитный отсечной клапан 12, подключены параллельно объемомеру 6, механический или электрический выход устройства выдачи малых доз топлива соединен с отсчетным устройством 7.

Ряд функциональных элементов устройства (насос с приводом, клапаны, отсчетное устройство, устройство выдачи малых доз топлива) соединены электрически с пультом дистанционного управления.

Устройство и принцип действия отдельных элементов измерителя объема топлива при выдаче его потребителю, за исключением устройства выдачи малых доз топлива, не отличается от используемых в прототипе.

Устройство выдачи малых доз топлива, реализующее принцип вытеснения заданного объема топлива мерным плунжером из предварительно заполненной до определенного уровня емкости, показано на фиг.2. На нем обозначены: 14 - мерный плунжер, соединенный с клапаном 15, 16 - шток (винт), 17 - камера корпуса устройства выдачи малых доз, в которой в исходном состоянии размещается мерный плунжер 14, 18 - камера (емкость) корпуса, заполняемая топливом до определенного уровня, 19 - камера корпуса, в которую вытесняется заданная доза топлива, 20 - сигнализатор верхнего уровня топлива, 21 - отверстия для слива вытесненного топлива, 22 - калибровочные полости с юстировочными винтами 23, 24 - корпус устройства выдачи малых доз топлива, 25 - крышка устройства, 26 - входной патрубок, 27 - выходной патрубок, 28 - трубопровод, 29 - винтовой механизм точного движения мерного плунжера, 30 - реверсивный шаговый электродвигатель.

В устройстве выдачи малых доз топлива мерный плунжер 14 соединен через шток 16 с винтовым механизмом 29 точного движения мерного плунжера, к которому подключен реверсивный шаговый электродвигатель 30, сигнализатор верхнего уровня топлива 20 расположен в камере 18 корпуса устройства выдачи малых доз топлива, заполняемой топливом полностью до уровня 31, отверстия для слива вытесненного топлива 21 расположены выше калибровочных полостей 22 с юстировочными винтами 23, клапан 15, соединенный с мерным плунжером 14, в исходном состоянии устройства закрывает камеру 17 корпуса 24. Для надежного закрытия камеры 17 клапаном 15 при заполнении топливом емкости 18, клапан 15 может быть соединен с мерным плунжером 14 с помощью пружинного механизма.

В качестве сигнализатора верхнего уровня топлива 20 может быть использован любой достаточно высокоточный датчик. В частности, может быть использован датчик, состоящий из пленочного световода, полупроводникового излучающего диода и измерителя интенсивности отраженного от конца световода излучения, величина которой значительно уменьшается при касании топливом световода за счет частичного ответвления энергии излучения в направлении соприкасающегося топлива.

В качестве винтового механизма точного движения мерного плунжера могут быть использованы механизмы, применяемые в микрометрах, в микроскопах и других оптико-механических приборах [5].

Устройство, осуществляющее предлагаемый способ, работает следующим образом.

Оператор подготавливает на пульте дистанционного управления 13 (фиг.1) заданную потребителем дозу топлива, включающую в себя целое число больших доз и целое число малых доз топлива, сумма которых меньше одной большой дозы, а также рассчитанное число дополнительных калибровочных доз. Нажатием на рычаг (кнопку) потребитель включает насос 3. Под действием разряжения, создаваемого насосом, топливо из резервуара через приемный клапан 1, фильтр 2 поступает в насос 3. Насос подает топливо в газоотделитель 4 и через электромагнитные клапаны снижения расхода и отсечной клапан 5 в объемомер 6.

Отмеренные объемомером большие дозы топлива через индикатор, служащий для контроля заполнения системы топливом, и раздаточный кран с рукавом 9 поступают в бак потребителя.

При поступлении топлива в газоотделитель 4 скорость потока топлива резко снижается из-за увеличения проходного сечения, в результате чего из топлива выделяются воздух и пары, которые отделяются газоотделителем. Топливо из газоотделителя поступает в объемомер 6 и фильтр 2, а пары топлива и воздух выходят в атмосферу. После перехода клапанов 5 на режим уменьшения расхода открывается второй электромагнитный отсечной клапан 10. Через открытый клапан 10 и входной патрубок 26 (фиг.2) топливо поступает в камеру 18 корпуса 24 устройства выдачи малых доз топлива и полностью заполняет его до уровня 31. При достижении топливом уровня 31 (при полном заполнении камеры 18) срабатывает сигнализатор верхнего уровня 20. Под действием сигнала сигнализатора уровня топлива второй электромагнитный отсечной клапан 10 (фиг.1) закрывается, прекращая доступ топлива в устройство выдачи малых доз топлива 11.

После окончания выдачи заданного целого числа больших доз топлива объемомером 6 насос 3 выключается. Одновременно открывается третий электромагнитный отсечной клапан 12 и включается реверсивный шаговый электрический двигатель 30 (фиг.2) устройства выдачи малых доз топлива. Реверсивный шаговый электрический двигатель 30 приводит в движение винтовой механизм 29 точного движения мерного плунжера 14.

Мерный плунжер 14, имеющий объем больший или равный объему минимальной дозы топлива, выдаваемой объемомером 6, опускается на рассчитанный уровень, вытесняя (не выталкивая, не нагнетая) через отверстия 21 целое число малых и калибровочных доз топлива из камеры 18 корпуса устройства выдачи малых доз топлива в камеру 19 и далее через выходной патрубок 27 и третий электромагнитный отсечной клапан 12 (фиг.1) в общий патрубок и через индикатор 8 и кран с рукавом 9 в бак потребителя. Выделяющиеся пары топлива выходят через трубопровод 28.

Отсчетное устройство 7, соединенное с объемомером 6 (фиг.1) и устройством выдачи малых доз 11 отсчитывает количество отпущенного топлива потребителю и суммарный нарастающий итог отпущенного топлива.

По окончанию выдачи потребителю заданной дозы реверсивный шаговый электрический двигатель 30 (фиг.2) по сигналам с пульта дистанционного управления с помощью винтового механизма 29 точного движения мерного плунжера 14, возвращает мерный плунжер в исходное состояние. При этом клапан 15 закрывает камеру 17 корпуса устройства выдачи малых доз топлива. Одновременно закрывается третий электромагнитный отсечной клапан 12 (фиг.1), препятствуя в последующем прямому попаданию топлива из объемомера 6 в устройство выдачи малых доз топлива 11 при включении насоса 3.

С помощью юстировочных винтов 23 в измерителе малых доз топлива можно изменять объемы калибровочных полостей 22 и, тем самым, с помощью образцовых мерников осуществлять калибровку устройства выдачи малых доз топлива.

Правильность калибровки всего измерителя объема топлива осуществляют также с помощью образцовых мерников. При этом калибровка осуществляется с помощью юстировочных винтов объемомера 6 и ее пределы могут быть существенно расширены с помощью измерителя малых доз топлива путем подачи на его реверсивный шаговый электрический двигатель необходимого числа импульсов, равного или кратного числу рассчитанных калибровочных доз. При этом калибровочные дозы топлива добавляются в бак потребителя, в результате чего компенсируются погрешности измерения объема топлива вследствие износа деталей объемомера.

Калибровочная доза определяется по результатам метрологической поверки измерителя объема топлива. Одна калибровочная доза по объему равна одной малой дозе топлива. Количество калибровочных доз, добавляемых в бак потребителя, зависит от погрешности измерения объема топлива объемомером, количества топлива, отпускаемого потребителю, и может рассчитываться в момент заказа потребителем необходимого ему объема топлива. Использование в устройстве выдачи малых доз не выдавливания, а вытеснения заданного объема топлива мерным плунжером из предварительно заполненной топливом до определенного уровня емкости позволяет существенно повысить его эксплуатационную надежность, так как поверхности мерного плунжера не взаимодействуют с зеркалами корпуса устройства. В устройстве отсутствуют быстро изнашиваемые золотники и уплотняющие манжеты. Износ же винтовых механизмов может быть небольшим. В [5] приводятся данные испытаний винтового механизма окулярного микрометра МОВ-1-15^x.

Испытанный механизм после 10000 полных ходов винта без смазки не подвергся износу.

Возможность задания высокой точности глубины погружения мерного плунжера с использованием винтовых механизмов и высокой точности изготовления мерного плунжера обеспечивает высокую точность устройства выдачи малых доз топлива, уменьшение выдаваемой дозы, дискретности дозирования и расширение возможности калибровки измерителя объема топлива.

Расчеты показывают, что при шаге винта h_ш=0,1 см минимальная доза выдачи топлива, доза калибровки и дискретность дозирования может не превышать объема вытесненного топлива, соответствующего погружению мерного плунжера с площадью S= 100 см, всего на глубину h, меньшую 0,5 см, что соответствует минимальной дозе, меньшей чем V = Sh < 1000,5 = 50 см³. Действительно, точные резьбошлифовальные станки обеспечивают погрешности винтовых механизмов h₁, не превышающие единиц микрон в пределах одного оборота винта [5]. Такая погрешность винтового механизма при h₁= 10 мкм = 10^-3 см и h_ш=0,1 см даст погрешность измерения объема, равную V = h/h_шh₁S = 0,5/0,110^-3100 = 0,5 см³.

Точность изготовления цилиндра мерного плунжера на малоизношенных круглошлифовальных станках при диаметре цилиндров от 0,005 см до 10 см может составлять по диаметру, цилиндричности и прямолинейности - 0,005-0,01 на длине 10 см. Соответственно максимальная суммарная погрешность, обусловленная неточностью изготовления мерного плунжера на длине h₁, , не будет превышать Температурной погрешностью изменения объема мерного плунжера в случае изготовления его, например, из инвара, имеющего коэффициент объемного расширения _v= 4,810^-6 для пределов t=70^oC, как и температурными изменениями объема калибровочных полостей устройства выдачи малых доз топлива и температурными изменениями уровня 31 в первом приближении можно пренебречь.

Таким образом, погрешности измерения дозы топлива предложенным устройством выдачи малых доз в несколько десятков раз меньше величины выбранной минимальной дозы выдачи топлива и дискретности дозирования 50 см³ что и обеспечивает решение поставленной задачи. Так как выдача больших доз топлива осуществляется объемомером, то уменьшение дискретности дозирования и минимальной выдаваемой дозы с помощью устройства выдачи малых доз топлива не приводит к значительному изменению скорости выдачи топлива потребителю.

При некотором усложнении устройства выдачи малых доз, например при использовании двух устройств, работающих в противофазе, мерные плунжеры которых движутся с помощью кривошипно-шатунного механизма или кулачков, скорость выдачи малых доз может быть увеличена, а габаритные размеры устройства уменьшены. Одновременно может быть уменьшено время перевода устройства выдачи малых доз в исходное состояние.

Вариант такого устройства приведен на фиг.3. Оно включает в себя два устройства малых доз А и Б, движение мерных плунжеров которых управляется с помощью кулачков 37, расположенных на основаниях шестерен 36, 40 зубчатой передачи, приводимой в движение шаговым двигателем 30, и золотниковое устройство, управляющее очередностью подачи топлива в камеры 18 устройств А и Б.

Используемое золотниковое устройство идентично применяемому в прототипе. Оно содержит винты 32, штифт 33, золотник 34, корпус золотника 35, уплотнительные манжеты 50, гайку 52, вертикальный валик 38, сильфон 39, штифт 51, сегментную шпонку 41, стопорное кольцо 42 и втулку 43.

К выходу золотникового устройства подсоединены входные патрубки 26. На дне камер 19 дополнительно установлены сигнализаторы нижнего уровня топлива 44. Выходные патрубки 27 соединены в общий выходной патрубок.

Кулачки 37 воздействуют на штоки 16 через коромысла 45. Глубина погружения плунжеров регулируется с помощью регулировочных гаек 46 и контргаек 47. В исходное положение мерные плунжеры 14 возвращаются с помощью пружин 48.

Для обеспечения работы устройства выдачи малых доз топлива в измерителе объема топлива должен быть предусмотрен дополнительный клапан, исключающий подачу топлива к объемомеру после окончания выдачи больших доз.

С момента закрытия этого клапана топливо через клапан снижения расхода 5 (фиг. 1) второй электромагнитный отсечной клапан 10 и золотник 34 (фиг.3) поступает в устройство Б. При достижении топливом уровня 31 (при полном заполнении камеры 18) срабатывает сигнализатор верхнего уровня 20, включается шаговый двигатель 30, который через зубчатые шестерни 49, 40, кулачек 37 и коромысло 45 приводит в движение шток 16 и мерный плунжер 14 устройства Б. Мерный плунжер вытесняет минимальную дозу топлива в камеру 19. Кулачек 37, расположенный на шестерне 36 устройства А, сходит с коромысла 45, под действием пружины 48 мерный плунжер 14 устройства А поднимается вверх, соединенный с ним клапан 21 закрывает камеру 17, а шаговый двигатель останавливается.

Топливо через золотник 34 поступает в камеру 18 устройства А. При достижении топливом уровня 31 срабатывает сигнализатор верхнего уровня 20 устройства А и подготавливает цепь нового включения шагового двигателя 30, который включается после срабатывания сигнализатора нижнего уровня 44 устройства Б. Шаговый двигатель снова включается и процесс повторяется.

Топливо поочередно заполняет камеры 18, плунжеры 14 поочередно вытесняют малые и калибровочные дозы топлива в электромагнитный отсечной клапан 12 (фиг.1), индикатор 8; кран с рукавом 9 поступает в бак потребителя.

Учитывая, что через устройство выдачи малых доз топлива проходит его небольшая часть, предложенный способ практически не уменьшает скорость выдачи топлива потребителю. Вместе с тем, способ обеспечивает выдачу потребителю существенно меньших доз и меньшую дискретность дозирования топлива, что, в свою очередь, обеспечивает возможность компенсации ошибок измерения объема топлива.

Таким образом, пример реализации предложенного способа измерения объема топлива при выдаче его потребителю и приведенные расчеты показывают, что предложенный способ позволяет уменьшить минимальную дозу топлива, уменьшить дискретность дозирования при сохранении скорости выдачи топлива, а также расширить возможности калибровки измерителя объема топлива.

Источники информации.

1. Колонка 1КЭД-50-0,25-2-1, ТУ 112-052-86 НАРА-27М1С. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. АЗТ 2.833.183.00 ТО ГП Роснефть, 1995.

2. Авторское свидетельство СССР N 1671611, кл. B 67 D 5/00, 22.04.91.

3. Авторское свидетельство СССР N 11518288, по кл. B 67 D 5/00, 23.05.91.

4. Заявка Японии N 2-55318, кл. B 67 D 5/30, 5/28, 1990.

5. Справочник конструктора оптико-механических приборов. Л.: Машиностроение, 1967.

Формула изобретения

1. Способ измерения объема топлива при выдаче его потребителю, включающий в себя включение насоса, подачу насосом через приемный клапан, фильтр, газоотделитель, электромагнитные клапаны снижения расхода и отсечной топлива в измеритель объема и направление измеренного количества топлива через индикатор и раздаточный кран с рукавом в бак потребителя, отличающийся тем, что на пульте дистанционного управления подготавливают заданную потребителем дозу топлива, включающую в себя целое число больших доз и целое число малых доз топлива, сумма которых меньше одной большой дозы, а также рассчитанное число дополнительных калибровочных доз, целое число больших доз топлива отмеряют объемометром, а целое число малых и калибровочных доз топлива отмеряют устройством выдачи малых доз.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для выдачи малых доз используют вытеснение заданного объема топлива мерным плунжером из предварительно заполненной топливом до определенного уровня емкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3