Последнее обновление:
Как застраховаться от разлива жидкости в баке при изменении его положения?
Подобным вопросом занимаются инженеры-конструкторы практически везде, где требуется защитить жидкость от ее разлива при различных изменениях положения содержащие ее емкости. Особенно это важно, когда жидкость является горючей – например, если это бензин, керосин или что-то подобное.
Чаще всего подобная задача возникает, конечно, в транспортных средствах – мотоциклах, автомобилях, и. особенно, летательных аппаратах. Летательный аппарат так вообще может находиться, теоретически, в любом положении. Мотоцикл вполне может быть положен на бок или стоять верх тормашками (на руле и сидении). А что касается типичного автомобиля, то он может существенно изменить свое пространственное положение, например, в результате непредвиденных ситуаций (ДТП). И во всех этих случаях важно предусмотреть такую конструкцию, которая защищали бы бак, содержащий жидкость, от ее разлива.
Вообще, как и везде, защита может быть двух типов: активная и пассивная. Активная защита – это разного рода клапаны, датчики, автоматические задвижки и т.п. Как правило, защита подобного рода управляется средствами электроники. И ее недостаток в том, что если какой-либо элемент такой защиты сломается (например, в результате ДТП), то защита может и не сработать. Поэтому в первую очередь следует по максимуму предусматривать именно пассивную защиту. Чем мы и попробуем заняться в этой статье на простом примере.
Итак, допустим, у нас есть бак (бензобак автомобиля). У него есть наливная горловина (которая открывается только в момент доливки горючего, а в остальные моменты – плотно закрыта). Также бак содержит подающую магистраль (через которую горючее подается, например, к двигателю), обратную магистраль (через которую обратно в бак сливаются излишки поданного топлива).
И вот такую конструкцию следует защитить от опрокидывания и, кроме того, предусмотреть возможность «дыхания» бака при изменении температуры окружающей среды и/или жидкости, содержащейся в нем. Для этого используется дыхательная магистраль.
Для целей пассивной защиты придется, как это делалось в более ранних конструкциях автомобилей (например, ряда автомобилей ВАЗ) применить дополнительные элементы: сеператор и дренажную магистраль. Сепаратор, в основном, служит для улавливания паров жидкости и для слива их обратно в бак. Однако, дополнительная его функция – это повышение степени пассивной защиты жидкости (горючего), содержащейся в баке, от разлива.
Сепаратор соединяется с баком через дренажную магистраль.
Вот, собственно, и вся конструкция
Обратим внимание, что дренажную магистраль можно обернуть вокруг бака двумя способами: по часовой стрелке и против часовой. Так вот, оказывается, это имеет существенное значение. Один из этих вариантов дает более высокую степень пассивной безопасности (см. ниже).
Теперь попробуем понять, насколько она защищена от разлива жидкости при разных пространственных положениях бака. Так, если мы синхронно повернем все элементы конструкции на 900 по часовой стрелке, то, разумеется, ничего страшного не произойдет: наливная горловина вместе с патрубком тренажной магистрали окажутся сверху и жидкости некуда будет выливаться.
А что будет, если всю конструкцию повернуть ПРОТИВ часовой стрелки?
Что же, вот схематичный рисунок.
Заливная горловина окажется внизу, однако, если она будет герметично закрыта, жидкость через нее не пойдет. А вот пойдет жидкость в сепаратор?...
Это зависит от того, где находится жидкость в дренажной магистрали. Если ее там вообще не было, то, при условии достаточно быстрого поворота конструкции жидкость, разумеется, не успеет заполнить эту магистраль. Соответственно, в сепаратор ничего вытекать не будет ни в том, ни в другом случае.
Однако, на практике могут быть разные случаи. Это зависит от того, в каком состоянии находилась указанная система. Могло быть так, что незадолго до поворота конструкции в сепаратор попали пары жидкости. Затем, сконденсировавшись, они вытекали через дренажную магистраль обратно в бак (при условии, конечно, что размер H1 > 0 – как и показано на рисунках). При этом на обоих рисунках в обычном положении конструкции (не повернутом) равновесный уровень жидкости в дренажной магистрали практически сравняется с уровнем жидкости в баке – так как диаметр магистрали много меньше, чем габаритные размеры бака.
Однако, это – в равновесии. Если же не вся жидкость вытекла из сепаратора (о момента поворота конструкции), то ее уровень в дренажной магистрали будет выше уровня жидкости в баке.
В момент резкого поворота конструкции против часовой стрелки уровень жидкости в дренажной магистрали сохранится; тогда как в баке он перетечет вниз, заполнив наливную горловину. При этом жидкость (схематично) займет положение, показанное на предыдущем рисунке.
Что же произойдет в каждом случае? А вот что. Конструкция слева даст вполне себе уверенную струю жидкости вниз, в сепаратор. И чем толще будет трубка (точнее, чем больше ее внутренний диаметр), тем сильнее. Ну, а потом – и в атмосферу, через дыхательную магистраль. Потому как сохранившийся уровень жидкости в этой конструкции будет ниже, чем уровень жидкости в баке. Следовательно, в данном случае спасти положение может, разве что, высокое гидравлическое сопротивление магистралей, в том числе и штуцеров бензобака, к которым эти магистрали крепятся. Ну, или применение разного рода электронных устройств (активной защиты). Также могут помочь, конечно, устройства типа гравитационных клапанов (применяются в современных автомобилях), которые являются открытыми только при небольших изменениях положения конструкции и закрываются при ее более-менее существенном повороте. Однако, такие клапана могут, по идее, и выйти из строя… Так что лучше бы как-то усилить пассивную защиту.
Посмотрим на конструкцию справа, отличающуюся направлением дренажной магистрали. Как видим, сохранившийся уровень жидкости будет расположен в одной из верхних точек дренажной магистрали (красная точка). Понятно, что в ЛЮБОМ(!) случае этот уровень будет выше, чем уровень жидкости в баке и потому вытекания ее НЕ БУДЕТ. Тем более, если поворот автомобиля на правый бок будет достаточно резким, то бензин из трубки будет стремиться дополнительно затечь обратно в бензобак под действием сил инерции.
Чтобы в последнем случае жидкость все-таки начала вытекать, необходимо, чтобы она в трубке (дренажной магистрали) находилась где-нибудь ближе к сепаратору. А такое может случиться, разве что, если до момента поворота автомобиля (на правый бок) еще не вся жидкость успела перетечь из сепаратора и обратной магистрали. А это может случиться, если ее туда специально залили. Ну, или автомобиль длительно совершал повороту ВЛЕВО до тех пор, пока не перевернулся на правый бок. Т.е. теоретически, конечно, такой вариант вполне может случиться, однако вероятность его крайне мала. Разве что, где-нибудь на покатушках или соревнованиях.
Наконец, рассмотрим случай, когда бак с жидкостью будет перевернут на 1800 относительно своего исходного положения
Т.е., по сути, конструкция будет перевернута, что называется, верх тормашками (при этом автомобиль будет лежать на крыше колесами кверху). Вот что получится:
В данном случае спасает положение тот факт, что точка изгиба дыхательной магистрали находится заведомо выше, чем бак (и. тем более выше, чем уровень топлива в баке). Это будет при H2 > 0. Не сможет вытечь даже та часть жидкости, которая осталась в сепараторе (сконденсировавшиеся пары жидкости). И здесь уже нет разницы между двумя рассматриваемыми конструкциями.
Вывод
Таким образом, на данном примере хорошо видно, что если проложить дренажную магистраль с умом и использовать сепаратор, то вполне можно в высокой степени пассивно(!) защититься от разлива жидкости. находящейся в баке, при изменении его пространственного положения (т.е. при поворотах или опрокидывании). И такой способ, конечно, не требует никаких клапанов, датчиков, не говоря уж об электронике.
Надо сказать, что именно такая конструкция, на самом деле, еще сравнительно недавно применялась в ряде автомобилей, для которых была важна пассивная безопасность подобного рода. Например, она применялась в Нивах (ВАЗ-21213, ВАЗ-21214), а также некоторых других.
Обратите внимание, что укладку дренажной магистрали следует не делать НЕ КАК ПОПАЛО, с правильно, в соответствии со вторым вариантом, когда (см. рисунки) она оборачивается вокруг бака ПРОТИВ ЧАСОВОЙ СТРЕЛКИ. Т.е. так, как на правой части рисунков. Да, именно так и не иначе.
Чтобы было легче запомнить:
1. Трубка, идущая от сепаратора, должна пройти сначала сверху, вдоль бензобака и только потом уходить вниз, делая там петлю,
2. Трубка, идущая от штуцера бензобака, должна уходить сразу вниз, под бензобак. Вверх она уходит только после петли.
Кажется неким шулерством, но вы можете самостоятельно убедиться в этом, проанализировав рисунки.
Хотя, на взгляд дилетанта, можно подумать, ну, что, мол, мало ли там как будут эта трубки-магистрали проходить, главное, мол, чтобы хоть как-то там лежали, да и все. Главное, мол, чтобы не засорялись и не перегибались.
Слава богу, ситуации, когда автомобили переворачиваются на бок или и вовсе становятся на крышу, достаточно редки. Как правило, это бывает где-нибудь в ходе спортивных соревнований или «покатушек». Реже (но, к сожалению, не без этого…) такое встречается в ДТП.
И если в автомобиле не будет уложена дренажная магистраль правильно, а то и вовсе будет отсутствовать ее петля, если у какого-нибудь ремонтника-деятеля появится желание «упростить» конструкцию, следует понимать возможный результат такого «упрощения». Не следует забывать, что подобные ситуации – они, за очень редким исключением, нештатные. Там – дай бог бы просто выбраться из автомобиля и отойти от него. А если при этом наружу еще и будет струйкой вытекать горючее из бака – согласитесь, ничего привлекательного в этом точно не будет.
Поэтому если кто решит ремонтировать/модернизировать дренажные магистрали у баков (с горючим) – имейте в виду указанные вещи.
Кроме того, когда обращаетесь на автосервис с проблемами в области бензобака, дренажных магистралей или пр., в общем, если мастера будут трогать бензобак и дренажные трубки-магистрали, то рекомендуем вам хотя бы проконтролировать, ка именно они будут укладывать эти трубки. И, при необходимости, следует разъяснить мастерам правильный порядок укладки. Возможно, они начнут ругаться и произносить нечто "не лезьте не в свое дело", но тут уж вам решать, что важнее: выслушивать ругательные речи мастеров или ваша безопасность.
Примечание
Надо сказать, что на современных автомобилях отказались от подобного «петляния» дренажной магистрали; вместо этого в качестве пассивной защиты применяют, например, гравитационный клапан; а также клапан, пропускающий воздух туда-сюда при определенном превышении давления или разрежения.
Это, конечно, замечательно и технологично. Да вот только следует иметь в виду, что подобные клапаны вполне имеют свойство НЕОЖИДАННО выходить из строя. Не будешь ведь проверять их перед каждой поездкой, типа проверки давления в шинах путем попинывания их ногами. Но, если. скажем, гравитационный клапан вдруг возьмет, да и выйдет из строя (заклинит и перестанет закрываться) – то конструкция может стать очень уязвимой к разливу топлива из бака.
Так более того, когда такой клапан выходит из строя – многие владельцы автомобилей просто удаляют его насовсем. При этом в интернете просто масса рекомендаций от «добрых дядь» по избавлению от этих клапанов. Мол, если докучают они – выбросьте их совсем, да и всё. Типа того, автомобиль от этого «ничего не теряет». Об этом косвенно свидетельствует то, что в продаже эти клапана найти бывает непросто – потому как на них нет спроса. Люди «не заморачиваются» поиском и заменой, а просто выбрасывают их, вставляя на их место трубки-переходники.
Да, и в самом деле, автомобиль ничего не теряет, но ровно до тех пор, пока его положение – штатное, т.е. не перевернутое. А вот в критическую минуту такая самодеятельность может дорого обойтись владельцу автомобиля, да и его пассажирам тоже. И, быть может, даже окружающим.
Поэтому, если где-то встретите «добрую» рекомендацию – удалить из автомобиля неисправный гравитационный клапан и «не заморачиваться» с его заменой – можете смело показать автору такой рекомендации эту нашу статью. Быть может, человек таки одумается и не станет этого делать и (а вдруг) будет целее, если случится критическая ситуация. То же касается и мастеров/сервисменов. Если не одумается - ищите другого мастера. Нужен ли вам тот, кто будет делать так, как он сам привык, а не так, как положено?
В крайнем случае, если очень хочется избавиться от гравитационного клапана, лучше уж проложить дренажные магистрали в соответствии с приведенными выше рекомендациями. Благо, это недолго и несложно. Для этого потребуется 4...5 метров (для автомобиля Нива) прозрачной полихлорвиниловой (ПВХ) трубки внутренним диаметром 8 мм. Наиболее бензостойкие среди них - те, которые имеют синий или зеленый цвет. И ни в коем случае не стоит сверлить отверстия в крышке бензобака. Этим вы, всего-навсего, существенно снизите свою безопасность и, плюс к тому, создадите условия для ускоренного загрязнения бензобака.
Кстати: НЕ вздумайте использовать силикон! В бензине он набухает и становится довольно хрупким уже через пару часов. Также нежелательно использовать модные ныне полиамидные трубки, так как такая трубка, в силу ее жесткости, вскоре выломает штуцер сепаратора. Резиновые трубки в виде бензостойких шлангов также нежелательно использовать по этой же причине. Кроме того, резина, в отличие от ПВХ, со временем покрывается трещинами и в итоге в салоне автомобиля может пахнуть бензином. Тогда как с ПВХ могут быть проблемы, разве что, в районе штуцеров - со временем может ослабляться герметичность. И он, конечно, дубеет, становится жестким от воздействия бензина, но при укладке "по месту", это не является проблемой. Если его не трогать и надежно закрепить, чтобы не болтался.
Кстати, по всей видимости, старое-доброе решение с использованием правильно уложенной(!) петли дренажной магистрали является таки более надежным вместо современного – с точки зрения пассивной безопасности. Раз уж владельцы авто иной раз выкидывают эти клапана, значит, они выходят из строя (причем, на разных машинах) и это представляет собой определенную проблему.