大流量快速加油技術發展應用及關鍵問題研究

文/韓 智 張贊牢 張起欣

所謂大流量快速加油技術，就是改進加油裝置，通過控制和調節加油環節中的幾個關鍵因素（如壓力、流量、溫度、加油方式等），從而增大加注的燃油流量、提高加油速度的技術。此外，加油過程中需在油箱中進行油氣回收，避免大量油氣溢出和油沫的產生，從而創造一個高效、安全的加油環境。這無疑對加快我國現代化進程、推動國防事業的發展有著重要而積極的作用。[1]

一、大流量快速加油方式

目前，大流量快速加油主要有以下兩種方式：

1.重力加油

重力加油也叫做開式加油、敞口加油，即依靠燃油自身重量從油箱上部加油口流入油箱的加注方式。其特點是利用加油裝置與受油裝置的高度差，依靠重力作用加注，是一種使用時間久、應用廣泛的傳統加油方式。該方式通過增加輸油泵的流量、增大加油管徑和加油槍口徑，可以顯著增大加油流量，提高加油速度。在日常生活和生產中，大多數機動車輛加油采用的都是重力加油方式。

2.壓力加油

壓力加油也叫做密閉加油，是利用連接螺塞將由進油管、出氣管、進油閥及出氣閥組成的加油接頭連接到油箱加油口上，形成密閉連接，使燃油加注過程處于密閉環境中。根據加油時受油油箱所受壓力類型的不同，可分為正壓加注和負壓加注兩種加油方式。

以上幾種加油方式各有特點，均能滿足大流量快速加油的需求。但相較而言，重力加油方式在增大流量、提高速度上的發展空間有限，且因采用敞口方式，油蒸氣極易揮發造成燃油浪費和環境污染，同時空氣中沙塵易進入油路系統中造成油路甚至內燃機部件的損壞。而密閉加油方式則有效避免了以上問題的出現，而且通過改進技術可大幅度提高加油流量和速度，成為大流量快速加油技術的主要研究發展方向。[2]

二、大流量快速加油技術的發展與應用

大流量快速加油技術的發展和其他許多技術一樣，都是在軍事領域首先得到運用和發展，其中，在飛機加油方面運用較早，技術較為成熟。美英等國因冷戰后幾場高強度局部戰爭的需要，開始了裝甲戰車等地面裝備的快速加油技術研究。此外，在民用領域，因生產生活需要，F1賽車加油、公交車輛加油、礦山機械加油等方面也逐步發展并采用了大流量快速加油技術。

1.飛機加油技術的發展

（1）地面加油 美軍于1948年提出了單點加油的核心概念和技術，用以解決飛機地面閉式加油問題，之后美軍提出的飛機單點加油技術逐漸演化擴展成為世界各國軍用飛機和國際民航業地面閉式加油的普遍技術和產品。

1967年美軍提出一種新的壓力加油系統——閉式循環加油系統，該系統經過不斷發展和改進，技術和裝備水平日趨成熟，目前已標準化，應用于多種美軍直升機，且為北約組織采納。

該系統加油接頭如圖1所示，具有自動關閉、壓力調節和顯示關閉狀態等功能，并能夠附裝重力式加油槍進行重力加油，其公稱直徑為40mm，加油流量范圍為0～115GPM （0～435L/min）。

圖1 閉式循環加油接頭

（2）空中加油 相比于地面加油，飛機的空中加油技術更是現代戰爭高技術化發展的產物，其方式有軟管加油和硬管加油兩種。

軟管加油系統主要由輸油管卷盤裝置、壓力供應機構和電控指示裝置等組成，裝置結構簡單、便于拆裝，每套裝置加油速度可達1600L/min，一架加油機可安裝數套，能同時為數架飛機加油。但軟管加油時，由于受空中氣流影響軟管會產生飄蕩，輸油效率較低，一般適用于給機動性高、加油量少的戰斗機加油。

硬管加油系統主要由伸縮管、壓力加油機構和電控指示監控裝置等組成，由于輸油管是硬的，穩定性好，容易與受油機對接，所以加油效率比較高，加油速度高達6500L/min。但它的制造技術比較復雜，同一時間內只能對一架受油機加油，一般只有大型加油機才能裝備這類設備（如KC-10和KC-135）。

目前僅有美國掌握了硬管加油制造技術，美國空軍裝備的戰機也均采用硬管加油。美海軍由于航母甲板面積有限，裝備的加油機均由航母用的戰術飛機發展而來（30噸左右），因此美國海軍和海軍陸戰隊的飛機仍采用軟管加油。

經過多年努力，我國已掌握了中小型加油機給固定翼飛機空中加油技術，成為繼英、美、俄、法之后第五個掌握飛機空中加油技術的國家。但我國在空中加油方面還存在著一些空白，如大型加油機、直升機空中加油技術、無人機空中加油技術等，近年來，隨著我國對以上幾項技術領域研究力度的不斷加大，相信會有大的發展和突破。[3]

2.裝甲車輛快速加油技術的發展

上世紀90年代初，為實現裝甲戰車和地面裝備的快速加油，美軍提出了“陸軍標準加油系統”的構想。該系統是一種采用壓力加油方式的地面加油系統，目標是對采用“陸軍標準加油系統”的裝備能在2分鐘時間內加完油或在4分鐘時間內抽回燃油，并避免污染燃油，消除可能作為目標信號的油蒸氣，改善環保，提高防火安全性，還包括具有壓力控制、自動斷油、油氣回收和靜電釋放等功能。“陸軍標準加油系統”的加油槍如圖2所示。

圖2 “陸軍標準加油系統”加油槍

近年來，針對近幾場局部戰爭中出現的加油速度慢、耗時長、安全性差等情況，英軍開始重視并傾注大量人力財力進行研究新型加油技術和裝備，并于在2007年4月由ATDU提出旨在鼓勵將F1方程式賽車的馬達運動技術和訓練借鑒到軍用設備上，以提高裝備對各種復雜戰場條件的適應能力，更好地發揮其性能和戰斗力。[1]

目前，我軍裝甲車輛等地面裝備的加油方式多為傳統的重力加注方式，加油流量較小，油料加注時間相對較長，加油速度和快速保障能力難以滿足裝甲車輛、大型運輸車輛等裝備的保障需求，與外軍相比也存在較大差距。

3.公交車輛密封式加油系統的應用

公交車輛由于油箱體積大，采用傳統的加油方式速度慢、效率低。另一方面，車輛在運行途中的顛簸可能造成燃油泄露，引發自燃等安全事故。在這種情況下，公交車輛密封式加油系統逐漸研制成功并推廣應用。

公交車輛安裝密封式加油系統，工序包括把整個油缸拆下，用焊接方法安裝油嘴、控制油量及安全壓力的閥門及相關油管，最后重鋪排氣裝置。上世紀90年代，香港九龍巴士有限公司開始引進國外一項名為Posilock的密封式加油系統（如圖3所示）。該系統通過后期添加裝載在公交車的油箱口，汽車在加油時，系統可以密封加壓，令油槍緊鎖在燃油入口處，并可消除在入油過程中因產生泡沫造成的燃油外溢。同時，該系統還可以起到密封作用，并能將油箱內油量控制在油箱容量的95%，因此可以避免公交車輛行走崎嶇或顛簸路面時可能出現的燃油外泄，以杜絕可能引起的起火事故。

Posilock密封式加油系統來自美國Gardner Denver集團旗下的EmcoWheaton子公司，該系統已經被運用到包括紐約、倫敦、都柏林、香港等許多國際大城市的公交車上。[4]

三、大流量快速加油的主要問題和關鍵技術

1.主要問題及解決方法

圖3 公交車輛密封式加油接頭、接頭座和防溢油控制裝置

（1）壓力加注時的排氣問題 壓力加注采用密閉形式，大量燃油短時間內進入油箱，使其內部壓力驟增，加之燃油在加注過程中的蒸發作用而在油箱內產生大量氣體，因此，如何快速排出油箱內的多余氣體成為一個突出問題。大型車輛特別是裝甲車輛的燃油供給系統受車輛結構的限制，其油箱只能利用車內可用空間布置，造成油箱數量多、結構復雜。

同時，由于油箱沒有壓力受油口也沒有獨立的呼吸閥，呼吸是通過加油口螺塞上的通氣孔進行，因此，要解決壓力加油時的排氣問題，在不改變裝甲車結構的基礎上，只能在加注接頭上設置排氣口，實現一邊加油、一邊排氣的功能。

（2）加油時的油沫問題 大型車輛大多使用柴油作為燃料，柴油本身性質決定了其在加注過程中會產生大量油沫。油沫的產生不僅影響加油效率，而且還造成不必要的揮發浪費。油沫的產生跟很多因素有關，如加油流速、加油槍口徑、加油槍管內表面粗糙度、環境溫度、油箱內壓力大小等等。抑制加油過程中油沫的產生主要是從物理方面入手，在不使用化學試劑和改變油箱結構的前提下，盡量減少油沫的產生。

提高加油速度可通過增大加油壓力和加大加油槍口徑實現，壓力增大必然會使流速增大，而油沫的產生量和流速成正比，為保證加油速度，不僅增大加油壓力，還要加大加油槍口徑，在壓力與加油流量之間找到平衡點，最大程度控制油沫產生。

（3）靜電問題 加油過程中因摩擦會產生大量靜電荷，影響靜電產生的因素有油品內雜質、油品電阻率、管路材質及管壁粗糙程度、水分、流速與管徑、過濾器。防止靜電事故的措施主要有兩種，一是減少靜電的產生，二是加速靜電泄露，防止或減少靜電積聚。在快速加油過程中，減少靜電產生主要通過控制流速，控制加油方式，防止噴濺裝油；加速靜電泄放方面，主要是在加油過程中連接接地和跨接裝置，避免靜電積聚，提高電荷的泄露速度。

2.關鍵技術

（1）密閉加注方式 上文已提到，壓力加油效果更好，發展空間更大，但因其采用密閉加注方式，在技術上需解決的難點更多，密閉加注原理如圖4所示。

圖4 密閉加注原理圖

用連接螺塞將由進油管、出氣管、進油閥及出氣閥組成的加油接頭連接到油箱加油口上，形成密閉連接。

加油時，同時打開進油閥和排氣閥，燃油經油管注入油箱，罐內的氣體通過出氣管排出油箱。當抽氣泵不工作，而旁通閥開啟時，氣體經旁通閥進入氣液分離器，進行氣液分離處理。

達到加油量后，關閉進油閥和出氣閥，加油過程完成。由于在整個加油過程中，油箱中的氣體是由注入油箱中的油擠出油箱的，油箱承受正壓，因此，這時屬于正壓加注。

如果加油時抽氣泵工作，而旁通閥關閉，則氣體經抽氣泵的作用進入氣液分離器，進行氣液分離處理。在整個加油過程中，如果抽氣泵的抽氣量大于注入油箱中的油的量，則油箱承受負壓，這時屬于負壓加注。

（2）加油流量調節、壓力控制等安全保護措施 加油過程中，燃油流量過小會影響加油速度，起不到快速加油的作用，但如果流量過大，排氣不及時，則可能使油箱內部承壓過大出現危險，同時也會產生大量油沫，影響正常加注。因此，加油流量的大小需要反復調節試驗，以達到最佳平衡點，提高加油速度和效率。加油流量的調節主要通過控制進油管上的進油閥來實現。

壓力控制方面，只要保證油箱中的壓力不超過車輛油箱的承壓范圍即可實施安全加油，采取的措施包括：一是在加油系統中設置壓力調節閥，控制加油壓力；二是在加油接頭上設置超壓關閉功能，即當油箱內壓力達到承壓上限時，自動關閉進油閥；三是在抽氣泵的入口設置安全閥，控制抽氣泵的入口真空度。

（3）加油接頭的設計要求 大流量快速加油接頭的設計有一些特殊要求，應具備特定的功能及結構，例如，必須能夠和油箱加油口快速對接，實現密閉加注；需要設置進油管和出氣管控制閥；具有超壓關閉和負壓安全保護功能等。

加油接頭設計的好壞直接影響著密閉加注的速度和效果，總之，既要滿足普通加油方式的一般要求，還要結合密閉加注的特殊要求，實現密閉加注功能。

四、結語

隨著時代進步和社會發展，高效、環保、安全、便捷的加油方式已成為相關行業的共同需要。大流量快速加油技術的研究已有幾十年時間，取得了長足發展，帶來了許多社會和經濟效益。但其提升空間仍然很大，其中關鍵技術環節的改進和突破都會帶來新的發展。

我國對大流量快速加油技術的研究起步較晚，雖然近十幾年取得了突飛猛進的發展，但距離車輛裝備對加油方式的需求以及國際上同類技術的發展仍有很大差距。

因此，必須認清不足，立足現狀，加快發展，在借鑒國際先進技術的同時充分結合我國現有車輛的特點，力爭早日實現大流量快速加油技術的發展成熟和推廣應用。[5]

[1]羅小兵，陳軍，高勝軍．快速加油技術在我國車輛加油中運用的可行性分析[J]．中國儲運，2009(1):114～116．

[2]陳浩，許松．通用型壓力加油系統的設計[J]．機械研究與應用，2004(8):62～63．

[3]任憲文，徐佳龍，劉琳．直升機空中加油技術綜述[J]．直升機技術，2011(1):69～71．

[4]黃潤瀏．海外公交車安全技術及配置簡介[N]．南方都市報，2009.6.18

[5]宋生奎，齊永生．油氣回收技術及其在加油站中的應用[J]．安全、健康和環境，2007，7(2):2～4．