NO316540B1 - Trykktank - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår trykktanker av typen benyttet for eksempel som trykk-akkumulatorer eller som pulsenngsdempere i en hydraulisk krets

Den angår mer nøyaktig en trykktank omfattende en stiv fonng med motstående første og andre dyser, og en elektnsk deformerbar separator som strekker seg på innsiden av foringen mellom de to dysene og som avdeler det indre volumet av foringen til første og andre rom med variabelt volum, det andre rommet er konstruert for å kommunisere med en væskekrets via den andre dysen

D1 A1 3 632 988 anses å representere teknikkens stilling innen området for foreliggende oppfinnelse

I nåværende benyttede trykktanker, er det første rommet fylt med gass under trykk matet inn via den første dysen, hvilke dyse er så stengt av på gasstett måte

Separatoren kan utgjøres av en blære laget av et fleksibelt matenale, og åpningen i blæren omgir den første åpningen Separatoren kan også bestå av en vesentlig hemisfænsk fleksibel membran hvis åpning er festet til den største diameteren av boringen

Når separatoren er i ro, d v s når trykket av væsken er vesentlig null, er volumet av det første rommet vesentlig lik med eller noe mindre enn det innvendige volumet av foringen

Formålet med separatoren er først å etablere en trykkbalanse mellom det første rommet og det andre rommet En økning i trykket av væske bevirker en økning i trykket av gass, og derfor en minskning i volumet av det første rommet ved hjelp av at membranen deformerer seg elastisk

Separatoren må derfor tilveiebringe fluidtetthet mellom de to rommene, og må for dette formål være så impermeabel som mulig for gass

Dette forholdet er ikke tilfredsstilt eller er kun tilfredsstilt meget ufullstendig, spesielt i de følgende to tilfeller når trykktanken er benyttet under høye temperaturforhold, eller med visse væsker

Det er velkjent at permeabiliteten mot gass for elastomerer øker med øken-de temperatur, spesielt ved temperatur over 90°C Dette betyr at når trykktanken

er benyttet under høye temperaturforhold, er først dens effektivitet redusert, og for det andre er gasstap fortynnet i væsken, som kan bevirke at systemet med hvilket nevnte tank er forbundet vil feile eller stoppe Videre, ved høye temperaturer, øker risikoen for separatorbrudd hurtig, og gassen holdt i trykktanken blir så fngjort

øyeblikkelig inn i systemet med skadelige konsekvenser Ved hjelp av et eksempel, skal det minnes minnelse om at i visse anvendelser, slik som i kraftstasjoner eller i matekretser for marine dieselmotorer som benytter tunge brenseloljer, må brenseloljen forhåndsoppvarmes til en temperatur i området 120°C til 150°C

Dessuten er væsker med en ustabil tilstand dampform (for eksempel flytende ammonia, flytende C02), og gassen som avgis av slike væsker siver ut via separatoren, mn i det første kammeret, og fyller det til den grad at trykktanken gjøres nærmest inoperativ

Et mål med oppfinnelsen er å eliminere de iboende problemene med å be-nytte en gass som det kompnmerbare midlet

Oppfinnelsen oppnår dette målet med de faktum at, i den foreslåtte trykktanken, er det første kammeret fylt med elastisk deformerbare faste elementer, og den resulterende sammenstillingen oppfører seg som en fjær, og at, i den ikke-kompnmerte tilstanden, og med separatoren ved hvile, er det totale volumet av de elastisk deformerbare faste elementene vesentlig lik med volumet av det første kammeret

Med denne utformingen er reduksjonen i volumet av det første kammeret begrenset ved det inkompnmerbare volumet av materiale til elementene Den foreslåtte trykktanken gjør det mulig å motstå trykktopper som er betydelig høyere enn de som kan tas vare på av gassapparat, uten å skade separatoren

Volumet som etterlates tomt av matenalet til de elastisk deformerbare faste elementene er opptatt av en gass ved atmosfænsk trykk

For å gjøre det lettere for de elastisk deformerbare faste elementene å bevege seg i forhold til og mot hverandre, er en smørevæske kompatibel med matenalet til separatoren og materialet til elementene anordnet i det første kammeret For eksempel kan smørevæsken være glykol, glysenn, silikonolje, eller mineralolje Volumet av smørevæsken er mindre enn det til mellomrommene som etterlates tomme av de faste elementene i den ikke-komprimerte tilstanden For eksempel kan volumet av smørevæsken være mindre enn 10% av volumet som etterlates tomt av de elastisk deformerbare faste elementene når separatoren er ved hvile Smørevæsken gjør det mulig for de faste elementene å organiseres mer enhetlig når de er under trykk, og derved tilby en mer enhetlig bæreoverflate mot hvilken separatoren kan trykke, og separatoren arbeider således mer enhetlig og er mindre påkjent

Fordelaktig er hver av de elastisk deformerbare faste elementene sylindriske og hule i form, og er laget av silikon, for eksempel ved oppkuttmg av rør som vanligvis benyttes i kjemiske eller biologiske testoppsett Lengden av hvert av elementene er større enn dets utvendige diameter Den utvendige diameteren til hver av nevnte elementer ligger i området 2,5 til 4 mm, dets innvendige diameter ligger i området 1 mm til 2 mm og dets lengde ligger i området 3 mm til 8 mm Når en smørevæske er anordnet, skal det bemerkes at under drift, holder de hule innsi-dene av de faste elementene i den ikke komprimerte tilstanden en fraksjon av smørevæsken på grunn av dens overflatespenning, denne fraksjonen holdes således i reserve for smøring av de faste elementene under den etterfølgende kompresjonen uavhengig av posisjonen til tanken

Andre fordeler og egenskaper med oppfinnelsen kommer frem ved å lese den følgende besknvelse gitt ved hjelp av eksempler og med referanse til den vedføyde tegning, i hvilken Fig 1 er et snittnss av en trykktank til oppfinnelsen som utstyrt med en blære, og

Fig 2 er et perspektivnss av et elastisk deformerbart fast element

Fig 1 viser en trykktank 1 som, på en i og for seg kjent måte, omfatter en stiv ytre fonng 2 hvis indre hulrom 3 er adskilt ved hjelp av en elastisk deformerbar separator 6 til to kammere 4 og 5, nemlig et første kammer 4 som kan kommunisere med utsiden av fonngen 2 via en første dyse 7 anordnet gjennom toppen av foringen 2, og et andre kammer 5 som kan kommunisere med en trykksatt hydraulisk krets via en andre dyse 8 anordnet gjennom bunnen av fonngen 2

I utførelsen vist i fig 1, er foringen 2 langstrakt, og den har et vesentlig sy-lindrisk midtparti og vesentlig hemisfænske ender, og den er laget i et stykke, for eksempel ved forming Separatoren 6 er i formen av en blære hvis munn 9 er utstyrt med et hult endestykke 10 montert på fluidtett måte i den første dysen 7, for eksempel ved hjelp av en mutter 11, det hule endestykke 10 er anordnet med en boring 15 og et stoppdeksel 17 gjør det mulig å isolere det innvendige volumet av det første kammeret 4 fra utsiden

Den vesentlige funksjonen av stoppdeksel 17 er å holde de elastisk deformerbare elementene i det indre volum av det første kammer 4 Den kan valgfritt tilveiebringe gasstetthet spesielt avhengig av miljøet i hvilket trykktanken er benyttet Det skal bemerkes, ved hjelp av eksempel, at når trykket av væsken er hevet til 50 bar, er det meste av energien absorbert av elastisiteten av de elastisk deformerbare faste (massive) elementene, og økningen av trykk av mellomromsgassen er omkring 1 bar For de mest bruke elastomerer, siden gasstapene gjennom permeabilitet er proporsjonal med AP, fører i praksis en slik AP til en mangel på gasstap I et meget aggressivt miljø, er det således mulig å tilveiebringe gasstetthet ved stoppdeksel 17, eller i et mindre forurenset miljø, er det mulig å tilveiebringe plater på gjengen på endestykket 10 på hvilket stoppdekslet 17 er på-skrudd og derved muliggjøre at kammeret 4 puster

Den andre dysen 8 er utstyrt med en sil 12 eller med et filter, og valgfritt med en styreventil (ikke vist i tegningen)

Blæren er laget av et syntetisk materiale, for eksempel av elastomer typen, den har en viss mengde av elastisitet, og er tilstrekkelig væsketett,

Ved hvile, dvs når væsketrykket i det andre kammeret 5 er lavt, opptar blæren 6 nærmest hele volumet av det indre hulrommet 3

Ifølge oppfinnelsen, er det første kammeret 4 fylt med elastiske deformerbare massive elementer 14 i steden for å være fylt med en gass som vanligvis er tilfellet

Som vist i fig 2, er de elastisk deformerbare elementene 14 vesentlig sy-lindnske i form og hule Lengden L av hvert element er lengere enn dets utvendige diameter D, og dets innvendige diameter d er vesentlig lik en halvdel av dets utvendige diameter D Den utvendige diameter D til hver av elementene 14 ligger fortrinnsvis omtrent i området 2,5 mm til 4 mm, dets innvendige diameter d ligger omtrent i området 1 mm til 2 mm, og dets lengde L ligger området omtrent 3 mm til 8 mm

Elementene 14 er fortrinnsvis laget av silikon og, i praksis kan de være fremstilt ved å skjære opp sihkonrør som vanligvis er benyttet innen kjemiske eller biologiske oppsett

Det totale volum av elementene 14 i den ikke-komprimerte tilstanden holdt i det første kammeret 4 er vesentlig hk med volumet av blæren 6 i hviletilstanden Elementene 14 fyller også volumet av boringen 15 gjennom endestykket 10 Ele-ementene 14 er innsatt i det første kammeret 4 via bonngen 15, diameteren til boringen er følgelig valgt

For å gjøre det lettere for elementene 14 å bevege seg i forhold til hverandre, er en smørevæske 16 kompatibel med materialene til blæren 6 og elementene

14 anordnet i det første kammeret 4 For eksempel kan smørevæsken 16 være glykol, glysenn, en silikonholder, eller mineralholder avhengig av materialene til elementene 14 og av blæren

For å muliggjøre at volumet til det første kammeret kan vanere under virk-ningen av trykket i væsken holdt i det andre kammeret 5, er volumet av smøre-væsken 16 betydelig mindre enn volumet av mellomrommene etterlatt tomme av elementene 14 i den ikke komprimerte tilstanden I praksis er volumet av smøre-væsken mindre enn 10% av volumet som ikke er opptatt av materialet til elementene 14

Volumet av blæren 6 ved hvile som ikke er opptatt av matenalet til elementene 14 eller av smørevæsken, er fylt med en passende gass, for eksempel nitro-gen, ved at atmosfærisk trykk når kammeret 4 er isolert fra utsiden eller ellers er det fylt naturlig med atmosfærisk luft

Den resulterende sammenstillingen opereres som en fjær Økninger i trykk av væsken i den hydrauliske kretsen er transportert til væsken av det andre kammeret 5 via den andre dysen 8, og derved komprimerer blæren 6 Denne kompresjonen reduserer volumet av det første kammeret 4, som et resultat påkjennes elementene 14 av elastisk deformasjon, og mellomromsgassen undergår ubetyde-lig sammentrykning, med smørevæsken holdt i det første kammeret 4 fordeles

Det meste av kompresjonsenergien er lagret ved de elastisk deformerbare elementene 14 som virker som fjærer

Reduksjonen i volum av det første kammeret 4 er begrenset ved det in-kompresible volumet av materialet til elementene 14, og valgfntt av smørevæsken Det minimale volum av det første kammeret 4 er vesentlig lik en halvdel av blæren 6 ved hvile Trykktanken 1 til oppfinnelsen gjør det mulig å motstå trykktopper som er mye høyere enn de som kan opptas med konvensjonelle gassapparater, uten å skade blæren eller mer generelt separatoren fordi, under maksimale kompresjons-forhold, ligger den mot overflaten formet av sett av elementer 14

Trykktanken til oppfinnelsen har et lavere kompressibilitetsforhold (omknng 1 eller 2) enn det til vanlig gassapparater Dette lave kompressibilitetsforholdet kan være kompensert ved passende dimensjonering av tanken

Ved passende valg av parametre D, d, og L av elementene 14, og elastisi-tetskoeffisienten til materialet av nevnte elementer, er det mulig å justere komp-ressibtlitetskurven til tanken

I tillegg til å være i stand til å motstå høyere trykktopper, tilbyr tanken til oppfinnelsen fordelene av å være lett å lagre, og kunne brukes uten å fylles på forhånd med en gass under trykk, ikke å kreve noe vedlikehold (refylling med gass), og eliminerer muligheten av fysisk eller kjemisk forurensning av den hydrauliske kretsen med hvilken tanken er forbundet, selv hvis blæren 6 bnster, i hvilket tilfelle den viste silen 12 forhindrer elementene 14 fra å gå inn i den hydrauliske kretsen Hvis en ventil er benyttet i steden for silen, er det kun nødvendig å innsette et filter mellom ventilen og den tilhørende kretsen, og den eneste funksjonen av filteret er å holde elementene 14 før de når nevnte krets

I tillegg er matenalet til elementene 14 valgt slik at elementene 14 ikke kan oppløses i væsken til den hydrauliske kretsen For dette formål skal det bemerkes at silikon ikke er sølt i mineralolje

I tillegg kan elementene 14 være laget av ethvert massivt materiale med vesentlig elastiske egenskaper, slik som visse elastomerer

I den ovenfor beskrevne utførelsen, inneholder trykktanken en blære 6 Oppfinnelsen er også anvendbar for en sfærisk tank innbefattende en vesentlig hemisfænsk separator som avgrenser to variable volumkammere

Claims (10)

1 Trykktank omfattende en stiv foring (2) med motstående første og andre dyser (7,8), og en elastisk deformerbar separator (6) som strekker seg på innsiden av foringen (2) mellom de to dysene (7,8) og undennndeler det innvendige volumet (3) av foringen (2) til første og andre kammer (4,5) med variabelt volum, det andre kammeret (5) er konstruert for å kommunisere med en væskekrets via den andre dysen (8), nevnte trykktank er karakterisert ved det faktum at det første kammer (4) er fylt med elastiske deformerbare massive elementer (14), den resulterende sammenstillingen oppfører seg som en fjær, over ved det faktum at, i den ikke komprimerte tilstanden, og med separatoren (6) ved hvile, er det totale volum av de elastisk deformerbare massive elementene (14) vesentlig like med volumet av det første kammeret (4)

2 Trykktank ifølge krav 1, karakterisert ved det faktum at, i den ikke-komprimerte tilstanden, med separatoren (6) ved hvile, er volumet etterlatt tomt av matenalet til de elastisk deformerbare massive elementene (14) opptatt av en gass ved atmosfærisk trykk

3 Trykktank ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved det faktum at det første kammeret (4) videre inneholder en smørevæske (16) kompatibel med materialet til separatoren (6) og med materialet av elementene (4) for på den måten å gjøre det lettere for de elastisk deformerbare massive elementene (14) og beveger seg i forhold til og mot hverandre, og volumet av smørevæsken (16) er mindre enn det til mellomrommene som etterlates tomme av de massive elementene (14) i den ikke-komprimerte tilstanden

4 Trykktank ifølge krav 3, karakterisert ved det faktum at volumet av smørevæsken (16) er mindre enn 10% av volumet etterlatt tomt av materialet til de elastisk deformerbare massive elementene (14)

5 Trykktank ifølge ethvert av kravene 1 til 4, karakterisert ved det faktum at hver av de elastisk deformerbare massive elementene (14) er vesentlig sylindriske eller hule i form

6 Trykktank ifølge krav 5, karakterisert ved det faktum at lengden (L) til hver av nevnte elementer (14) er større enn dets utvendige diameter (D)

7 Trykktank ifølge krav 6, karakterisert ved det faktum at den utvendige diameteren (D) til hver av nevnte elementer (14) ligger i området 2,5 mm til 4 mm

8 Trykktank ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved det faktum at lengden (L) til hver av nevnte elementer (14) ligger i området 3 mm til 8 mm

9 Trykktank ifølge ethvert av kravene 6, 7 eller 8, karakterisert ved det faktum at den indre diameteren (d) til hver av nevnte elementer (14) ligger i området 1 mm til 2 mm

10 Trykktank ifølge ethvert av kravene 5 til 9, karakterisert ved det faktum at de elastisk deformerbare massive elementene (14) er laget av silikon