RU2042875C1

RU2042875C1 - Cryogenic pipe line

Info

Publication number: RU2042875C1
Application number: SU925049133A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Иванович Солодов; Николай Варфоломеевич Бармин; Григорий Юзикович ЦФАСМАН; Вольфганг Эрдт
Original assignee: Научно-производственное объединение криогенного машиностроения
Priority date: 1992-06-22
Filing date: 1992-06-22
Publication date: 1995-08-27

Abstract

FIELD: cryogenic engineering. SUBSTANCE: inner pipe has cooled shield, super- insulation, and yoke arranged above the super-insulation and mounted on support inside the evacuated housing. Open ring underlies the yoke inside the layer of super- insulation. The ring is provided with at least three holders blunted ends of which bear on the pipe through super-insulation layer. EFFECT: enhanced reliability. 7 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к криогенным трубопроводам с суперизоляцией и охлаждаемым экраном, и может быть использовано в устройствах, обеспечивающих транспортировку и хранение жидкого гелия и водорода. The invention relates to cryogenic technology, in particular to cryogenic pipelines with superinsulation and a cooled screen, and can be used in devices for transporting and storing liquid helium and hydrogen.

Известен криогенный трубопровод с охлаждаемым экраном, содержащий внутреннюю трубу с охлаждаемым экраном и фиксирующими относительно кожуха опорами в виде спиц, закрепленных с одной стороны в алюминиевом кольце, установленном на внутренней трубе, а с другой опирающихся на стенку кожуха [1]
Недостатком такого криогенного трубопровода является то, что обеспечение малых теплопритоков связано с необходимостью использования длинных спиц с малым поперечным сечением, что снижает прочностные характеристики опорного устройства и увеличивает габаритные характеристики вакуумного кожуха и экрана, а использование неразъемного опорного устройства усложняет монтаж тепловой защиты, приводит к разрыву слоя суперизоляции и экрана, при этом вероятны разрывы и образование зазоров в слое при термодеформациях и перемещениях при транспортировке.Known cryogenic pipeline with a cooled screen, containing an inner pipe with a cooled screen and fixing relative to the casing supports in the form of spokes fixed on one side in an aluminum ring mounted on the inner pipe, and on the other resting on the wall of the casing [1]
The disadvantage of such a cryogenic pipeline is that the provision of small heat inflows is associated with the need to use long spokes with a small cross section, which reduces the strength characteristics of the support device and increases the overall characteristics of the vacuum casing and screen, and the use of an integral support device complicates the installation of thermal protection, leading to rupture superinsulation layer and screen, with the breaks and gaps in the layer being likely during thermal deformations and displacements during trans tran sportation.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является криогенный трубопровод, содержащий вакуумный кожух с установленной на опорах внутренней трубой, включающей охлаждаемый экран, выполненный в виде охлаждающей трубки и теплоотражательного экрана, и суперизоляцию [2] Подвеска трубы и экрана относительно кожуха осуществляется с помощью гибкой проволоки или полос из материалов с низкой теплопроводностью. The closest in technical essence to the invention is a cryogenic pipeline containing a vacuum casing with an inner pipe mounted on supports, including a cooled screen made in the form of a cooling tube and a heat-reflecting screen, and super insulation [2] The pipe and screen are suspended relative to the casing using a flexible wire or strips of materials with low thermal conductivity.

Недостатками этого устройства являются низкая надежность, возможное разрушение слоя суперизоляции при транспортировке, высокие теплопритоки, при этом затруднена центровка труб относительно кожуха, имеющего большие габариты. The disadvantages of this device are low reliability, the possible destruction of the superinsulation layer during transportation, high heat gain, while it is difficult to center the pipes relative to the casing, which has large dimensions.

Задачей изобретения является повышение надежности, снижение теплопритоков, уменьшение габаритов и трудоемкости монтажа. The objective of the invention is to increase reliability, reduce heat gain, reduce the size and complexity of installation.

Это достигается тем, что криогенный трубопровод, содержащий вакуумный кожух с установленной на опорах внутренней трубой, включающей охлаждаемый экран, выполненный в виде охлаждающей трубки и теплоотражательного высокотеплопроводного экрана, и суперизоляцию, дополнительно содержит стяжной хомут, охватывающий внутреннюю трубу поверх суперизоляции и размещенное под хомутом внутри слоя суперизоляции, непосредственно под охлаждаемым экраном, незамкнутое кольцо, снабженное по крайней мере тремя держателями, притупленные концы которых опираются на трубу через слой суперизоляции. Охлаждаемый экран снабжен со стороны хомута дополнительным слоем высокотеплопроводной фольги, находящимся в тепловом контакте с охлаждаемым экраном по обе его стороны. На хомуте выполнены выступы, направленные к охлаждаемому экрану. Держатели изготовлены в виде продольных зигов кольца с выступами в вершинах зигов. По обе стороны кольца установлены дополнительные фиксирующие кольца, соединенные с основным кольцом в местах касания. Дополнительные кольца не замкнуты. Стяжной хомут установлен на опоры, опирающиеся на стенку кожуха. This is achieved by the fact that the cryogenic pipeline containing a vacuum casing with an inner pipe installed on the supports, including a cooled screen made in the form of a cooling tube and a heat-reflecting highly heat-conducting screen, and superinsulation, additionally contains a coupling collar covering the inner pipe on top of the superinsulation and placed under the clamp inside superinsulation layer, immediately below the cooled screen, an open ring equipped with at least three holders, the blunt ends of which are irayutsya the pipe through the layer superinsulation. The cooled screen is provided on the side of the clamp with an additional layer of highly heat-conductive foil in thermal contact with the cooled screen on both sides. On the clamp made protrusions directed towards the cooled screen. The holders are made in the form of longitudinal zig-rings with protrusions at the tops of the zig. On both sides of the ring there are additional retaining rings connected to the main ring at the points of contact. Additional rings are not closed. The coupling collar is mounted on supports resting on the wall of the casing.

На фиг. 1 схематически представлен криогенный трубопровод; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 хомут, снабженный выступами; на фиг. 4 держатели, образованные зигами кольца; на фиг. 5 разрез Б-Б на фиг. 4. In FIG. 1 is a schematic representation of a cryogenic pipeline; in FIG. 2, section AA in FIG. 1; in FIG. 3 collar equipped with protrusions; in FIG. 4 holders formed by zigzag rings; in FIG. 5 a section BB in FIG. 4.

Криогенный трубопровод содержит вакуумный кожух 1, внутреннюю трубу 2, покрытую слоем суперизоляции, разделенным незамкнутым кольцом 3 на внутренний слой 4 и внешний слой 5. На трубе 2 между слоями 4 и 5 установлена охлаждающая трубка 6, находящаяся в тепловом контакте с высокотеплопроводным теплоотражательным экраном 7, выполненным, например, из высокотеплопроводной фольги. Кольцо 3 снабжено держателями 8, а поверх наружного слоя 5 суперизоляции установлен стяжной хомут 9, который может быть снабжен держателями 10, концы которых опираются на стенку кожуха, обеспечивая радиальную фиксацию хомута относительно стенок кожуха. Держатели 8 могут быть образованы продольными зигами кольца 3, а по краям поверх кольца могут быть установлены дополнительные фиксирующие кольца 13. Держатели удерживают внутреннюю трубу 2 в заданном положении относительно кожуха. The cryogenic pipeline contains a vacuum casing 1, an inner pipe 2, covered with a superinsulation layer, separated by an open ring 3 into an inner layer 4 and an outer layer 5. On the pipe 2, a cooling tube 6 is installed between layers 4 and 5, which is in thermal contact with a highly heat-reflecting screen 7 made, for example, of highly conductive foil. The ring 3 is provided with holders 8, and on top of the outer layer 5 of superinsulation a clamp collar 9 is installed, which can be equipped with holders 10, the ends of which rest on the wall of the casing, providing a radial fixation of the clamp relative to the walls of the casing. The holders 8 can be formed by longitudinal ridges of the ring 3, and additional locking rings 13 can be installed along the edges over the ring 13. The holders hold the inner tube 2 in a predetermined position relative to the casing.

Охлаждаемый экран, включающий экран 7 и трубку 6, может быть снабжен со стороны стяжного хомута 9 дополнительным слоем 11 высокотеплопроводной фольги, нанесенной поверх незамкнутого кольца 3, находящегося в тепловом контакте с экраном по всей площади соприкосновения, при этом последняя может быть больше площади кольца. Держатели незамкнутого кольца 3 могут быть выполнены в виде продольных зигов кольца с выступами 15 в вершинах зигов 14, а на хомуте 9 могут быть выполнены выступы 12. The cooled screen, including the screen 7 and the tube 6, can be provided on the side of the clamp collar 9 with an additional layer 11 of highly conductive foil deposited on top of the open ring 3, which is in thermal contact with the screen over the entire contact area, the latter may be larger than the area of the ring. The holders of the open ring 3 can be made in the form of longitudinal zigs of the ring with protrusions 15 at the tops of the zigs 14, and protrusions 12 can be made on the clamp 9.

Необходимая теплопроводность экрана в зоне более высоких тепловых нагрузок, имеющих место в области сжатия под хомутом, достигается также за счет увеличения толщины слоя экрана 7 с использованием дополнительного слоя 11 высокотеплопроводной фольги, а эффективная тепловая связь экрана 7 и слоя 11 с трубкой 6 обеспечивается за счет плотного прилегания экрана 7 и слоя 11 к стенке трубки. Тепловая связь дополнительного слоя 11 с трубкой может быть усилена увеличением его площади контакта с снованием слоем экрана. The necessary thermal conductivity of the screen in the zone of higher thermal loads occurring in the compression area under the clamp is also achieved by increasing the thickness of the layer of the screen 7 using an additional layer 11 of highly heat-conducting foil, and the effective thermal connection of the screen 7 and layer 11 with the tube 6 is ensured by snug fit of the screen 7 and the layer 11 to the tube wall. The thermal connection of the additional layer 11 with the tube can be enhanced by increasing its contact area with warping by the screen layer.

Криогенный трубопровод работает следующим образом. The cryogenic pipeline works as follows.

При захолаживании труб степень поджатия слоев суперизоляции уменьшается ввиду сокращения радиальных размеров труб, что делает возможным взаимные перемещения труб относительно друг друга при их термоусадке без нарушения целостности суперизоляции. Теплоприток к внутренней трубе определяется термосопротивлением отдельных элементов опорного устройства и эффективностью промежуточного теплоотвода от экрана 7, изготовленного из фольги. В данном устройстве использованы высокие теплоизолирующие свойства суперизоляции, которая является наиболее эффективной из всех известных теплоизоляторов, при этом термосопротивление суперизоляции на участке сжатия увеличено посредством ограничения размеров зон обжатия за счет выступов в хомуте и держателях кольца и частичной разгрузки слоя при термоусадке труб. Основная часть тепла, поступающего от хомута 9 к кольцу 3, перехватывается охлаждаемым экраном и отводится к охлаждающей среде, циркулирующей по трубке 6. При этом температура охлаждаемого экрана поддерживается близкой к температуре среды, циркулирующей по охлаждающей трубке 6, за счет отвода тепла теплопроводностью экрана 7, выполненного из фольги, изготовленной из материала с высокой теплопроводностью, например алюминиевой или медной, в зону ее контакта со стенкой трубки 6. Необходимая теплопроводность достигается также увеличением толщины слоя экрана 7 с использованием дополнительного слоя фольги, а эффективная тепловая связь экрана 7 с тpубкой 6 обеспечивается плотным прилеганием экрана 7 к стенке трубки 6 за счет поджатия экрана 7 упругим слоем 5 суперизоляции, предварительно сжатой между хомутом 9 и трубкой 6. Хомуты 9 удерживают охлаждаемую трубку 6 относительно внутренней трубы 2, а хомуты 9, установленные на опоры, дополнительно удерживают внутреннюю трубу 2 в заданном положении относительно кожуха и воспринимают весовую нагрузку трубопровода, обеспечивая свободное перемещение внутренней трубы относительно кожуха в продольном направлении. When cooling pipes, the degree of compression of the superinsulation layers decreases due to the reduction in the radial dimensions of the pipes, which makes it possible to move the pipes relative to each other during heat shrinkage without violating the integrity of the superinsulation. The heat gain to the inner pipe is determined by the thermal resistance of the individual elements of the supporting device and the efficiency of the intermediate heat sink from the screen 7 made of foil. This device uses the high heat-insulating properties of superinsulation, which is the most effective of all known heat insulators, while the thermal resistance of superinsulation in the compression section is increased by limiting the size of the compression zones due to protrusions in the clamp and ring holders and partial unloading of the layer during pipe shrinkage. The main part of the heat coming from the clamp 9 to the ring 3 is intercepted by the cooled screen and removed to the cooling medium circulating through the tube 6. In this case, the temperature of the cooled screen is kept close to the temperature of the medium circulating through the cooling tube 6, due to heat removal by the heat conduction of the screen 7 made of a foil made of a material with high thermal conductivity, such as aluminum or copper, in the zone of its contact with the wall of the tube 6. The necessary thermal conductivity is also achieved by increasing the thickness the layers of the screen 7 using an additional layer of foil, and the effective thermal connection of the screen 7 with the tube 6 is ensured by a snug fit of the screen 7 to the wall of the tube 6 due to the compression of the screen 7 by the elastic layer 5 of super insulation, pre-compressed between the clamp 9 and the tube 6. The clamps 9 hold the cooled tube 6 relative to the inner pipe 2, and the clamps 9 mounted on the supports additionally hold the inner pipe 2 in a predetermined position relative to the casing and perceive the weight load of the pipeline, providing free transfer the movement of the inner pipe relative to the casing in the longitudinal direction.

В данном устройстве термосопротивление опор хомута 9 и держателей 8 кольца 3 не оказывает существенного влияния на теплопотери, так как температура под хомутом 9 и держателями 8 кольца 3 определяется температурой поверхности слоев суперизоляции, которая в первом случае близка к температуре окружающей среды, а в последнем к температуре охлаждаемого экрана. С учетом этого, элементы хомута 9 и кольца 3 могут изготавливаться из любого материала, а их габариты не выходят за границы суперизоляции трубопровода, обеспечивая тем самым компактность всей конструкции тепловой защиты. Дополнительная установка фиксирующих колец 13, соединенных с незамкнутым кольцом 3 в зонах их касания с кольцом 3, обеспечивает заданное положение хомута 9 и кольца 3 относительно друг друга и улучшает прочностные характеристики. Незамкнутые фиксирующие кольца позволяют упростить монтаж кольца на поверхность трубы. In this device, the thermal resistance of the supports of the clamp 9 and the holders 8 of the ring 3 does not significantly affect heat loss, since the temperature under the clamp 9 and the holders 8 of the ring 3 is determined by the surface temperature of the superinsulation layers, which in the first case is close to the ambient temperature, and in the latter temperature of the cooled screen. With this in mind, the elements of the clamp 9 and the ring 3 can be made of any material, and their dimensions do not go beyond the boundaries of the superinsulation of the pipeline, thereby ensuring the compactness of the entire structure of thermal protection. The additional installation of the locking rings 13 connected to the open ring 3 in the zones of their contact with the ring 3, provides a predetermined position of the clamp 9 and the ring 3 relative to each other and improves the strength characteristics. Unlocked retaining rings simplify mounting of the ring on the pipe surface.

Использование предлагаемого изобретения позволяет значительно уменьшить габариты устройства, снизить теплопритоки и повысить надежность. Таким образом, сравнение предложенного и известных решений отвечает критериям новизны, изобретательского уровня и промышленной применимости. The use of the invention allows to significantly reduce the dimensions of the device, reduce heat gain and increase reliability. Thus, a comparison of the proposed and known solutions meets the criteria of novelty, inventive step and industrial applicability.

Claims

1. CRYOGENIC PIPELINE, comprising a vacuum casing with an inner pipe mounted on supports, including a cooling screen made in the form of a cooling tube and a heat-reflecting highly heat-conducting screen, and super insulation, which forms inner and outer layers in the vacuum space on both sides of the screen in the form of alternating pairs of heat-reflecting screens and gaskets, characterized in that it further comprises a coupling collar covering the inner pipe over superinsulation, and placed under the clamp inside the layer superinsulation directly under the cooling screen an open ring equipped with at least three holders, the blunt ends of which rest on the pipe through a layer of superinsulation.

2. The pipeline according to claim 1, characterized in that the coupling clamps are provided with holders, the ends of which are supported by the wall.

3. The pipeline according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the cooled screen is provided on the side of the clamp with an additional layer of highly conductive foil in thermal contact with the cooled screen.

4. The pipeline according to claims 1 to 3, characterized in that on the clamp there are protrusions directed towards the screen to be cooled.

5. The pipeline according to claims 1 to 4, characterized in that the holders are made in the form of longitudinal zig-rings with protrusions at the tops of the zig.

6. The pipeline according to claims 1 to 5, characterized in that on top of the closed ring along its edges are installed additional retaining rings connected to the open ring so that the coupling clamp together with the compressed superinsulation layer is located between the rings.

7. The pipeline according to claims 1 and 6, characterized in that the retaining rings are made open with a connector in the area of the open ring connector.