RU2218518C1

RU2218518C1 - Cryogenic liquid gasifier

Info

Publication number: RU2218518C1
Application number: RU2002125529A
Authority: RU
Inventors: Б.Б. Попов
Original assignee: Попов Борис Борисович
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2003-12-10

Abstract

FIELD: equipment to discharge liquefied or solidified gases from vessels with change of state. SUBSTANCE: gasifier comprises tank for cryogenic liquid having feeding pipeline, drainage pipeline and distribution pipeline for cryogenic liquid supplying to gasifying device. Pipelines are equipped with remote control shutoff valves. Gasifier has automatic control system for valves regulating. Drainage and distribution pipelines formed as rigid pipelines are connected such that temperature variation results in displacement of pipeline free ends. Pipeline free ends are joined by mechanical connection means with switches of automatic valve control system. Gasifier comprises additional tank for cryogenic liquid. Mechanical connection means may be flexible. Thermally conducted fins may be formed on pipeline outer surfaces. Flow regulator may be arranged at gasifying device inlet. EFFECT: reduced cost and maintenance charges, increased pressure of resultant cryogenic gases, improved reliability, possibility of operation automation. 5 cl, 6 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к установкам для газификации криогенных жидкостей, преимущественно жидкого водорода, и может быть использовано в газовой, химической, криогенной и других отраслях промышленности, использующих криогенные жидкости. The invention relates to installations for the gasification of cryogenic liquids, mainly liquid hydrogen, and can be used in gas, chemical, cryogenic and other industries using cryogenic liquids.

Целью газификации криогенной жидкости является получение газов высокого давления. Давление получаемого газа определяется потребителем и обычно находится в диапазоне от 5 до 420 атмосфер. Наибольший интерес для промышленного использования представляют устройства для получения непосредственно из криогенных жидкостей, включая жидкий водород, технических газов с давлением от 150 до 300 атмосфер. Указанные давления соответствуют диапазону рабочих давлений существующего парка газовых компрессоров и баллонов. При этом получаемые с помощью газификаторов технические газы высокого давления превосходят по чистоте газы, получаемые компремированием, поскольку газовые компрессоры, как правило, вносят паромасляные загрязнения. The purpose of gasification of cryogenic liquid is to produce high pressure gases. The pressure of the gas produced is determined by the consumer and is usually in the range of 5 to 420 atmospheres. Of greatest interest for industrial use are devices for producing directly from cryogenic liquids, including liquid hydrogen, industrial gases with a pressure of 150 to 300 atmospheres. The indicated pressures correspond to the operating pressure range of the existing fleet of gas compressors and cylinders. At the same time, high-pressure industrial gases obtained with the help of gasifiers are superior in purity to gases obtained by compression, since gas compressors, as a rule, introduce vapor-oil pollution.

Известен газификатор криогенной жидкости, содержащий сосуд для криогенной жидкости с трубопроводами заправки, дренирования и выдачи жидкости и на испаритель с запорными ручными вентилями на них (см. [1], стр.207). Данный газификатор имеет рабочий сосуд низкого давления и обеспечивает периодическое получение газов низкого давления. При понижении уровня криогенной жидкости в рабочем сосуде газификатора до нижней отметки процесс газификации останавливают для заправки сосуда новой порцией жидкости. Контроль уровня криогенной жидкости в сосуде осуществляется с помощью манометрического уровнемера, представляющего собой дифференциальный манометр, измеряющий гидростатическое давление столба жидкости в сосуде газификатора. Контроль уровня криогенной жидкости с малой плотностью, например жидкого водорода, в сосуде затруднен. Гидростатическое давление столба жидкого водорода, плотность которого порядка 70 кг/м³, в сосуде газификатора настолько мало, что чувствительность и точность существующих дифференциальных манометров, применяемых в газификаторах, недостаточны для надежного измерения и поддержания уровня жидкого водорода. В случае увеличения рабочего давления сосуда газификатора неизбежно также повышение рабочего давления дифференциального манометра, что еще понижает его чувствительность и точность. Существующие в настоящее время электрические уровнемеры различных типов, например ультразвуковые, емкостные, для криогенных жидкостей дороги, сложны и недостаточно надежны, что выявлено при их многолетней периодической эксплуатации в сосудах с давлением до 8 атмосфер. При давлениях около 12 атмосфер и выше жидкий водород переходит в критическое состояние, характеризующееся отсутствием границы раздела фаз в криогенном сосуде. При этом использование уровнемеров любого типа не решает задачу контроля уровня жидкого водорода в емкости газификатора.A gasifier for cryogenic liquid is known, which contains a vessel for cryogenic liquid with pipelines for filling, draining and dispensing liquid and to an evaporator with shut-off manual valves on them (see [1], p. 207). This gasifier has a working vessel of low pressure and provides periodic production of low pressure gases. When lowering the level of cryogenic liquid in the working vessel of the gasifier to the lower mark, the gasification process is stopped to refuel the vessel with a new portion of the liquid. The level of cryogenic liquid in the vessel is controlled using a manometric level gauge, which is a differential pressure gauge that measures the hydrostatic pressure of a liquid column in a gasifier vessel. It is difficult to control the level of a low-density cryogenic liquid, such as liquid hydrogen, in a vessel. The hydrostatic pressure of a column of liquid hydrogen, the density of which is about 70 kg / m ³ , in the vessel of the gasifier is so low that the sensitivity and accuracy of the existing differential pressure gauges used in gasifiers are insufficient for reliable measurement and maintenance of the level of liquid hydrogen. In the case of an increase in the working pressure of the gasifier vessel, an increase in the working pressure of the differential pressure gauge is also inevitable, which further reduces its sensitivity and accuracy. Currently existing electric level gauges of various types, for example, ultrasonic, capacitive, for cryogenic liquids, are complex and insufficiently reliable, which was revealed during their many years of periodic operation in vessels with a pressure of up to 8 atmospheres. At pressures of about 12 atmospheres and above, liquid hydrogen goes into a critical state, characterized by the absence of a phase boundary in a cryogenic vessel. At the same time, the use of level gauges of any type does not solve the problem of controlling the level of liquid hydrogen in the gasifier tank.

Применение электрических приборов для сосудов криогенных газификаторов жидкого азота, аргона, кислорода также затруднено, в связи с необходимостью создания надежного криогенного уровнемера с большим ресурсом работоспособности, герметичного узла вывода электрического сигнала из криогенной емкости высокого давления, обеспечением пожарной безопасности электрических систем в сосудах с жидким кислородом. По указанным причинам применение газификатора, описанного в [1], стр.207, не решает задачу получения технических газов высокого давления. The use of electrical devices for vessels of cryogenic gasifiers of liquid nitrogen, argon, oxygen is also difficult, due to the need to create a reliable cryogenic level gauge with a long service life, a sealed unit for outputting an electrical signal from a cryogenic high-pressure tank, and ensuring fire safety of electrical systems in vessels with liquid oxygen . For these reasons, the use of the gasifier described in [1], p. 207, does not solve the problem of obtaining high-pressure industrial gases.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является известный газификатор криогенной жидкости, содержащий сосуд для криогенной жидкости с трубопроводами заправки криогенной жидкости, дренирования и выдачи ее на испаритель с запорными органами на них (см. [1], стр.208). Газификационная установка состоит из сосуда низкого давления для криогенной жидкости, двух испарителей, размещенного в сосуде криогенного насоса высокого давления с электроприводом, а также имеет блок управления и щит приборов. The closest in technical essence to the claimed invention is a known cryogenic liquid gasifier containing a vessel for cryogenic liquid with pipelines for filling cryogenic liquid, draining and dispensing it to the evaporator with shut-off organs on them (see [1], p. 208). The gasification unit consists of a low pressure vessel for cryogenic liquid, two evaporators located in a vessel of an electrically driven high pressure cryogenic pump, and also has a control unit and instrument panel.

Основными недостатками прототипа являются значительные затраты на изготовление и эксплуатацию криогенного насоса для получения газа высокого давления, ограниченная номенклатура рабочих сред и трудности автоматизации процесса газификации. Применяемые поршневые криогенные насосы являются сложными и дорогостоящими устройствами, имеют недостаточный ресурс и требуют значительных затрат электроэнергии на привод. Свойства применяемых в настоящее время насосов ограничивают номенклатуру газифицируемых сред жидкими продуктами разделения воздуха. Применение насосных газификаторов для криогенных жидкостей малой плотности, например для жидкого водорода, невозможно по причине неработоспособности существующих поршневых насосов в среде жидкого водорода. Цикл всасывания в рабочий цилиндр насоса жидкого водорода приводит к его кипению на входном клапане. При этом рабочий цилиндр заполняется паром, и производительность насоса падает до нуля. Применение для этих целей насосов других типов, например центробежных, затруднено по причине еще более высокой сложности и дороговизны многоступенчатого центробежного насоса для жидкого водорода, что подтверждается существующим опытом создания и отработки турбонасосных агрегатов для жидкостных ракетных двигателей на жидком водороде. Прототип газификатора не может функционировать в автоматическом режиме вследствие отсутствия в его составе надежных средств контроля и автоматического поддержания уровня криогенного компонента в сосуде, недостаточной надежности криогенного насоса в среде криогенных жидкостей малой плотности. The main disadvantages of the prototype are significant costs for the manufacture and operation of a cryogenic pump for producing high pressure gas, a limited range of working environments and difficulties in automating the gasification process. Used piston cryogenic pumps are complex and expensive devices, have insufficient resources and require significant energy costs for the drive. The properties of currently used pumps limit the range of gasified media with liquid air separation products. The use of pump gasifiers for low density cryogenic liquids, for example for liquid hydrogen, is impossible due to the inoperability of existing piston pumps in liquid hydrogen. The cycle of suction in the working cylinder of the liquid hydrogen pump leads to its boiling at the inlet valve. In this case, the working cylinder is filled with steam, and the pump performance drops to zero. The use of other types of pumps for these purposes, such as centrifugal pumps, is difficult due to the even higher complexity and high cost of a multi-stage centrifugal pump for liquid hydrogen, which is confirmed by the existing experience in the creation and development of turbopump units for liquid rocket engines using liquid hydrogen. The prototype of the gasifier cannot function automatically due to the lack of reliable means of control and automatic maintenance of the level of the cryogenic component in the vessel, insufficient reliability of the cryogenic pump in low-density cryogenic liquids.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в снижении стоимости газификатора и эксплуатационных затрат, повышении рабочего давления получаемых газов без применения криогенного насоса, повышении надежности и автоматизации работы газификатора с криогенными жидкостями малой плотности, прежде всего с жидким водородом. The technical problem solved by the invention is to reduce the cost of the gasifier and operating costs, increase the working pressure of the produced gases without the use of a cryogenic pump, increase the reliability and automation of the gasifier with low-density cryogenic liquids, primarily with liquid hydrogen.

Это достигается тем, что в известном газификаторе криогенной жидкости, содержащем сосуд для криогенной жидкости с трубопроводами заправки криогенной жидкости, наддува-дренирования и выдачи ее на испаритель с запорными органами на них, согласно изобретению, запорные органы выполнены в виде клапанов с дистанционным управлением, при этом газификатор снабжен системой автоматического управления запорными клапанами, трубопроводы дренирования и выдачи жидкости из сосуда на испаритель выполнены жесткими и закреплены с возможностью свободного линейного перемещения свободных участков при изменении температуры, причем упомянутые участки соединены механическими связями с переключателями системы автоматического управления запорными клапанами трубопроводов заправки, дренирования и выдачи криогенной жидкости из криогенного сосуда. This is achieved by the fact that in the known gasifier of a cryogenic liquid containing a vessel for cryogenic liquid with pipelines for filling cryogenic liquid, pressurizing-draining and dispensing it to the evaporator with shut-off bodies on them, according to the invention, shut-off bodies are made in the form of valves with remote control, when This gasifier is equipped with an automatic control system of shut-off valves, the drainage and liquid discharge pipelines from the vessel to the evaporator are made rigid and fixed with the possibility of free second linear displacement free portions with changes in temperature, said portions are connected by mechanical links to the switches of the automatic shut-off control valves refilling pipes, drainage and dispensing cryogenic liquid from the cryogenic vessel.

Кроме того, газификатор может быть снабжен вторым сосудом для криогенной жидкости с трубопроводами заправки, дренирования и выдачи криогенной жидкости с запорными клапанами на них, подключенными к системе автоматического управления, при этом трубопроводы дренирования и выдачи криогенной жидкости из сосуда выполнены жесткими, закреплены на одном конце с возможностью линейного перемещения их свободных участков при изменении температуры, причем каждый участок соединен механической связью с соответствующим дополнительным переключателем системы автоматического управления запорными клапанами на трубопроводах заправки, дренирования и выдачи криогенной жидкости из второго сосуда, а трубопроводы заправки, дренирования и выдачи криогенной жидкости из второго сосуда соединены соответственно с трубопроводами заправки, дренирования и выдачи криогенной жидкости на испаритель из первого сосуда, трубопроводы наддува обоих сосудов с запорными клапанами соединены с выходом из испарителя. In addition, the gasifier can be equipped with a second vessel for cryogenic liquid with pipelines for filling, draining and issuing cryogenic liquid with shut-off valves on them connected to the automatic control system, while the pipelines for draining and issuing cryogenic liquid from the vessel are rigid, fixed at one end with the possibility of linear movement of their free sections when the temperature changes, and each section is mechanically connected to the corresponding additional switch we have automatic control systems for shut-off valves in the piping for refueling, drainage and the discharge of cryogenic liquid from the second vessel, and pipelines for refueling, drainage and the discharge of cryogenic liquid from the second vessel are connected respectively to pipelines for refueling, drainage and the delivery of cryogenic liquid to the evaporator from the first vessel, the supercharging pipelines both vessels with shut-off valves are connected to the outlet of the evaporator.

Причем механические связи свободных участков трубопроводов с переключателями системы автоматического управления выполнены гибкими, а наружные поверхности трубопроводов дренирования и выдачи криогенного компонента из обоих сосудов снабжены наружными теплопроводящими ребрами. Moreover, the mechanical connections of the free sections of the pipelines with the switches of the automatic control system are made flexible, and the outer surfaces of the pipelines for drainage and the issuance of the cryogenic component from both vessels are equipped with external heat-conducting fins.

При этом на входе криогенной жидкости в испаритель установлен регулятор расхода. At the same time, a flow regulator is installed at the inlet of the cryogenic liquid into the evaporator.

На фиг. 1 изображена пневмогидравлическая схема газификатора криогенной жидкости; на фиг.2 - принципиальная схема блока формирования команд системы управления, на фиг. 3 - электрическая схема системы управления запорными клапанами газификатора; на фиг.4 представлен график изменения температуры реального дренажного трубопровода криогенного сосуда при заправке и сливе криогенной жидкости; на фиг. 5 - зависимость коэффициента температурного линейного расширения металла (сталь Х18Н10Т) от температуры (Т), на фиг.6 - пневмогидравлическая схема газификатора для непрерывной подачи криогенной жидкости, состоящего из двух криогенных сосудов. In FIG. 1 shows a pneumohydraulic diagram of a cryogenic fluid gasifier; in Fig.2 is a schematic diagram of a command generation unit of the control system, in Fig. 3 is an electrical diagram of a gasifier shutoff valve control system; figure 4 presents a graph of the temperature of the real drainage pipe of the cryogenic vessel during refueling and discharge of cryogenic liquid; in FIG. 5 - dependence of the coefficient of temperature linear expansion of the metal (steel X18H10T) on temperature (T), Fig.6 - pneumohydraulic scheme of the gasifier for the continuous supply of cryogenic liquid, consisting of two cryogenic vessels.

Сосуд 9 (фиг. 1) для криогенной жидкости с экранно-вакуумной изоляцией закреплен на неподвижной стационарной опоре 8. Магистраль заправки сосуда 9 криогенной жидкостью включает в себя трубопровод 4 с экранно-вакуумной теплоизоляцией, обратный клапан 2 и запорный клапан 5 с дистанционным управлением. Наддув сосуда 9 осуществляется по трубопроводу 18 с дистанционно управляемым клапаном 22. Дренирование паров и жидкости из криогенного сосуда происходит по дренажному трубопроводу 24, имеющему дистанционно управляемый клапан 21, на выходе из которого участок трубопровода 24 имеет жесткую опору 23. После опоры 23 участок трубопровода 24 выполнен без тепловой изоляции и имеет возможность свободного перемещения при изменении его температуры. Магистраль выдачи криогенной жидкости из сосуда 9 потребителю состоит из трубопровода 10 с клапаном 7 с дистанционным управлением, на выходе из которого установлена неподвижная опора 6, с регулятором расхода 11, испарителем 12 и обратным клапаном 13. После опоры 6 участок трубопровода 10 выполнен без тепловой изоляции и имеет возможность свободного перемещения при изменении его температуры. Регулятор расхода 11 предназначен для задания скорости опорожнения криогенного сосуда 9. При этом регулятор расхода 11 имеет ручку для настройки длительности опорожнения криогенного сосуда 9. Обратный клапан 13 обеспечивает автоматическое перекрытие трубопровода выдачи жидкости потребителю, если давление рабочей среды в криогенном сосуде 9 ниже, чем у потребителя. The vessel 9 (Fig. 1) for cryogenic liquid with screen-vacuum insulation is mounted on a fixed stationary support 8. The line for refueling the vessel 9 with cryogenic liquid includes a pipe 4 with screen-vacuum thermal insulation, a check valve 2 and a shut-off valve 5 with remote control. The pressurization of the vessel 9 is carried out through a pipe 18 with a remote-controlled valve 22. The vapor and liquid from the cryogenic vessel are drained through a drainage pipe 24 having a remote-controlled valve 21, at the outlet of which a section of the pipeline 24 has a rigid support 23. After the support 23, a section of the pipeline 24 made without thermal insulation and has the ability to move freely when its temperature changes. The line for issuing cryogenic liquid from the vessel 9 to the consumer consists of a pipeline 10 with a remote control valve 7, at the outlet of which a fixed support 6 is installed, with a flow regulator 11, an evaporator 12 and a non-return valve 13. After the support 6, a section of the pipeline 10 is made without thermal insulation and has the ability to move freely when its temperature changes. The flow regulator 11 is designed to set the speed of emptying the cryogenic vessel 9. At the same time, the flow regulator 11 has a knob for adjusting the duration of the emptying of the cryogenic vessel 9. The check valve 13 automatically shuts off the liquid supply line to the consumer if the pressure of the working medium in the cryogenic vessel 9 is lower than consumer.

Трубопровод выдачи газа из испарителя 12 соединяется трубопроводом 18 с входом клапана 22 системы наддува сосуда 9 (на фиг.1 соединительный трубопровод 18 изображен пунктиром) и обеспечивает уравнивание давления в испарителе 12 и в газовой подушке сосуда 9. Подача криогенной жидкости в криогенный сосуд 9 происходит под действием избыточного давления источника 1 криогенной жидкости (на фиг.1 источник криогенной жидкости условно не показан). Слив криогенной жидкости из криогенного сосуда 9 в испаритель 12 происходит самотеком - под действием разности гидростатических уровней криогенной жидкости в криогенном сосуде 9 и в испарителе 12. Для обеспечения подачи криогенной жидкости самотеком в испаритель 12 последний располагают ниже минимального уровня жидкости в криогенном сосуде 9. The gas supply line from the evaporator 12 is connected by a pipe 18 to the inlet of the valve 22 of the pressurization system of the vessel 9 (the connecting pipe 18 is dotted in Fig. 1) and provides equalization of pressure in the evaporator 12 and in the gas cushion of the vessel 9. The cryogenic liquid is supplied to the cryogenic vessel 9 under the action of excess pressure of the source 1 of cryogenic liquid (figure 1, the source of cryogenic liquid is not conventionally shown). The cryogenic liquid is drained from the cryogenic vessel 9 to the evaporator 12 by gravity - under the influence of the difference of the hydrostatic levels of the cryogenic liquid in the cryogenic vessel 9 and the evaporator 12. To ensure the cryogenic liquid is fed by gravity to the evaporator 12, the latter is placed below the minimum liquid level in the cryogenic vessel 9.

Для интенсификации теплообмена с атмосферным воздухом наружные поверхности дренажного трубопровода 24 и трубопровода выдачи жидкости 10 снабжены теплопроводящими ребрами. В целях экономии дорогостоящих криогенных жидкостей дренирование паров через трубопровод 24 осуществляется в газгольдер низкого давления, где газообразный компонент хранится для повторного использования (на фиг.1 и 6 газгольдер условно не показан). Наличие жестких опор 23 и 6 на дренажном трубопроводе 24 и трубопроводе выдачи криогенной жидкости 10 обеспечивает свободное продольное (только вдоль их оси) перемещение участков трубопроводов на величину температурного линейного удлинения при изменении их температуры. На этих участках трубопроводов 10 и 24 жестко закреплены кронштейны 14 и 27. С помощью связей 15 и 28 кронштейны 14 и 27 соединены с электрическими переключателями блоков формирования команд 16 и 29, жестко закрепленных на опорах 17 и 30 соответственно. Назначение блоков формирования команд 16 и 29 (см. фиг.2) - преобразование линейных перемещений участков трубопроводов 24 и 10 посредством связей 15 и 28 в электрические сигналы и подача этих сигналов в систему управления запорными клапанами заправки, наддува, дренирования и выдачи криогенной жидкости на испаритель 12. Конструктивно блоки 16 и 29 выполнены совершенно идентично, поэтому устройство их рассмотрим на примере блока 29. Блок формирования команд 29 имеет подвижную рамку 31. К рамке 31 блока 29 прикреплена связь 28 и возвратная пружина растяжения 33. При движении связи 28 рамка 31 может свободно скользить по направляющим 32, неподвижно закрепленным на корпусе 29. Электрические контакты переключателя КД (и KB - в блоке формирования команд 16), закрепленного на траверсе 35, включены в электрическую схему системы управления (см. фиг.3). Электрические контакты переключателя КД (и переключателя KB) замыкаются при легком нажатии со стороны рамки 31, при прекращении нажатия контакты размыкаются внутренними пружинами переключателей. Траверса 35 вместе с выключателем КД может перемещаться относительно корпуса 29 только при вращении регулировочного винта 34. Корпус 29 блока формирования команд закрыт крышкой 36, обеспечивающей безопасность в помещениях с водородом и защиту блока формирования команд от механических повреждений. В целях удобства монтажа и эксплуатации связи 15 и 28 могут быть выполнены гибкими, например, из тонких стальных тросов, которые под действием пружин 33 всегда находятся в натянутом положении. Блоки формирования команд 16 и 29 электрически подключены к системе управления. Схема системы управления заправкой и сливом криогенной жидкости из криогенного сосуда 9 может быть построена на базе трех серийных (РЭС32) электромагнитных реле P1, P2, Р3 и четырех электропневмоклапанов ЭПК1, ЭПК2, ЭПК3, ЭПК4 (см. фиг.3). Электропневмоклапаны подают и снимают давление управляющего газа на пневматические приводы клапанов 5, 7, 21, 22 по электрическим командам, подаваемым системой управления. To intensify heat transfer with atmospheric air, the outer surfaces of the drainage pipe 24 and the fluid delivery pipe 10 are provided with heat-conducting fins. In order to save expensive cryogenic liquids, the vapor is drained through line 24 into a low-pressure gas tank, where the gaseous component is stored for reuse (the gas tank is not conventionally shown in FIGS. 1 and 6). The presence of rigid supports 23 and 6 on the drainage pipe 24 and the cryogenic fluid delivery pipe 10 provides free longitudinal (only along their axis) movement of the pipeline sections by the value of the temperature linear elongation when changing their temperature. Brackets 14 and 27 are rigidly fixed on these sections of pipelines 10 and 24. Using the connections 15 and 28, the brackets 14 and 27 are connected to the electrical switches of the team building blocks 16 and 29, rigidly fixed to the supports 17 and 30, respectively. The purpose of the units for the formation of teams 16 and 29 (see figure 2) is the conversion of linear movements of sections of pipelines 24 and 10 through connections 15 and 28 into electrical signals and the supply of these signals to the control system of the shut-off valves for filling, pressurizing, draining and issuing cryogenic liquid to evaporator 12. Structurally, the blocks 16 and 29 are made completely identical, therefore, we will consider the device using the example of block 29. The command generation block 29 has a movable frame 31. A link 28 and a tension return spring are attached to the frame 31 of the block 29 33. When the connection 28 is moving, the frame 31 can slide freely along the guides 32 fixedly mounted on the housing 29. The electrical contacts of the CD switch (and KB are in the command generation unit 16), mounted on the traverse 35, are included in the control system electrical circuit (see figure 3). The electrical contacts of the CD switch (and the KB switch) are closed when pressed lightly from the side of the frame 31; when the button is stopped, the contacts are opened by the internal springs of the switches. The traverse 35 together with the KD switch can move relative to the housing 29 only when the adjusting screw 34 is rotated. The housing 29 of the command generation unit is closed by a cover 36, which ensures safety in rooms with hydrogen and protects the command formation unit from mechanical damage. For the convenience of installation and operation of the connection 15 and 28 can be made flexible, for example, of thin steel cables, which under the action of the springs 33 are always in a tense position. The blocks forming the teams 16 and 29 are electrically connected to the control system. A control system diagram for filling and draining cryogenic liquid from a cryogenic vessel 9 can be built on the basis of three serial (RES32) electromagnetic relays P1, P2, P3 and four electro-pneumatic valves EPK1, EPK2, EPK3, EPK4 (see Fig. 3). Electropneumatic valves supply and relieve the pressure of the control gas to the pneumatic actuators of the valves 5, 7, 21, 22 according to the electric commands supplied by the control system.

Система управления построена по схеме триггера с двумя устойчивыми положениями, которые имеет реле Р1 - (включенное - "режим 1" - заправка, или выключенное - "режим 2" - выдача). В электрической схеме системы управления имеются две ручные кнопки КО и К1, обеспечивающие принудительное переключение триггера и выключатели К2, К3 выключения электропитания ("режим 0"). При выключенном электропитании все клапаны на сосуде закрыты (в режиме ожидания для предохранения сосуда с криогенной жидкостью от его разрушения в случае превышения давления в сосуде от испарения криогенной жидкости он снабжается пружинным предохранительным клапаном, на чертеже он условно не показан). The control system is built according to the trigger scheme with two stable positions, which the relay P1 has - (on - "mode 1" - refueling, or off - "mode 2" - output). In the electrical circuit of the control system there are two manual buttons KO and K1, which provide forced switching of the trigger and switches K2, K3 to turn off the power ("mode 0"). When the power is off, all valves on the vessel are closed (in standby mode, to protect the vessel with cryogenic liquid from its destruction, if the pressure in the vessel exceeds the pressure of evaporation of the cryogenic liquid, it is equipped with a spring safety valve, it is not shown conventionally in the drawing).

Газификатор с одним сосудом обеспечивает периодическую выдачу криогенной жидкости с перерывами для заправки криогенного сосуда. Для непрерывной подачи криогенной жидкости на испаритель 12 газификатор снабжается вторым сосудом для криогенной жидкости 37 (фиг.6). Второй сосуд 37 также снабжен тепловой (вакуумной) изоляцией и установлен вместе с сосудом 9 на той же стационарной опоре 8. Магистраль заправки сосуда 37 включает в себя трубопровод 38 с экранно-вакуумной теплоизоляцией, клапаном 39 с дистанционным управлением и подсоединена после обратного клапана 2. Наддув обоих сосудов 9 и 37 осуществляется по трубопроводу с дистанционно управляемыми клапанами 22 и 42 путем отбора газифицированного компонента с выхода испарителя 12. Дренирование паров и жидкости из криогенного сосуда 37 происходит по прямолинейному дренажному трубопроводу 25 с дренажным клапаном 43. Участок трубопровода 25 после клапана 43 имеет жесткую опору 44 и снабжен теплопроводящими ребрами, а на втором конце - кронштейн 26, соединенный связью 45 с блоком формирования команд 46. Магистрали выдачи криогенной жидкости из сосудов 9 и 37 на испаритель 12 включают соответственно клапаны 7 и 41, прямолинейные участки трубопроводов 10 и 50 с теплопроводящими ребрами, которые подключены к общему регулятору расхода 11 с помощью гибких участков 51 и 52, подсоединенных после мест установки кронштейнов 14 и 47. Гибкие участки 51 и 52 позволяют трубам 10 и 50 независимо удлиняться при изменении температуры каждой из них. Трубопровод 50 имеет кронштейн 47, соединенный связью 48 с блоком формирования команд 49. Блоки 46 и 49 выполнены аналогично блокам формирования команд 29 и 16 и закреплены попарно на неподвижных кронштейнах 30 и 17. A single-vessel gasifier provides periodic delivery of cryogenic liquid with interruptions for refueling a cryogenic vessel. For continuous supply of cryogenic liquid to the evaporator 12, the gasifier is equipped with a second vessel for cryogenic liquid 37 (Fig.6). The second vessel 37 is also provided with thermal (vacuum) insulation and is installed together with the vessel 9 on the same stationary support 8. The refueling line of the vessel 37 includes a pipe 38 with screen-vacuum insulation, a valve 39 with remote control and is connected after the non-return valve 2. The pressurization of both vessels 9 and 37 is carried out through a pipeline with remote-controlled valves 22 and 42 by selecting the gasified component from the outlet of the evaporator 12. Drainage of vapors and liquid from the cryogenic vessel 37 occurs along the straightener drainage pipeline 25 with drainage valve 43. The section of pipeline 25 after valve 43 has a rigid support 44 and is provided with heat-conducting fins, and at the second end there is an arm 26 connected by a connection 45 to the command formation unit 46. Cryogenic liquid delivery lines from vessels 9 and 37 on the evaporator 12 include, respectively, valves 7 and 41, straight sections of pipelines 10 and 50 with heat-conducting fins, which are connected to a common flow regulator 11 using flexible sections 51 and 52, connected after mounting ovs 14 and 47. Flexible sections 51 and 52 allow pipes 10 and 50 to independently lengthen when the temperature of each of them increases. The pipeline 50 has a bracket 47 connected by a connection 48 to the command generation unit 49. Blocks 46 and 49 are made similar to the command generation units 29 and 16 and are mounted in pairs on the fixed brackets 30 and 17.

Система управления устройства с двумя сосудами в целом выполнена аналогично системе устройства с одним сосудом и также обеспечивает три режима - режим 1 "заправка", режим 2 "выдача", "режим 0" - электропитание отключено. Различие заключается в том, что на режиме 1 один из сосудов заправляется жидким криогенным компонентом, а второй выдает криогенную жидкость потребителю, на режиме 2 - сосуды меняются ролями. The control system of the device with two vessels is generally made similar to the system of the device with one vessel and also provides three modes - mode 1 "refueling", mode 2 "dispensing", "mode 0" - the power supply is turned off. The difference is that in mode 1, one of the vessels is filled with a liquid cryogenic component, and the second gives out cryogenic liquid to the consumer, in mode 2, the vessels change roles.

Величины перемещений концевых участков трубопроводов 10, 24, 25 и 50 с кронштейнами 14, 27, 26 и 47 можно оценить расчетами, выполненными ниже для жидкого водорода. Пусть в начальном состоянии все элементы газификатора имеют одинаковую температуру, равную Т₀, близкую к температуре окружающего воздуха, например, 273К (0^oС), а при работе - температуру T₁, равную 30÷40К (-243÷-233^oС).The magnitude of the movement of the end sections of the pipelines 10, 24, 25 and 50 with the brackets 14, 27, 26 and 47 can be estimated by the calculations performed below for liquid hydrogen. Suppose that in the initial state all the elements of the gasifier have the same temperature, equal to T ₀ , close to the ambient temperature, for example, 273K (0 ^o С), and during operation, the temperature T ₁ , equal to 30 ÷ 40K (-243 ÷ -233 ^o С )

Произведем оценку величины перемещения конца трубопровода 24 при охлаждении его до температуры T₁.Let us estimate the amount of displacement of the end of the pipeline 24 when it is cooled to a temperature T ₁ .

Для рассматриваемой задачи важно то, что во время работы газификатора трубопроводы дренажа 24 и выдачи компонента 10 потребителю, имевшие в начале работы устройства температуру Т₀, циклически охлаждаются до температуры T₁, а затем достаточно быстро нагреваются до более высокой температуры Т₂. Периодические охлаждение и нагрев дренажного трубопровода 24 и трубопровода выдачи криогенной жидкости 10 в интервале температур T₁...T₂ вызывают изменения исходных длин L трубопроводов на величину температурного линейного расширения ±ΔL. Здесь знак ± определяется в зависимости от направления изменения температуры трубопровода.It is important for the problem under consideration that during the operation of the gasifier, the drainage pipelines 24 and the delivery of component 10 to the consumer, which had a temperature T ₀ at the beginning of the operation of the device, are cyclically cooled to a temperature T ₁ and then quickly enough heated to a higher temperature T ₂ . Periodic cooling and heating of the drainage pipe 24 and the cryogenic liquid delivery pipe 10 in the temperature range T ₁ ... T ₂ cause changes in the initial lengths L of the pipelines by the value of the linear thermal expansion ± ΔL. Here, the sign ± is determined depending on the direction of change in the temperature of the pipeline.

Рассчитаем величину продольного перемещения свободного конца трубопровода при условии, что другой конец его закреплен и температура стенок изменяется в диапазоне T₁...T₂. Из [2] известно выражение для температурного коэффициента линейного расширения твердых тел при изменении температуры:

где α - температурный коэффициент линейного расширения материала трубопровода;
L - длина трубопровода;
Т - температура, К.We calculate the magnitude of the longitudinal movement of the free end of the pipeline, provided that its other end is fixed and the wall temperature varies in the range of T ₁ ... T ₂ . From [2] we know the expression for the temperature coefficient of linear expansion of solids with temperature:

where α is the temperature coefficient of linear expansion of the pipeline material;
L is the length of the pipeline;
T is the temperature, K.

Известно, что температурный коэффициент линейного расширения материала зависит от температуры Т, то есть α = α(T). Тогда для величины температурного удлинения (укорочения) ΔL трубопровода получим

Для конструкционной стали Х18Н10Т, применяемой для изготовления криогенного оборудования, известна, например, из [2] зависимость коэффициента линейного температурного расширения α от температуры в диапазоне 20....300 К. Зависимость приведена в таблице 1.It is known that the temperature coefficient of linear expansion of a material depends on temperature T, that is, α = α (T). Then, for the temperature elongation (shortening) ΔL of the pipeline, we obtain

For structural steel X18H10T used for the manufacture of cryogenic equipment, it is known, for example, from [2] the dependence of the coefficient of linear thermal expansion α on temperature in the range of 20 .... 300 K. The dependence is given in table 1.

Приведенная табличная зависимость коэффициента температурного линейного расширения α от температуры Т стали Х18Н10Т с достаточной точностью может быть аппроксимирована выражением
α•10⁶≈-0,0002•Т²+0,1201•Т-1,25, (3)
где Т - абсолютная температура стали Х18Н10Т.The tabular dependence of the coefficient of linear thermal expansion coefficient α on temperature T of steel Kh18N10T can be approximated with sufficient accuracy by the expression
α • 10 ⁶ ≈-0,0002 • T ² + 0,1201 • T-1,25, (3)
where T is the absolute temperature of the Kh18N10T steel.

Приближенная зависимость коэффициента α от температуры, рассчитанная по формуле (3), представлена на графике фиг.5 сплошной линией; выделенные точки соответствуют значениям коэффициента α, взятым из таблицы 1. The approximate dependence of the coefficient α on temperature, calculated by the formula (3), is presented in the graph of Fig. 5 by a solid line; the selected points correspond to the values of the coefficient α taken from table 1.

Подставляя выражение коэффициента α из выражения (3) в уравнение (2) и производя вычисления, получим расчетные оценки величин перемещения конца дренажного трубопровода 24. Результаты расчетов перемещений для произвольных значений длин L труб из стали Х18Н10Т и температур их стенок сведены в таблицу 2. Знак перед ΔL меняется на обратный при нагреве дренажного трубопровода длиной L в том же интервале температур от T₁ до Т₂.Substituting the expression for the coefficient α from expression (3) into equation (2) and making calculations, we obtain calculated estimates of the displacement of the end of the drainage pipe 24. The results of the calculation of displacements for arbitrary values of the lengths L of pipes made of X18H10T steel and the temperatures of their walls are summarized in Table 2. Sign before ΔL is reversed when heating a drainage pipeline of length L in the same temperature range from T ₁ to T ₂ .

Из анализа данных таблицы 2 следует, что:
1. Периодическое протекание криогенной жидкости через трубопровод с одним закрепленным концом вызывает перемещение свободного конца трубопровода. Причиной перемещения является фундаментальное свойство конструкционного материала (в данном случае стали) изменять линейные размеры при изменении температуры.From the analysis of the data of table 2 it follows that:
1. The periodic flow of cryogenic liquid through a pipeline with one fixed end causes the free end of the pipeline to move. The reason for the movement is the fundamental property of the structural material (in this case, steel) to change linear dimensions with temperature.

2. Величина перемещения свободного конца трубопровода, через который дренируется или выдается потребителю криогенная жидкость, измеряется миллиметрами и достаточна для обеспечения замыкания и размыкания электрических контактов блока формирования команд. Для любой криогенной жидкости и конкретной конструкции устройства заданная величина перемещения ΔL, необходимая для работы устройства, может быть достигнута путем надлежащего выбора длины L дренажного трубопровода. 2. The magnitude of the displacement of the free end of the pipeline through which the cryogenic liquid is drained or delivered to the consumer is measured in millimeters and sufficient to ensure the closure and opening of the electrical contacts of the command unit. For any cryogenic fluid and a particular device design, the desired displacement ΔL required for the device to work can be achieved by the proper selection of the drain pipe length L.

3. Знак перед величиной перемещения ΔL меняется на противоположный при перемене местами крайних значений интервала, в котором изменяется температура трубопровода. 3. The sign in front of the displacement ΔL is reversed when the extreme values of the interval in which the temperature of the pipeline changes are interchanged.

Перед началом работы газификатора предварительно настраивают регулятор расхода 11 на номинальную скорость потребления газа потребителем, а также настраивают блоки формирования команд 16 и 29 (49 и 46) на конкретную температуру срабатывания T₁ в зависимости от используемой криогенной жидкости.Before starting the operation of the gasifier, the flow regulator 11 is preliminarily adjusted to the nominal gas consumption rate by the consumer, and also the units for generating commands 16 and 29 (49 and 46) are tuned to a specific operating temperature T ₁ depending on the cryogenic liquid used.

Настройка каждого блока формирования команд (фиг.2) 16 и 29 (49 и 46) заключается в установке траверсы 35 в строго определенное положение относительно неподвижной рамки 31. В момент настройки блоков формирования команд криогенная жидкость в газификаторе отсутствует. The setting of each command generation unit (Fig. 2) 16 and 29 (49 and 46) consists in setting the yoke 35 to a strictly defined position relative to the fixed frame 31. At the time of setting up the command formation units, there is no cryogenic liquid in the gasifier.

При настройке положений траверсы 35 ее перемещение выполняется поворотом соответствующего регулировочного винта на угол, определяемый предварительным расчетом. Контроль замыкания электрических контактов переключателя ведется по электрическому прибору, например омметру, временно подключенному к контактам КД или КВ. When adjusting the position of the crosshead 35, its movement is performed by turning the corresponding adjusting screw by an angle determined by preliminary calculation. Monitoring the closure of the electrical contacts of the switch is carried out by an electrical device, such as an ohmmeter, temporarily connected to the contacts of the CD or HF.

Настройка блока формирования команд 29. Setting up the command generation unit 29.

Пусть длина дренажного трубопровода 24 от опоры 23 до кронштейна 27 составляет L м, а положение рамки 31 соответствует начальной температуре Т₀, при которой ведут настройку блока. Предварительно расчетом по формуле (2) определяют величину перемещения ΔL₂₄ кронштейна 27 для интервала температур T₀. ..T₁. Здесь Т₁ - температура дренажного трубопровода 24 в начале течения через него жидкого криогенного компонента. Угол поворота регулировочного винта определяется по формуле
φ = 360×ΔL₂₄/s, (4)
где φ - угол поворота винта 34, градусы угловые,
s - шаг резьбы регулировочного винта 34, мм.Let the length of the drainage pipe 24 from the support 23 to the bracket 27 is L m, and the position of the frame 31 corresponds to the initial temperature T ₀ at which the unit is adjusted. Preliminarily, by the calculation according to the formula (2), the displacement ΔL _{24 of the} bracket 27 is determined for the temperature interval T ₀ . ..T ₁ . Here T ₁ - the temperature of the drainage pipe 24 at the beginning of the flow through it of a liquid cryogenic component. The angle of rotation of the adjusting screw is determined by the formula
φ = 360 × ΔL ₂₄ / s, (4)
where φ is the angle of rotation of the screw 34, degrees angular,
s is the thread pitch of the adjusting screw 34, mm.

±ΔL₂₄ - расчетное изменение длины дренажного трубопровода 24, мм.± ΔL ₂₄ - the estimated change in the length of the drainage pipe 24, mm

Открывают крышку 36 блока формирования команд 29. Вращением регулировочного винта 34 приводят траверсу 35 в положение, при котором контакт переключателя КД замкнется в результате нажатия его штока на неподвижную рамку 31. Контроль замыкания контактов КД ведут с помощью, например, временно подключаемого омметра. Затем, вращая винт 34 в противоположную сторону на угол φ, отодвигают траверсу 35 с переключателем КД от рамки 31 на величину ΔL₂₄, чтобы при будущем перемещении рамки 31 от действия температуры T₁ рамка нажала на шток переключателя КД. В найденном положении траверсу 35 фиксируют, блок закрывают крышкой 36. На этом настройка блока 29 завершается.Open the cover 36 of the command formation unit 29. By rotating the adjusting screw 34, the yoke 35 is brought to a position in which the contact of the CD switch is closed by pressing its rod on the fixed frame 31. The contact closure of the CD contacts is controlled using, for example, a temporarily connected ohmmeter. Then, by rotating the screw 34 in the opposite direction by an angle φ, the yoke 35 with the CD switch is pushed away from the frame 31 by ΔL ₂₄ so that when the frame 31 is moved further from the action of temperature T _{1, the} frame presses the stem of the CD switch. In the found position, the traverse 35 is fixed, the block is closed with a lid 36. At this point, the setting of the block 29 is completed.

Настройка блока формирования команд 16. Setting up the command generation unit 16.

Пусть длина дренажного трубопровода 10 от опоры 6 до кронштейна 14 составляет L м, а положение рамки 31 соответствует начальной температуре Т₀, при которой ведут настройку блока. Предварительно расчетом по формуле (2) определяют величину перемещения ΔL₁₀ кронштейна 14 для интервала температур Т₀. . . Т₁. Здесь T₁ - температура трубопровода 10 при течении через него жидкого криогенного компонента. Угол поворота регулировочного винта блока 16 определяется по формуле
φ = 360×ΔL₁₀/s, (4)
где φ - угол поворота регулировочного винта, градусы угловые,
s - шаг резьбы регулировочного винта, мм;
±ΔL₁₀ - расчетное изменение длины дренажного трубопровода 10, мм.Let the length of the drainage pipe 10 from the support 6 to the bracket 14 is L m, and the position of the frame 31 corresponds to the initial temperature T ₀ at which the unit is being tuned. Preliminarily, by the calculation according to the formula (2), the displacement ΔL _{10 of the} bracket 14 is determined for the temperature range T ₀ . . . T ₁ . Here T ₁ is the temperature of the pipeline 10 when a liquid cryogenic component flows through it. The angle of rotation of the adjusting screw of block 16 is determined by the formula
φ = 360 × ΔL ₁₀ / s, (4)
where φ is the angle of rotation of the adjusting screw, degrees are angular,
s is the thread pitch of the adjusting screw, mm;
± ΔL ₁₀ - the estimated change in the length of the drainage pipe 10, mm

Настройка блока формирования команд 16 и остальных блоков 46 и 49 выполняется аналогично настройке блока 29, описанной выше. The configuration of the command generation unit 16 and the remaining blocks 46 and 49 is performed similarly to the configuration of the block 29 described above.

Газификатор криогенной жидкости с одним сосудом (см. фиг.1) работает следующим образом. Gasifier cryogenic liquid with one vessel (see figure 1) works as follows.

В исходном положении система управления газификатором включена и находится в одном из двух возможных режимов. Пусть, например, выбран режим 1 (заправка), при котором сосуд 9 включен на заправку криогенной жидкостью, а трубопровод 10 выдачи жидкости в газификатор 12 перекрыт. Открыты клапаны 5, 21, закрыты клапаны 7, 22. In the initial position, the gasifier control system is turned on and is in one of two possible modes. Let, for example, mode 1 (refueling) be selected in which the vessel 9 is turned on for refueling with cryogenic liquid, and the pipeline 10 for dispensing liquid to the gasifier 12 is closed. Valves 5, 21 are open, valves 7, 22 are closed.

К выходу обратного клапана 13 подключена магистраль потребителя, в которой имеется давление среды, заданное программой. В исходном положении обратный клапан 13 закрыт действием давления в магистрали потребителя. To the output of the non-return valve 13 is connected a consumer line in which there is a medium pressure set by the program. In the initial position, the check valve 13 is closed by the action of pressure in the consumer line.

Предварительно настраивают регулятор 11 на номинальную скорость потребления газа потребителем. Pre-adjust the regulator 11 to the nominal gas consumption rate by the consumer.

При заправке от источника питания криогенной жидкости в сосуд 9, например жидкого водорода, начинается охлаждение стенок сосуда, сопровождаемое кипением водорода с интенсивным парообразованием. Образующиеся пары выходят из криогенного сосуда в дренажный трубопровод 24, охлаждая его изнутри. Снаружи на этот же трубопровод, не имеющий тепловой изоляции, воздействует теплоприток от окружающего воздуха. Температура стенки дренажного трубопровода 24 устанавливается в результате противодействия наружного обогрева окружающим воздухом и внутреннего охлаждения движущимися в трубе парами криогенного компонента. По мере заправки криогенного сосуда криогенной жидкостью температура выходящих паров и трубопровода 24 постепенно снижается. В момент заполнения сосуда 9 в дренажный трубопровод 24 вместе с парами попадает криогенная жидкость, которая более интенсивно, чем пары, понижает температуру стенок. Экспериментально установлено, что температура стенки дренажного трубопровода 24 в этот момент быстро понижается до температуры T₁, превышающей температуру кипения криогенной жидкости Ts всего на 10...20 градусов, и в дальнейшем остается без изменений. Для жидкого водорода при атмосферном давлении температура кипения Ts равна 20, 16 К, а температура стенки дренажной трубы T₁ становится равной 30...40 К. При этом вследствие охлаждения трубопровода 24 его длина дополнительно уменьшается в продольном направлении, это вызывает перемещение кронштейна 27 со связью 28 и соединенной с ней рамки 31 блока формирования команд 29. Рамка 31 сдвинется влево, растягивая возвратную пружину 36, на расчетную величину ΔL₂₄, нажмет на шток переключателя КД, который замкнет свои контакты. Этот сигнал будет передан в систему управления устройством и вызовет опрокидывание в противоположное положение триггера в системе управления, который выдает команду на закрытие клапанов 5 и 21, а также на открытие - 7 и 22, при этом устройство переходит из режима 1 "заправка" - в режим 2 "выдача".When refueling a cryogenic liquid from a power source into a vessel 9, for example, liquid hydrogen, cooling of the vessel walls begins, accompanied by boiling of hydrogen with intense vaporization. The resulting vapors leave the cryogenic vessel in the drainage pipe 24, cooling it from the inside. Outside, the same pipeline, which does not have thermal insulation, is affected by heat gain from ambient air. The temperature of the wall of the drainage pipe 24 is set as a result of counteraction of external heating with ambient air and internal cooling by the pairs of the cryogenic component moving in the pipe. As the cryogenic vessel is refilled with cryogenic liquid, the temperature of the outgoing vapors and pipe 24 gradually decreases. At the moment of filling the vessel 9, a cryogenic liquid enters the drainage pipe 24 together with the vapor, which lowers the wall temperature more intensively than the vapor. It was experimentally established that the wall temperature of the drainage pipe 24 at this moment rapidly decreases to a temperature T ₁ exceeding the boiling point of the cryogenic liquid Ts by only 10 ... 20 degrees, and remains unchanged in the future. For liquid hydrogen at atmospheric pressure, the boiling point Ts is 20, 16 K, and the wall temperature of the drain pipe T ₁ becomes 30 ... 40 K. Moreover, due to cooling of the pipe 24, its length is further reduced in the longitudinal direction, which causes the bracket 27 to move with the connection 28 and the frame 31 of the command unit 29 connected to it. The frame 31 will move to the left, stretching the return spring 36, by the calculated value ΔL ₂₄ , press the rod of the CD switch, which will close its contacts. This signal will be transmitted to the device control system and cause the trigger to roll over to the opposite position in the control system, which issues a command to close valves 5 and 21, as well as to open - 7 and 22, while the device switches from “refueling” mode 1 to mode 2 "issue".

После окончания заправки и закрытия дренажного клапана 21 жидкий водород из дренажного трубопровода 24 сравнительно быстро, в течение нескольких секунд, испаряется благодаря отсутствию тепловой изоляции и наружным теплопроводящим ребрам. Трубопровод 24 начинает нагреваться окружающим воздухом, и в течение 5-7 минут его температура повышается до температуры Т₂, которая на 20-40 градусов выше, чем температура T₁ (см. фиг.4). Вследствие температурного расширения материала концевого участка трубопровода 24 его длина увеличивается, что вызывает перемещение кронштейна 27 и соединенной с ним посредством связи 28 рамки 31 вправо, при этом размыкается контакт переключателя КД, и блок 29 станет готов к началу следующего режима 1. Таким образом, применение механической связи дренажного трубопровода криогенной емкости с переключателем системы управления газификатора позволяет просто и надежно, без применения внутренних средств контроля уровня жидкости выполнить контроль полноты заправки емкости криогенной жидкостью и автоматическое переключение режима заправки на режим выдачи криогенного компонента в испаритель.After filling and closing the drain valve 21, liquid hydrogen from the drain pipe 24 relatively quickly, within a few seconds, evaporates due to the lack of thermal insulation and external heat-conducting fins. The pipe 24 begins to heat up with ambient air, and within 5-7 minutes its temperature rises to a temperature T ₂ , which is 20-40 degrees higher than the temperature T ₁ (see figure 4). Due to the thermal expansion of the material of the end section of the pipeline 24, its length increases, which causes the bracket 27 and the frame 31 connected to it by the connection 28 to move to the right, the contact of the CD switch is opened, and the block 29 will be ready to start the next mode 1. Thus, the application mechanical connection of the drainage pipeline of the cryogenic tank with the switch of the control system of the gasifier allows you to simply and reliably, without the use of internal means of monitoring the liquid level l completeness refilling of the cryogenic liquid and the automatic switching mode to charging mode dispensing cryogenic component to the evaporator.

Криогенная жидкость в это время сливается из сосуда 9 в испаритель 12. При этом повышается давление в испарителе 12 до рабочего, обратный клапан 13 открывается, позволяя испаренному компоненту поступать к потребителю. По мере опорожнения сосуда 9 температура трубопровода 10 понижается до некоторого минимального значения T₁, на 10... 20 К превышающего температуру компонента при давлении в сосуде 9, т.е. T₁=30...40 К. Это вызовет линейное сокращение длины трубопровода 10 и перемещение кронштейна 14, а также соединенной с ним посредством связи 15 рамки блока формирования команд 16, что вызывает замыкание электрических контактов переключателя KB. По этой команде система управления начинает контролировать состояние замкнутого переключателя КВ. После опорожнения криогенного сосуда 9 жидкий компонент перестает течь в трубопроводе 10 и температура трубопровода 10 начинает повышаться из-за теплообмена с окружающим воздухом благодаря наличию теплопроводящих ребер на его поверхности. Это вызывает удлинение трубопровода 10, перемещение кронштейна 14 вправо и размыкание электрических контактов переключателя КВ. Получив этот сигнал, система управления выдает команду на закрытие клапанов 22 и 7 и открытие - 5 и 21. Газификатор переходит из режима 2 "выдача" в режим 1 "заправка". Таким образом, применение механической связи трубопровода выдачи с переключателем системы управления газификатором позволяет обеспечить простое и надежное переключение режимов работы газификатора с помощью электрических сигналов.The cryogenic liquid at this time is drained from the vessel 9 into the evaporator 12. At the same time, the pressure in the evaporator 12 rises to the working one, the check valve 13 opens, allowing the vaporized component to enter the consumer. As the vessel 9 is emptied, the temperature of the pipeline 10 decreases to a certain minimum value of T ₁ , 10 ... 20 K higher than the temperature of the component at a pressure in the vessel 9, i.e. T ₁ = 30 ... 40 K. This will cause a linear reduction in the length of the pipe 10 and the displacement of the bracket 14, as well as the frame of the command unit 16 connected to it by means of the connection 15, which causes the electrical contacts of the KB switch to close. By this command, the control system begins to monitor the status of the closed HF switch. After emptying the cryogenic vessel 9, the liquid component stops flowing in the pipeline 10 and the temperature of the pipeline 10 begins to increase due to heat exchange with the surrounding air due to the presence of heat-conducting fins on its surface. This causes the extension of the pipeline 10, the movement of the bracket 14 to the right and the opening of the electrical contacts of the switch HF. Having received this signal, the control system gives a command to close valves 22 and 7 and open - 5 and 21. The gasifier switches from mode 2 “delivery” to mode 1 “refueling”. Thus, the use of mechanical connection of the delivery pipeline with the switch of the gasifier control system allows for simple and reliable switching of the gasifier operation modes using electrical signals.

Газификатор выполнил рабочий цикл заправки-слива криогенной жидкости и вернулся в исходное состояние. The gasifier performed the duty cycle of filling-draining the cryogenic liquid and returned to its original state.

В дальнейшем при работе газификатора рабочие циклы повторяются. Subsequently, during the operation of the gasifier, duty cycles are repeated.

Действие газификатора с двумя сосудами 9 и 37 (см. фиг.6) происходит аналогично. Принцип работы системы управления аналогичен работе газификатора с одним сосудом, однако для каждого из двух сосудов режимы 1 ("заправки") и режима 2 ("выдачи") смещены во времени. Когда для одного из сосудов, например 9, выполняется режим 1 - "заправка", для сосуда 37 выполняется режим 2 - "выдача" жидкости в испаритель 12. The action of the gasifier with two vessels 9 and 37 (see Fig.6) is similar. The principle of operation of the control system is similar to the operation of a gasifier with one vessel, however, for each of the two vessels, modes 1 ("refueling") and mode 2 ("dispensing") are shifted in time. When for one of the vessels, for example 9, the mode 1 - “filling” is performed, for the vessel 37 the mode 2 - “dispensing” of liquid to the evaporator 12 is performed.

Система управления газификатора с двумя сосудами обеспечивает такую логику переключения режимов работы емкостей, которая исключает одновременное включение одноименных режимов на обеих емкостях газификатора. При этом заправленный сосуд не переключается на немедленную выдачу жидкости в испаритель, а с открытым клапаном дренажа ожидает окончания выдачи из предыдущей емкости. The control system of the gasifier with two vessels provides such a logic of switching the modes of operation of the tanks, which eliminates the simultaneous inclusion of the same modes on both tanks of the gasifier. In this case, the refilled vessel does not switch to the immediate delivery of liquid to the evaporator, but with the drain valve open, it awaits the end of the discharge from the previous tank.

Для остановки работы газификатора с одним сосудом 9 (фиг.1) достаточно выключить выключатель КЗ в начале цикла "заправки". В это время сосуд 9 уже не содержит криогенной жидкости, все электропневмоклапаны системы управления закроются. Пневмоуправляемые клапаны газификатора также будут закрыты, и перехода на режим 2 "заправка" не произойдет. Для остановки работы газификатора с двумя сосудами 9 и 37 (фиг.6) необходимо сначала предотвратить заправку очередного сосуда путем выключения соответствующего электропневмоклапана в системе управления и дождаться опорожнения ранее заправленного сосуда. Затем можно полностью выключить систему управления, что приведет к закрытию всех клапанов газификатора. Применение газификатора с двумя емкостями обеспечивает непрерывную выдачу криогенной жидкости в испаритель и испаренного газа потребителю. To stop the operation of the gasifier with one vessel 9 (Fig. 1), it is enough to turn off the short circuit switch at the beginning of the "refueling" cycle. At this time, the vessel 9 already does not contain cryogenic liquid, all the electro-pneumatic valves of the control system will close. The pneumatic valves of the gasifier will also be closed, and the transition to mode 2 "refueling" will not occur. To stop the operation of the gasifier with two vessels 9 and 37 (Fig.6), it is first necessary to prevent the next vessel from refueling by turning off the corresponding electro-pneumatic valve in the control system and wait for the previously filled vessel to empty. Then you can completely turn off the control system, which will lead to the closure of all the valves of the gasifier. The use of a gasifier with two tanks provides a continuous supply of cryogenic liquid to the evaporator and vaporized gas to the consumer.

Таким образом, применение механических связей криогенных трубопроводов дренажа и выдачи компонента потребителю с переключателями системы автоматического управления обеспечивает:
1. переключение на заправку и слив криогенного сосуда газификатора в автоматическом режиме без применения специальных датчиков уровня криогенной жидкости, причем это обеспечивается независимо от рода и теплофизических свойств жидкости;
2. возможность повышения рабочего давления криогенного сосуда газификатора до требуемого уровня давления газа у потребителя, поскольку система автоматического управления газификатором не использует приборов, работа которых зависит от давления в сосуде;
3. повышение надежности работы газификатора при газификации криогенных жидкостей малой плотности, таких как жидкий водород, гелий, поскольку для управления клапанами используется фундаментальное свойство конструкционного материала изменять размеры под действием охлаждения, обеспечиваемого любой криогенной жидкостью; отсутствие устройств вывода электрических цепей из криогенных сосудов высокого давления также повышает надежность и пожарную безопасность газификаторов водорода и кислорода ввиду исключения возможных утечек компонентов;
4. упрощение конструкции газификатора по сравнению с прототипом, так как при этом исключается применение криогенного насоса высокого давления и манометрического уровнемера.Thus, the use of mechanical connections of cryogenic drainage pipelines and component delivery to the consumer with the switches of the automatic control system provides:
1. switching to refueling and draining the cryogenic vessel of the gasifier in automatic mode without the use of special sensors for the level of cryogenic liquid, and this is ensured regardless of the type and thermophysical properties of the liquid;
2. the possibility of increasing the operating pressure of the cryogenic vessel of the gasifier to the required gas pressure level at the consumer, since the automatic control system of the gasifier does not use devices whose operation depends on the pressure in the vessel;
3. improving the reliability of the gasifier during the gasification of low-density cryogenic liquids, such as liquid hydrogen, helium, since valve control uses the fundamental property of the structural material to resize under the action of cooling provided by any cryogenic liquid; the absence of devices for removing electrical circuits from cryogenic high-pressure vessels also increases the reliability and fire safety of hydrogen and oxygen gasifiers due to the elimination of possible component leakages;
4. simplification of the design of the gasifier in comparison with the prototype, as this excludes the use of a cryogenic high-pressure pump and a pressure gauge.

Источники информации
1. Оконский И.С. и другие. Процессы и аппараты кислородного и криогенного производства. М., Машиностроение. 1985.Sources of information
1. Okonsky I.S. other. Processes and apparatuses for oxygen and cryogenic production. M., Engineering. 1985.

2. Физические величины. Справочник./ Под редакцией И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М., Энергоатомиздат. 1991. 2. Physical quantities. Reference. / Edited by I.S. Grigoryeva, E.Z. Meilikhova. M., Energoatomizdat. 1991.

3. Новицкий Л. А., Кожевников Н.Г. Свойства материалов при низких температурах. М., Машиностроение. 1975. 3. Novitsky L. A., Kozhevnikov N. G. Material properties at low temperatures. M., Engineering. 1975.

Claims

1. Gasifier of cryogenic liquid, mainly liquid hydrogen, containing a vessel for cryogenic liquid with pipelines for filling cryogenic liquid, draining and dispensing it to the evaporator with shut-off bodies on them, characterized in that the shut-off bodies are made in the form of valves with remote control, while the gasifier equipped with an automatic control system of shut-off valves, drainage and liquid discharge pipelines from the vessel are rigid and fixed with the possibility of linear movement portions with changes in temperature, said portions are connected by mechanical links to the switches of the automatic shut-off control valves refilling pipes, drainage and dispensing cryogenic liquid from the cryogenic vessel.

2. The gasifier according to claim 1, characterized in that it is equipped with a second vessel for cryogenic liquid with pipelines for filling, draining and issuing cryogenic liquid with shut-off valves on them connected to the automatic control system, while pipelines for draining and issuing cryogenic liquid from the vessel made rigid and secured with the possibility of linear movement of their free sections when changing their temperature, and each section is mechanically connected to the corresponding additional switch m of the automatic control system of shut-off valves on the piping for refueling, drainage and discharge of cryogenic liquid from the second vessel, and the pipelines for refueling and delivery of cryogenic fluid from the second vessel, respectively, are connected to pipelines for refueling and dispensing cryogenic liquid to the evaporator from the first vessel, pressurization pipes of both vessels with shut-off valves valves connected to the outlet of the evaporator.

3. The gasifier according to claim 1 or 2, characterized in that the mechanical bonds are flexible.

4. The gasifier according to claim 1 or 2, characterized in that the outer surfaces of the pipelines for drainage and the issuance of cryogenic liquid from both vessels are equipped with heat-conducting fins.

5. The gasifier according to claim 1 or 2, characterized in that a flow regulator is installed at the inlet of the cryogenic liquid into the evaporator.