SU1095007A1

SU1095007A1 - Cryogenic pipeline

Info

Publication number: SU1095007A1
Application number: SU833558244A
Authority: SU
Inventors: Николай Константинович Тюрин; Виктор Никифорович Матвеев; Вячеслав Иванович Гайдуков
Original assignee: Предприятие П/Я В-8685
Priority date: 1983-02-28
Filing date: 1983-02-28
Publication date: 1984-05-30

Description

Изобретение отноеитен к к)И()ен11ой технике , а именно к устройетвам дл подачи криогенного компонента, н может быть иепользовано при иенытании лопаточных насосов, работающих на криогенных жидкост х .The invention is attributed to k) And () En 11 technology, namely to devices for supplying a cryogenic component, and can be used when using blade pumps operating on cryogenic liquids.

Известны устройства дл подачи криогенного компонента, содержан1ие внутренний трубопровод с теплоизол нией. К иогенный трубопровод содржит внутре1П1ИЙ трубопровод дл подачи крио1енного комнонента и внешний трубопровод дл создани вакуумной защиты внутреннего трубопровода от теплонритоков. На выходе криогенного трубопровода устанавливаетс лини слива с занорпым органом. Через эту линию сбрасываетс образуюп1ийс в процессе захолаживани нар 1.Devices for supplying a cryogenic component are known, containing an internal pipeline with thermal insulation. The inductive pipeline contains an internal pipeline for supplying the cryogenic unit and an external pipeline to create a vacuum protection of the internal pipeline from heating fluids. At the exit of the cryogenic pipeline, a drain line is installed with a main body. The line is discharged through this line during the cooling down of the bed 1.

Однако при охлаждении стенок трубопровода до низких температур, блпзких к температуре транспортируемогч) криогенного компонента, че)ез сливную .линию вместе с паром сб|)аеываете больпюе количество жидкости, например, в виде тумана, не участвуюнк-й в Г1)оцессе охлаждени . Это происходит вследствие того, что на поверхности внутреннего трубонроЕюда испариви1а с жпдкосП) об)азует устойчивую паровую пленку, замед.т юнхую охлаждение из-за увеличе1Н1 сонротив.1ени тепловому потоку.However, when the pipeline walls are cooled to low temperatures, which are low to the temperature of the transportable cryogenic component, the drain line along with the steam sat |) produces a large amount of liquid, for example, in the form of fog, which does not participate in the T1) cooling process. This is due to the fact that on the surface of the internal pipe-to-evaporator (1) with a vacuum pipe (P) it creates a stable vapor film, slowing down the cooling due to an increase in heat flow.

Наиболее б.и1зким к изобретепию в.л етс устройство дл ин1енсификации процесса теплоотдачи при захолажива1-1ии трубопровода, .Т11еиное в виде кольцевых диафрагм. образован1п,1Х периодической обкаткой трубы ро.:п1ком.The most common for the invention is a device for the insensitization of the process of heat transfer during the cooling of the pipeline, the T11 is in the form of annular diaphragms. formed 1p, 1x periodic rolling in of the pipe.

Сушпост) работы устройства заключаетс в периодической пскусст зе1Н ой ту)булизапии топких пристеночных с.тоев потока, где те 1ловой ноток и термическое сонротиВьЧение макснма.тьносп Исно.тьзовапие изBecTHoio хстройства позво.т ет интенсифицировать 1 роцесс захолаживаии . Так, напри.мер, п()име1П1те.тьно к однофазн1 1м потокам этот метод нозво.т е1 уве.тичии) коэффициент тен.юотдачи к газам до 3 раз, к капельным жидкост м -- до 2,3 раза 2.The drypoint of the operation of the device consists in periodic pskusst Ze1N oy that) bulizatsii swamp near the wall of the flow of water flow, where those 1 notes and thermal sonarity maximally relaxes, it is possible to intensify 1 process, the rest. So, for example, p () and 1P1 to one-phase-to-one 1m streams, this method is not only 1) the coefficient of tendency to gas up to 3 times, to drip liquids up to 2.3 times 2.

Недостатком известного устройства в.п етс повышенное гидроеопротивление, iij)nчем чем больше турбулизаторов устаповлепо в криогенном трубопроводе н- э(| фективнее процесс охлаждени , тем выше гидросопротивление трубопровода. Дл осугцествлени процесса захолаживани новьпненное гидросопротивление трубопровода особой роли не играет, а при подаче криогенпо1о компонента к нотребнте.тю (.чопаточный насос и т. д) новьплепное гидроеонротивление без со()твететвуюн1его увеличени диаметра трубопровода умепыпает расход подаваемых потребителю крио1-енных компонентов . Увеличение диаметра трубонровода приводит к увеличению 1абаритов. массы, металлоемкости, а следовательно, и к увеличению стои.мости трубопровода и затрат криогенного продукта на захолаживание.A disadvantage of the known device is increased hydraulic resistance, iij) n the more turbulizers are installed in the cryogenic pipeline (the cooling process is more efficient, the greater the resistance of the pipeline. In order to minimize the cooling of the new hydroresistance of the pipeline, the supply does not play a role, and the supply system doesn’t play a key factor. component to the demand (.runner pump, etc., e) novleplenoe hydroelectric resistance without co (), increasing the diameter of the pipeline reduces the flow rate consumed lu-krio1 ennyh components. trubonrovoda Increasing the diameter increases the 1abaritov. masses of metal, and consequently to an increase in costs and stoi.mosti pipeline cryogenic product on cooling down.

11ел1)Ю изобретени вл етс снижение 5 гидравлического сопротивлени по окончании ироцееса захолаживани трубопровода .11el1) The invention is the reduction of 5 hydraulic resistance at the end of the cooling process orifice process.

Указанна цель достигаетс тем, что в криогенном трубонроводе, содержашем трубоировод с иекусственны.м турбулизато ром потока, предетавл ющим собой кольцевую диафрагму, и теплоизол цией на вне1нней поверхности, внутренн поверхность трубопровода имеет кольцевую проточку , а диафрагма выполнена в виде тон2 костешюй обечайки из .материала с эффектом пам ти формы, например из никелида титана (нитинола), расположенной во внутренней кольцевой проточке, выполненной с глубиной не меньше толщины обечайки, нри этом диафрагма при тем0 пературе, меньшей либо равной те.мпературе пасып1епи криогенной жидкости, имеет форму цилиндра с высотой не больше ширины проточки.This goal is achieved by the fact that in a cryogenic pipeline, containing a pipe line with a seismic flow turbulizer, prefixing an annular diaphragm, and thermal insulation on an external surface, the internal surface of the pipeline has an annular groove, and the diaphragm is made in the form of a tone2 shell. material with a shape memory effect, for example, of titanium nickelide (nitinol), located in the inner annular groove, made with a depth not less than the shell thickness, but the diaphragm at temperature or less than or equal to the temperature of the cryogenic liquid, has the shape of a cylinder with a height not greater than the width of the groove.

Изготовление турбулизатора производитс с.1едуюп1.им образом.The manufacture of the turbulizer is performed p.1 in a single manner.

Из сплава (нитинола) делают полую втулку, внешний диа.метр которой равен диаметру проточки в трубопроводе, а внутренЕшй - внутреннему диаметру трубопровода . Затем производ т ее обкатку Q ро.тиком так, чтобы втулка име.па внутренний кольцевой выступ. Затем втулку ох .чаждают до температуры насыщени того крио1снно1Ч) ко.мнонента, который используетс в криогенном трубопроводе, и раздают так, чтобы при этой температуре она имела форму иолого гладкого цилиндра. Ири этом высота втулки должна быть равной длине кольцевой проточки, выполн н1К )й в криогенном трубопроводе.An alloy (nitinol) is used to make a hollow bushing, the external diameter of which is equal to the diameter of the groove in the pipeline, and the internal diameter to the internal diameter of the pipeline. It is then run-in Q by a roller so that the sleeve has an inner annular protrusion. Then, the sleeve is cooled down to the saturation temperature of that cryogenic1H) com.nonent, which is used in the cryogenic pipeline, and distributed so that at this temperature it will have the shape of an icy-smooth cylinder. In this case, the height of the sleeve should be equal to the length of the annular groove, performed n1K) nd in a cryogenic pipeline.

На фиг. - 3 изображен турбулизатор в раз.тичшле периоды работы трубопровоO да.FIG. - 3 shows the turbulator during the periods of pipeline operation.

1 и огенна жидкость находитс в е.мкости 1, покрытой теплоизол цией 2. Емкость 1 соединена с наеосо.м 3 криоген1П )ГМ грубонроводом 4, в котором установ , .icHbi отсечной 5 и расходный 6 пневмоклананы . Во внутренней полости трубопровода па определенном рассто нии один от друюго установлены турбулизаторы 7, каждый из которых представл ет собой кольцевую диафрагму, образованную периодической обкаткой тонкостенной обечайки (трубы) роликом. Снаружи трубопровод 4 покрыт теплоизол цией 8, например, из пенополиуретана .1 and the fire liquid is in e.mkosy 1, covered with thermal insulation 2. Capacity 1 is connected to the naeosom 3 cryogen1P) GM coarse duct 4, in which the cut-off 5 and consumable 6 pneumoclanes are installed. In the internal cavity of the pipeline, turbulators 7 are installed one for a certain distance from each other, each of which is an annular diaphragm formed by periodically rolling a thin-walled shell (pipe) with a roller. Outside, the pipeline 4 is covered with thermal insulation 8, for example, from polyurethane foam.

Нодача криогенной жидкости к испытываемому насосу осуществл етс по стендо5 вой системе (фиг. 1).The cryogenic liquid is pumped to the pump under test using a bench system (Fig. 1).

Турбулизатор 7 (фиг. 2) помешен в кольцевую проточку 9, вьшолненную во внутрен 1ей полости трубопровода 4. Момент времени, когда температура потока в трубопроводе больше температуры насыщени дл данного вида криогенной жидкости , - начальный момент захолаживани трубопровода.The turbulizer 7 (Fig. 2) is placed in an annular groove 9, made into the inside of the first cavity of the pipeline 4. The time when the flow temperature in the pipeline is higher than the saturation temperature for this type of cryogenic liquid is the initial moment of cooling of the pipeline.

В момент времени, когда температура потока в трубопроводе меньше либо равна температуре насыплени криогенной жидкости (фиг. 3), захолаживание криоген ноге трубопровода заканчиваетс .At the point in time when the temperature of the flow in the pipeline is less than or equal to the fill temperature of the cryogenic liquid (Fig. 3), cooling down of the cryogen to the leg of the pipeline ends.

Работа стенда, в котором применен трубопровод , осушествл етс следующим обра з.ом.The operation of the stand in which the pipeline is applied is carried out in the following manner.

В исходном состо нии криогенна жидкость находитс в емкости 1. Пневмоклапаны 5 и 6 закрыты. Трубопровод 4 и насос 3 имеют окружаюш,ую температуру. После создани в емкости 1 необходимого давлени , которое поддерживаетс системой наддува н системой регулировани (не показана), открываютс клапаны 5 и 6 и в трубопровод 4 и насос поступает криогенна жидкость. В трубопроводе в этот момент реализуетс расслоенный режим течени . По периферии трубы образуетс пар, а в центральной части - жидкость (дл горизонтального трубопровода жидкость находитс в нижней части трубопровода ). При течении криогенного компонента по трубопроводу пар тормозитс на выступах турбулизаторов 7, которые периодически расположены по длине трубопровода . Создаваемые за этими выступами вихревые зоны служат источником искусственной турбулизации. Турбулентность, выработанна на верхней границе этих зон, переноситс осредненным течением вдоль стенки, увеличива коэффициент теплоотдачи от стенки к потоку в тонком пристеночном слое на значительной длине за выступом . Когда за счет диффузии и диссипации турбулизируюшее вли ние предыдущего выступа начнет ослабевать, на пути потока размещаетс очередной турбулизатор 7. Таким образом осуществл етс интенсификаци процесса захолаживани , 5 обусловленна ростом гидравлических потерь , затрачиваемых на обеспечение турбулентности в пристеночном слое.Така картина процесса наблюдаетс при температурах стенки трубопровода, больщих, 0 чем температура насыщени криогенной жидкости (фиг. 2).In the initial state, the cryogenic fluid is in the tank 1. The pneumatic valves 5 and 6 are closed. Pipeline 4 and pump 3 have a surrounding temperature. After the required pressure has been created in the tank 1, which is maintained by the pressurization system and the regulating system (not shown), valves 5 and 6 open and pipeline 4 and the pump receives cryogenic liquid. A stratified flow regime is realized in the pipeline at this moment. Steam is generated along the periphery of the pipe and liquid in the central part (for a horizontal pipe, the liquid is at the bottom of the pipe). When the cryogenic component flows through the pipeline, the steam brakes on the ledges of the turbulators 7, which are periodically located along the length of the pipeline. The vortex zones created behind these protrusions serve as a source of artificial turbulence. The turbulence developed at the upper boundary of these zones is transferred by averaging flow along the wall, increasing the coefficient of heat transfer from the wall to the flow in a thin wall layer over a considerable length behind the protrusion. When, due to diffusion and dissipation, the turbulizing effect of the previous protrusion begins to weaken, another turbulizer 7 is placed in the flow path. Thus, the cooling process is intensified, 5 due to an increase in hydraulic losses expended to ensure turbulence in the surface layer. pipeline walls, which are greater than the saturation temperature of the cryogenic liquid (Fig. 2).

При достижении температуры стенки трубопровода, равной либо меньшей температуры насыщени дл данного вида крио5 генной жидкости, турбулизатор 7 самопроизвольно мен ет свою форму и превращаетс в гладкий полый цилиндр, который без зазора и заподлицо с внутренней поверхностью трубопровода устанавливаетс в кольцевой проточке 9 (фиг. 3). Глубина When the pipe wall temperature is equal to or lower than the saturation temperature for this type of cryogenic fluid, the turbulator 7 spontaneously changes its shape and turns into a smooth hollow cylinder, which, without a gap and flush with the internal surface of the pipeline, is installed in the annular groove 9 (Fig. 3 ). Depth

0 проточки h (фиг. 2) равна толщине обечайки турбулизатора, а ширина проточки выбираетс такой, чтобы турбулизатор в захоложенном состо нии сел в кольцевой выступ без зазора. Таким обраЗо.м, к мо5 менту окончани процесса захолаживани криогенного трубопровода во полости трубопровода отсутствуют источники возмущени потока, которые . привод т к росту гидравлических потерь.0 of the groove h (Fig. 2) is equal to the thickness of the shell of the turbulizer, and the width of the groove is chosen such that the turbulator in the quenched state sits in the annular ledge without a gap. Thus, at the end of the process of cooling the cryogenic pipeline in the cavity of the pipeline, there are no sources of flow disturbance, which are. leads to an increase in hydraulic losses.

Использование трубопровода позволитUsing the pipeline will allow

0 уменьшить гидравлическое сопротивление криогенного трубопровода при испытани х, например, насосов при одном и том же требуемом расходе криогенной жидкости после захолаживани без увеличени давлени , подачи, а также снизить металло5 емкость трубопровода и расход криогенной жидкости на захолаживание.0 to reduce the hydraulic resistance of the cryogenic pipeline when testing, for example, pumps with the same required flow rate of cryogenic liquid after cooling down without increasing pressure, supply, as well as reducing the metal capacity of the pipeline and the flow of cryogenic liquid for cooling down.

Claims

CRYOGENIC PIPELINE containing a pipeline with an artificial flow turbulizer, which is an annular diaphragm, and with heat insulation on the outer surface, characterized in that, in order to reduce hydraulic resistance at the end of the cooling process of the pipeline, the inner surface of the pipeline has an annular groove, and the diaphragm is made in the form a thin-walled shell made of a material with a shape memory effect located in the inner annular groove made with a depth not less than the shell thickness Aiki, while the diaphragm at a temperature less than or equal to the saturation temperature of the cryogenic liquid, has the shape of a cylinder with a height not greater than the width of the groove.

FIG. 1