SU1170213A1 - Резервуар дл криогенной жидкости - Google Patents

Abstract

1. РЕЗЕРВУАР ДЛЯ КРИОГЕННОЙ ЖИДКОСТИ, содержащий вакуумируемый кожух, установленный в нем сосуд, размещенную между кожухом и сосудом теплоизол цию, патрубок заполнени  и выдачи криогенной жидкости, патрубок газа наддува и патрубок дл  установки зонда-уровнемера, о т л ич ающийс  тем, что, с целью повьшени  точности измерени  расхода жидкости за счет вьзделени  мерного объема,, он снабжен вертикальной обечайкой с перемычкой, герметично соедин ющей верхнюю часть обечайки со стенками сосуда, при этом между обечайкой и стенками сосуда образована кольцева  полость, сообщающа с  в нижней части с полостью сосуда, а в верхней части - с источником газа наддува и атмосферой посредством трубопровода. 2.Резервуар по п. 1, о т л и ч аю щ и и с   тем, что вертикальна  обечайка выполнена в виде соединенных переходниками трех соосных цшшндров I различного диаметра, при этом средний цилиндр выполнен с наибольшим диа (Л метром. 3.Резервуар по п. 1,отличаю щ и и с   тем, что вертикальна  обечайка и перемычка выполнены из материала с температурным коэффициентом линейного расширени  не более 3-10 град .

Description

Изобретение относитс  к машинострению , а именно к криогенной технике, и может быть использовано дл  хранени  и выдачи криогенной жидкости.

Известно применение резервуаров дл  хранени  и выдачи криогенной жидкости , содержащих вакуумируемый кожу установленный в нем сосуд, размещенн между сосудом.и кожухом экрано-вакууную изол цию, а также патрубокдл  заполнени  сосуда криожидкостью и выдачи ее потребителю П .

Измерение расхода криожидкости, выдаваемой из резервуара, производит косвенным путем по изменению перепад давлени  в нижней части сосуда и в его газовой полости. Недостатком такого вида устройств  вл етс  низка  точность измерени  расхода криожидкости , обусловленна  тем, что резервуар не имеет надежных средств измерени .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  резервуар дл  криогенной жидкости, содержащий вакуумируемый кожух, установленный в нем сосуд, размещенную мелоду сосудом и кожухом экрано-вакуумную изол цию, патрубок дл  заполнени  сосуда криожидкостью и выдачи ее потребителю, патрубок дл  подачи в сосуд газа наддува и сброса его из сосуда, а также патрубок дл  установки зондауровнемера 2J .

Измерение расхода криожидкости, вьщаваемой из резервуара, производитс  по изменению уровн  жидкости в сосуде по времени.

Однако известный резервуар характеризуетс  недостаточно высокой точностью измерени  расхода криожидкост вследствие того, что в сосуде не выделен мерный объем.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  расхода криожидкости, выдаваемой, из резервуара , путем выделени  мерного объем

Эта цель достигаетс  тем, что резервуар дл  криогенной жидкости, содержащий вакуумируемый кожух, установленный в нем сосуд, размещенную между кожухом и сосудом теплоизол цию , патрубок заполнени  и выдачи криогенной жидкости, патрубок газа наддува и патрубок дл  установки зонда-уровнемера, снабжен вертикальной обечайкой с перег гчкой, герметично соедин ющей верхнюю часть обечайки со стенками сосуда, при этом между обечайкой и стенками сосуда образована кольцева  полость, сообщающ;1 с  в нижней части с полостью сосуда, а в верхней части - с источником газа наддува и атмосферой- посредством трубопровода. Вертикальна  обечайка выполнена в виде соединенных переходниками трех соосных цилиндров различного диаметра, при этом средний цилиндр выполнен с наибольшим диаметром .

Вертикальна  обечайка и перемычка выполнены из материала с температурным коэффициентом линейного расширени  не. более Зп10 град .

В качестве материала дл  изготовлени  перегородки и перемычки может быть использован сплав с содержанием, вес.%: никель 35-37; хром 0,4-0,6; углерод 0,04-0,06; кремний 0,2-0,4; марганец 0,3-0,6; железо 61,34-64,06.

На чертеже схематически показан резервуар дл  криогенной жидкости.

Резервуар дл  криогенной жидкости содержит вакуумируемый кожух 1, установленный в нем сосуд 2, размещенную между сосудом 2 и кожухом 1 зкрановакуумную изол цию 3, патрубок 4 дл  заполнени  сосуда 2 криогенной жидкостью и выдачи ее потребителю, патрубок 5 дл  подачи в сосуд 2 газа наддува и сброса его из сосуда 2 и патрубок 6 дл  установки зонда-уровнемера .

Сосуд 2 содержит вертикальную обечайку 7 и перемычку 8, герметично соедин ющую верхнюю часть обечайки со стенками сосуда 2, образующими кольцевую полость 9, сообщающуюс  в нижней части с полостью сосуда. Кроме того, сосуд 2 содержит трубопровод 10 соединенньй с верхней частью кольцево полости 9 и предназначенный дл  подключени  к источнику подачи газа наддува или к атмосфере линии газосброса .

Вертикальна  обечайка 7 выполнена виде трех цилиндров, расположенных соосно друг другу. Цилиндр наибольшего диаметра 11 размещен между цилиндрами меньшего диаметра и соединен с ними конусными переходниками 12

Обечайка и перемычка выполнены из материала с температурным коэффициентом линейного расширени  не более .

В качестве такого материала используетс  сплав с содержанием, вес,% никель 35-37; хром 0,4-0,6; углерод 0,04-0,06; кремний 0,2-0,4; марганец 0,3-0,6; железо 61,34-64,06.

Высота h-2 обечайки 7 составл ет 0,5-0,75 высоты hj сосуда 2, Перемычка 8 размещаетс  нА рассто нии hj от верхней точки сосуда 2, равном 0,15-30,35 высоты h сосуда 2. Диаметр D верхнего меньшего цилиндра 13 обечайки 7 составл ет 0,3-0,5 диаметра Dj сосуда 2, а диаметр D большего цилиндра 11 - 0,5-0,95 диаметра Dсосуда 2, Диаметр Dn нижнего меньшего цилиндра 14 составл ет 0,3-0,5 диаMeTJpa D, т.е. находитс  в таком же соотношении с диаметром D-, что и диаметр D, но не об зательно равен диаметруD.

Внутри сосуда 2 устанавливаетс  зонд-уровнемер 15, который крепитс  в верхней части к патрубку 6, а в нижней части фиксируетс  в гнезде 16 воронкогасител  17, установленного на днище сосуда 2.

Зонд-уровнемер 15 снабжен индикаторами уровн  (не показаны), расположенными по его высоте так, что не менее чем. по одному из них наход тс  на половине рассто ни  h| от верхней

точки сосуда 2 (верхний уровень в сосуде), на уровн х середины высоты верхнего 13 и нижнего 14 цилиндров меньшего диаметра (верхний и нижний уровни в мерном объеме), а также на уровне ниже нижнего торца обечайки 7 (нижний уровень в сосуде). Зонд-уровнемер 15 снабжен также датчиками температуры , а сосуд - датчиками давлени  (не показаны).

Объем внутренней полости обечайки

7между индикаторами уровн , расположенными на середине высоты верхнего 13 и нижнего 14 цилиндров меньшего диаметра,  вл етс  мерным объемом V

и определ етс  с большой точностью в процессе тарировки сосуда 2 совместно с зондом-уровнемером 15 с применением модельной жидкости, например воды.

8верхней части кольцевой полости установлен экран 18 так, что обеспечиваютс  зазоры между экраном и стенкой сосуда 2, а также ме ду экраном

и стенкой вертикальной обечайки 7. Экран 18 закреплен кронштейном 19. Дл  креплени  вертикальной обечайки 7 предусмотрены кронштейны 20. В

верхней части сосуда 2 предусмотрен перфорированный торцовый коллектор 21, соединенный с патрубком 5 дл  подачи в сосуд 2 газа наддува и сброса его из сосуда. Коллектор 21 закреплен кронштейнами 22.

Резервуар работает следующим образом.Через патрубок 4 в сосуд 2 подаетс  криогенна  жидкость.

Ее пары при этом вывод тс  из сосуда 2 через патрубок 5 и трубопровод 10. Заправка контролируетс  по показани м зонда-уровнемера 15 и прекращаетс  при достижении верхнего уровн  в сосуде 2. Закрываютс  клапаны, сообщающие патрубок 5 и, трубопровод 10 с линией газосброса (не показана).

В сосуд 2 через патрубок 5 подаетс  газ наддува до заданного давлени , после чего начинаетс  выда,ча криогенной жидкости из сосуда 2 потребителю .

При помощи зонда-уровнемера 15 фиксирук1тс  моменты прохождени  верхнего и нижнего уровн  в мерном объеме и определ етс  разность времени Air между этими моментами. I При прохождении уровн  жидкости нижнего уровн  в мерном объеме срабатывают клапаны (не показаны), отключающие патрубок 5 от линии подачи газа наддува и подключающие к этой линии, трубопровод 10.

При прохождении нижнего уровн  в сосуде 2 вьщача жидкости потребителю прекращаетс  или переводитс  на вьщачу из резервуаров.

Объемный расход криогенной жидкости , выдаваемой потребителю, определ етс  как частное от делени  мерного объема V на разность времени ДС . По датчикам определ ютс  давление, температура и вычисл етс  удельна  масс криогенной жидкости в сосуде 2. Массовый расход определ етс  как произведение объемного расхода на удельну массу.

Погрешность измерени  расхода жидкости по Показани м зонда-уровнемера тем меньше, чем меньше площадь зеркала жидкости на уровне мерных точек. Поэтому уменьшение диаметра цилиндров меньшего диаметра позвол ет повысить точность измерени  расхода. ОдHako при этом происходит увеличение скорости жидкости и может произойти

увеличение погрешности из-за .возрастани  величины искривлени  зеркала жидкости на уровне мерных точек.

Поэтому выполнение диаметров Dj и D4 меньших цилиндров, равными 0,30 ,5 диаметра D сосуда 2,  вл етс  оптимальным. Превышение этого диапазона вызывает возрастание погрешности из-за увеличени  площади зеркала жидкости, а при меньших значени х погрешность возрастает из-за увеличени  кривизны зеркала жидкости.

При диаметре D,j большего цилиндра 11, равном D и D4 , упрощаетс  форма обечайки 7 (она принимает форму цилиндра), однако при этом уменьшаетс  мерный объем, что может привести к увеличению погрешности. При диаметре D2 больше 0,95 диаметра Dj сосуда чрезмерно возрастает скорость криожидкости и газа в :кольцевой; полости, что может привести к попаданию газовых пузырей в патрубок 4.

Рассто ние hj, на котором размещаетс  перемычка 8 от верхней точки сосуда 2, выбираетс  из услови  обеспечени  необходимого объема газовой подушки и запаса криогенной жидкости дл  достижени  равномерного расхода из сосуда 2 в потребитель.

При величине размера h, менее 0,15 общей высоты сосуда 2 начинает возрастать погрешность измерени  расхода криожидкости вследствие- того, что к моменту прохождени  зеркалом жидкости уровн , соответствующего положению индикатора в верхнем цилиндре меньшего диаметра, не успевает закончитьс  начальный период с переменным расходом жидкости.

При величине размера h| более 0,35 общей высоты сосуда 2 и условии сохранени  посто нной высоты h также увеличиваетс  погрешность измерени  вследст вие того, что уменьшаетс  высота h2 обечайки и, следовательно, величина мерного объема.

Высота hj обечайки 7 выбираетс  из услови  обеспечени  необходимой точности измерени  расхода, а также обеспечени  запаса жидкости дл  окончани  процесса выдачи жидкости из резервуара. При величине высоты hg . менее 0,5 общей высоты ; с ос уда 2 увеличиваетс  погрешность измерени  из-за уменьшени  мерного объема.

При величине высоты hg более 0,75 общей высоты сосуда 2 возникает возможность прохождени  газового пузыр  вместе с потоком жидкости в патрубок 4.

Применение воронкогасител  17, закрепленного на днище сосуда 2, снижает возможность попадани  газового пузыр  в патрубок 4 при низком остаточном уровне жидкости в сосуде 2 .

Кроме указанных причин выделение в сосуде мерного объема обеспечивает снижение погрешности измерени  расхода также вследствие того, что при повышении давлени  внутри сосуда 2 в процессе подачи в него газа наддува обечайка 7, образующа  мерный объем, нагружаетс  одинаково с внутренней и внешней сторон и не деформируетс  при этом, в то врем  как при обычной конструкции сосуда происходит изменение объема сосуда, а следовательно, и мерного объема вследствие деформаций стенок сосуда при повьш1ении давлени 

Выполнение обе«айки 7 и перемычки 8 из материала с температурным коэффициентом линейного расширени  более 3i10 град , позвол ет значительно (на пор док) снизить составл ющую погрешность, обусловленную температурными деформаци ми мерного объема, по сравнению с применением таких обычных дл  криогенных сосудов материалов как нержавеющие стали марок 12Х18Н10Т и 10Х14Г14Н4Т. Эта составл юща  погрешности особенно значительна дл  криогенньк резервуаров и не может быть учтена в процессе тарировки с применением модельной жидкости , например воды.

Трубопровод 10 позвол ет удал ть газы из| кольцевой полости 9 при подаче криожидкости в сосуд 2, а также подавать в кольцевую полость 9 газ наддува дл  вытеснени  из нее жидкости при вьщаче ее потребителю (после сигнала от индикатора нижнего уровн  в мерном объеме).

Экран 18 позвол ет распределить равномерно по кольцевой полости газ наддува, подаваемый по трубопроводу 10, и исключить внедрение потока газа в жидкость в кольцевой полости 9

Резервуар предназначен дл  хранени  и выдачи потребителю криожидкост

Claims (3)

1. РЕЗЕРВУАР ДЛЯ КРИОГЕННОЙ ЖИДКОСТИ, содержащий вакуумируемый кожух, установленный в нем сосуд, размещенную между кожухом и сосудом теплоизоляцию, патрубок заполнения и выдачи криогенной жидкости, патрубок газа наддува и патрубок для установки зонда—уровнемера, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения расхода жидкости за счет выделения мерного объема,, он снабжен вертикальной обечайкой с перемычкой, герметично соединяющей верхнюю часть обечайки со стенками сосуда, при этом между обечайкой и стенками сосуда образована кольцевая полость, сообщающаяся в нижней части с полостью сосуда, а в верхней части - с источником газа наддува и атмосферой посредством трубопровода.

2. Резервуар по п. 1, о т л и чага щ и й с я тем, что вертикальная обечайка выполнена в виде соединенных переходниками трех соосных цилиндров различного диаметра, при этом средний цилиндр выполнен с наибольшим диаметром.

3. Резервуар поп. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что вертикальная обечайка и перемычка выполнены из материала с температурным коэффициентом линейного расширения не более 3Ί0’⁶ град''.