SU1700331A1

SU1700331A1 - Reservoir for cryogenic fluid

Info

Publication number: SU1700331A1
Application number: SU894690671A
Authority: SU
Inventors: Александр Васильевич Евсеев; Юрий Алексеевич Христенко
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6541
Priority date: 1989-05-12
Filing date: 1989-05-12
Publication date: 1991-12-23

Abstract

Изобретение относитс к криогенной технике и может быть использовано в резервуарах дл хранени и транспортировани криогенных жидкостей. Цель -расширение функциональных возможностей путем ис6 /4 21 пользовани в сосудах в виде тела вращени , упрощение конструкции и повышение экономичности. Дл этого в сосуде 1 установлен вытеснитель 10, выполненный из двух частей: часть 14 жестко прикреплена к стенке сосуда 1 и перекрывает половину его осевого сечени , а часть 15 установлена с возможностью поворота вокруг оси вращени 9, расположенной в центре сосуда 1, и выполнена по форме, аналогичной неподвижной части 14. Патрубки подвода и отвода рабочей среды расположены по обе стороны от неподвижной части 14. Вытеснитель 10 уравновешен противовесом 11, закрепленным на оси вра ).««&amp; 4 оThe invention relates to cryogenic engineering and can be used in tanks for the storage and transportation of cryogenic liquids. The goal is to enhance the functionality by using 6/4 21 in vessels in the form of a body of revolution, simplifying the design and increasing efficiency. For this purpose, a displacer 10 is installed in vessel 1, made of two parts: part 14 is rigidly attached to the wall of vessel 1 and covers half of its axial section, and part 15 is installed with the possibility of rotation around the axis of rotation 9 located in the center of vessel 1, and similar to the fixed part 14. The supply and discharge connections of the working medium are located on both sides of the fixed part 14. The displacer 10 is balanced by a counterweight 11 mounted on the axis of the turn). "" & 4 o

Description

щени 9, дл прохода которого в неподвижной части 14 выполнена прорезь 21. Вытеснитель 10 снабжен приводом 19. При замене газа в сосуде 1 через патрубок подвода рабочей среды подают замещающий газ, который перемещает подвижную часть9, for the passage of which in the fixed part 14 a slot 21 is made. The displacer 10 is provided with a drive 19. When replacing the gas in the vessel 1, a replacement gas is supplied through the working fluid inlet that moves the movable part

15 и, обтека ее, разбавл ет вытесн емый газ, Смесь газов отводитс через патрубок отвода рабочей среды. В конце движени подвижной части 15 вытеснител 10 процесс замещени газа завершаетс . 2 з.п.ф- лы, 2 ил.15 and, around it, dilutes the gas to be displaced. The mixture of gases is discharged through the branch pipe of the working medium. At the end of the movement of the movable part 15 of the displacer 10, the gas replacement process is completed. 2 hpfla, 2 ill.

Изобретение относитс к криогенной технике, а именно к резервуарам дл хранени и транспортировки криогенных жидкостей , а также может быть использовано при транспортировке и хранении летучих и довитых жидкостей и различных газов.The invention relates to a cryogenic technique, namely to tanks for the storage and transportation of cryogenic liquids, and can also be used in the transportation and storage of volatile and poisonous liquids and various gases.

Цель изобретени - расширение функциональных возможностей путем использовани в сосудах в виде тела вращени , упрощение конструкции и повышение экономичности, кроме того, обеспечение статической балансировки в со судах с горизонтальным , или наклонным расположением оси вращени , а также интенсификаци теплообмена.The purpose of the invention is to expand the functionality by using vessels in the form of a body of rotation, simplifying the design and increasing efficiency, in addition, providing static balancing in vessels with horizontal or inclined rotation axis, as well as intensifying heat transfer.

На фиг. 1 показан резервуар, разрез; на фиг. 2 - разрез по оси резервуара.FIG. 1 shows a reservoir section; in fig. 2 - section along the axis of the tank.

Резервуар содержит сосуд 1, покрытый слоем теплоизол ции 2, с патрубками 3 и 4 подвода и отвода рабочей среды с установленными на них управл ющими клапанами 5 и 6. Внизу к сосуду прикреплен патрубок 7 слива и подачи криогенной жидкости с клапаном 8. Внутри сосуда на оси 9 вращени закреплены подвижный вытеснитель 10 и противовесы 11. Патрубки 3 и 4 имеют выход в коллекторы 12 и 13.The tank contains a vessel 1, covered with a layer of thermal insulation 2, with nozzles 3 and 4 for supplying and discharging the working medium with control valves 5 and 6 mounted on them. Below to the vessel is attached a nozzle 7 for draining and supplying cryogenic liquid with valve 8. Inside the vessel the rotation axis 9 is fixed to the mobile displacer 10 and the counterweights 11. The connections 3 and 4 have an outlet to the collectors 12 and 13.

Вытеснитель 10 выполнен из двух частей , одна из которых 14 жестко прикреплена к стенке сосуда 1 и выполнена перекрывающей половину его осевого сечени , а друга 15 установлена с возможностью поворота вокруг оси 9 вращени , расположенной в центре сосуда 1, и выполнена по форме, аналогичной неподвижной части 14. Коллекторы 12 и 13 расположены по обе стороны от неподвижной части 14 вытеснител 10 и образованы, например, перфорированными листами 16 и 17, прикрепленными по периметру к стенке сосуда 1 и неподвижной части 14 вытеснител 10. Ось 9 установлена на подшипниках 18, на одном из концов оси установлен ротор 19 шагового двигател , приводимый в движение обмотками 20. В неподвижной части 14 вытеснител 10 дл перемещени противовесов 11 имеютс прорези 21. Резервуар оснащен датчиками давлени 22 и 23 и температуры 24 и 25 (фигThe displacer 10 is made of two parts, one of which 14 is rigidly attached to the wall of the vessel 1 and is made half of its axial section, and the other 15 is installed with the possibility of rotation around the axis of rotation 9, located in the center of the vessel 1, and is made in a form similar to fixed parts 14. The collectors 12 and 13 are located on either side of the fixed part 14 of the displacer 10 and are formed, for example, by perforated sheets 16 and 17 attached along the perimeter to the wall of the vessel 1 and the fixed part 14 of the displacer 10. Axis 9 is mounted on bearings 18, a rotor 19 of a stepping motor mounted at one end of the axis, driven by windings 20. In the stationary part 14 of the displacer 10 there are slots 21 for moving the counterweights 11. The tank is equipped with pressure sensors 22 and 23 and temperatures 24 and 25 (FIG.

2). У кромки подвижной части 15 вытеснител 10 закреплен посто нный магнит 26.2). A permanent magnet 26 is fixed at the edge of the movable part 15 of the displacer 10.

На магистрал х отвода газа из полости двигател и полости подшипника установлены клапаны 27 и 28.Valves 27 and 28 are installed on the gas removal lines from the engine cavity and the bearing cavity.

Дл регистрации крайних положений подвижной части 15 вытеснител 10 на перфорированных листах 16 и 17 установлены герметизированные магнитоупрэвл емыеTo register the extreme positions of the movable part 15, the displacer 10 on the perforated sheets 16 and 17 are installed sealed magnetosupplementary

контакты 29 и 30, включающие индикатор положени при приближении посто нной магнита 26. При превышении рабочего давлени срабатывает дренажно-предохрани- тельный клапан 31.contacts 29 and 30, which turn on the position indicator when the magnet 26 approaches. When the operating pressure is exceeded, the drain safety valve 31 is activated.

Рассмотрим работу резервуара над двух примерах, замещение газа в резервуаре и охлаждение резервуара перед заправкой криопродуктом.Consider the operation of the tank on the two examples, the replacement of gas in the tank and the cooling of the tank before filling the cryo-product.

В исходном положении сосуд 1 заполнен . воздухом при давлении окружающей среды. Подвижна часть 15 вытеснител 10 находитс в положении I (фиг. 1), в котором она удерживаетс посто нным магнитом 26, взаимодействующим с материалом перфорированного листа 17 (если он выполнен из магнитом гкого материала) или с закрепленным на листе магнитом гким материалом . Герметизированный контакт 30 замкнут, и в систему управлени выдаетс In the initial position, the vessel 1 is filled. air at ambient pressure. The movable part 15 of the displacer 10 is in position I (Fig. 1), in which it is held by a permanent magnet 26, which interacts with the material of the perforated sheet 17 (if it is made of a soft magnetic material) or with a soft material fixed on the sheet. Sealed contact 30 is closed and a control is issued to the control system.

сигнал о том, что подвижна часть 15 находитс в положении I. Датчики 22 и 23 сигнализируют о нулевом перепаде давлени между ними.a signal that the movable part 15 is in position I. The sensors 22 and 23 signal a zero pressure drop between them.

Дл замещени воздуха в резервуаре на кислород (дл последующей заправки жидким кислородом) открывают клапаны 5, 27, 28, магистрали которых соединены с линией дренажа, затем открывают клапан 6 дл To replace the air in the tank with oxygen (for subsequent filling with liquid oxygen), valves 5, 27, 28 are opened, whose lines are connected to the drain line, then valve 6 is opened for

подачи чистого газообразного кислорода, при этом устанавливают расход кислорода такой, чтобы подвижна часть 15, зафиксированна в положении I посто нным магнитом 26, не сдвигалась с места. Если отрывsupplying pure gaseous oxygen, while setting the oxygen consumption so that the movable part 15, fixed in position I by the permanent magnet 26, does not budge. If the gap

произошел, ее принудительно возвращают в исходное положение, повернув ротор 19 шагового двигател включением соответствующих обмоток 20 статора шагового двигател .occurred, it is forcibly returned to its original position by turning the rotor 19 of the stepper motor by turning on the corresponding windings 20 of the stator of the stepping motor.

Подвижную часть 15 вытеснител 10 удерживают определенное врем в положении I, при этом воздух, наход щийс в полости , образованной между част ми 14 и 15 вытеснител 10, разбавл етс кислородом, и смесь газов через зазоры между частью 15 и стенкой сосуда 1, между част ми 14 и 15 и через прорези 21 отводитс в полость сосуда 1. Врем , необходимое дл достижени требуемой чистоты кислорода в полости между част ми 14 и 15 вытеснител 10, определ етс экспериментально. Газ под избыточным давлением через клапаны 5, 27, 28 отводитс в линию дренажа.The movable part 15 of the displacer 10 holds a certain time in position I, while the air in the cavity formed between parts 14 and 15 of the displacer 10 is diluted with oxygen, and the mixture of gases through the gaps between part 15 and the vessel wall 1 between Mounts 14 and 15 and through the slots 21 are discharged into the cavity of the vessel 1. The time required to achieve the required oxygen purity in the cavity between parts 14 and 15 of the expeller 10 is determined experimentally. The pressurized gas is led through valves 5, 27, 28 to the drain line.

Затем увеличивают расход кислорода через клапан 6 и повышают давление на подвижную часть 15 до отрыва магнита 26 от перфорированного листа 17. Необходимое дл отрыва давление устанавливаетс опытным путем и отслеживаетс датчиками 23 давлени . Под действием перепада давлени подвижна часть 15 перемещаетс в направлении нижней стрелки. При этом поток чистого кислорода продолжает обтекать подвижную часть 15 и разбавл ть воздух в полости между частью 15 и коллектором 12. По достижении частью 15 положени II замыкаетс контакт 29, и в систему управлени выдаетс сигнал о завершении кругового движени подвижной части 15 вытеснител 10. За врем этого движени , кроме замещени газа, в сосуде 1 происходит продувка полости, где размещаетс ротор 19, и полости подшипника 18 через магистрали с клапанами 27 и 28. Окончательно процесс замещени газа в сосуде 1 завершаетс по результатам анализа его состава в магистрали за клапаном 5 или по истечении установленного опытным путем времени . Дл замены газа в патрубке 7 во врем движени части 15 открывают клапан 8. Следует отметить, что при замещении газа в предложенном резервуаре достаточно иметь малые значени давлени газа на входе (в коллекторе 13) пор дка 1,050 кг/см , при этом на выходе (в коллекторе 12) можно поддерживать давление 1,049 кг/см2 и менее , т.е. масса газа на замещение резко снижаетс по сравнению, например, с разбавлением газа в сосуде напуском чистого газа и сбросом смеси газа.Then the flow of oxygen through valve 6 is increased and the pressure on the movable part 15 is increased until the magnet 26 is detached from the perforated sheet 17. The necessary pressure for detachment is established experimentally and monitored by pressure sensors 23. Under the action of the pressure differential, the movable part 15 moves in the direction of the lower arrow. At the same time, the flow of pure oxygen continues to flow around the movable part 15 and dilute the air in the cavity between part 15 and the collector 12. Upon reaching part 15 of position II, contact 29 closes, and a control signal is issued to the control system that the moving part 15 of the displacer 10 is completed. The time of this movement, in addition to replacing the gas, in the vessel 1 is purging the cavity where the rotor 19 is located, and the cavity of the bearing 18 through the lines with valves 27 and 28. Finally, the process of replacing the gas in the vessel 1 is completed based on the results of the analysis and its composition in the pipeline for the valve 5 or after the expiry of the established by empirical time. To replace the gas in the nozzle 7, during the movement of part 15, the valve 8 is opened. It should be noted that when replacing the gas in the proposed reservoir, it is sufficient to have small values of the gas pressure at the inlet (in the collector 13) in the order of 1,050 kg / cm; in the collector 12) a pressure of 1.049 kg / cm2 or less can be maintained, i.e. the mass of gas for substitution decreases sharply compared with, for example, the dilution of gas in a vessel by injecting clean gas and discharging the gas mixture.

Следующий пример эксплуатации резервуара рассмотрим на операци х его охлаждени перед заправкой жидким кислородом.The following example of the operation of a tank will be considered during its cooling operations before filling with liquid oxygen.

Открывают клапан 8 и через патрубок 7 заправл ют небольшую дозу жидкого кислорода , затем клапан 8 закрывают. Жидкий кислород кипит и холодные пары, имеющие границу раздела между теплым газом, постепенно поднимаютс кверху при этом давление в сосуде 1 растет. Датчик температуры 25 фиксирует температуру жидкого кислорода или холодных паров, а датчик 24 - 5 теплого кислорода. Включают обмотки 20 линейного двигател , и ротор 19 приводит в движение подвижную часть 15 вытеснител 10, котора , перемеща сь из одного крайнего положени , например II, в другое, сжима0 ет массу газа между неподвижной 14 и подвижной 15 част ми, и через прорези 21. Поток перетекающего газа омывает стенки сосуда 1 и интенсивно их охлаждает. После дросселировани через зазоры газ турбули5 зуетс и смешиваетс с остальным газом. После того, как часть 15 займет положение I, линейный двигатель включаетс на реверс и часть 15 перемещаетс до положени II. Циклы движений повтор ютс до тех пор.The valve 8 is opened and a small dose of liquid oxygen is charged through the pipe 7, then the valve 8 is closed. Liquid oxygen boils and cold vapors, having a boundary between the warm gas, gradually rise upward while the pressure in the vessel 1 rises. The temperature sensor 25 records the temperature of liquid oxygen or cold vapor, and the sensor 24 - 5 warm oxygen. The windings 20 of the linear motor are turned on, and the rotor 19 drives the movable part 15 of the displacer 10, which, moving from one extreme position, for example II to the other, compresses the mass of gas between the fixed 14 and the movable 15 parts and through the slots 21 The stream of flowing gas washes the walls of vessel 1 and cools them intensively. After throttling through the gaps, the gas is turbulized and mixed with the rest of the gas. After part 15 is in position I, the linear motor is turned on and part 15 is moved to position II. Movement cycles are repeated until then.

0 пока разность регистрируемых датчиками 24 и 25 температур не снизитс до заранее установленного значени или не станет равной нулю. Если в процессе испарени жидкого кислорода давление в сосуде 1 достигает0 until the difference between the temperatures recorded by the sensors 24 and 25 is reduced to a predetermined value or becomes zero. If during the evaporation of liquid oxygen, the pressure in vessel 1 reaches

5 значени выше допустимого, откроетс дре- нажно-предохранительный клапан 31. После того, как разность температур достигнет заданного значени (что ссидетельствует о полном использовании теплоты парообра0 зовани и запас холода), испаренный кислород сбрасывают через патрубок 4, открыв клапан 6. Если после этого температура конструкции не достигла требуемого дл заправки криожидкостью значени , произ5 вод т повторную заправку дозы криожидко- сти через клапан 8, и цикл охлаждени повтор ют.5 values above the permissible value, the drain-safety valve 31 will open. After the temperature difference reaches a predetermined value (which means full use of the heat of steam generation and cold storage), the evaporated oxygen is discharged through the nozzle 4 by opening the valve 6. If after this temperature of the structure did not reach the value required for filling with a cryo-liquid, the dose of the cryo-liquid was recharged through valve 8, and the cooling cycle was repeated.

Таким образом, применение изобретени позвол ет расширить область примене0 ни по конфигурации сосудов, упростить конструкцию резервуара за счет упрощени привода вытеснител , повысить экономичность , так как в режиме замещени газов резко снижаетс расход газа и вытеснительThus, the application of the invention allows to expand the scope of application according to the configuration of vessels, simplify the design of the tank by simplifying the drive of the displacer, increase the economy, as in the mode of gas replacement the gas consumption and displacer decrease dramatically

5 может работать без использовани привода только за счет перепада давлени в полост х сосуда между подвижной и неподвижной част ми вытеснени . Кроме того, предложенна конструкци вытеснител 5 can operate without using a drive only due to the pressure drop in the cavity of the vessel between the movable and stationary parts of the displacement. In addition, the proposed displacer design

0 работоспособна при любом положении оси сосуда за счет снабжени его противовесами , а также позвол ет в режиме охлаждени интенсифицировать теплообмен за счет установки привода.0 is operable at any position of the axis of the vessel by supplying it with counterweights, and also allows, in cooling mode, to intensify heat exchange by installing a drive.

Claims

1. A tank for cryogenic liquid containing a vessel with connecting pipelines for supplying and discharging the working medium and a movable propellant placed inside it with a clearance from the wall, so that, in order to expand its functionality by using vessels in the form of a body of rotation, simplifying the design and increasing efficiency, the displacer is made of two parts, one of which is rigidly attached to the vessel wall and is made half of its axial section, and the other is installed with awn rotation about a rotational axis situated in the center of the vessel, and is formed similar in shape stationary part, wherein the connecting lines for supplying and discharging the working medium located on both

eleven

g

0

side of the fixed part of the propellant.

2. The tank according to claim 1, characterized in that, in order to provide static balancing in vessels with a horizontal or inclined arrangement of the axis of rotation, the tank is provided with a counterweight fixed to the axis of rotation, and a slit for passage of the counterweight is made on the fixed part of the displacer.

3. Reserve Pop. 1. distinguishing, in order to intensify heat exchange, the displacer is equipped with a drive, for example, a stepper motor.

13