СПОСОБ ЗАПРАВКИ ГАЗОМ БАЛЛОНОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F17C5/00 F17C5/06 

Изобретение относится к космической технике, в частности к заправке шарбаллонов аэростатных оболочек, но также может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для высокоточного определения массы заправленного в баллон газа.

Известен способ заправки емкости с помощью массового дозатора и вытеснительной системы подачи заправляемого компонента в емкость, заключающийся в том, что из дозатора, установленного на высокоточных весах, компонент вытесняется под давлением в заправляемую емкость. По достижении требуемой дозы компонента отсечной клапан автоматически прекращает дальнейшую заправку. Однако этот метод имеет недостаточную точность вследствие очень малой массы газа относительно массы заправляемой емкости.

Известен также, взятый в качестве прототипа, способ заправки газом баллонов высокого давления, включающий подачу газа под давлением в баллон, контроль наполнения баллона в процессе заправки и прекращение подачи газа по достижении заданного параметра газа в баллоне. В данном способе определение массы заправляемого газа рассчитывают по формуле: PV GRT и в процессе подачи осуществляют контроль заполнения баллона по давлению Р и температуре Т. Подачу газа прекращают по достижении заданного давления газа в баллоне. Вес газа определяют теоретически: при известном объеме баллона, газовой постоянной и замеренным в процессе заправки температуре и давлении. Поскольку для определения веса газа требуется замерить несколько физических параметров (давление, температура, объем, газовая постоянная), каждый из которых имеет свою погрешность, этот метод является недостаточно точным.

Технической задачей, решаемой данным изобретением, является повышение точности определения массы заправленного газа.

Для решения данной задачи в известном способе заправки газом баллонов высокого давления, включающем подачу газа под давлением в баллон, контроль наполнения баллона в процессе заправки газом и прекращение подачи газа по достижении заданного параметра газа в баллоне, перед подачей газа в баллон производят его обезвешивание, в процессе заправки контролируют массу поступившего в баллон газа путем его взвешивания и прекращают подачу газа после поступления в баллон заданной массы газа, при этом обезвешивание баллона осуществляют путем его погруже- ния в жидкость, плотность которой обеспечивает нулевую плавучесть баллона, или обезвешивание баллона осуществляют погружением его в жидкость, утапливают его посредством груза, а затем обеспечивают его нулевую плавучесть посредством прикрепленной к баллону компенсационной емкости, из которой вытесняют воду.

Использование приема обезвешивания баллона в процессе заправки его газом позволяет провести однопараметрическое измерение (вес газа), что значительно повышает точность определения массы газа за счет уменьшения погрешности результатов.

На чертеже представлена установка для реализации предлагаемого способа заправки газом баллонов высокого давления. Установка включает в себя ванну 1, наполненную жидкостью (водой), баллон 2, заполняемый взвешиваемым газом, груз 3, закрепленный к баллону 2, компенсационную емкость 4, наполовину наполненную водой и соединенную с баллоном 2, тензодатчик 5, на котором подвешен баллон 2. В состав установки также входят краны 6, 7 и 8 соединенные с емкостью 4 и баллоном 2 гибкими рукавами.

Предлагаемый способ реализован следующим образом.

Баллон 2 подвешивают на тензодатчике 5 и помещают в ванну 1 со специально подобранной жидкостью. Возникающая при этом выталкивающая сила компенсирует вес баллона 2, затем через кран 6 начинают подавать заправляемый газ, по показаниям тензодатчика 5 контролируют процесс заправки. Так как вес баллона 2 компенсирован жидкостью, в которую он погружен, то тензодатчик 5 взвешивает только один газ. Когда необходимое количество газа поступило, кран 6 закрывают, подачу газа прекращают.

Компенсирующая жидкость подбирается из условия:
γ_ж G/V, где γ_ж удельный вес подбираемой жидкости;
G вес баллона;
V объем баллона.

Для большинства сосудов (баллонов), используемых для хранения газов при высоком давлении, удельный вес подбираемой жидкости имеет значение от 1 г/см³ до 0,5 г/см³. Если не удается подобрать жидкость, имеющую удельный вес достаточно близкий к расчетному, то используют обычную воду, а возникающую при этом положительную или отрицательную плавучесть компенсируют грузом 3 и компенсационной емкостью 4 (см. черт.) с водой.

Условия нахождения системы в равновесии (перед заполнением газом) определяется уравнением
F_выт G_гр +G_б + G_ке, (1) где F_выт выталкивающая сила Архимеда;
G_гр вес груз
F_б вес баллона;
G_ке вес компенсационной емкости, при этом
F_выт (V_гр + V_б + V_ке) ˙γ_воды, (2) где V_гр объем груза;
V_б объем баллона;
V_ке объем компенсационной емкости;
γ_воды удельный вес воды.

При подготовке системы к взвешиванию G_гр и G_воды подбирают таким образом, чтобы были выполнены соотношения (1) и (2). Для компенсации неточностей, возникающих при подборе массы груза 3 и, как следствие, возникновение положительной или отрицательной плавучести системы, используется компенсационная емкость 4, назначение которой, заключается в том, что вытесняя из нее воду обеспечивают нулевую плавучесть системы и следовательно полную разгрузку тензодатчика 5.

При решении ряда технических и научных задач требуется высокоточное определение заправленной или образовавшейся в результате химических реакций массы газа, что невозможно ни одним из рассмотренных в качестве аналогов способов. Высокоточное взвешивание достигается компенсационным методом, при котором измерительной системой определяется вес только одного газа, без веса содержащих его баллонов. Проведение однопараметрического измерения (вес газа) обеспечивает малую погрешность результатов.

Сущность изобретения: перед подачей газа в баллон, последний обезвешивают путем его погружения в жидкость, плотность которой обеспечивает нулевую плавучесть баллона или утапливают в жидкости посредством груза и обеспечивают нулевую плавучесть посредством прикрепленной к баллону компенсационной емкости, из которой вытесняют воду, а массу поступившего в баллон газа контролируют путем его взвешивания в процессе заправки. Высокоточное взвешивание обеспечивается за счет того, что измерительной системой определяют только вес газа, без веса содержащих его баллонов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ ЗАПРАВКИ ГАЗОМ БАЛЛОНОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, включающий подачу газа под давлением в баллон, контроль наполнения баллона в процессе заправки и прекращение подачи газа по достижении заданного параметра газа в баллоне, отличающийся тем, что перед подачей газа в баллон производят обезвешивание баллона, в процессе заправки контролируют массу поступившего в баллон газа путем его взвешивания и прекращают подачу газа после поступления в баллон заданной массы газа. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обезвешивание баллона осуществляют путем его погружения в жидкость, плотность которой обеспечивает нулевую плавучесть баллона. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обезвешивание баллона осуществляют погружением его в жидкость, утапливают его посредством груза, а затем обеспечивают его нулевую плавучесть посредством прикрепленной к баллону компенсирующей емкости, из которой вытесняют воду.