СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТА ОБОРУДОВАНИЯ К СТЕНКЕ И СООТВЕТСТВУЮЩЕМУ РЕЗЕРВУАРУ Российский патент 2015 года по МПК F17C13/04 

Настоящее изобретение относится к способу крепления устройства к стенке и к соответствующему резервуару.

Изобретение относится, в частности, к способу крепления устройства к внутренней поверхности стенки трубы или резервуара для криогенной текучей среды и, в частности, резервуара, предназначенного для содержания жидкого кислорода.

Конкретнее, изобретение может относиться к основанной на приклеивании системе крепления для установки устройств внутри криогенного резервуара, содержащего или способного содержать жидкий кислород или воздух. Такой резервуар может, например, образовывать часть пускового устройства или любого другого хранилища жидкого кислорода или системы транспортировки. Закрепляемое в резервуаре устройство может представлять собой, например, одно или более измерительных устройств (такое как термометр или уровнемер и т.д.), трубопровод, отражатель или любое другое устройство для отслеживания или измерения смещения текучих сред внутри резервуара.

Изобретение может, в частности, использоваться для установки в резервуаре отражающей стенки, такой, как описано в документах FR2919852 или FR2941678.

Изобретение также может применяться в устройствах, установленных на любой системе, которая может подвергаться воздействию жидкого кислорода или воздуха, такой как трубы для криогенных текучих сред.

Известны технологии для крепления к стенкам криогенных контейнеров и труб путем механического крепления путем сварки/пайки и путем приклеивания. В зависимости от геометрии стенки, крепление путем механического крепления может требовать преобразований указанной стенки (например, сверления отверстий, добавление опоры и т.д.) и ухудшения ее свойств, таких как герметичность уплотнения, механическая прочность или вес. Крепление путем сварки применимо только к некоторым подобранным в пары материалам и часто требует преобразования геометрии стенки, в особенности, если последняя имеет небольшую толщину. Высокие температуры, которые требуются, могут приводить к ухудшению свойств материалов. Крепление с помощью приклеивания является, в общем, более универсальным, чем предыдущие технологии. Оно может использоваться для соединения большого количества однородных или разнородных материалов, и его применение является относительно простым. Оно не требует какого-либо преобразования геометрии стенки.

Далее, ограничения, связанные с повышением хрупкости материалов при низкой температуре и с различным тепловым сжатием между клеем и приклеиваемыми материалами, делают выбор клея особенно важным для криогенных применений. Некоторые клеи, в частности, некоторые эпоксидные смолы, силиконы и уретаны, известны своими применениями в криогенике. Однако эти клеи химически несовместимы с мощными окислителями, такими как жидкий кислород, что приводит к значительному риску возгорания при применении дополнительной энергии, такой как механическое воздействие или электростатический разряд.

Большинство пластиковых материалов и адгезивов, используемых для установки устройств в резервуарах, представляют проблемы безопасности, так как эти материалы склонны к образованию огня, когда они подвергаются воздействию мощного окислителя, такого как жидкий кислород. Приклеивание устройств внутри резервуара с жидким кислородом требует тщательного выбора используемых материалов и установочной структуры.

Одна цель настоящего изобретения заключается в преодолении всех или некоторых недостатков известного уровня техники, отмеченного выше.

С этой целью способ согласно изобретению, также соответствующий общему определению, данному ему вышеуказанной преамбулой, по существу отличается тем, что между стенкой и устройством помещается слой пористого материала.

Кроме того, варианты выполнения изобретения могут содержать одну или более следующих характеристик:

- слой пористого материала прикрепляют к стенке, далее устройство прикрепляют к слою пористого материала,

- устройство прикрепляют к слою пористого материала, далее слой пористого материала прикрепляют к стенке,

- слой пористого материала имеет первую поверхность, которую прикрепляют к стенке, и вторую поверхность, к которой прикрепляют устройство,

- слой пористого материала прикрепляют к стенке резервуара путем приклеивания,

- слой пористого материала прикрепляют к стенке резервуара путем приклеивания посредством неорганической смолы, такой как водный раствор силиката натрия и/или водный раствор силиката калия,

- слой пористого материала содержит или состоит из по меньшей мере одного из следующих материалов: вспененный изоляционный пластик, вспененный полимер, вспененный политетрафторэтилен (PTFE), филаментный или спеченный политетрафторэтилен (PTFE),

- устройство содержит по меньшей мере одно из: трубный элемент, отражающая стенка, измерительное устройство, такое как датчик температуры, или датчик уровня, или датчик давления, структурный элемент, такой как опора или элемент усиления,

- поверхность устройства, прикрепленная к слою пористого материала, состоит из по меньшей мере одного из следующих материалов: металлический материал, керамика, полимер, стекловидный материал, кристаллический материал,

- устройство прикрепляют к слою пористого материала путем приклеивания посредством смолы, такой как неорганическая смола,

- поверхность устройства, прикрепленная к слою пористого материала, содержит пленку или слой ткани, содержащий изоляционный полимер, такой как фторполимер, в частности политетрафторэтилен (TEFLON®), причем пленку или слой прикрепляют к слою пористого материала путем термической сварки,

- слой пористого материала образует структурную опору (предпочтительно единственную структурную опору) для устройства.

Изобретение также относится к резервуару или трубе, в частности, для жидкого кислорода, получаемым согласно данному способу и их использованию.

Изобретение относится, в частности, к резервуару для криогенной текучей среды, содержащему емкость для хранения текучей среды, ограниченную стенкой, и устройство, прикрепленное к поверхности указанной стенки, образующей внутреннюю поверхность резервуара, отличающемуся тем, что устройство прикреплено к стенке опосредованно с помощью слоя пористого материала, помещенного между стенкой и устройством.

Изобретение также относится к устройству для космических запусков, содержащему резервуар.

Изобретение также может относиться к любому альтернативному устройству или способу, содержащему любую совокупность вышеуказанных или нижеуказанных характеристик.

Изобретение относится, в частности, к креплению для устройства, которое использует соединение промежуточного слоя пористого материала, изготовленного из вспененного PTFE, приклеенного с помощью неорганического клея. Вопреки всем ожиданиям, это крепление обеспечивает механическую прочность для устройства на стенке и является совместимым со средой жидкого кислорода.

Другие особые отличительные особенности и преимущества станут ясны из изучения следующего далее описания, представленного со ссылкой на фигуры, на которых:

- фиг.1 представляет схематическое и местное поперечное сечение первого примерного крепления устройства к стенке резервуара согласно изобретению,

- фиг.2 представляет схематическое и местное поперечное сечение второго примерного крепления устройства к стенке резервуара согласно изобретению.

На фиг.1 система крепления содержит две поверхности, которые должны прикрепляться друг к другу: с одной стороны, стенка 1 резервуара (или трубы, или любого другого контейнера) и, с другой стороны, поверхность устройства 4.

Согласно предпочтительной отличительной особенности, слой 3 пористого материала вставляется между двумя соединяемыми элементами 1, 4.

Предпочтительно, слой 3 пористого материала прикрепляется к стенке 1 путем приклеивания неорганической смолой 2. Подобным образом, предпочтительно, устройство 4 прикрепляется к слою 3 пористого материала путем приклеивания неорганической смолой 2.

Пористый материал слоя 3, таким образом, делает возможным рассеивание паров, возникающих от испарения раствора, присутствующего в приклеивающей смоле 2.

Используемая неорганическая смола 2 может быть, например, основана на водном растворе силикатов натрия или, возможно, силикатов калия.

Пористый материал, образующий слой 3, предпочтительно представляет собой вспененный PTFE.

Этот пористый материал 3 предпочтительно приклеивается к прикрепленной стенке 1 с использованием слоя 2 неорганической смолы.

Прикрепляемая поверхность устройства 4 может быть металлической, керамической, полимерной, стекловидной или кристаллической. Как представлено на фиг.1, эта поверхность может приклеиваться к пористому материалу 3 с использованием слоя неорганической смолы 2.

Альтернативно, и как частично представлено на фиг.2, устройство (которое не представлено на фиг.2) может содержать пленку 5 или ткань, покрытую фторполимером. Эта поверхность, содержащая эту пленку 5 (или ткань, или любой другой совместимый материал), может термически привариваться непосредственно на слой 3 пористого материала, изготовленного из вспененного PTFE. Другими словами, устройство 4 прикрепляется к слою 3 пористого материала до того, как этот слой 3 пористого материала приклеивается к прикрепляемой стенке 1.

Предпочтительно, соединяющая структура использует только материалы, которые были продемонстрированы, совместимые с жидким кислородом под действием механического воздействия согласно французскому стандарту NF EN 1797.

Слой 3 пористого материала имеет, например, толщину между 3 и 20 мм и предпочтительно между 6 и 10 мм.

Подобным образом, приклеивающий слой или слои 2 смолы имеют, например, толщину между 0,01 мм и 5 мм и, конкретнее, между 0,1 мм и 1 мм.

В дополнение к простой и недорогой структуре изобретение обеспечивает надежное, жесткое и полностью безопасное крепление, в частности, когда система крепления подвергается воздействию среды, содержащей высокое отношение жидкого и/или газообразного кислорода.

Изобретение относится к способу крепления элемента оборудования (4) к внутренней поверхности стенки (1) трубопровода или резервуара для криогенной текучей среды и, в частности, резервуара, предназначенного для содержания жидкого кислорода. Способ состоит в том, что между стенкой (1) и устройством (4) помещают слой (3) пористого материала. Изобретение также относится к резервуару для жидкого кислорода, содержащему устройство (4,) прикрепленное к стенке (1) резервуара по указанному способу. Использование изобретения приводит к упрощению крепления устройств без преобразования геометрии стенки. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ крепления устройства (4) на внутренней поверхности стенки (1) трубы с жидким кислородом или криогенного резервуара, предназначенного для содержания жидкого кислорода, причем устройство содержит по меньшей мере одно из следующего: трубный элемент, отражающая стенка, измерительное устройство, такое как датчик температуры, или датчик уровня, или датчик давления, или структурный элемент, выбранный из опоры или элемента усиления, отличающийся тем, что между стенкой (1) и устройством (4) помещают слой (3) пористого материала, причем устройство (4) прикрепляют к стенке (1) опосредованно с помощью слоя (3) пористого материала, причем слой (3) пористого материала содержит или состоит из по меньшей мере одного из следующих материалов: вспененный политетрафторэтилен (PTFE) или филаментный или спеченный политетрафторэтилен (PTFE), причем слой (3) пористого материала прикрепляют к стенке (1) путем приклеивания посредством неорганической смолы, такой как водный раствор силиката натрия и/или водный раствор силиката калия, и при этом устройство (4) прикрепляют к слою (3) пористого материала путем приклеивания посредством неорганической смолы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой (3) пористого материала прикрепляют к стенке (1) и затем устройство (4) прикрепляют к слою (3) пористого материала.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что устройство (4) прикрепляют к слою (3) пористого материала и затем слой (3) пористого материала прикрепляют к стенке (1).

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что слой (3) пористого материала имеет первую поверхность, которую прикрепляют к стенке (1), и вторую поверхность, к которой прикрепляют устройство (4).

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поверхность устройства (4), прикрепленная к слою (3) пористого материала, состоит из по меньшей мере одного из следующих материалов: металлический материал, керамика, полимер, стекловидный материал, кристаллический материал.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что крепление путем приклеивания образует приклеивающий слой (2), имеющий толщину между 0,01 мм и 5 мм и предпочтительно между 0,1 мм и 1 мм.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поверхность устройства (4), прикрепленная к слою (3) пористого материала, содержит пленку (5) или слой ткани, содержащий изоляционный полимер, такой как фторполимер, в частности политетрафторэтилен, причем пленку (5) или этот слой прикрепляют к слою (3) пористого материала путем термической сварки.

8. Резервуар для жидкого кислорода, содержащий емкость для хранения текучей среды, ограниченную стенкой (1), и устройство (4), прикрепленное к поверхности указанной стенки (1), образующей внутреннюю поверхность резервуара, причем устройство (4) содержит по меньшей мере одно из следующего: трубный элемент, отражающая стенка, измерительное устройство, такое как датчик температуры, или датчик уровня, или датчик давления, или структурный элемент, выбранный из опоры или элемента усиления, отличающийся тем, что устройство (4) прикреплено к стенке (1) опосредованно с помощью слоя (3) пористого материала, помещенного между стенкой (1) и устройством (4), причем слой (3) пористого материала содержит или состоит из по меньшей мере одного из следующих материалов: вспененный политетрафторэтилен (PTFE) или филаментный или спеченный политетрафторэтилен (PTFE), и слой (3) пористого материала прикреплен к стенке (1) путем приклеивания посредством неорганической смолы, такой как водный раствор силиката натрия и/или водный раствор силиката калия, при этом устройство (4) прикреплено к слою (3) пористого материала путем приклеивания посредством неорганической смолы.

9. Резервуар по п. 8, отличающийся тем, что слой (3) пористого материала является гибким.

10. Резервуар по п. 8 или 9, отличающийся тем, что слой (3) пористого материала имеет толщину предпочтительно между 2 и 20 мм или между 3 и 20 мм, или между 2 и 10 мм и еще более предпочтительно между 2 и 3 мм.

11. Резервуар по п. 8, отличающийся тем, что устройство (4) установлено и механически прикреплено к стенке (1) только с помощью промежуточного слоя (3) пористого материала.

12. Резервуар по п. 8, отличающийся тем, что устройство (4) прикреплено к стенке (1) с помощью промежуточного слоя (3) пористого материала.

13. Устройство для космических запусков, содержащее резервуар для жидкого кислорода по любому из пп. 8-12.