КРИОГЕННЫЙ ТРУБОПРОВОД Российский патент 2023 года по МПК F17D1/08 F17C13/00 F16L59/65 

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к криогенным трубопроводам с охлаждаемым экраном и суперизоляцией, и может быть использовано в устройствах, обеспечивающих транспортировку и хранение жидкого водорода и гелия.

Известен криогенный трубопровод, содержащий вакуумный кожух, внутреннюю трубку, радиационный экран, установленный коаксиально внутренней трубки и выполненный в виде трубы, на которую методом сварки или пайки закреплены две симметрично установленные трубки для охлаждающей среды и нанесена суперизоляцияи и опора в виде стержней, соединяющих с одной стороны экран с внутренней трубкой, а с другой стороны экран - с вакуумным кожухом. (см. патент СВ 1413214) Основными недостатками криогенного трубопровода являются:

- большой вес радиационного экрана, что требует для обеспечения малых теплопритоков применения длинных стержней с малым поперечным сечением и, как следствие, приводит к существенному увеличению габаритов экрана и вакуумного кожуха;

- отслоению трубок для охлаждающей среды от трубы экрана, обусловленные возникновением температурных деформаций в конструкции радиационного экрана в процессе его захолаживания или отогрева и в итоге к снижению его эффективности.

Известен криогенный трубопровод, содержащий вакуумный кожух, с установленной с помощью гибкой проволоки внутренней трубой, охлаждающий экран, выполненный в виде охлаждающей трубки и теплоотражательного экрана, и суперизоляцию. (см. Патент Великобритании N9 1451093, кл. F16L? 59/14)

Недостатком этого криогенного трубопровода является низкая надежность конструкция подвески внутренней трубы и экрана. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является криогенный трубопровод, содержащий вакуумный кожух, с установленной внутренней трубкой, охлаждающую трубку, находящуюся в тепловом контакте с высокотеплопроводным теплоотражательным экраном, суперизоляцию, образующую по обе стороны экрана внутренний и наружный слой, незамкнутые кольца с держателями, опирающимися на внутреннюю трубку через суперизоляцию внутреннего слоя, и стяжные хомуты с опорами, концы которых опираются на внутреннюю стенку вакуумного кожуха (см. Патент RU 2042875).

Указанный криогенный трубопровод имеет следующие недостатки:

- неравномерность температурного поля экрана;

- затруднительность при вакуумировании межстенного пространства;

- неоптимальное расположение опор;

повышенный гидравлический перепад в охлаждающей трубке при большой длине трубопровода;

- возможность механического сжатия экраном внутреннего слоя суперизоляции.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы экрана. Поставленная цель достигается тем, что в криогенном трубопроводе, содержащим вакуумный кожух, с установленной внутренней трубкой, охлаждающую трубку, находящуюся в тепловом контакте с высокотеплопроводным теплоотражательным экраном, суперизоляцию, образующую по обе стороны экрана внутренний и наружный слой, незамкнутые кольца с держателями, опирающимися на внутреннюю трубку через суперизоляцию внутреннего слоя, и стяжные хомуты с опорами, концы которых опираются на внутреннюю стенку вакуумного кожуха, незамкнутые кольца с держателями и стяжные хомуты с опорами в зависимости от нагрузки конструкции внутренней трубки с теплоотражательным эраном смонтированы по длине вакуумного кожуха с шагом от 0,5 м до 2 м, а экран снабжен дополнительной охлаждающей трубкой, при этом обе охлаждающие трубки установлены симметрично между незамкнутыми кольцами с держателями и стяжными хомутами с опорами, а кроме того экран, находящийся в тепловом контакте с обеими охлаждающими трубками, выполнен с зазором относительно внутреннего слоя суперизоляции.

На фиг.1 схематически изображен криогенный трубопровод, на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Криогенный трубопровод содержит внутреннюю трубку 1,на которой размещен внутренний слой 2 суперизоляции. Поверх внутреннего слоя 2 суперизоляции установлены незамкнутые кольца 3, снабженные держателями 4, обеспечивающими радиальную фиксацию незамкнутых колец 3 относительно внутренней трубки 1. Ha незамкнутые кольца 3 симметрично установлены охлаждающая трубка 5 и дополнительная охлаждающая трубка 6, находящиеся в тепловом контакте с высокотеплопроводным теплоотражательным экраном 7, выполненным, например, из медной фольги, что, во-первых, снижает гидравлическое сопротивление охлаждающей среды, протекающей по охлаждающим трубкам 5 и 6, во-вторых, обеспечивает равномерную по всей поверхности температуру экрана 7, близкую к температуре охлаждающей среды, а кроме того экран 7 выполнен с зазором относительно внутреннего слоя 2 суперизоляции, что устраняет непосредственный тепловой контакт между ними и улучшает условия при ваккуумировании внутреннего объема криогенного трубопровода. На экран 7 нанесен наружный слой 8 суперизоляции, а поверх ее в местах размещения незамкнутых колец 3 с держателями 4 установлены стяжные хомуты 9 с опорами 10, которые воспринимают весовую нагрузку от всей конструкции внутренней трубки 1 и передают ее на вакуумный кожух 11, обеспечивая при этом свободное перемещение внутренней трубки 1 относительно вакуумного кожуха 11 в продольном направлении, при этом незамкнутые кольца 3 с держателями 4 и стяжные хомуты 9 с опорами 10 в зависимости от нагрузки конструкции внутренней трубки 1 смонтированы по длине вакуумного кожуха с шагом от 0,5 м до 2 м.

Работа криогенного трубопровода происходит следующим образом. В предлагаемой конструкции криогенного трубопровода для достижения теплопритока на уровне 0,1 - 0,3 Вт/м от вакуумного кожуха 11 к внутренней трубке 1, по которой, например, движется жидкий гелий с температурой 4,2 K - 4,5 K, выполнен высокотеплопроводный теплоотражательный экран 7, который расположен между двумя слоями 2 и 8 суперизоляции и эффективность которого достигается за счет организации плотного теплового контакта с теплоотводящей средой, например, с жидким азотом, протекающим по охлаждающим трубкам 5 и 6, при этом обе охлаждающие трубки 5 и 6 установлены симметрично между незамкнутыми кольцами 3 с держателями 4 и стяжными хомутами 9 с опорами 10, которые воспринимают весовую нагрузку от всей конструкции внутренней трубки 1 и передают ее на вакуумный кожух 11, обеспечивая при этом свободное перемещение внутренней трубки 1 относительно вакуумного кожуха 11 в продольном направлении, при этом незамкнутые кольца 3 с держателями 4 и стяжные хомуты 9 с опорами 10 смонтированы в зависимости от нагрузки конструкции внутренней трубки 1 по длине вакуумного кожуха с шагом от 0,5 м до 2 м. В тоже время организации плотного теплового контакта экрана 7, выполненного, например, из медной фольги, с теплоотводящей средой - жидким азотом, протекающим по охлаждающим трубкам 5 и 6, гарантирует равномерную температуру по всей поверхности экрана 7, близкую к температуре жидкого азота, обеспечивает эффективный теплоотвод от наружного слоя 8 суперизоляции, через которую к экрану 7 передается тепловой поток от вакуумного кожуха 11 и который отводится от экрана 7 за счет его высокой теплопроводности в зону контакта с охлаждающими трубками 5 и 6, а кроме того устраняется механическое сжатие экраном 7 внутреннего слоя 2 суперизоляции, что сохраняет ее высокую эффективность в температурном интервале от 80 K до 4,2 K - 4,5 K и улучшает условия при ваккуумировании внутреннего объема криогенного трубопровода.

Как видно из описания устройства и работы предлагаемое техническое решение позволяет повысить эффективность тепловой защиты криогенного трубопровода.

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к криогенным трубопроводам с охлаждаемым экраном и суперизоляцией, и может быть использовано в устройствах, обеспечивающих транспортировку и хранение жидкого водорода и гелия. Криогенный трубопровод содержит вакуумный кожух с установленной внутренней трубкой, охлаждающую трубку, находящуюся в тепловом контакте с высокотеплопроводным теплоотражательным экраном, суперизоляцию, образующую по обе стороны экрана внутренний и наружный слои, незамкнутые кольца с держателями, опирающимися на внутреннюю трубку через суперизоляцию внутреннего слоя, и стяжные хомуты с опорами, концы которых опираются на внутреннюю стенку вакуумного кожуха. Незамкнутое кольцо с держателями и стяжной хомут с опорами смонтированы по длине внутренней трубы с шагом от 0,5 м до 2 м. Охлаждаемый экран снабжен дополнительной охлаждающей трубкой. Обе охлаждающие трубки установлены симметрично между незамкнутыми кольцами с держателями и стяжными хомутами с опорами. Экран, находящийся в тепловом контакте с обеими охлаждающими трубками, выполнен с зазором относительно внутреннего слоя суперизоляции. Изобретение позволяет повысить эффективность тепловой защиты криогенного трубопровода. 2 ил.

Криогенный трубопровод, содержащий вакуумный кожух с установленной внутренней трубкой, охлаждающую трубку, находящуюся в тепловом контакте с высокотеплопроводным теплоотражательным экраном, суперизоляцию, образующую по обе стороны экрана внутренний и наружный слои, незамкнутые кольца с держателями, опирающимися на внутреннюю трубку через суперизоляцию внутреннего слоя, и стяжные хомуты с опорами, концы которых опираются на внутреннюю стенку вакуумного кожуха, отличающийся тем, что незамкнутые кольца с держателями и стяжные хомуты с опорами в зависимости от нагрузки конструкции внутренней трубки с теплоотражательным экраном смонтированы по длине вакуумного кожуха с шагом от 0,5 м до 2 м, а экран снабжен дополнительной охлаждающей трубкой, при этом обе охлаждающие трубки установлены симметрично между незамкнутыми кольцами с держателями и стяжными хомутами с опорами, а, кроме того, экран, находящийся в тепловом контакте с обеими охлаждающими трубками, выполнен с зазором относительно внутреннего слоя суперизоляции.