РЕЗЕРВУАР ДЛЯ СТАЦИОНАРНОГО ХРАНЕНИЯ КРИОГЕННЫХ ТЕКУЧИХ СРЕД Российский патент 2024 года по МПК F17C5/02 F17C1/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к резервуарам для хранения криогенных текучих сред, например, сжиженного природного газа, выполненный в виде полой емкости, имеющей стенки.

Уровень техники

В настоящее время существует множество резервуаров для стационарного хранения криогенных текучих сред. Так известен из уровня техники резервуар для стационарного хранения криогенных текучих, выполненный в виде полой емкости, имеющей стенки, см. описание патента РФ №2379577, опубликован в 2010 г.

Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению и взято за прототип. Таким образом, предлагаемое в данном описании устройство будет описано в терминах отличий от прототипа.

Недостатком прототипа является то, что стенки емкости выполнены из металла. Это приводит к тому, что резервуар имеет избыточный вес. Кроме того, обеспечение его герметичности является сложной, трудоёмкой, дорогой задачей. Еще недостатком является то, что сопряжение металлического контейнера и теплоизоляции обладает большим различием в коэффициентах термического линейного расширения. Поэтому применяются сложные решения, компенсирующие разницу теплового «дыхания» различных слоёв конструкций.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить резервуар для стационарного хранения криогенных текучих сред, выполненный в виде полой емкости, имеющей стенки, позволяющую обеспечить возможность создания легкого и прочного резервуара для хранения криогенных текучих сред, в котором не используется металлическая или металлизированная газонепроницаемая мембрана, что и является поставленной технический задачей.

Для достижения этой цели, стенки емкости имеют основные ребра жёсткости, расположенные по всей внутренней поверхности емкости, и дополнительные ребра жёсткости, расположенные также по всей внутренней поверхности емкости между основными ребрами жёсткости, при этом дополнительные ребра жёсткости имеют меньший размер, чем основные ребра жёсткости, и все ребра жёсткости образуют силовую ячеистую структуру стенок ёмкости, кроме того стенки и все ребра жёсткости выполнены из композитного материала, представляющего собой структуру из неорганического волокна, или текстильных материалов из такого волокна, пропитанную застывающим связующим, при этом ёмкость покрыта теплоизолирующей оболочкой, устанавливаемой клеевым способом.

Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность создания резервуара без металлических частей. Так как во всех известных решениях есть внутренний металлический контейнер (барьер), выполняющий функцию газонепроницаемой мембраны, и обеспечение его герметичности является сложной, трудоёмкой, дорогой задачей, то важным преимуществом предлагаемого решения является то, что такой проблемы просто нет. Композитная мембрана сразу покрыта слоем теплоизоляции.

Вторая сложность всех существующих решений - это сопряжение металлического контейнера и теплоизоляции. Они обладают большим различием в коэффициентах термического линейного расширения. Поэтому применяются сложные решения, компенсирующие разницу теплового «дыхания» различных слоёв конструкций. В нашем случае разница КТЛР очень мала и компенсируется пластичностью, наклеенного слоя теплоизоляционной пены.

При этом прочность резервуара обеспечивается указанными ребрами жесткости. Поверхности резервуара воспринимают статическую нагрузку от хранимых сжиженных газов, от давления их паров на грани ёмкости, от монтажных и транспортных нагрузок, от веса самой ёмкости.

С точки зрения техники существенно, что впервые предлагается резервуар из композитного материала, который обеспечивает газовую непроницаемость. Это позволяет создавать ёмкости без металлических внутренних газонепроницаемых оболочек. Это кардинально упрощает их конструкцию, облегчает и удешевляет.

Существует возможный вариант изобретения, в котором в качестве композитного материала ёмкости используется материал на базе углеволокна.

Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность конкретного варианта изготовления резервуара на базе углеволокна. За счет того, что углеродное волокно - материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 5 до 10 мкм, образованных преимущественно атомами углерода, а атомы углерода объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно друг другу; выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение. Углеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низким удельным весом, низким коэффициентом температурного расширения и химической инертностью.

Существует еще один возможный вариант изобретения, в котором в качестве композитного материала ёмкости используется композитный материал на базе стекловолокна.

Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность конкретного варианта изготовления резервуара на базе стекловолокна. Стекловолокно обладает примерно сопоставимыми механическими свойствами с другими волокнами, такими как полимеры и углеродное волокно. Хотя и не такое жесткое, как углеродное волокно, оно намного дешевле при использовании в композитах. Армированные стекловолокном композиты используются в морской промышленности и трубопроводной промышленности из-за хорошей устойчивости к окружающей среде, лучшей устойчивости к повреждениям при ударной нагрузке, высокой удельной прочности и жесткости.

Существует и такой возможный вариант изобретения, в котором в качестве застывающего связующего выбрана эпоксидная смола.

Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность конкретного варианта застывающего связующего. При этом углеволокно и эпоксидная смола образуют углепластик, который используется как конструктивный материал в различных областях: от авиастроения до автостроения, а композит на основе эпоксидных смол используется в крепёжных болтах ракет класса земля-космос, что подчеркивает прочность соединения.

Существует и другой возможный вариант изобретения, в котором в качестве застывающего связующего выбрана полиэфирная смола.

Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность конкретного варианта застывающего связующего, такого как полиэфирная смола, которая в целом дешевле эпоксидной.

Наконец, существует и другой возможный вариант изобретения, в котором стенки и все ребра жёсткости выполнены из композитного материала способом вакуумной инфузии и/или пултрузии.

Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность конкретного варианта реализации изобретения.

Таким образом, предлагается резервуар для стационарного хранения криогенных текучих сред из композитного материала на базе углеволокна, стекловолокна или других волокон, не имеющим металлических или металлизированных газонепроницаемых барьеров, с тепло-изолирующей оболочкой из теплоизолирующего(их) материала(ов), например: пенополиуретана, устанавливаемого клеевым способом, без сварочных и механических способов крепления, без металлических технологических элементов, остающихся в конструкции, после изготовления. Также он не имеет в конструкции бетонных или стальных каркасных и оболочечных строительных элементов.

Предлагаемый резервуар по сравнению с существующими конструкциями:

• не подвержен коррозии;

• может быть сконструирован и изготовлен на избыточное давление до 10 Bar и более;

• легче;

• быстрее в строительстве (может собираться на месте эксплуатации из элементов полной заводской готовности);

• дешевле.

Краткое описание чертежей

Другие отличительные признаки и преимущества данного изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:

- фигура 1 изображает внешний внутренней части резервуара для стационарного хранения криогенных текучих сред, согласно изобретению,

- фигура 2 изображает разрез стенки емкости резервуара для стационарного хранения криогенных текучих сред, согласно изобретению.

На фигурах обозначены:

1 - стенки,

2 - основные ребра жёсткости,

3 - дополнительные ребра жёсткости,

4 - композитная оболочка,

5 - теплоизолирующая оболочка

6 - клеевой слой,

7 - слой с поверхностной защитой.

Согласно фигурам резервуар для стационарного хранения криогенных текучих сред, выполненный в виде полой емкости, имеет стенки 1 емкости, которые имеют основные ребра жёсткости 2, расположенные по всей внутренней поверхности емкости, и дополнительные ребра жёсткости 3, расположенные также по всей внутренней поверхности емкости между основными ребрами жёсткости.

Дополнительные ребра жёсткости 3 имеют меньший размер, чем основные ребра жёсткости 2. Все ребра жёсткости образуют силовую ячеистую структуру стенок ёмкости. Стенки и все ребра жёсткости выполнены из композитного материала 4, представляющего собой структуру из волокон, пропитанную застывающим связующим. В качестве композитного материала ёмкости преимущественно используется материал на базе углеволокна или стекловолокна. Но может быть также использоваться композит на базе базальтового или иного волокна.

В общем ёмкость покрыта теплоизолирующей оболочкой 5, устанавливаемой клеевым способом. В качестве застывающего связующего может быть выбрана эпоксидная смола или полиэфирная смола.

Размеры рёбер 2 и 3 и расстояния между ними определяются математическим моделированием сил, влияющих на ёмкость на протяжении её жизненного цикла.

Теплоизолирующая оболочка представляет собой сплошной, без зазоров, слой наклеенной на поверхность ёмкости теплоизоляции. Толщина слоя теплоизоляции определяется математическим теплофизическим моделированием хранения в ёмкости криогенной текучей среды.

Осуществление изобретения

Резервуар для стационарного хранения криогенных текучих сред работает стандартным образом, также, как и другие резервуары.

Промышленная применимость

Резервуар для стационарного хранения криогенных текучих сред может быть осуществлен специалистом на практике и при осуществлении обеспечивают реализацию заявленного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.

В соответствии с предложенным изобретением были проведены расчеты прочности резервуара для стационарного хранения криогенных текучих сред.

Расчеты показали, что он:

- позволяет варьировать толщины стенки ёмкости и размеры рёбер жёсткости получая при этом возможность хранения любого объёма криогенной текучей среды при любом избыточном давлении.

Таким образом и достигается заявленный технический результат: создание легкого и прочного резервуара для хранения криогенных текучих сред, в котором не используется металлическая или металлизированная газонепроницаемая мембрана.

Изобретение относится к резервуару для хранения криогенных текучих сред, например сжиженного природного газа, выполненному в виде полой емкости, имеющей стенки. Согласно изобретению стенки емкости имеют основные ребра жёсткости, расположенные по всей внутренней поверхности емкости, и дополнительные ребра жёсткости, расположенные также по всей внутренней поверхности емкости между основными ребрами жёсткости, при этом дополнительные ребра жёсткости имеют меньший размер, чем основные ребра жёсткости, и все ребра жёсткости образуют силовую ячеистую структуру стенок ёмкости. Стенки и все ребра жёсткости выполнены из композитного материала, представляющего собой структуру из неорганического волокна, или текстильных материалов из такого волокна, пропитанную застывающим связующим. Ёмкость покрыта теплоизолирующей оболочкой, устанавливаемой клеевым способом. Достигаемый технический результат - создание легкого и прочного резервуара для хранения криогенных текучих сред, в котором не используется металлическая или металлизированная газонепроницаемая мембрана. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Резервуар для стационарного хранения криогенных текучих сред, выполненный в виде полой емкости, имеющей стенки, отличающийся тем, что стенки емкости имеют основные ребра жёсткости, расположенные по всей внутренней поверхности емкости, и дополнительные ребра жёсткости, расположенные также по всей внутренней поверхности емкости между основными ребрами жёсткости, при этом дополнительные ребра жёсткости имеют меньший размер, чем основные ребра жёсткости, и все ребра жёсткости образуют силовую ячеистую структуру стенок ёмкости, кроме того, стенки и все ребра жёсткости выполнены из композитного материала, представляющего собой структуру из неорганического волокна, или текстильных материалов из такого волокна, пропитанную застывающим связующим, при этом ёмкость покрыта теплоизолирующей оболочкой, устанавливаемой клеевым способом.

2. Резервуар по п. 1, отличающийся тем, что в качестве композитного материала ёмкости используется материал на базе углеволокна.

3. Резервуар по п. 1, отличающийся тем, что в качестве композитного материала ёмкости используется композитный материал на базе стекловолокна.

4. Резервуар по п. 1, отличающийся тем, что в качестве застывающего связующего выбрана эпоксидная смола.

5. Резервуар по п. 1, отличающийся тем, что в качестве застывающего связующего выбрана полиэфирная смола.

6. Резервуар по п. 1, отличающийся тем, что стенки и все ребра жёсткости выполнены из композитного материала способом вакуумной инфузии и/или пултрузии.