Резервуар для криогенной жидкости Советский патент 1985 года по МПК F17C3/00 F17C9/00 

Изобретение относится к машинострению, а именно к криогенной технике, и может быть использовано для хранения и выдачи криогенной жидкости.

Известно применение резервуаров для хранения и выдачи криогенной жидкости, содержащих вакуумируемый кожу установленный в нем сосуд, размещенн между сосудом.и кожухом экрано-вакууную изоляцию, а также патрубокдля заполнения сосуда криожидкостью и выдачи ее потребителю П .

Измерение расхода криожидкости, выдаваемой из резервуара, производит косвенным путем по изменению перепад давления в нижней части сосуда и в его газовой полости. Недостатком такого вида устройств является низкая точность измерения расхода криожидкости, обусловленная тем, что резервуар не имеет надежных средств измерения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является резервуар для криогенной жидкости, содержащий вакуумируемый кожух, установленный в нем сосуд, размещенную мелоду сосудом и кожухом экрано-вакуумную изоляцию, патрубок для заполнения сосуда криожидкостью и выдачи ее потребителю, патрубок для подачи в сосуд газа наддува и сброса его из сосуда, а также патрубок для установки зондауровнемера 2J .

Измерение расхода криожидкости, вьщаваемой из резервуара, производится по изменению уровня жидкости в сосуде по времени.

Однако известный резервуар характеризуется недостаточно высокой точностью измерения расхода криожидкост вследствие того, что в сосуде не выделен мерный объем.

Целью изобретения является повышение точности измерения расхода криожидкости, выдаваемой, из резервуара, путем выделения мерного объем

Эта цель достигается тем, что резервуар для криогенной жидкости, содержащий вакуумируемый кожух, установленный в нем сосуд, размещенную между кожухом и сосудом теплоизоляцию, патрубок заполнения и выдачи криогенной жидкости, патрубок газа наддува и патрубок для установки зонда-уровнемера, снабжен вертикальной обечайкой с перег гчкой, герметично соединяющей верхнюю часть обечайки со стенками сосуда, при этом между обечайкой и стенками сосуда образована кольцевая полость, сообщающ;1яся в нижней части с полостью сосуда, а в верхней части - с источником газа наддува и атмосферой- посредством трубопровода. Вертикальная обечайка выполнена в виде соединенных переходниками трех соосных цилиндров различного диаметра, при этом средний цилиндр выполнен с наибольшим диаметром.

Вертикальная обечайка и перемычка выполнены из материала с температурным коэффициентом линейного расширения не. более Зп10 град .

В качестве материала для изготовления перегородки и перемычки может быть использован сплав с содержанием, вес.%: никель 35-37; хром 0,4-0,6; углерод 0,04-0,06; кремний 0,2-0,4; марганец 0,3-0,6; железо 61,34-64,06.

На чертеже схематически показан резервуар для криогенной жидкости.

Резервуар для криогенной жидкости содержит вакуумируемый кожух 1, установленный в нем сосуд 2, размещенную между сосудом 2 и кожухом 1 зкрановакуумную изоляцию 3, патрубок 4 для заполнения сосуда 2 криогенной жидкостью и выдачи ее потребителю, патрубок 5 для подачи в сосуд 2 газа наддува и сброса его из сосуда 2 и патрубок 6 для установки зонда-уровнемера.

Сосуд 2 содержит вертикальную обечайку 7 и перемычку 8, герметично соединяющую верхнюю часть обечайки со стенками сосуда 2, образующими кольцевую полость 9, сообщающуюся в нижней части с полостью сосуда. Кроме того, сосуд 2 содержит трубопровод 10 соединенньй с верхней частью кольцево полости 9 и предназначенный для подключения к источнику подачи газа наддува или к атмосфере линии газосброса.

Вертикальная обечайка 7 выполнена виде трех цилиндров, расположенных соосно друг другу. Цилиндр наибольшего диаметра 11 размещен между цилиндрами меньшего диаметра и соединен с ними конусными переходниками 12

Обечайка и перемычка выполнены из материала с температурным коэффициентом линейного расширения не более .

В качестве такого материала используется сплав с содержанием, вес,% никель 35-37; хром 0,4-0,6; углерод 0,04-0,06; кремний 0,2-0,4; марганец 0,3-0,6; железо 61,34-64,06.

Высота h-2 обечайки 7 составляет 0,5-0,75 высоты hj сосуда 2, Перемычка 8 размещается нА расстоянии hj от верхней точки сосуда 2, равном 0,15-30,35 высоты h сосуда 2. Диаметр D верхнего меньшего цилиндра 13 обечайки 7 составляет 0,3-0,5 диаметра Dj сосуда 2, а диаметр D большего цилиндра 11 - 0,5-0,95 диаметра Dсосуда 2, Диаметр Dn нижнего меньшего цилиндра 14 составляет 0,3-0,5 диаMeTJpa D, т.е. находится в таком же соотношении с диаметром D-, что и диаметр D, но не обязательно равен диаметруD.

Внутри сосуда 2 устанавливается зонд-уровнемер 15, который крепится в верхней части к патрубку 6, а в нижней части фиксируется в гнезде 16 воронкогасителя 17, установленного на днище сосуда 2.

Зонд-уровнемер 15 снабжен индикаторами уровня (не показаны), расположенными по его высоте так, что не менее чем. по одному из них находятся на половине расстояния h| от верхней

точки сосуда 2 (верхний уровень в сосуде), на уровнях середины высоты верхнего 13 и нижнего 14 цилиндров меньшего диаметра (верхний и нижний уровни в мерном объеме), а также на уровне ниже нижнего торца обечайки 7 (нижний уровень в сосуде). Зонд-уровнемер 15 снабжен также датчиками температуры, а сосуд - датчиками давления (не показаны).

Объем внутренней полости обечайки

7между индикаторами уровня, расположенными на середине высоты верхнего 13 и нижнего 14 цилиндров меньшего диаметра, является мерным объемом V

и определяется с большой точностью в процессе тарировки сосуда 2 совместно с зондом-уровнемером 15 с применением модельной жидкости, например воды.

8верхней части кольцевой полости установлен экран 18 так, что обеспечиваются зазоры между экраном и стенкой сосуда 2, а также меяду экраном

и стенкой вертикальной обечайки 7. Экран 18 закреплен кронштейном 19. Для крепления вертикальной обечайки 7 предусмотрены кронштейны 20. В

верхней части сосуда 2 предусмотрен перфорированный торцовый коллектор 21, соединенный с патрубком 5 для подачи в сосуд 2 газа наддува и сброса его из сосуда. Коллектор 21 закреплен кронштейнами 22.

Резервуар работает следующим образом.Через патрубок 4 в сосуд 2 подается криогенная жидкость.

Ее пары при этом выводятся из сосуда 2 через патрубок 5 и трубопровод 10. Заправка контролируется по показаниям зонда-уровнемера 15 и прекращается при достижении верхнего уровня в сосуде 2. Закрываются клапаны, сообщающие патрубок 5 и, трубопровод 10 с линией газосброса (не показана).

В сосуд 2 через патрубок 5 подается газ наддува до заданного давления, после чего начинается выда,ча криогенной жидкости из сосуда 2 потребителю.

При помощи зонда-уровнемера 15 фиксирук1тся моменты прохождения верхнего и нижнего уровня в мерном объеме и определяется разность времени Air между этими моментами. I При прохождении уровня жидкости нижнего уровня в мерном объеме срабатывают клапаны (не показаны), отключающие патрубок 5 от линии подачи газа наддува и подключающие к этой линии, трубопровод 10.

При прохождении нижнего уровня в сосуде 2 вьщача жидкости потребителю прекращается или переводится на вьщачу из резервуаров.

Объемный расход криогенной жидкости, выдаваемой потребителю, определяется как частное от деления мерного объема V на разность времени ДС . По датчикам определяются давление, температура и вычисляется удельная масс криогенной жидкости в сосуде 2. Массовый расход определяется как произведение объемного расхода на удельну массу.

Погрешность измерения расхода жидкости по Показаниям зонда-уровнемера тем меньше, чем меньше площадь зеркала жидкости на уровне мерных точек. Поэтому уменьшение диаметра цилиндров меньшего диаметра позволяет повысить точность измерения расхода. ОдHako при этом происходит увеличение скорости жидкости и может произойти

увеличение погрешности из-за .возрастания величины искривления зеркала жидкости на уровне мерных точек.

Поэтому выполнение диаметров Dj и D4 меньших цилиндров, равными 0,30,5 диаметра D сосуда 2, является оптимальным. Превышение этого диапазона вызывает возрастание погрешности из-за увеличения площади зеркала жидкости, а при меньших значениях погрешность возрастает из-за увеличения кривизны зеркала жидкости.

При диаметре D,j большего цилиндра 11, равном D и D4 , упрощается форма обечайки 7 (она принимает форму цилиндра), однако при этом уменьшается мерный объем, что может привести к увеличению погрешности. При диаметре D2 больше 0,95 диаметра Dj сосуда чрезмерно возрастает скорость криожидкости и газа в :кольцевой; полости, что может привести к попаданию газовых пузырей в патрубок 4.

Расстояние hj, на котором размещается перемычка 8 от верхней точки сосуда 2, выбирается из условия обеспечения необходимого объема газовой подушки и запаса криогенной жидкости для достижения равномерного расхода из сосуда 2 в потребитель.

При величине размера h, менее 0,15 общей высоты сосуда 2 начинает возрастать погрешность измерения расхода криожидкости вследствие- того, что к моменту прохождения зеркалом жидкости уровня, соответствующего положению индикатора в верхнем цилиндре меньшего диаметра, не успевает закончиться начальный период с переменным расходом жидкости.

При величине размера h| более 0,35 общей высоты сосуда 2 и условии сохранения постоянной высоты h также увеличивается погрешность измерения вследст вие того, что уменьшается высота h2 обечайки и, следовательно, величина мерного объема.

Высота hj обечайки 7 выбирается из условия обеспечения необходимой точности измерения расхода, а также обеспечения запаса жидкости для окончания процесса выдачи жидкости из резервуара. При величине высоты hg . менее 0,5 общей высоты ; с ос уда 2 увеличивается погрешность измерения из-за уменьшения мерного объема.

При величине высоты hg более 0,75 общей высоты сосуда 2 возникает возможность прохождения газового пузыря вместе с потоком жидкости в патрубок 4.

Применение воронкогасителя 17, закрепленного на днище сосуда 2, снижает возможность попадания газового пузыря в патрубок 4 при низком остаточном уровне жидкости в сосуде 2 .

Кроме указанных причин выделение в сосуде мерного объема обеспечивает снижение погрешности измерения расхода также вследствие того, что при повышении давления внутри сосуда 2 в процессе подачи в него газа наддува обечайка 7, образующая мерный объем, нагружается одинаково с внутренней и внешней сторон и не деформируется при этом, в то время как при обычной конструкции сосуда происходит изменение объема сосуда, а следовательно, и мерного объема вследствие деформаций стенок сосуда при повьш1ении давления

Выполнение обе«айки 7 и перемычки 8 из материала с температурным коэффициентом линейного расширения более 3i10 град , позволяет значительно (на порядок) снизить составляющую погрешность, обусловленную температурными деформациями мерного объема, по сравнению с применением таких обычных для криогенных сосудов материалов как нержавеющие стали марок 12Х18Н10Т и 10Х14Г14Н4Т. Эта составляющая погрешности особенно значительна для криогенньк резервуаров и не может быть учтена в процессе тарировки с применением модельной жидкости, например воды.

Трубопровод 10 позволяет удалять газы из| кольцевой полости 9 при подаче криожидкости в сосуд 2, а также подавать в кольцевую полость 9 газ наддува для вытеснения из нее жидкости при вьщаче ее потребителю (после сигнала от индикатора нижнего уровня в мерном объеме).

Экран 18 позволяет распределить равномерно по кольцевой полости газ наддува, подаваемый по трубопроводу 10, и исключить внедрение потока газа в жидкость в кольцевой полости 9

Резервуар предназначен для хранения и выдачи потребителю криожидкост

1. РЕЗЕРВУАР ДЛЯ КРИОГЕННОЙ ЖИДКОСТИ, содержащий вакуумируемый кожух, установленный в нем сосуд, размещенную между кожухом и сосудом теплоизоляцию, патрубок заполнения и выдачи криогенной жидкости, патрубок газа наддува и патрубок для установки зонда-уровнемера, о т л ич ающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения расхода жидкости за счет вьзделения мерного объема,, он снабжен вертикальной обечайкой с перемычкой, герметично соединяющей верхнюю часть обечайки со стенками сосуда, при этом между обечайкой и стенками сосуда образована кольцевая полость, сообщающаяся в нижней части с полостью сосуда, а в верхней части - с источником газа наддува и атмосферой посредством трубопровода. 2.Резервуар по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что вертикальная обечайка выполнена в виде соединенных переходниками трех соосных цшшндров I различного диаметра, при этом средний цилиндр выполнен с наибольшим диа(Л метром. 3.Резервуар по п. 1,отличаю щ и и с я тем, что вертикальная обечайка и перемычка выполнены из материала с температурным коэффициентом линейного расширения не более 3-10 град .