Способ хранения и выдачи криопродукта и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК F17C13/00 F17C3/00 

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано при разработке конструктивных и технологических мер для исключения гейзерного эффекта в вертикальных 5 трубопроводах криогенных систем.

Цель изобретения - повьппение надежности в режимах хранения и выдачи криопродукта.

На фиг,1 изображено устройство для осуществления способа, продольный разрез; на фиг,2 - узел 1 на фиг.1; на фиг.З - узел II на фиг.1; на фиг.4 - вьтолнение циркуляционной

резкТпс перемещений больших масс продукта в паровую фазу резервуара,

Диаметр трубы 4 должен выбираться из условий пропускаемой способности генерируемых паров с учетом отрывного диаметра пузырей и скорости всплы тия,

Для таких жидкостей как кислород и азот скорость всплытия около 0,20 м/с, количество паров для указанных теплопритоков к арматуре составляет десятки литров в час, а отрывной диаметр пузыря находится в пределах 1 мм. Для таких параметров

трубы телескопической; на фиг,5 - вы- расчетньй условный диаметр трубы 4 полнение раструба из лепестков, в пределах 10 мм.

Однако из конструктивных соображений и требований к технологичности

Устройство содержит резервуар 1 хранения криопродукта 2, расположенный под ним трубопровод 3 выдачи криопродукта с размещенной в нем цирку- ляционной трубой 4 и клапаном 5, Верхний конец 6 трубы 4 расположен над уровнем криопродукта 2 на расстоянии от верхней стенки резервуара (2-3)0,, трубопровода 3(0,5-0,1)0,,, что сос- где DI - диаметр трубы 4, При этом тавляет 10-50 мм для наиболее распространенных размеров криогенных трубопроводов DO (20-500)мм, где DQ - диаметр трубопровода.

Устройство работает следующим рб- 30

изделия, а также из условия предотвращения Краевых (пристенных) эффектов при движении паровых пузырей по трубе целесообразно выбирать диаметр трубы 4 по отношению к диаметру

нижний .конец трубы 4 выполнен в виде конического раструба 7 и кольцевой зазор 8 между нижним основанием раструба 7 и внутренней поверхностью трубопровода 3 равен преимущественно 0,2 Пд, где DO - диаметр трубопровода 3, Труба 4 может быть выполнена телескопической из деталей 9, раструб 7 - из лепестков 10, закрепленных посредством шарнира 11 на трубе 4 и пружины 12,

Труба 4 может быть выполнена с окнами 13, снабженными перекрывающими их средствами в виде клапана 14, укрепленного на шарнире 15 и удерживаемого в закрытом положении пружиной 16.

Способ осуществляется следующим образом,

В режиме хранения в резервуаре 1 криопродукта 2 интенсивно подводимое тепло к основанию столба жидкости в трубопроводе 3 через тепловые мосты клапана 5 вызывает быстрый прогрев жидкости и образование пузырей. Накапливаясь, паровая фаза в конце процесса резко выбрасывает жидкость из требопровода 3 в резервуар. Образующиеся пузыри собирают посредством раструба 7 и постепенно отводят по трубе 4, чтобы их замещение жидкостью происходило плавно и непрерывно, без

35

40

45

50

55

разом.

После заполнения резервуара 1 через трубопровод 3 и клапан 5 начинается режим хранения при закрытом клапане 5. В результате сосредоточенного тепропритока через клапан 5 над ним в трубопроводе 3 происходят про- грев жидкости до кипения и образование мелких пузырей и их всплытие, пузыри улавливаются коническим раструбом 7 и отводятся по циркуляционной трубе 4 в паровое пространство резервуара 1, Объем отведенных пузырей замещается через кольцевой зазор 8 жидкостью. При выдаче продукта открывается клапан 5 и жидкость через кольцевой зазор 8 поступает в трубопровод 3,

Циркуляционная труба 4 выполняется телескопической с размером детали 9 на 1-2 калибра меньше высоты резервуара 1, После открытия клапана 5 вся труба складывается в резервуаре и полностью освобождает про.стран- ство трубопровода 3.

В тех случаях, когда данный вариант неудобен, например при больших длинах, предлагается конический раструб 7 выполнить в виде устройства с

5

я

3088062

резкТпс перемещений больших масс продукта в паровую фазу резервуара,

Диаметр трубы 4 должен выбираться из условий пропускаемой способности генерируемых паров с учетом отрывного диаметра пузырей и скорости всплытия,

Для таких жидкостей как кислород и азот скорость всплытия около 0,20 м/с, количество паров для указанных теплопритоков к арматуре составляет десятки литров в час, а отрывной диаметр пузыря находится в пределах 1 мм. Для таких параметров

- расчетньй условный диаметр трубы 4 в пределах 10 мм.

трубопровода 3(0,5-0,1)0,,, что сос- тавляет 10-50 мм для наиболее распространенных размеров криогенных трубопроводов DO (20-500)мм, где DQ - диаметр трубопровода.

изделия, а также из условия предотвращения Краевых (пристенных) эффектов при движении паровых пузырей по трубе целесообразно выбирать диаметр трубы 4 по отношению к диаметру

Устройство работает следующим рб- 0

5

0

5

0

5

разом.

После заполнения резервуара 1 через трубопровод 3 и клапан 5 начинается режим хранения при закрытом клапане 5. В результате сосредоточенного тепропритока через клапан 5 над ним в трубопроводе 3 происходят про- грев жидкости до кипения и образование мелких пузырей и их всплытие, пузыри улавливаются коническим раструбом 7 и отводятся по циркуляционной трубе 4 в паровое пространство резервуара 1, Объем отведенных пузырей замещается через кольцевой зазор 8 жидкостью. При выдаче продукта открывается клапан 5 и жидкость через кольцевой зазор 8 поступает в трубопровод 3,

Циркуляционная труба 4 выполняется телескопической с размером детали 9 на 1-2 калибра меньше высоты резервуара 1, После открытия клапана 5 вся труба складывается в резервуаре и полностью освобождает про.стран- ство трубопровода 3.

В тех случаях, когда данный вариант неудобен, например при больших длинах, предлагается конический раструб 7 выполнить в виде устройства с

переменным углом раскрытия. Под действием динамического напора потока после открытия клапана 5 раструб 7 из лепестков 10 принимает цилиндрическую форму циркуляционной трубы 4.

В затопленной части трубы 4 могут быть выполнены окна 13, открывающиеся при выдаче продукта одноврем енно с открытием клапана 5, При этом также улучшаются гидравлические характеристики системы. Окно 13 перекрывается клапаном 14, укрепленным на шарнире 15 и удерживаемым в закрытом положении пружиной 16, что обеспечивает необходимое сечение трубы 4,

Предложенное решение приводит к исключению последствий физического явления, заключающегося в образовании паровых пузырей, росте, всплытии и их динамическом замещении жидкостью.

Обычно гейзерный эффект связывается с последней фазой процесса, как представляющей опасность для конструкции технических систем. При использовании изобретения это достигается за счет обеспечения циркуляции, в которой участвуют две фазы - паровая и жидкостная, причем паровая движется локализованно по сечению трубопровода и выходит выше зеркала жидкости, В режиме хранения проводится непрерывное действие - специально организованная циркуляция среды - с отводом паровых пузырей так, что их замещение жидкостью осуществляется без динамического роста давления.

Предлагаемое устройство вьтолняет свою основную функцию в условиях хранения, т,е, при отсутствии вьщачи жидкости, а конкретнее при закрытом клапане 5, Однако в устройстве должны быть учтены и требования, связанные с выдачей продукта, а именно обеспечения нестесненного движения жидкости по трубопроводу.

Так как паровые пузыри генерируются на всей площади торцового сечения трубопровода 3 у клапана 5, а циркуляционная труба 4 имеет малый диаметр, целесообразно на конце трубы 4 установить конический раструб 7 и тем самым обеспечить улавливание большинства образующихся пузырей.

Приведенные в формуле соотношения размеров выбраны пЬ результатам исследований из условий обеспечения работоспособности и эффективности

5

0

5

0

5

0

5

0

5

устройства как в режиме предотвращения гейзерного эффекта, так и в режиме выдачи продукта (для случая, если циркуляционная труба без окон и нетелескопическая, а конический раструб с постоянным углом раскрытия) ,

Кольцевой зазор 8 в режиме хранения должен обеспечить циркуляционный расход жидкости, замещающей пузыри, а в режиме вьщачи - требуемый расход потребления,

ПpeдJJaгaeмoe техническое решение предохраняет криогенную систему от гидравлических ударов, связанных с гейзерным эффектом, и позволяет экономить дорогостоящую криожидкость.

Формула изобретения

1,Способ хранения и вьщачи крио- продукта, включающий подачу криопро- дукта по вертикальному трубопроводу, находящемуся под резервуаром хранения, и осуществление циркуляции крио- продукта в трубопроводе при тепло- подводе к нему для предотвращения гейзерного эффекта, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в режимах хранения

и вьщачи криопродукта, циркуляцию проводят путем отвода паровой фазы из трубопровода в паровую полость резервуара.

2,Устройство для хранения и выдачи криопродукта, содержащее резервуар хранения, расположенный под ним теплоизолированный вертикальный трубопровод вьщачи криопродукта с размещенной в нем циркуляционной трубой и клапаном, отличающееся тем, что, с целью повьщгения надежности в режимах хранения и выдачи -крио- продукта, верхний конец циркуляционной трубы расположен над уровнем криопродукта на расстоянии от верхней стенки резервуара (2-3)Вц, где Вц - диаметр циркуляционной трубы, при ятом нижний конец циркуляционной трубы вьшолнен в виде конического раструба и кольцевой зазор между ниж- .ними основанием раструба и трубопроводом равен преимущественно 0,2Dg, где DO - диаметр трубопровода,

3,Устройство по п,2, отличающееся тем, что циркуляционная труба выполнена телескопической.

51308806

4. Устройство по 11,2, о т л и ч а- ю щ ее с я тем, что раструб выполю

ней из лепестков, шарнирно закрепленных на трубе.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что циркуляционная

труба выполнена с окнами, снабженными перекрывающими их средствами,

Фиг.г

16

Фиг.Ъ

Фиг.Ч

fpuz.S

Изобретение относится к криогенной технике и решает проблему повышения надежности в режимах хранения и выдачи криопродукта, предотвращающая гейзерный эффект. Способ включа- ет подачу криопродукта по вертикальному трубопроводу, находящемуся под резервуаром хранения, и осуществление циркуляции криопродукта в трубопроводе npi теплоподводе к нему пу- тем отвода паровой фазы из трубопро- .вода в паровую полость резервуара. Устройство содержит размещенную внутри трубопровода циркуляционную тру- бу с коническим раструбом на нижнем конце. Верхний конец трубы расположен над уровнем криопродукта на расстоянии от верхней стенки резервуара 2-3 диаметров трубы, кольцевой зазор между нижним основанием раструба и стонкой трубопровода равен 0,2 диаметра трубопровода, что способствует равномерному и постоянному отводу образующихся газовых пузырей в паровую полость резервуара. Труба может быть вьтолнена телескопической, раструб образован из лепестков. Труба может иметь окна, перекрывающиеся во время работы. 2 с.п.ф-лы, 3 з.п.ф-лы, 5 ил, (Л со о 00 00

Составитель Г. Ольшанская Редактор О. Головач Техред М.Ходанич Корректор С. Шекмар

Заказ 1787/30 Тираж 453 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4