Коллектор наддува резервуара Советский патент 1992 года по МПК F17C13/00 

1

(21)4799877/26

(22) 06.03.90

(46) 23.09.92. Бюл. N 35

(72) О. В Калачев

(56)Авторское свидетельство СССР № 631745, кл. F 17 С 3/00, 1972.

(54) КОЛЛЕКТОР НАДДУВА РЕЗЕРВУАРА

(57)Изобретение позволяет экономить газ наддува и повышать эффективность резервуара путем обеспечения плавного равномерного давления газа на зеркало жидкости при вытеснительном способе опорожнения резервуара. Экономия газа наддува и повышение эффективности достигается путем гашения пульсаций давления газа наддува, поступающих по патрубку наддува в перфо/

рированную трубу, за счет дробления газовой струи на неравномерные по интенсивности потоки на отверстия этой трубы, взаимодействия отраженных от внутренней поверхности кожуха этих потоков и торможения объединенного потока в полости между кожухом и грубой, имеющей в поперечном сечении форму расширяющегося канала. С целью интенсификации процесса взаимодействия газовых потоков в полости между кожухом и трубой, перфорация этой трубы выполнена в ее нижней части симметрично продольно вертикальной плоскости так, что отверстия, имеющие наибольшую площадь, размещены на нижней образующей трубы. Оси трубы и кожуха размещены в этой плоскости одна под другой. 2 ил.

Изобретение относится к криогенному машиностроению, а именно к устройствам для наддува резервуаров при вытеснитель- ном способе опорожнения резервуаров, и может быть использовано на предприятиях химического и криогенного машиностроения.

Техническим решением, отвечающим понятию прототип является устройство в криогенном резервуаре по а.с. СССР № 631475. Рассматриваемое устройство состоит из перфорированного по верхней образу- ющей кожуха с концентрично расположенной в нем перфорированной трубой, размещенного внутри криогенного резервуара. Патрубок наддува соединен с внутренней трубой в ее середине. Положительный эффект, повышение равномерности наддува резервуара достигается за счет двойного перераспределения газа наддува

(сначала в перфорированной внутренней трубе, а затем в полости между кожухом и внутренней трубой). Кроме того, наличие полости между кожухом и внутренней трубой положительно сказывается на гашении пульсаций давления, поступающих на вход в коллектор.

Недостатками рассматриваемого устройства являются следующие: соосное размещение внутренней трубы и кожуха приводит к тому, что поток газа, вытекающий из отверстий перфорации и внутренней трубы, направлен по нормали к внутренней поверхности кожуха. При слиянии отраженных от внутренней поверхности кожуха по- токов образуется интерференционная картина, имеющая периодический характер. Это приводит к образованию пульсаций давления аналогичного типа, что снижает степень равномерности наддува резервуаXI

О

ы

х| 00 00

рэ; концентричное размещение внутренней грубы снижает демпфирующие свойства полости между кожухом и этой трубой, так как ширина ее поперечного сечения постоянна. При придании этому сечению формы типа диффузор можно использовать эффект турбулизации и замедления потока и тем самым улучшить равномерность наддува резервуара (Т. М. Башта, С. С. Руднев и др Гидравлика, гидравлические машины и при- воды, М.: Машиностроение, 1970, с. 110- 114),

Целью изобретения является экономия газа наддува и повышение эффективности за счет плавного равномерного давления газа на зеркало жидкости при вытеснитель- ном способе опорожнения резервуара.

Указанная цель достигается тем, что в коллекторе наддува резервуара, содержащем перфорированный по верхней образу- ющей кожух с расположенным в нем .перфорированной в нижней части трубой, подключенной к патрубку наддува, оси кожуха и трубы расположены одна под другой в вертикальной плоскости, при этом отвер- стия перфорации трубы выполнены с различным диаметром и отверстия наибольшего диаметра расположены на ее нижней образующей.

Сущность изобретения заключается в том, что, с целью экономии газа наддува и повышения эффективности за счет плавного равномерного давления газа на зеркало жидкости при вытеснительном способе опорожнения резервуара, в коллекторе надду- ва резервуара,содержащем

перфорированный по верхней образующей кожух с расположенной в нем перфорированной в нижней части трубой, подключенной к патрубку наддува, оси кожуха и трубы расположены одна под другой в вертикальной плоскости, при этом отверстия перфорации трубы выполнены с различным диаметром и отверстия с наибольшим диаметром расположены на ее нижней образу- ющей.

Эксцентричное размещение кожуха и внутренней трубы и неравномерное перфорирование в ее нижней половине позволяет, в сравнении с прототипом. существенным образом изменять характер истечения газа наддува из полости между кожухом и внутренней перфорированной трубой. Неравномерная пеофорация приво- дит к различной интенсивности истечения газа из отверстий. Эксцентричное размещение приводит к тому, что угол встречи для каждой газовой струи, истекающей из перфорированной трубы, с внутренней поверхностью кожуха является индивидуальным и

определяется расположением отверстия на поверхности перфорированной трубы. Взаимодействие газовых потоков приводит к пространственному интерференционному процессу в полости, имеющей в поперечном сечении форму расширяющегося канала. Это приводит к образованию более многочисленных и пространственно разнесенных центров локальных возмущений давления, что положительно сказывается на равномерности распределения газа по всему объему полости. Одновременно происходит торможение результирующего потока газа, вызванное изменением площади поперечного сечения полости. Полученный таким образом эффект равномерного распределения газа по всему объему коллектора наддува можно значительно усилить, если использовать эффект обтекания струй поперечным потоком (Реферативный журнал, вып. 16Б. N 10. 1989, 10БЗО). С этой целью по нижней образующей перфорированной трубы располагают наибольшие по диаметру отверстия. С помощью этих отверстий обеспечивается создание, после отражения от кожуха, обтекающего потока. Взаимодействие поднимающегося вверх по полости между трубой и кожухом потока и струй газа, истекающих из остальных отверстий перфорации и нижней части трубы, приводит к изменению формы траектории истечения этих струй. Изменяется пространственное расположение центров локальных возмущений давления в полости, а также интенсивность этих возмущений.

Таким образом, рассматриваемая конструкция коллектора наддува резервуара позволяет компенсировать пульсации давления, поступающие на вход, и обеспечить плавный и равномерный наддув резерву. ра, что приводит к экономии газа наддува и повышению эффективности эксплуатации резервуара.

Одним из вариантов реализации коллектора наддува резервуара может быть коллектор, представленный на фиг. 1, 2.

На фиг. 1 представлен разрез коллектора наддува резервуара по продольной вертикальной плоскости; на фиг. 2 - сечение коллектора наддува резервуара по А-А на фиг. 1,

Коллектор наддува резервуара состоит из кожуха 1. по верхней образующей которого расположены отверстия перфорации 2. Внутри кожуха 1 размещена внутренняя труба 3, имеющая отверстия перфорации 4 в своей нижней половине и симметрично расположенные относительно вертикальной продольной плоскости. На нижней образующей расположены отверстия

перфорации 5, которые имеют наибольший диаметр из всех отверстий перфорации внутренней трубы 3. Патрубок наддува 6, по которому подается газ. подведен к внутренней трубе 3 в ее середине.

Коллектор наддува резервуара работает следующим образом. Газ наддува по патрубку 6 подается во внутреннюю перфорированную трубу 3, В ее внутреннем объеме газ распределяется по всей длине и далее через отверстия перфорации 4, 5 газ подается в полость между кожухом 1 и внутренней перфорированной трубой 3, имеющей в поперечном сечении форму расширяющегося канала. При выходе из этой полости газ накапливается перед отверстиями перфорации кожуха 2 и выходит через них в резервуар Наличие расширения полости перед отверстиями 2 способствует выравниванию давления по всему объему коллектора и снижению пульсаций давления на выходе из коллектора (Реферативный журнал, вып. 61, N 6, 1988г., 6.61 31), которые могут возникнуть из-за неодновременности распространения газа по всему объему устройства.

При поступлении пульсаций давления на вход коллектора по патрубку 6, они будут распространяться по перфорированной трубе 3 от ее середины к концам. Одновременно, по мере движения фронта пульсаций по трубе 3, ее интенсивность будет шаться за счет постоянного отбора газа через отверстия перфорации 4, 5 (А. Д. Альтшуль Гидравлические сопротивления, Недра, М., 1970. стр. 95-96). Струи газа, вытекающие через отверстия А, 5 имеют различную интенсивность как за счет неодинаковой площади этих отверстий, так и за счет различного положения относительно места подачи газа во внутреннюю трубу 3. Газ, вышедший из отверстий 5, направлен по нормали к внутренней поверхности кожуха и при встрече с ней распадается на несколько потоков, направленных как вдоль нижней образующей кожуха, так и перпендикулярно к ней. Первые составляющие способствуют равномерности распределения газа в кожухе, а вторые, по отношению к потокам газа из отверстий 4, являются поперечными. Возникает эффект обтекания струй поперечным потоком, способствующий деформации этих струй (Реферативный журнал, вып. 16Б, N310, 1989г., 10БЗО). Этот процесс способствует перераспределению газа в кожухе 1

Одновременно с этим процессом будет происходить процесс растекания потоков газа из отверстий 4 на внутренней поверхности кожуха 1 и интерференционное взаимодействие отраженных от нее потоков. При этом направления истечения потоков газа из отверстий 4 будут отличаться от направления по нормали к поверхности, так

как внутренняя перфорированная труба 3 расположена концентрично относительно кожуха 1, и угол встречи для каждой газовой струи будет индивидуальным. По этой причине интерференционная картина будет

0 иметь пространственный характер, что повысит равномерность распределения газа в кожухе 1 в сравнении с прототипом.

Дополнительным фактором, оказывающим влияние на характер течения газа в

5 полости между кожухом 1 и трубой 3, будет процесс обтекания турбулентным потоком внешней трубы 3, имеющей выпуклую кривизну. Такое обтекание приводит к дополнительным потерям энергии пульсации за счет

0 увеличения толщины подслоя на поверхности трубы 3 и уменьшения скорости газа на его границе.

Все указанные процессы проходят в полости, имеющей в поперечном сечении фор5 му расширяющегося канала. Это приводит к дополнительному торможению потока в целом. Дальнейшее торможение потока и выравнивание давления произойдет в полости, расположенной выше перфориро0 ванной трубы 3 перед отверстиями перфорации 2 кожуха 1.

Таким образом, эксцентричное размещение внутренней перфорированной трубы 3 относительно кожуха 1. а также располо5 жение отверстий перфорации 4, 5 в нижней половине трубы 3 позволяет избежать недостатков, присущих прототипу: избежать образования периодических пульсаций внутри самого коллектора за счет измене0 ния характера течения газа в полости между кожухом 1 и внутренней трубой 3; образовать полость большего объема перед отверстиями перфорации 2 кожуха 1, способствующего выравниванию давления

5 внутри кожуха 1; добиться большей равномерности наддува резервуара при одинаковых геометрических, в сравнении с прототипом, размерах.

Это позволяет сделать вывод об эконо0 мии газа наддува при вытеснительном способе опорожнения резервуара и повышении его эффективности. Достоинством предлагаемого устройства является простота конструкции, применимость в ре5 зервуарах любого типа и для любых жидкостей.

Формула изобретения Коллектор наддува резервуара, содержащий перфорированный по верхней образующей кожух с расположенной о нем

перфорированной в нижней части трубой, подключенной к патрубку наддува, отличающийся тем, что, с целью экономии газа наддува и повышения эффективности за счет плавного равномерного давления газа на зеркало жидкости при вытеснительном способе

1,

c-i-ffm i

ЧгЯп 11.1. .7WjtrTZSLJUtZiT ZZi ,

т Ьга7ис1та ггJ, t z.- /. -„ aLrz

Ьсхлт з г

опорожнения резервуара, оси кожуха и трубы расположены одна под другой в вертикальной плоскости, при этом отверстия перфорации трубы выполнены с разным диаметром и отверстия наибольшего диаметра расположены на ее нижней образующей

A-A