Резервуар для криогенной жидкости

Резервуар для криогенной жидкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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 .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (I 9) (11) (5))(F 17 С 3 00 F 17 С 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

-(ф

П

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕ,kН АВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

/

r,. Г, р г, Ф,:;) 1 (21) 3684119/23-26 (22) 29. 12,83 (46) 30.07.85. Бюл. N - 28 (72) С.В.Хотенко (53) 621 ° 59(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 815424, кл. F 17 С 3/08, 1978.

2. Исследование процессов в установках и системах криогенного машиностроения. Сборник трудов под ред.

В.П.Белякова, НПО Криогенмаш, г. Балашиха, 1982, с. 48. (54)(57) 1. РЕЗЕРВУАР ДЛЯ КРИОГЕННОЙ

ЖИДКОСТИ, содержащий вакуумируемый кожух, установленный в нем сосуд, размещенную между кожухом и сосудом тенлоиэоляцию, патрубок заполнения и выдачи криогенной жидкости, патрубок газа наддува и патрубок для установки зонда-уровнемера, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения расхода жидкости за счет выделения 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 по редством трубопровода.

2. Резервуар по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что вертикальная обечайка выполнена в виде соединенных переходниками трех соосных цилиндров различного диаметра, при этом средний цилиндр выполнен с наибольшим диаметром. .3. Резервуар по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что вертикальная обечайка и перемычка выполнены из материала с температурным коэффициентом линейного расширения не более

3 ° 10 град

1170213

Изобретение относится к машиностроению, 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 кожух, установленный в нем сосуд, размещенную между сосудом и кожухом экрано-вакуумную изоляцию, а также патрубок для заполнения сосуда криожидкостью и выдачи ее потребителю (11 .

Измерение расхода криожидкости, выдаваемой из резервуара, производится косвенным путем по изменению перепада давления в нижней части сосуда и в его газовой полости. Недостатком такого вида устройств является низкая точность измерения расхода криожидкости, обусловленная тем, что резер- 20 вуар 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 между сосудом и кожухом экрано-вакуумную изоляцию, патрубок для заполнения сосуда крио- ЗО жидкостью и выдачи ее потребителю, патрубок для подачи в сосуд газа наддува и сброса его из сосуда, а также патрубок для установки зондауровнемера (2) .

Из мере ние расхода криожидк ости, выдаваемой из резервуара, производится по изменению уровня жидкости в сосуде по времени, Однако известный резервуар харак- lр теризуется недостаточно высокой точностью измерения расхода криожидкости вследствие того, что в сосуде не выделен мерный объем.

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

Эта цель достигается тем, что резервуар для криогенной жидкости, р 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 перемычкой, герметично соединяющей верхнюю часть абечайки 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. 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 расшире-6 ния не. более 3 ° 10 град

В качестве материала для изготовления перегородки и перемычки может быть использован сплав с содержанием, вес.X: 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 экрановакуумную 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, соединенный с верхней частью кольцевой полости 9 и предназначенный для подключения к источнику подачи газа наддува или к атмосфере линии газосброса.

Вертикальная обечайка 7 выполнена в 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 ь -1

3 ° i 0 град

11?0213

В качестве такого материала используется сплав с содержанием, вес.7: 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. 5

Высота Ь 2 обечайки 7 составляет

0,5-0,75 высоты h j сосуда 2. Перемычка 8 размещается на расстоянии Ь1 от верхней точки сосуда 2, равном

О, 15-30,35 высоты h> сосуда 2 ° Диаметр D< верхнего меньшего цилиндра 13 обечайки 7 составляет 0,3-0,5 диаметра В сосуда 2, а диаметр D большего цилиндра 11 — 0,5-0,95 диаметра П сосуда 2. Диаметр D4 нижнего меньшего 15 цилиндра 14 составляет 0,3-0,5 диаметра D>, т.е. находится в таком же соотношении с диаметром D, что и диаметр D но не обязательно равен диаметру 0 20

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,О на половине расстояния h1 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 — датчикамидавления (не показаны).

Объем внутренней полости обечайки

7 между индикаторами уровня, расположенными на середине высоты верхнего

13 и нижнего 14 цилиндров меньшего 15 диаметра, является мерным объемом Ч и определяется с большой точностью в процессе тарировки сосуда 2 совместно с зондом-уровнемером 15 с применением модельной жидкости, например воды. л

В верхней части кольцевой полости установлен экран 18 так, что обеспе чиваются зазоры между экраном и стенкой сосуда 2, а также между экраном и стенкой вертикальной обечайки 7.

Экран 18 закреплен кронштейном 19.

Для крепления вертикальной обечайки

7 предусмотрены кронштейны 20. В в ерхней 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 2 1 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 выдача криогенной жидкости из сосуда 2 потребителю.

При номощи зонда-уровнемера 15 фиксируются моменты прохождения верхнего и нижнего уровня в мерном бъеме и определяется разность вреени Г между этими моментами.

При прохождении уровня жидкости нижнего уровня в мерном объеме срабатывают клапаны (не показаны), от- ключающие патрубок 5 от линии подачи газа наддува и подключающие к этой линии трубопровод 10.

При прохождении нижнего уровня в сосуде 2 выдача жидкости потребителю прекращается или переводится на выдачу иэ других резервуаров.

Объемный расход криогенной жидкости, выдаваемой потребителю, определяется как частное от деления мерного объема Ч на разность времени hà . По датчикам определяются давление, температура и вычисляется удельная масса криогенной жидкости в сосуде 2. ?1ассовый расход определяется как произведение объемного расхода на удельную 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. Однако при этом происходит увеличение скорости жидкости и может произойти

1170213 увеличение погрешности из-за возрастания величины искривления зеркала жидкости на уровне мерных точек.

Поэтому выполнение диаметров D и

D4 меньших цилиндров, равными 0,3.—

0 5 диаметра D сосуда 2, является оптимальным. Превышение этого диапазона вызывает возрастание погрешности из-за увеличения площади зерка- l0 ла жидкости, а при меньших значениях погрешность возрастает из-за увеличения кривизны зеркала жидкости.

При диаметре О большего цилиндра

11, равном П 1 и 94, упрощается 15 форма обечайки 7 (она принимает форму цилиндра), однако при этом уменьшается мерный объем, что может привести к увеличению погрешности, При диаметре D больше 0,95 диаметра D > 20 сосуда черезмерно возрастает скорость криожидкости и газа в кольцевой: полости, что может привести к попаданию газовых пузырей в патрубок 4.

Расстояние h, 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 30 из сосуда 2 в потребитель.

При величине размера h менее О, 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 4п расходом жидкости.

При величине размера h более 0,35 общей высоты сосуда 2 и условии сохранения постоянной высоты Ь1также увеличивается погрешность измерения вследст-45 вие того, что уменьшается высота h < обечайки и, следовательно, величина мерного объема.

Высота h 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 h> 55 менее 0,5 общей высоты сосуда 2 уве- личивается погрешность измерения из-за уменьшения мерного объема.

При величине высоты h 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 повышении давления.

Выполнение обдчайки 7 и перемычки

8 из материала с температурным коэффициентом линейного расширения более

-6 -!

3 ° 10 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 криогенных 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 выдаче 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 криожидкости

11702

Составитель Г. Ольшанская

Редактор С, Тимохина Техред О.Ващишина Корректор А. Тяско

Заказ 4691/34 Тираж 465 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ЛПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 точным измерением расхода жидкости, например при экспериментальной отработке энергетических установок, Оснащение резервуара предложенной конструкцией позволяет существенно повысить точность измерения расхода.

13 8

Расчеты, выполненные для условий одного из предприятий отрасли, показывают, что применение предложенной конструкции позволяетповысить погрешность с 0,65Х до 0,382 и,такимобразом, обеспечить нулевуюкатегорию точности.