Способ заполнения баллонов сжижен-ной углекислотой

Союз Советскик Социалист ическна Республик(22) Заявлено 21.04,75 (21) 2126201/23-26 с присоединением заявки М Г 17 С 5/02 Государственный квинтет СССР ю яйлзэ нЗОбдфткння н фткрытнаДата опубликования описания 23. 02. 81 В.Е. Кондратьев, Ю,И. Щербина, А.С. Шустов -т"ф-(". и В,Г. Прохоренко(54) СПОСОБ ЗАПОЛНЕНИЯ БАЛЛОНОВ СЖИЖЕННОЙ УГЛЕКИСЛОТОЙИзобретение относится к заполнению сосудов высокого давления сжиженными газами и, преимущественно к заполнению сжиженной углекислотой баллонов, предназначенных для приготовления газированной воды в автосифонах.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому, является способ заполнения баллонов сжиженной углекислотой, включающий заполнение мерной емкости, и последующий ее перепуск через зазор между пробкой и стенками наливного отверстия бал лонов 1 1,Недостаток способа наполнения заключается в том, что в первый момент пуска жидкой углекислоты возникает резкий перепад давлений в сис теме пИтания и полости гидроцилиндра по отношению к атмосферному давлению в полости баллона. Столб углекислоты под действием перепада давлений "ударяетф по внешней торцовой поверхности пробки и, в случае слабой ее посадки в отверстии баллона (возможной за счет неблагоприятного сочетания и разброса даже допускных размеров пробок и отверстий в балло- ЗО нах), пробка сдвигается и садится своим торцом на ступеньку наливного отверстия.При сдвиге пробки исключается заданный начальный наливной зазор между ее поверхностью и поверхностью стенок и уступа наливного отверстия баллона, При исключении зазора процесс перелива жидкой углекислоты невозможен и баллоны остаются заполненными только малой дозой газообразной фазы углекислоты успевшей проникнуть в баллон в самом начале наполнения. В случае же фудараф углекислоты и частичном сдвиге пробки при этом (т.е. элементы удерживающие пробку имеют конусность) величина зазора между торцом пробки и ступенькой в отверстии сокращается. В этомслучае газовая фаза углекислоты, возникшая в начальный момент наполнения, проникает в баллон и выравнивает перепад давлений в гидроцилиндре и баллоне и остальная порция жидкой углекислоты (при отсутствии укаэанного перепада) затекает в ,баллон в основном только под действием собственного веса.Иэ-за относительной малостивеса столба углекислоты малости перепада давлений и повышенного гидро-,сопротивления в уменьшенном зазоре,процесс заполнения затягивается ине укладывается в отведенное длянаполнения время. В результате баллон остается не полностью наполненным,В случае же усиления конструктивных элементов (ребер), выполненных на пробке (с целью ее более надежного удержания в отверстии баллона в положении, обеспечивающем зазор между ее поверхностью и стенками отверстия), ухудшается герметичность соединения осаженной пробкис баллоном, так как увеличенные ребра не пропрессовываются при осадкепробки и оставляют капиллярные зазоры,(в углах ребер), создающие возможность утечки углекислоты из укупоренного баллона,Кроме того, при заданном нормальном зазоре между пробкой и отверстиембаллона, при поступлении жидкой углекнслоты в полость баллона, в начальный момент, происходит Форсированноедросселирование,: ее в зазоре и резкоеее расширение в полости баллона (приэтом необходимо учитывать, чтозазор имеет лабиринтное проходноесечение).При дросселировании и резком расширении часть жидкой углекислотыохлаждается и намерэает в зазоре,образуя ледяные пробки, которые зависают в полостях реэбообразныхканавок и на уступе отверстия баллона. Ледяные пробки сокращают эфФективное проходное отверстие зазора,увеличивают его гидросопротивлениеи затягивают Процесс заполнениябаллонов.Увеличение же зазоров междупробкой и стенками горловины баллона до размеров, обеспечивающих быстрое и беспрепятственное наполнение,ограничивается тем, что при этом засчет уменьшения диаметральных размеров нробки должна быть увеличена еевысота (объем материала пробки должен осТаться прежним), а это, в своюочередь, при осадке и деформациипробки, вызывает увеличение количества перемешиваемого материалаверхней части пробки, относительнорезьбообразных канавок, вдоль наливного отверстия, иэ-эа чего остаются непосредственные зазоры междутелом пробкй и стенками реэьбообразных канавок, которые ухудшают герметичность соединения пробки с баллоном.При расширении углекислоты в баллоне. и ее охлаждении, создается температурный перепад между стенкамибаллона и углекислотой, А так какзаполняемый баллон имеет температуру помещения, то охлажденная газоваяфаза углекислоты несколько нагревается за счет отнятия теплоты отстенок баллона.И,для того, чтобы часть газовой5 фазы углекислоты (при данном давлении жидкой углекислоты в системе питания) перевести снова в жидкую,.необходимо выждать определенное время, необходимое для выравнивания температурного перепада у баллона иуглекислоты и для последующей конденсации газовой Фазы в жидкую.Температура жидкой углекислоты,приустановившемся процессе нарлнениябаллона, в конце системы питания и,35 особенно в гидроцилиндре ниже, чемтемпература помещения подаваемых назаполнение баллонов. Теплопередача -относительно медленный процесс и выравнивание температурного перехода2 О занимает длительное время и вынуждает удлинять время процесса заполнения.В результате значительный процентбаллонов оказывается или не заполненным, или заполненным ниже допустимого минимального уровня, а про-цесс заполнения требует относительнодлительный интервал времени, что снижает производительность устройства,реализующего данный способ.Зо Цель способа - ускорение процессазаполнения,Поставленная цель достигается засчет того, что первую порцию поступающей в мерную емкость углекислотыЗ 5 переводят из жидкой фазы в газообразную и газовую Фазу пропускают вбаллон через зазор между пробкой истенками наливного отверстия баллона.На чертеже изображено устройство40 осуществляющее заполнение баллоновсжиженной углекислотой, продольныйразрезУстройство состоит из баллона 1с пробкой 2 установленной в гидро 45 цилиндре 3 со штоком 4, золотника 5,пальца 6, камеры 7 и трубопровода8 с каналом 9. В стенках гидроцилиндра 3 выполнены мерная емкость10 и каналы 11. Между пробкой 2 истенками наливного отверстия баллона1 имеется зазор 12. Емкость 10 иканал 11 перекрываются плунжером 13Нижняя часть гидроцилиндра 3 имеетканал 14, трубопровод 15, винт 16,канал 17 и пуансон 18.Устройство работает следующимобразом.Подлежащий заполнению очереднойбаллон укомплектованный пробкой 2своим дульцем плотно вставляется вф 9 сливное отверстие гидроцилиндра 3.и удерживается в этом .положенииштоком 4. Затем путем перевода золотника 5 отсечного затвора при помощи пальца б в положении "открыто",камеру 7 гидроцилиндра сообщают срасходной емкостью при помощи трубопровода 8, канала 9 мерной емкости 10 канала 11. С целью получения эффекта дросселировання,величину проходного сечения канала 11 впонют малой и соизмеримойнапример с сочетанием зазора 12 между те,лом пробки н стенками наливного отверстия баллона.Перед началом заполнения плунжер 13 перекрывает мерную емкость 10 и канал 11. Затем при помощи сообще"ния плунжеру 13 движения вверх,открывает канал 11.Углекислота под действием своего давления проникает по каналу 11 в полость гидроцилинра малыми порциями,15 так как встречает при перетекании относительно большое гидросопротивление. Малые порции жидкой углекислоты в полости гидроцилиндра немедленно переходят в газовую фазу углекисло- ,Щ ты, легко проникают через зазор 12 в баллон. При перетекаиии углекислоты в баллон в виде газовой фазы не могут образовываться ледяные пробки в зазоре, а давление в полостях гидроци" линдра и баллона нарастает одновременно и быстро, что устраняет перепад давления и последующий "удар" жидкой углекислотой по пробке.За время движения плунжера вверх давление в полостях гидроцилиндра и баллона поднимается до давления, близкого к давлению насыщенных паров углекислоты, и тем самым подготавливаются условия для последующей подачи жидкой. углекислоты в полость гидроаф цилиндра через мерную емкость 10 (без ее испарения и образования нсиегаф в гидроцилиндре и "воздушных" пробок в системе питания).Затем плунжер открывает мерную емкость 10 и жидкая углекислота спокойно и быстро затекает в полость гидро- цилиндра под действием веса своего столба и остаточной разности давлений. Объем полости, образованной 4 стенками цилиндра и торцом плунжера в его крайнем верхнем положении, устанавливают несколько большим, чем объем полости баллона.Затем золотник переводят в положение "закрыто", а плунжеру сообща" ют быстрое движение вниз. При движении плунжер вытесняет углекислоту в балйон, при этом плунжер создает избыточное давление при котором газовая фаза углекислоты в гидроцилинд- ф ре и баллоне сжимается иувеличивает свой удельный вес.С целью обеспечения надежного перехода газовой фазы углекислоты в эквивалент жидкой, значение давле- фо ния доводят до значения выше критического давления сжижения углекислоты при данной ее температуре (тем" пература же жидкой углекислоты в самом конце системы питания, в ка- . 65 нале 9, и температура стенок гидро- цилиндра (при установившемся процессе наполнения в установке) значи" тельно ниже, чем температура жидкой углекислоты подаваемой из системы питания).При достижении полного заполнения баллона жидкой углекислотой н нарастании давления, при продолжении дви.кения плунжера, избыток порции углекислоты вытесняется через канал 17 и канал 14 переливного обратного клапана по трубопроводу 15. При этом ,давление срабатывания обратного клапана устанавливают, например; винтом 16, несколько выше, чем критическое давление углекислоты при установившейся ее температуре. Установление избыточности вытесняемой порции жидкой углекислоты .и повышенного давления срабатывания перелизного клапана обеспечивает устранение распора плунжера и максимальное заполнение баллона углекислотой. Причем, максимальное заполнение баллонов хорошо обеспечивается и в условиях работы зарядных установок, имеющих сменные расходные емкости, когда по мере отбора из последних углекислоты, происходит значительное падение давления в самой емкости, а следовательно, и в системе питания установки.Кроме того, избыточность порции углекислоты и подъем давления при вытеснении избытка обеспечивают надежный переход газовой фазы, находящейся в баллоне, в состояние с большим удельным весом.Затем продолжением движения плунжера при помощи пуансона 18 производят герметичную купорку баллона.Баллон извлекают из наливного от" верстия гидроцнлиндра, плунжер отводят вверх на величину выступления пробки из наливного отверстия следующего баллона н процесс повторяется.формула изобретенияСпособ заполнения баллонов сжиженной углекислотой, включающий заполнение мерной емкости и последующий ев перепуск через зазор между пробкой и стенками наливного отверстия баллонов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью ускорения процесса заполнения,первую порцию поступающей в мерную емкость углекислоты переводят из жидкой фазы в газообразную н газовую фазу пропускают в баллон через зазор между пробкой и стенками наливного отверстия баллона.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР М 184700, кл. Г 17 С 5/02, 1962.806984 Составитель Л. Горяйнова ехред М, Рейвес Корректор Г. Наэ арова едактор В. Еремее э 249 Тираж 5 бО Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий 035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5