Резервуар для криогенной жидкости

( 9) (11) 4 Р 1 0 7 С 9/00 нй,ВТОРСКО обе- соето вертикальная ературным коэйфици сширения не более атериала с темпом линейного р10 град ОСУДАРСТ 8 ЕНКЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИЕ ИЗОБР(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 815424, кл. Р 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 КРИОГЕННОЙЖИДКОСТИ, содержащий вакуумируемыйкожух, установленный в нем сосуд,размещенную между кожухом и сосудомтеллоиэоляцию, патрубок заполненияи выдачи криогенной жидкости, патрубок газа наддува и патрубок дляустановки зонда-уровнемера, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности измерения расходажидкости за счет выделения мерного объема он снабжен вертикальной чайкой с перемычкой, герметично диняющей 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 щ и й с я тем, что вертикальная обечайка выполнена в виде соединенных переходниками трех соосных цилиндров различного диаметра, при этом средний цилиндр выполнен с наибольшим диаметром.11702Изобретение относится к машиностроению, а именно к криогенной технике,и может быть использовано для хранения и выдачи криогенной жидкости,Известно применение резервуаровдля хранения и выдачи криогенной жидкости, содержащих вакуумируемый кожух,установленный в нем сосуд, размещеннуюмежду сосудом и кожухом экрано-вакуумную изоляцию, а также патрубокдлязаполнения сосуда криожидкостью ивыдачи ее потребителю 1.Измерение расхода криожидкости,выдаваемой из резервуара, производитсякосвенным путем по изменению перепададавления в нижней части сосуда и вего газовой полости, Недостатком такого вида устройств является низкаяточность измерения расхода криожидкости, обусловленная тем, что резер Овуар не имеет надежных средств измерения,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому эффекту является резервуар длякриогенной жидкости, содержащийвакуумируемый кожух, установленный внем сосуд, размещенную между сосудоми кожухом экрано-вакуумную изоляцию,патрубок для заполнения сосуда крио- ЗОжидкостью и выдачи ее потребителю,патрубок для подачи в сосуд газанаддува и сброса его из сосуда, атакже патрубок для установки зондауровнемера 2.35Измерение расхода криожидкости,выдаваемой из резервуара, производится по изменению уровня жидкостив сосуде по времени,Однако известный резервуар харак Отеризуется недостаточно высокой точностью измерения расхода криожидкостивследствие того, что в сосуде невыделен мерный объем.Целью изобретения является повышение точности измерения расходакриожидкости, выдаваемой.из резервуара, путем выделения мерного объема.Эта цель достигается тем, чторезервуар для криогенной жидкости Осодержащий вакуумируемый кожух, установленный в нем сосуд, размещеннуюмежду кожухом и сосудом теплоизоляцию, патрубок заполнения и выдачикриогенной жидкости, патрубок газа 5наддува и патрубок для установкизонда-уровнемера, снабжен вертикальной обечайкой с перемычкой, герметич 13 2но 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. 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" коэААициентом линейного расширения не, более 3110 градВ качестве материала для изготовления перегородки и перемычки может быть использован сплав с содержанием, вес,Ж: 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 атмосАере линии газо- сброса.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 коэААициентом линейного расширения не более 310 градВ 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. 5Высота Ь обечайки 7 составляет 0,5-0,75 высоты Ьсосуда 2. Перемычка 8 размещается на расстоянии Ь 1 от верхней точки сосуда 2, равном 015-.30,35 высоты Ь,ю сосУда 2. Диа метр Эю верхнего меньшего цилиндра 13 обечайки 7 составляет 0,3-0,5 диаметра В сосуда 2, а диаметр Р большего цилиндра 11 - 0,5-0,95 диаметра П сосуда 2. Диаметр Р 4 нижнего меньшего 15 цилиндра 14 составляет 0,3-0,5 диаметра Р, т.е. находится в таком же соотношении с диаметром 0 , что и диаметр ЭЮ, но не обязательно равен диаметру 0 20Внутри 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 25 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 Ью от верхнейточки 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 4 О (не показанью).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. о 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 предусмотренперфорированный торцовый коллектор21, соединенный с патрубком 5 дляподачи в сосуд 2 газа наддува и сброса его из сосуда. Коллектор 2 1закреплен кронштейнами 22,Резервуар работает следующимобразом.Через патрубок 4 в сосуд 2 подается криогенная жидкость.Ее пары при этом выводятся изсосуда 2 через патрубок 5 и трубопровод 10. Заправка контролируетсяпо показаниям зонда-уровнемера 15и прекращается при достижении верхнего уровня в сосуде 2, Закрываютсяклапаны, сообщающие патрубок 5 итрубопровод 10 с линией газосброса(не показана).В сосуд 2 через патрубок 5 подается газ наддува до заданного давления, после чего начинается выдачакриогенной жидкости из сосуда 2 потребителю.При номощи зонда-уровнемера 15фиксируются моменты прохожденияверхнего и нижнего уровня в мерномбъеме и определяется разность вреени ЬГ между этими моментами.При прохождении уровня жидкостинижнего уровня в мерном объеме срабатывают клапаны (не показаны), от-ключающие патрубок 5 от линии подачигаза наддува и подключающие к этойлинии трубопровод 10.При прохождении нижнего уровня всосуде 2 выдача жидкости потребителюпрекращается или переводится на выдачу иэ других резервуаров.Объемный расход криогенной жидкости, выдаваемой потребителю, определяется как частное от деления мерногообъема Ч на разность времени ЬГ . Податчикам определяются давление, температура и вычисляется удельная массакриогенной жидкости в сосуде 2. Иассовый расход определяется как произведение объемного расхода на удельнуюмассу,Погрешность измерения расхода жидкости по показаниям зонда-уровнемератем 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 увеличениескорости жидкости и может произойтиувеличение погрешности из-за возрастания величины искривления зеркалажидкости на уровне мерных точек.Поэтому выполнение диаметров Р 1 иР 4 меньших цилиндров, равными 0,3. -0,5 диаметра Р сосуда 2, являетсяоптимальным. Превышение этого диапазона вызывает возрастание погрешности из-за увеличения площади зерка- Ола жидкости, а при меньших значенияхпогрешность возрастает из-за увеличения кривизны зеркала жидкости,При диаметре Р большего цилиндра11, равном Р 1 и Р 4 , упрощается 15форма обечайки 7 (она принимает форму цилиндра), однако при этом уменьшается мерный объем, что может привести к увеличению погрешности, Придиаметре Р 2 больше 0,95 диаметра Р 5 20сосуда чрезмерно возрастает скоростькриожидкости и газа в кольцевойполости, что может привести к попаданию газовых пузырей в патрубок 4.Расстояние Ь, на котором размещается перемычка 8 от верхней точкисосуда 2, выбирается из условия обеспечения необходимого объема газовойподушки и запаса криогенной жидкостидля достижения равномерного расхода ЗОиз сосуда 2 в потребитель,При величине размера Ь менее О, 15общей высоты сосуда 2 начинает возрастать погрешность измерения расходакриожидкости вследствие того, что кмоменту прохождения зеркалом жидкостиуровня, соответствующего положениюиндикатора в верхнем цилиндре меньшего диаметра, не успевает закончиться начальный период с переменным 4 Орасходом жидкости.При величине размера Ь более 0,35общей высоты сосуда 2 и условии сохранения постоянной высоты Ь 1 также увеличивается погрешность измерения вследст вие того, что уменьшается высота Ьобечайки и, следовательно, величинамерного объема. Высота Ь обечайки 7 выбирается 5 О из условия обеспечения необходимой точности измерения расхода, а также обеспечения запаса жидкости для окончания процесса выдачи жидкости из резервуара. При величине высоты Ь 55 менее 0,5 общей высоты сосуда 2 уве- личивается погрешность измерения из-за уменьшения мерного объема. При величине высоты Ь более 0,75 общей высоты сосуда 2 возникает возможность прохождения газового пузыря вместе с потоком жидкости в патрубок 4Применение 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 обе 1 айки 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 12 Х 18 Н 10 Т и 10 Х 14 Г 14 Н 4 Т. 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 криожидкости11702 Составитель Г, Ольшанская Техред О,Ващишина Редактор С, ТимоЗаказ 4691/34 орректор А,ираж 465 Подпися ВНИИПИ Го по дела 3035, Москдарственного комитета изобретений и открыти Ж, Раушская наб.4/ илиал ЛПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна точным измерением расхода жидкости, например при экспериментальной отработке энергетических установок, Оснащение резервуара предложенной конструкцией позволяет существенно повысить точность измерения расхода. 13 8Расчеты, выполненные для условий одного из предприятий отрасли, показывают, что применение предложенной конструкции позволяетповысить погрешность с 0,65 Е до 0,382 и,такимобразом, обеспечить нулевуюкатегорию точности.