початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2153622

ПРИСТРІЙ ДЛЯ ЗБЕРІГАННЯ ТА ПОДАННЯ КРІОГЕННИХ ПРОДУКТІВ

Ім'я винахідника: Федотов В.К .; Воронцов В.В .; Нікітін В.А.
Ім'я патентовласника: Відкрите акціонерне товариство "Ракетно-космічна корпорація" Енергія "ім. С.П. Корольова"
Адреса для листування: 141070, Московська область, м Корольов, вул. Леніна 4а, ВАТ "РКК" Енергія "ім. С.П. Корольова", відділ промислової власності та інноватики
Дата початку дії патенту: 1999.04.05

У пристрої для зберігання і подачі кріогенних продуктів трубопроводи заправки і дренажу і дроти від датчикової апаратури на ділянці між зовнішньою і внутрішньою оболонками локалізовані в одній зоні, укладеної в додаткову вакуумно-щільну оболонку. Оболонка утворює з прилеглими до неї ділянками внутрішньої і зовнішньої оболонок пристрою замкнуту вакуумно-щільну порожнину, яка забезпечена додатковим клапаном вакуумирования. Використання винаходу дозволить забезпечити ремонтоспособность пристрої для зберігання і подачі кріогенних продуктів і підвищити безпеку його експлуатації.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до кріогенної техніки і призначене для зберігання і подачі кріогенних продуктів до споживачів, наприклад для подачі водню і кисню, що зберігаються при кріогенних температурах, в електрохімічний генератор (ЕХГ) енергетичної установки (ЕУ) на основі воднево-кисневих паливних елементів, призначеної для установки на підводних човнах, крім того, воно може бути використано в космічній техніці для подачі кріогенних продуктів до споживачів, встановленим на космічних кораблях (КК), а й в народному господарстві в складі автономних ЕУ на основі воднево-кисневих паливних елементів, призначених для використання в районах, куди прокладка ліній електропередач скрутна.

Відомо прийняте за аналог пристрій для зберігання і подачі водню і кисню в ЕХГ ЕУ (див. "Енергоустановки і системи енергоживлення космічних літальних апаратів на основі воднево-кисневих паливних елементів" під редакцією М.В.Мельнікова, М., Гонти-4, 1970 , с. 43-89).

Пристрій включає криогенні ємності для зберігання водню і кисню, кожна з яких містить теплоизолированную внутрішню оболонку з розташованої в ній датчикової апаратурою, укладену в вакуумно-щільну зовнішню оболонку з встановленим на ній клапаном вакуумирования, трубопроводи заправки і дренажу, запобіжну та запірну арматуру.

Відомо і пристрій для зберігання і подачі рідкого водню, вбрання як прототип (див. "Питання глибокого охолодження", збірник статей під редакцією М.П.Малкова.- М .: Видавництво іноземної літератури 1961, с. 409-413).

Пристрій містить теплоизолированную внутрішню оболонку з розташованої в ній датчикової апаратурою, укладену в вакуумно-щільну зовнішню оболонку з встановленими на ній клапаном вакуумирования, трубопроводи заправки і дренажу, запобіжну та запірну арматуру.

Недоліком аналога і прототипу є те, що вони не забезпечують ремонтоспособность, і, отже, щоб повернути пристрій при найбільш вірогідну відмову-втрати герметичності теплоізоляційної порожнини (порожнина між внутрішньою і зовнішньою оболонками) пристрою. Причиною втрати герметичності в основному є порушення герметичності трубопроводів на ділянці між оболонками пристрою. На цій ділянці для зменшення теплопритоку по трубопроводах їх виконують у вигляді змійовиків або з сильфонні вставками, що збільшує довжину теплопередающей тракту. У процесі тривалої експлуатації в умовах перевантажень при вібрації змійовиків в місцях їх вварки в оболонки може бути порушена герметичність, і вона може бути порушена в місцях вварки сильфонов і електрогермораз'емов, до яких припаяні дроти від датчиків апаратури.

Пристрої для зберігання і подачі водню і кисню, що входять до складу ЕУ, встановленої на підводному човні, повинні експлуатуватися протягом 25 років в умовах перевантажень до 10g, тому ймовірність втрати герметичності в вищезазначених місцях велика. Для усунення негерметичності в цих місцях потрібно повне розбирання пристрою: демонтаж зовнішньої оболонки теплоізоляції і всього, що встановлено на оболонках. В умовах підводного човна проводити такий ремонт незручно і недоцільно, тому що він займе дуже тривалий час, і човен буде простоювати. Тому в цьому випадку пристрій підлягає заміні, що, по-перше, дорого, а по-друге, вилучення пристрою з енергетичного відсіку човна і монтаж нового теж вимагає тривалого часу.

Іншим недоліком відомих пристроїв є те, що при втраті герметичності теплоізоляційної порожнини, і, отже, втрати в ній вакууму відбудеться швидке зростання тиску зберігається криогенного продукту до рівня спрацьовування запобіжного клапана. Якщо в цей час човен знаходиться на глибині максимального занурення, наприклад 300 м, то час її спливання може бути менше, ніж час зростання тиску до рівня спрацьовування запобіжного клапана. В цьому випадку дренаж криогенного продукту буде проводитися в навколишній водний простір. При дренажі криогенного продукту, температура якого нижче температури води, що утворюються крижинки можуть забити забортної отвір трубопроводу аварійного скидання. У цих умовах тиск криогенного продукту може зрости вище граничного розрахункового рівня, що призведе до аварійної ситуації в енергетичному відсіку човна, т. Е. Відомі пристрої при втраті вакууму в теплоізоляційної порожнини не забезпечують умов безпечної експлуатації.

Швидке зростання тиску криогенного продукту пов'язаний з тим, що при втраті вакууму ефективний коефіцієнт теплопровідності вакуумно-багатошарової теплоізоляції збільшується з 1 · 10 ^-4 до 2 · 10 ^-1 ккал / м · год · град (див. Г.Н. Напалков, " тепловий захист баків з вакуумним ракетним паливом ", Довідник, ч.1, М., Гонти-4, 1973, рис. 33), тобто в 2000 разів. Загальний теплоприток з навколишнього середовища до збереженого криогенному продукту складається з теплопритоку по тепловим мостам (опор, трубопроводах, проводам) і теплопритоку через теплоізоляцію. При застосуванні вакуумно-багатошарової теплоізоляції теплоприток по ній не перевищує 50% від загального теплопритоку. При такому рівні теплопритоку через теплоізоляцію (50% від загального теплопритоку) при втраті вакууму, і, отже, збільшення теплопритоку через теплоізоляцію в 2000 разів загальний теплоприток зростає ~ в 1000 разів. Таке збільшення теплопритоку призведе до швидкого зростання тиску і до вищезазначених наслідків.

Завданням цього винаходу є забезпечення ремонтоспособность пристрої для зберігання і подачі кріогенних продуктів і підвищення безпеки його експлуатації.

Суть винаходу полягає в тому, що в пристрої для зберігання і подачі кріогенних продуктів, що містить теплоизолированную внутрішню оболонку з розташованої в ній датчикової апаратурою, укладену в вакуумно-щільну зовнішню оболонку з встановленим на ній клапаном вакуумирования, трубопроводи заправки і дренажу, запобіжну і запірну арматуру , згадані трубопроводи і дроти від датчикової апаратури на ділянці між зовнішньою і внутрішньою оболонками локалізовані в одній зоні, яка укладена в додаткову вакуумно-щільну оболонку, що утворить з прилеглими до неї ділянками внутрішньої і зовнішньої оболонок замкнуту вакуумно-щільну порожнину, яка забезпечена додатковим клапаном вакуумирования .

Технічний результат полягає в тому, що в порівнянні з відомими на сьогоднішній день технічними рішеннями новостворена конструкція забезпечує ремонтоспособность пристрої для зберігання і подачі кріогенних продуктів і підвищує безпеку його експлуатації.

Це досягається завдяки локалізації в одній зоні всіх трубопроводів, що перетинають простір між внутрішньою і зовнішньою оболонками і проводів від датчикової апаратури, що виводяться з внутрішньої оболонки до зовнішньої за допомогою електрогермораз'емов або за допомогою розташування їх усередині спеціальних трубопроводів і укладення цих трубопроводів, проводів і електрораз'емов в додаткову вакуумно-щільну оболонку, що утворить з прилеглими до неї ділянками внутрішньої і зовнішньої оболонок замкнуту вакуумно-щільну порожнину, яка забезпечена клапаном вакуумирования. В результаті цього у разі порушення герметичності трубопроводів, сильфонів або електрораз'емов для її усунення потрібно тільки розкрити верхнє днище новоствореної вакуумно-щільною порожнини і усунути негерметичність, а не робити заміну всього пристрою, як у відомих технічних рішеннях, що дозволяє на порядки скоротити вартість відновлювальних робіт і час їх виконання. Крім того, у разі порушення герметичності трубопроводів вакуум в основному обсязі теплоізоляційної порожнини не порушується. Площа локалізованої зони становить 1-2% від всієї площі внутрішньої оболонки, наприклад, для пристрою для зберігання і подачі рідкого водню в кількості ~ 1,5 т, що встановлюється в складі ДУ на підводному човні, вся площа внутрішньої оболонки дорівнює 55 м ^2, а площа локалізованої зони - 0,8 м ^2, тобто ~ В 70 разів менше всій площі. Тому, якщо у відомих пристроях теплоприток до криогенному продукту при втраті вакууму в теплоізоляційної порожнини зростає, як сказано вище, в 1000 разів, то у пропонованій конструкції він зростає в 1000: 70 = 14,3 рази. В результаті у пропонованій конструкції швидкість росту тиску буде істотно менше. Після виявлення несанкціонованого зростання тиску човен встигне спливти з будь-якої глибини, і дренаж криогенного продукту буде проводитися під контролем, що дозволить запобігти забивання забортного отвори трубопроводу аварійного скидання і виключити можливі аварійні ситуації при скиданні, тобто підвищити безпеку експлуатації.

Суть винаходу пояснюється кресленням, на якому наведена схема пристрою для зберігання і подачі кріогенних продуктів.

Пристрій містить внутрішню оболонку 1, на яку нанесена вакуумно-багатошарова теплоізоляція 2. Внутрішня оболонка 1 закріплена в вакуумно-щільною зовнішньої оболонці 3 на опорах 4. Пристрій забезпечений трубопроводом заправки 5 з сильфонні вставкою 6 на ділянці між оболонками і трубопроводом дренажу 7, який на ділянці між оболонками виконаний у вигляді змійовика 8. Трубопроводи 5, 7 забезпечені електропневмоклапаном відповідно 9, 10. у внутрішній оболонці 1 встановлені датчик температури 11, внутрішнє джерело тепловиділення, наприклад електронагрівач 12, датчик кількості 13. Датчики 11, 13 і електронагрівач 12 за допомогою проводів 14 під'єднані до електрогермораз'ему 15, вваренними у внутрішню оболонку 1, який з'єднаний проводами 16 з електрогермораз'емом 17, вваренним в зовнішню оболонку 3. Трубопроводи 5, 7 і електрораз'еми 15, 17, з'єднані проводами 16, сконцентровані в одній зоні і укладені в додаткову вакуумно -Щільна оболонку 18, яка з прилеглими до неї ділянками внутрішньої і зовнішньої оболонок відповідно 19, 20 утворює замкнуту вакуумно-щільну порожнину, в якій на ділянку 19 поверхні внутрішньої оболонки 1 нанесена вакуумно-багатошарова теплоізоляція 21. на зовнішній оболонці 2 встановлений основний клапан вакуумирования 22 і додатковий клапан вакуумирования 23, встановлений на ділянці 20 зовнішньої оболонки 3. Пристрій забезпечений запобіжним клапаном 24 і датчиком тиску 25.

ПРАЦЮЄ ПРИСТРІЙ наступним чином

Відкриваються електроклапани 9, 10 і проводиться захолажіваніе і потім заправка порожнини внутрішньої оболонки 1 криогенним продуктом (рідким воднем або рідким киснем). Після закінчення заправки закриваються електропневмоклапани 9, 10, включається електронагрівач 12 і проводиться підйом тиску до робочого рівня, наприклад до 10 кгс / см ^2, після чого електронагрівач 12 вимикається. Проводиться відбір вакуумного продукту в ЕХГ. Відбиратися може як рідка, так і парова фаза, для чого відкриваються клапани 9 або 10. При зростанні тиску, коли витрата невеликий, відбирається парова фаза, а при великій величині витрати тиск падає, і проводиться відбір рідкої фази. Таким чином, шляхом регулювання відбору фаз і включення і виключення електронагрівача 12 виробляється підтримку тиску в процесі відбору в заданому регульованому робочому діапазоні, наприклад 8-10 кгс / см ^2. Якщо в процесі експлуатації буде порушена герметичність, наприклад сильфона 6, то станеться втрата вакууму в замкнутій вакуумно-щільною порожнини, утвореної вакуумно-щільної оболонки 18 і ділянками 19, 20 відповідно внутрішньої і зовнішньої оболонок. В результаті в цій локальній зоні буде підвищений теплоприток через теплоізоляцію, що призведе до нерозрахованих зростання тиску, яке фіксується датчиком тиску 25. Швидкість зростання тиску в пропонованому пристрої буде значно менше, ніж у відомих пристроях, тому що вакуум буде втрачено тільки в замкнутій додаткової вакуумно-щільною порожнини, площа днища якої - ділянку 19 - становить не більше 1,5% від всієї площі оболонки 1, і підвищений теплоприток через теплоізоляцію буде тільки на цю площу. Час зростання тиску до спрацьовування запобіжного клапана, наприклад, до 35 кгс / см ² (такий рівень тиску спрацьовування запобіжного клапана необхідний для того, щоб можна було скидати кріогенний продукт на будь-якій можливій глибині занурення, наприклад 300 м) буде становити не хвилини, як в відомих пристроях, а від 1,5 до 5 ч залежно від кількості криогенного продукту в цей момент. Після спливання човни буде проводитися контроль за станом забірного отвору трубопроводу скидання, щоб не було його забивання, при цьому крім скидання криогенного продукту через запобіжний клапан може бути організований злив криогенного продукту через трубопровід 5, чого не можна зробити в умовах занурення. Все це підвищує безпеку експлуатації. Для усунення негерметичності після видалення криогенного продукту з порожнини оболонки 1 необхідно тільки розкрити верхнє днище 20 додаткової вакуумно-щільною порожнини, видалити з неї теплоізоляцію і замінити сильфон 6, а не робити витяг з енергоотсека відмовив пристрої для зберігання і подачі кріогенних продуктів і установку нового.

Таким чином, у порівнянні з відомими технічними рішеннями пропонований пристрій завдяки локалізації в одній зоні всіх трубопроводів, що перетинають простір між внутрішньою і зовнішньою оболонками і проводів від датчиків апаратури, що виводяться з внутрішньої оболонки до зовнішньої за допомогою електрогермораз'емов і укладення цих трубопроводів, проводів і електрораз'емов в додаткову вакуумно-щільну оболонку, що утворить з прилеглими до неї ділянками внутрішньої і зовнішньої оболонок замкнуту вакуумно-щільну порожнину, забезпечену клапаном вакуумирования, дозволяє забезпечити ремонтоспособность пристрої з мінімізацією часу і витрат на проведення ремонту і підвищити безпеку експлуатації пристрою і всієї човна в цілому.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Пристрій для зберігання і подачі кріогенних продуктів, що містить теплоизолированную внутрішню оболонку з розташованої в ній датчикової апаратурою, укладену в вакуумно-щільну зовнішню оболонку з встановленим на ній клапаном вакуумирования, трубопроводи заправки і дренажу, запобіжну та запірну арматуру, що відрізняється тим, що згадані трубопроводи та дроти від датчикової апаратури на ділянці між зовнішньою і внутрішньою оболонками локалізовані в одній зоні, яка укладена в додаткову вакуумно-щільну оболонку, що утворить з прилеглими до неї ділянками внутрішньої і зовнішньої оболонок замкнуту вакуумно-щільну порожнину, яка забезпечена додатковим клапаном вакуумирования.

Версія для друку
Дата публікації 26.02.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів