Резервуар для криогенных жидкостей

 

Сущность изобретения: система компенсации температурных деформаций сосуда резервуара для хранения и транспортировки криогенных жидкостей, который установлен в кожухе на низкотеплопроводных втулочных опорах, часть которых закреплена неподвижно. Для этого на длине до половины протяженности торцовых поверхностей подвижных опор, параллельно и накрест противоположно друг другу выполнены скосы, а по линиям пересечения плоскостей скосов с плоскостями, нормальными к осям симметрии опор, прорезаны радиусные канавки, которые сопряжены с цилиндрическими шпонками, принадлежащими сосуду и кожуху, причем шпонки установлены на их опорных фланцах неподвижно и перпендикулярно к продольной оси резервуара. Предложенная конструкция позволяет исключить изгибающие напряжения в стенках сосуда и сохранить высокую жесткость опорной системы. 2 ил.

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к конструкции опорных элементов, служащих для базирования внутренних теплоизолированных сосудов в герметичных внешних кожухах резервуаров, предназначенных для хранения и транспортирования криогенных жидкостей.

Известен резервуар для хранения и транспортирования криогенных жидкостей, содержащий вакуумированный кожух, внутри которого закреплен теплоизолированный сосуд с помощью симметрично наклоненных друг к другу под одинаковым углом и шарнирно связанных с сосудом и кожухом стержневых опор равной длины. При этом сосуд снабжен упором, ответная часть которого закреплена в кожухе, а упор установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в ней [1].

Недостатками резервуара являются недостаточная жесткость опорной системы и ее значительная сложность.

Целью изобретения является упрощение конструкции опорной системы сосуда.

Цель достигается тем, что на длине до половины протяженности торцовых поверхностей подвижных опор параллельно и накрест противоположно друг другу выполнены скосы, а по линиям пересечения плоскостей скосов с плоскостями, нормальными к осям симметрии опор, выполнены радиусные канавки, сопряженные с цилиндрическими шпонками, принадлежащими сосуду и кожуху, причем шпонки установлены на их опорных фланцах неподвижно и перпендикулярно к продольной оси резервуара.

Отличительные признаки заявленного технического решения и преимущества, обеспечиваемые ими в сравнении с прототипом.

На длине до половины протяженности торцовых поверхностей подвижных опор параллельно и накрест противоположно друг другу выполнены скосы.

В процессе захолаживания сосуда расстояние между его неподвижными и подвижными опорами в результате температурных усадок уменьшается. Если опоры жестко связаны с сосудом, то они должны при этом скользить по кожуху, вызывая в его конструкции значительные изгибающие моменты. При попытке избавиться от последних возникает техническое противоречие, нашедшее разрешение в прототипе, - опоры должны быть подвижны и не должны быть подвижны. Однако известная конструкция недостаточно жесткая. Для повышения жесткости нужно высоту опор сделать минимально возможной, например, равной межстенному расстоянию, не забывая при этом о недопустимости увеличения теплопритоков. Опоры должны быть выполнены из низкотеплопроводного материала. Они сделаны из стеклотекстолита и имеют форму стоящих на торцах втулок. Скосы, занимающие меньшую часть площади торцов, предназначены для восприятия веса пустого "теплого" сосуда, а остальная часть для восприятия суммарного веса сосуда и залитой в него криогенной жидкости. При отогреве сосуда после слива жидкости его стенки удлиняются и подвижные опоры, оставаясь неподвижными по отношению к стенкам сосуда и кожуха, "переваливаются" с торцовых поверхностей на поверхности скосов. Конец сосуда над подвижными опорами слегка приподнимается, но одновременно отогреваются и удлиняются растяжки сосуда, так что в итоге перераспределения нагрузок на сосуд не происходит.

По линиям пересечения плоскостей скосов с плоскостями, нормальными к осям симметрии опор, выполнены радиусные канавки, которые сопряжены с цилиндрическими шпонками, принадлежащими сосуду и кожуху, причем шпонки установлены на их опорных фланцах неподвижно и перпендикулярно к продольной оси резервуара.

Если не притормаживать подвижные опоры во время их поворота, то при недостаточном усилии прижима сосуда к опорам (или малом коэффициенте трения) они могут сдвинуться без поворота, тем более что при переходе с нормальных плоскостей на плоскости скосов высота опор несколько увеличивается. Цилиндрические шпонки и сопрягаемые с ними канавки обеспечивают поворот опор без проскальзывания, четко фиксируя положение осей их поворота. Расположение шпонок перпендикулярно к оси резервуара исключает возможность поперечного смещения опор при повороте.

Технических решений с признаками, сходными или аналогичными признакам, отличающим заявленное техническое решение от прототипа, не обнаружено, а значит можно сделать вывод, что оно обладает существенными признаками и новизной.

На фиг. 1 изображено положение опор при "теплом" сосуде; на фиг. 2 - то же, при "захоложенном" сосуде.

Резервуар для криогенных жидкостей содержит внешний кожух 1, внутренний сосуд 2 и помещенные в их межстенном пространстве 3 вместе с одним из видов вакуумной теплоизоляции неподвижные 4 и подвижные 5 втулочные опоры сосуда, установленные между фланцами 6 и 7 кожуха и фланцами 8 и 9 сосуда соответственно. На торцовых поверхностях 10 подвижных опор 5 выполнены скосы 11, а в местах их пересечения с плоскостями торцовых поверхностей 10 - радиусные канавки 12, сопряженные с цилиндрическими шпонками 13, установленными на фланцах 7 и 9. При захолаживании сосуда 2 в нем находится криогенная жидкость 14.

Система компенсации температурных деформаций сосуда работает следующим образом.

При отсутствии в сосуде 2 жидкости 14 длительное время он приобретает температуру, близкую температуре кожуха 1, и считается теплым. Его длинновые размеры при этом достигают максимального значения, как и расстояние между центровыми линиями неподвижной опоры 4 и шпонки 13 на фланце 9 (фиг. 1). Каждая подвижная опора 5 при этом опирается скосами 11 на опорные фланцы 7 и 9, край сосуда над опорами несколько приподнят, но поскольку растяжки, удерживающие сосуд от смещения в кожухе 1, также теплые и длинные, увеличения усилий их натяжения не происходит. В процессе "захолаживания" сосуда в него подается криогенная жидкость 14 и его стенки претерпевают температурную усадку тем большую, чем длиннее сосуд. Расстояние между фланцами 8 и 9 сосуда сокращается, а расстояние между фланцами 6 и 7 кожуха остается прежним. Смещаясь вместе с фланцем 9, его шпонка 13 увлекает за собой опору 5, взаимодействуя с ее радиусной канавкой 12. Опора 5 поворачивается относительно неподвижной шпонки 13 фланца 7 и в конце хода устанавливается своими нормальными к оси симметрии торцовыми поверхностями 10 на фланцы 7 и 9. Поверхности 10 имеют площадь большую, чем площадь скосов 11, и способны воспринять вес заполненного сосуда. Кроме того боковые поверхности опор 5 теперь расположены перпендикулярно к опорным фланцам, что также способствует более равномерному распределению нагрузок на опоры. После слива криогенной жидкости 14 из сосуда 2 и его отогрева опоры 5 возвращаются в исходное положение.

Предложенная конструкция позволяет исключить изгибающие напряжения в стенках сосуда и сохранить высокую жесткость опорной системы.

Формула изобретения

РЕЗЕРВУАР ДЛЯ КРИОГЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ, содержащий вакуумированный кожух, внутри которого закреплен теплоизолированный сосуд с помощью симметрично установленных опор равной длины, компенсирующих его температурные деформации путем поворота на шарнирах, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, часть опор закреплена неподвижно, шарниры выполнены в виде цилиндрических шпонок, у подвижных опор на длине до половины протяженности торцевых поверхностей параллельно и накрест противоположно друг другу выполнены скосы, по линиям пересечения плоскостей скосов с плоскостями, нормальными к осям симметрии опор, в торцах выполнены радиусные канавки, которые сопряжены с цилиндрическими шпонками, контактирующими соответственно с сосудом и кожухом, при этом шпонки установлены на их опорных фланцах неподвижно и перпендикулярно к продольной оси резервуара.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2