Системы хранения и подачи топлива в виде сжиженного природного газа (спг-топлива) для транспортных средств, работающих на природном газе

 

Изобретение относится к системам хранения сжиженного природного газа под давлением (СПГД-топлива) от примерно 1035 до примерно 7590 кПа и при температуре от примерно -123 до примерно -62oС и подачи испаряющегося СПГД-топлива для сгорания в двигателе. Системы подачи и хранения топлива имеют резервуары для хранения топлива, которые выполнены из сверхвысокопрочной низколегированной стали, содержащей менее 9 вес.% никеля и имеющей предел прочности при растяжении, превышающий 830 МПа, и температуру перехода от пластичного разрушения к хрупкому ниже, чем примерно -73oС. Изобретение особенно применимо для транспортных средств с двигателями, предназначенными для работы за счет сгорания природного газа. Использование изобретение позволит создать экономичную систему хранения и подачи топлива для сгорания в двигателе автомобиля. 6 с. и 9 з.п. ф-лы, 3 табл., 4 ил.

Это изобретение относится к системам хранения и подачи топлива для его хранения в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа (СПГД-топлива) и подачи испаряющегося СПГД-топлива при использовании для сгорания в двигателе. Более конкретно, данное изобретение относится к таким системам хранения и подачи, имеющим резервуары для хранения топлива, которые выполнены из сверхвысокопрочных низколегированных сталей, содержащих меньше 9 вес.% никеля, и которые имеют подходящие предел прочности и вязкость разрушения при криогенных температурах для содержания СПГД-топлива. Хотя данное изобретение и не ограничивается нижеследующими применениями, оно в особенности применяется для легковых автомобилей, автобусов, грузовых автомобилей и других транспортных средств с двигателями, предназначенными для работы за счет сгорания природного газа.

В нижеследующем описании даны определения различных терминов. Для удобства непосредственно перед формулой изобретения приведен Словарь терминов.

Такие законы, как Закон о контроле над загрязнением воздуха (1990) и Закон об энергетической политике (1992), которые регулируют закупку транспортных средств, работающих на альтернативном топливе (ТСРАТ), стимулировали выдвижение нескольких серьезных предпринимательских инициатив, направленных на разработку транспортных средств, работающих на природном газе (ТСРПГ). Хотя эти законы были обоснованы вопросами качества воздуха, они создали экономические мотивы, которые стимулировали практическую деятельность по внедрению ТСРПГ. В настоящее время ТСРПГ считают наиболее конкурентоспособной возможной альтернативой транспортным средствам, работающим на бензине, ввиду присущих природному газу характеристик полноты сгорания.

Тремя конкурентоспособными технологиями для внедрения ТСРАТ типа ТСРПГ являются: технология сжатого природного газа (СжатПГ-технология), технология сжиженного природного газа (СПГ-технология) и технология сжиженного нефтяного газа (СНГ-технология). При СжатПАГ-технологии газообразное топливо (природный газ) хранится при очень высоких давлениях примерно от 20684 кПа до 24132 кПа. У СжатПГ-технологии есть, по меньшей мере, четыре основных недостатка, которые ограничили ее успешное применение: малая дальность пробега транспортного средства (ввиду малого запаса энергии в пересчете на объем резервуара для хранения топлива); вопросы безопасности, связанные с высокими давлениями хранения; масса и высокая стоимость бортовых (и обычно неудобных) резервуаров для хранения топлива и высокая стоимость станций дозаправки топливом, которые должны включать компрессорные установки с высокой степенью сжатия. СПГ-технология не имеет ограничения, связанного с низкой плотностью энергии, присущее СжатПГ, за счет того, что можно запасать больше энергии в пересчете на единицу объема. Другие преимущества СПГ над СжатПГ включают меньший вес топливной системы транспортного средства и увеличенную общую вместимость резервуара для хранения топлива. Например, вес типичной бортовой системы хранения топлива, заполненной СжатПГ, в 2,5 раза превышает вес типичной СПГ-системы. Однако исключительно низкая температура хранения, -162oС, необходимая для СПГ-системы, приводит к большим затратам на резервуары для хранения топлива, которые обычно изготовлены из дорогих специальных сплавов, таких как промышленные никельсодержащие стали (например, содержащие 9 вес.% никеля) или сплавы алюминия (например, Аl-5083). Кроме того, необходимость подавать находящийся под давлением природный газ к топливным инжекторам двигателя повышает сложность и стоимость системы подачи топлива. Недавние настойчивые предложения Национальной лаборатории Министерства энергетики в Брукхейвене по разработке СПГ-технологии для ТСРПГ подчеркивают потребность в системе подачи СПГ для топливных инжекторов среднего давления. Альтернативой СПГ с аналогичными характеристиками полноты сгорания является сжиженный нефтяной газ (СНГ). СНГ не имеет ограничений, присущих как СжатПГ, так и СПГ, поскольку обеспечивает больший запас энергии в пересчете на объем резервуара, чем любой из СжатПГ и СПГ, а также работает при относительно низких давлениях (примерно 827 кПа) по сравнению со СжатПГ и при температурах окружающей среды. Однако поставки СНГ ограничены и СНГ гораздо дороже, чем СПГ.

В пяти одновременно рассматриваемых заявках на патент США (заявках на патенты по находящемуся под давлением сжиженному природному газу (СПГД)), каждая из которых имеет название "Усовершенствованная система для обработки, хранения и транспортировки сжиженного природного газа", описаны резервуары и танкеры для хранения и морских перевозок находящегося под давлением сжиженного природного газа (СПГД) при давлении в широком диапазоне от примерно 1035 кПа до примерно 7590 кПа и при температуре в широком диапазоне от примерно -123oС до примерно -62oС. Самая последняя из указанных заявок на патенты по СПГД имеет приоритет от 14 мая 1998 г. и зарегистрирована Заявителем под 97006Р4, а Ведомством по патентам и товарным знакам США (ВПТЗ США) - под 60/085467. Первая из указанных заявок на патенты по СПГД имеет приоритет от 20 июня 1997 г. и зарегистрирована ВПТЗ США под 60/050280. Вторая из указанных заявок на патенты по СПГД имеет приоритет от 28 июля 1997 г. и зарегистрирована ВПТЗ США под 60/053966. Третья из указанных заявок на патенты по СПГД имеет приоритет от 19 декабря 1997 г. и зарегистрирована ВПТЗ США под 60/068226. Четвертая из указанных заявок на патенты по СПГД имеет приоритет от 30 марта 1998 г. и зарегистрирована ВПТЗ США под 60/079904. Кроме того, во всех заявках на патенты по СПГД описаны системы и резервуары для обработки, хранения и транспортировки СПГД.

СПГД представляет собой альтернативный, экономически эффективный источник топлива для транспортных средств, который обеспечивает преимущества полноты сгорания СжатПГ, СПГ и СНГ. Кроме того, СПГД дает больший запас энергии в пересчете на объем резервуара для хранения топлива, чем СжатПГ, дешевле в обработке, чем СПГ, и исключает недостаток, связанный с ограниченностью поставок и характерный для СНГ. Однако по сведениям авторов изобретения в настоящее время нет систем хранения и подачи топлива, пригодных для экономичного хранения и подачи испаренного СПГД-топлива при использовании для сгорания в двигателе транспортного средства. Если бы такие системы хранения и подачи топлива существовали, то СПГД явился бы источником топлива для транспортных средств, который исключил бы принципиальные недостатки СжатПГ, СПГ и СНГ. Существует необходимость в создании системы хранения и подачи топлива для экономичного хранения СПГД-топлива и подачи испаренного СПГД-топлива при использовании для сгорания в двигателе.

Следовательно, основная задача данного изобретения состоит в создании системы хранения и подачи топлива для хранения СПГД-топлива и подачи испаряющегося СПГД-топлива при использовании для сгорания в двигателе.

В соответствии с задачами данного изобретения созданы системы хранения и подачи топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа (СПГД-топлива) при давлении от примерно 1035 кПа до примерно 7590 кПа и при температуре от примерно -123oС до примерно -62oС и подачи испаренного СПГД-топлива при использовании для сгорания в двигателе. СПГД-топливо предпочтительно хранится при давлении от примерно 1725 кПа до примерно 7590 кПа и при температуре от примерно -112oС до примерно -62oС. Более предпочтительно СПГД-топливо хранится при давлении от примерно 2415 кПа до примерно 4830 кПа и при температуре в диапазоне от примерно -101oС до примерно -79oС. Еще более предпочтительно нижние границы диапазонов давления и температуры для СПГД-топлива составляют примерно 2760 кПа и -96oС. Системы хранения и подачи топлива согласно данному изобретению имеют резервуары для хранения топлива и другие составные части системы, которые выполнены из материалов, содержащих сверхвысокопрочную низколегированную сталь, содержащую меньше 9 вес.% никеля и имеющую необходимые предел прочности и вязкость разрушения для содержания находящегося под давлением сжиженного природного газа. Эта сталь имеет сверхвысокий предел прочности, например предел прочности при растяжении (см. определение ниже), превышающий 830 МПа, и температуру перехода от пластичного разрушения к хрупкому (ТППРХ, см. нижеследующее определение) ниже, чем примерно -73oС.

Преимущества данного изобретения станут более понятными из нижеследующего подробного описания и прилагаемых чертежей, на которых фиг.1 представляет условное изображение системы хранения и подачи топлива согласно данному изобретению, соединенную с двигателем; фиг. 2 представляет условное изображение микропроцессора (центрального процессора, ЦП), используемого для управления топливом в системе хранения и подачи топлива согласно данному изобретению; фиг.3 представляет подробное изображение резервуара для хранения топлива и соответствующего топливного баллона, используемых в системе хранения и подачи топлива согласно данному изобретению, фиг. 4А изображает график критической глубины трещины для заданной длины трещины в зависимости от вязкости разрушения при раскрытии в вершине трещины (РВТ) и остаточного напряжения, фиг.4В изображает геометрию (длину и глубину) трещины.

Несмотря на то, что изобретение будет описано в связи с предпочтительными конкретными вариантами его осуществления, очевидно, что оно ими не ограничивается. Наоборот, следует считать изобретение охватывающим все варианты, модификации и эквиваленты, которые могут быть заключены в рамках объема притязаний изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.

Данное изобретение относится к системам хранения и подачи топлива и их отдельным составным частям, предназначенным для хранения СПГД-топлива и подачи испаряющегося СПГД-топлива при использовании для сгорания в двигателе транспортного средства. Созданы системы хранения и подачи топлива, предназначенные для хранения топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа (СПГД-топлива) при давлении от примерно 1035 кПа до примерно 7590 кПа и при температуре от примерно -123oС до примерно -62oС и подачи испаряющегося СПГД-топлива при использовании для сгорания в двигателе, причем системы хранения и подачи топлива включают резервуары для хранения топлива и другие составные части, которые выполнены из материалов, содержащих сверхвысокопрочную низколегированную сталь, содержащую меньше 9 вес.% никеля и имеющую предел прочности при растяжении, превышающий 830 МПа, и ТППРХ ниже, чем примерно -73oС. Кроме того, созданы системы хранения и подачи топлива, предназначенные для хранения СПГД-топлива при давлении от примерно 1725 кПа до примерно 4830 кПа и при температуре в диапазоне от примерно -112oС до примерно -79oС и подачи испаряющегося СПГД-топлива при использовании для сгорания в двигателе транспортного средства, причем системы хранения и подачи топлива включают резервуары для хранения топлива и другие составные части, которые (i) выполнены из материалов, содержащих сверхвысокопрочную низколегированную сталь, содержащую меньше 9 вес.% никеля, и (ii) имеют необходимые предел прочности и вязкость разрушения для содержания находящегося под давлением сжиженного природного газа. Кроме того, созданы системы хранения и подачи топлива, предназначенные для хранения СПГД-топлива и подачи испаряющегося СПГД-топлива при использовании для сгорания в двигателе транспортного средства, причем системы хранения и подачи топлива включают резервуары для хранения топлива и другие составные части, которые выполнены из материалов, содержащих сверхвысокопрочную низколегированную сталь, содержащую меньше 9 вес. % никеля и имеющую предел прочности при растяжении, превышающий 830 МПа, и ТППРХ ниже, чем примерно -73oС. Созданы также системы хранения и подачи топлива, предназначенные для хранения СПГД-топлива и подачи испаряющегося СПГД-топлива при использовании для сгорания в двигателе транспортного средства, причем системы хранения и подачи топлива имеют резервуары для хранения топлива и другие составные части, которые (i) выполнены из материалов, содержащих сверхвысокопрочную низколегированную сталь, содержащую меньше 9 вес.% никеля, и (ii) имеют необходимые предел прочности и вязкость разрушения для содержания находящегося под давлением сжиженного природного газа.

Сталь для сооружения резервуаров и других составных частей систем хранения и подачи топлива Любую сверхвысокопрочную низколегированную сталь, содержащую меньше 9 вес. % никеля и имеющую необходимую вязкость для содержания текучих сред при криогенных температурах, например - СПГД, в рабочих условиях, в соответствии с описанными здесь известными принципами механики разрушения можно использовать для выполнения резервуаров и других составных частей системы хранения и подачи топлива согласно данному изобретению. Одной сталью, пригодной для использования в данном изобретении, без ограничения изобретения, является свариваемая сверхвысокопрочная низколегированная сталь, содержащая меньше 9 вес.% никеля и имеющая предел прочности при растяжении, превышающий 830 МПа, и необходимую вязкость для предотвращения возникновения разрушения, т.е. явления разрушения, в рабочих условиях криогенных температур. Другой сталью, пригодной для использования в данном изобретении без ограничения изобретения, является свариваемая сверхвысокопрочная низколегированная сталь, содержащая меньше, чем примерно 3 вес.% никеля, и имеющая предел прочности при растяжении, по меньшей мере, 1000 МПа и необходимую вязкость для предотвращения возникновения разрушения, т.е. явления разрушения, в рабочих условиях криогенных температур. Такие стали в этих примерах предпочтительно имеют ТППРХ ниже, чем примерно -73oС.

Недавние достижения в технологии производства стали обеспечили возможность изготовления новых сверхвысокопрочных низколегированных сталей с превосходной вязкостью при криогенных температурах. Например, в трех патентах США 5531842, 5545269 и 5545270, выданных Ку (Коо) и др., описаны новые стали и способы обработки этих сталей для получения стальных листов с пределами прочности при растяжении примерно 830 МПа, 965 МПа и выше. Стали и способы обработки, описанные в этих патентах, были улучшены и модифицированы для получения химических составов стали и условий обработки, необходимых для изготовления сверхвысокопрочных низколегированных сталей с превосходной вязкостью при криогенных температурах как в основной стали, так и в зоне термического влияния (ЗТП) при сварке. Эти сверхвысокопрочные низколегированные стали также имеют повышенную вязкость по сравнению со стандартными промышленно изготавливаемыми сверхвысокопрочными низколегированными сталями. Эти улучшенные стали описаны в одновременно рассматриваемой заявке на патент США с названием "Сверхвысокопрочные стали с превосходной вязкостью при криогенных температурах", которая имеет дату приоритета 19 декабря 1997 г. и зарегистрирована Ведомством по патентам и товарным знакам США (ВПТЗ США) под 60/068194, в одновременно рассматриваемой заявке на патент США с названием "Сверхвысокопрочные аустенитно-стареющие стали с превосходной вязкостью при криогенных температурах", которая имеет дату приоритета 19 декабря 1997 г. и зарегистрирована ВПТЗ США под 60/068252, и в одновременно рассматриваемой заявке на патент США с названием "Сверхвысокопрочные двухфазные стали с превосходной вязкостью при криогенных температурах", которая имеет дату приоритета 19 декабря 1997 г. и зарегистрирована Ведомством по патентам и товарным знакам США (ВПТЗ США) под 60/068816 (эти заявки называются ниже "заявками на патенты по сталям").

Новые стали, описанные в заявках на патенты по сталям, а также описанные в нижеследующих вариантах, особенно подходят для изготовления резервуаров и других составных частей системы хранения и подачи топлива согласно данному изобретению, так как эти стали имеют следующие характеристики предпочтительно для толщин стальных листов примерно 2,5 см и более: (i) ТППРХ ниже, чем примерно -73oС, предпочтительно ТППРХ ниже, чем примерно -107oС, в основной стали и в ЗТВ сварки; (ii) предел прочности при растяжении, превышающий 830 МПа, предпочтительно превышающий примерно 860 МПа, а более предпочтительно превышающий примерно 900 МПа; (iii) превосходную свариваемость; (iv) по существу, однородные по всей толщине микроструктуру и свойства; и (v) повышенную вязкость по сравнению со стандартными промышленно изготавливаемыми сверхвысокопрочными низколегированными сталями. Еще более предпочтительно эти стали имеют предел прочности при растяжении, превышающий примерно 930 МПа, или превышающий примерно 965 МПа, или превышающий примерно 1000 МПа.

Первый вариант стали Как упоминалось выше, в одновременно рассматриваемой заявке на патент США, имеющей дату приоритета 19 декабря 1997 г., под названием "Сверхвысокопрочные стали с превосходной вязкостью при криогенных температурах" и зарегистрированной ВПТЗ США под 60/068194, приведено описание сталей, пригодных для использования в данном изобретении. Предложен способ получения листа сверхвысокопрочной стали, имеющего микроструктуру, включающую в качестве основных компонентов мелкозернистый реечный мартенсит отпуска, мелкозернистый нижний бейнит отпуска или их смеси, причем способ включает следующие этапы: (а) нагревают стальной сляб до температуры повторного нагрева, достаточно высокой для того, чтобы (i) по существу, гомогенизировать стальной сляб, (ii) растворить, по существу, все карбиды и карбонитриды ниобия и ванадия в стальном слябе, и (iii) обеспечить мелкие исходные аустенитные зерна в стальном слябе, (б) обжимают стальной сляб для формирования стального листа за один или несколько проходов горячей прокатки в первом диапазоне температур, в котором рекристаллизуется аустенит, (в) дополнительно обжимают стальной лист за один или несколько проходов горячей прокатки во втором диапазоне температур ниже примерно температуры Тнр и выше примерно температуры Аr3 фазового превращения, (г) проводят закалку стального листа со скоростью охлаждения от примерно 10oС в секунду до примерно 40oС в секунду до температуры прекращения закалки ниже примерно температуры Мн фазового превращения плюс 200oС, (д) прекращают закалку и (е) проводят отпуск стального листа при температуре отпуска от примерно 400oС до примерно температуры Aс1 фазового превращения, предпочтительно, но не включая, до температуры Aс1 фазового превращения, в течение периода времени, достаточного для того, чтобы вызвать осаждение упрочняющих частиц, например частиц одного или нескольких из таких материалов, как -медь, Мo2С или карбиды и карбонитриды ниобия и ванадия. Период времени, достаточный для того, чтобы вызвать осаждение упрочняющих частиц, зависит, в первую очередь, от толщины стального листа, химического состава стального листа и температуры отпуска и может быть определен специалистом в данной области техники. (Определения терминов "в качестве доминирующих компонентов", "упрочняющие частицы", "температура Тнр", температуры Аr3, Мн и Aс1 фазового превращения" и "Мо2С" - см. Словарь).

Чтобы обеспечить надлежащую вязкость при температурах окружающей среды и криогенных температурах, стали согласно первому варианту стали предпочтительно имеют микроструктуру, включающую в качестве основных компонентов мелкозернистый нижний бейнит отпуска, мелкозернистый реечный мартенсит отпуска или их смеси. Предпочтительно в значительной степени уменьшать образование охрупчивающих компонентов, например верхнего бейнита, двойникового мартенсита и мартенсита-аустенита (МА). В том смысле, в каком он употребляется в первом варианте стали и в формуле изобретения, термин "в качестве доминирующих компонентов" означает, по меньшей мере, примерно 50 объемных процентов. Более предпочтительно микроструктура включает, по меньшей мере, от примерно 60 объемных процентов до примерно 80 объемных процентов мелкозернистого нижнего бейнита отпуска, мелкозернистого реечного мартенсита отпуска или их смесей. Еще более предпочтительно, микроструктура включает, по меньшей мере, 90 объемных процентов мелкозернистого нижнего бейнита отпуска, мелкозернистого реечного мартенсита отпуска или их смесей. Наиболее предпочтительно микроструктура содержит, по существу, 100% мелкозернистого реечного мартенсита отпуска.

Стальной сляб, обработанный в соответствии с первым вариантом стали, изготовлен обычным способом и в одном конкретном примере осуществления содержит железо и следующие легирующие элементы, предпочтительные диапазоны по весу которых указаны в таблице 1.

Иногда в сталь добавляют ванадий (V) предпочтительно в количестве до примерно 0,10 вес.%, а более предпочтительно от примерно 0,02 вес.% до примерно 0,5 вес.%.

Иногда в сталь добавляют хром (Сr) предпочтительно в количестве до примерно 1,0 вес. %, а более предпочтительно от примерно 0,2 вес.% до примерно 0,6 вес.%.

Иногда в сталь добавляют кремний (Si) предпочтительно в количестве до примерно 0,5 вес.%, более предпочтительно от примерно 0,01 вес.% до примерно 0,5 вес. %, а еще более предпочтительно от примерно 0,05 вес.% до примерно 0,1 вес.%.

Иногда в сталь добавляют бор (В) предпочтительно в количестве до примерно 0,0020 вес.%, а более предпочтительно от примерно 0,0006 вес.% до примерно 0,0010 вес.%.

Сталь предпочтительно содержит, по меньшей мере, примерно 1 вес.% никеля. Содержание никеля в стали можно увеличить до значения более примерно 3 вес. %, если это требуется для улучшения качества после сварки. По оценкам добавление каждого 1 вес.% никеля снижает ТППРХ стали примерно на 10oС. Содержание никеля предпочтительно меньше 9 вес.%, более предпочтительно меньше примерно 6 вес.%. Содержание никеля предпочтительно уменьшают для того, чтобы снизить соответственно стоимость стали. Если содержание никеля увеличивается до значения более примерно 3 вес.%, то содержимое марганца можно уменьшить до значения меньше примерно 0,5 вес.% и вплоть до 0,0 вес.%. Поэтому, в широком смысле, предпочтительно иметь содержание марганца до примерно 2,5 вес.%.

Кроме того, в стали предпочтительно уменьшают остаточные примеси в значительной степени. Содержание фосфора (Р) предпочтительно меньше примерно 0,01 вес.%. Содержание серы (S) предпочтительно меньше примерно 0,004 вес.%. Содержание кислорода (О) предпочтительно меньше примерно 0,002 вес.%.

Более подробно, сталь согласно первому варианту стали получают следующим образом: формуют сляб необходимого состава, нагревают сляб до температуры от примерно 955oС до примерно 1065oС, проводят горячую прокатку сляба для формирования стального листа за один или несколько проходов с обеспечением от примерно 30-процентного до примерно 70-процентного обжатия в первом диапазоне температур, в котором рекристаллизуется аустенит, т.е. выше примерно температуры Тнр, и проводят дополнительную горячую прокатку стального листа за один или несколько проходов с обеспечением от примерно 40-процентного до примерно 80-процентного обжатия во втором диапазоне температур ниже примерно температуры Тнр и выше примерно температуры Аr3 фазового превращения. Затем проводят закалку горячекатанного стального листа со скоростью охлаждения от примерно 10oС в секунду до примерно 40oС в секунду до необходимой температуры прекращения закалки (ТПЗ, см. определение в Словаре) ниже примерно температуры н фазового превращения плюс 200oС, и в этот момент прекращают закалку. В одном конкретном примере этого варианта стали стальной лист затем охлаждают на воздухе до температуры окружающей среды. Эту обработку используют для получения микроструктуры, предпочтительно содержащей в качестве доминирующих компонентов мелкозернистый реечный мартенсит, мелкозернистый нижний бейнит или их смеси, или более предпочтительно содержащей, по существу, 100% мелкозернистого реечного мартенсита.

Полученный таким образом мартенсит прямой закалки в сталях согласно первому варианту стали имеет высокий предел прочности, но его вязкость можно повысить путем отпуска при необходимой температуре от значения выше примерно 400oС до примерно температуры Aс1 фазового превращения. Отпуск стали в этом диапазоне температур также приводит к уменьшению напряжений отпуска, что, в свою очередь, приводит к повышенной вязкости. Поскольку отпуск может повысить вязкость стали, он обычно приводит к значительной потере прочности. В данном изобретении обычные потери прочности в результате отпуска устраняются путем упрочнения дисперсными частицами осадка (выпавшей фазы). Упрочнение частицами мелкодисперсных осадков меди и смешанными карбидами и/или карбонитридами используют для увеличения прочности и вязкости во время отпуска структуры мартенсита. Особый химический состав сталей согласно первому варианту стали обеспечивает проведение отпуска в широком диапазоне от примерно 400oС до примерно 650oС без сколько-нибудь значительных потерь прочности из-за отпуска. Отпуск стального листа предпочтительно проводят при температуре отпуска от примерно 400oС до температуры Aс1 фазового превращения в течение периода времени, достаточного для того, чтобы вызвать осаждение упрочняющих частиц (см. определение ниже). Эта обработка облегчает превращение микроструктуры стального листа в ту, которая в качестве основных компонентов содержит мелкозернистый реечный мартенсит отпуска, мелкозернистый нижний бейнит отпуска или их смеси. Период времени, достаточный для того, чтобы вызвать осаждение упрочняющих частиц, снова зависит, в первую очередь, от толщины стального листа, химического состава стального листа и температуры отпуска и может быть определен специалистом в данной области техники.

Второй вариант стали Как упоминалось выше, в одновременно рассматриваемой заявке на патент США, имеющей дату приоритета 19 декабря 1997 г., с названием "Сверхвысокопрочные аустенитно-стареющие стали с превосходной вязкостью при криогенных температурах" и зарегистрированной ВПТЗ США под 60/068252, приведено описание других сталей, пригодных для использования в данном изобретении. Предложен способ получения листа сверхвысокопрочной стали, имеющего микрослоистую микроструктуру, содержащую от примерно 2 об.% до примерно 10 об. % слоев пленок аустенита и от примерно 90 об.% до примерно 98 об.% реек, содержащих в качестве доминирующих компонентов мелкозернистый мартенсит и мелкозернистый нижний бейнит, причем способ включает следующие этапы: (а) нагревают стальной сляб до температуры повторного нагрева, достаточно высокой для того, чтобы (i) по существу, гомогенизировать стальной сляб, (ii) растворить, по существу, все карбиды и карбонитриды ниобия и ванадия в стальном слябе, и (iii) обеспечить мелкие исходные аустенитные зерна в стальном слябе, (б) обжимают стальной сляб для формирования стального листа за один или несколько проходов горячей прокатки в первом диапазоне температур, в котором рекристаллизуется аустенит, (в) дополнительно обжимают стальной лист за один или несколько проходов горячей прокатки во втором диапазоне температур ниже примерно температуры Тнр и выше примерно температуры Аr3 фазового превращения, (г) проводят закалку стального листа со скоростью охлаждения от примерно 10oС в секунду до примерно 40oС в секунду до температуры прекращения закалки (ТПЗ) ниже примерно температуры Мн фазового превращения плюс 100oС и выше примерно температуры Мн фазового превращения, и (д) прекращают закалку. В одном конкретном примере осуществления способ согласно второму варианту стали дополнительно включает этап, на котором подвергают стальной лист охлаждению на воздухе от ТПЗ до температуры окружающей среды. В другом конкретном примере осуществления способ согласно второму варианту стали дополнительно включает этап, на котором поддерживают стальной лист, по существу, изотермически при ТПЗ в течение примерно 5 минут перед тем, как подвергают стальной лист охлаждению на воздухе до температуры окружающей среды. В еще одном конкретном примере осуществления способ согласно второму варианту стали дополнительно включает этап, на котором медленно охлаждают стальной лист от ТПЗ со скоростью меньшей, чем примерно 1,0oС в секунду в течение времени до примерно 5 минут перед тем, как подвергают стальной лист охлаждению на воздухе до температуры окружающей среды. И в еще одном конкретном примере осуществления способ согласно изобретению дополнительно включает этап, на котором медленно охлаждают стальной лист от ТПЗ со скоростью меньшей, чем примерно 1,0oС в секунду в течение времени до примерно 5 минут перед тем, как подвергают стальной лист охлаждению на воздухе до температуры окружающей среды. Эта обработка обеспечивает превращение микроструктуры стального листа в микроструктуру, включающую от примерно 2 об.% до примерно 10 об.% слоев пленок аустенита и от примерно 90 об.% до примерно 98 об.% реек, включающих в качестве основных компонентов мелкозернистый мартенсит и мелкозернистый нижний бейнит. (Определения терминов "температура Тнр" и "температуры Аr3 и Мн фазового превращения" - см. Словарь).

Чтобы обеспечить надлежащую вязкость при температурах окружающей среды и криогенных температурах, рейки в микрослоистой микроструктуре предпочтительно включают в качестве основных компонентов нижний бейнит или мартенсит. Предпочтительно в значительной степени уменьшать образование охрупчивающих компонентов, например верхнего бейнита, двойникованного мартенсита и МА. В том смысле, в каком он употребляется во втором варианте стали и в формуле изобретения, термин "в качестве доминирующих компонентов" означает, по меньшей мере, примерно 50 объемных процентов. Остальная часть микроструктуры может включать дополнительный мелкозернистый нижний бейнит, дополнительный мелкозернистый реечный мартенсит или феррит. Более предпочтительно, микроструктура включает, по меньшей мере, от примерно 60 объемных процентов до примерно 80 объемных процентов нижнего бейнита или реечного мартенсита. Еще более предпочтительно, микроструктура включает, по меньшей мере, примерно 90 объемных процентов нижнего бейнита или реечного мартенсита.

Стальной сляб, обработанный согласно второму варианту стали, изготовлен обычным способом и в одном конкретном примере осуществления содержит железо и следующие легирующие элементы, предпочтительные диапазоны по весу которых указаны в таблице 2.

Иногда в сталь добавляют хром (Сr) предпочтительно в количестве до примерно 1,0 вес. %, а более предпочтительно от примерно 0,2 вес.% до примерно 0,6 вес.%.

Иногда в сталь добавляют кремний (Si) предпочтительно в количестве до примерно 0,5 вес.%, более предпочтительно от примерно 0,01 вес.% до примерно 0,5 вес. %, а еще более предпочтительно от примерно 0,05 вес.% до примерно 0,1 вес.%.

Иногда в сталь добавляют бор (В) предпочтительно в количестве до примерно 0,0020 вес.%, а более предпочтительно от примерно 0,0006 вес.% до примерно 0,0010 вес.%.

Сталь предпочтительно содержит, по меньшей мере, примерно 1 вес.% никеля. Содержание никеля в стали можно увеличить до значения более примерно 3 вес. %, если это требуется для улучшения качества после сварки. По оценкам добавление каждого 1 вес.% никеля снижает ТППРХ стали примерно на 10oС. Содержание никеля предпочтительно меньше 9 вес.%, более предпочтительно меньше примерно 6 вес.%. Содержание никеля предпочтительно уменьшают для того, чтобы снизить соответственно стоимость стали. Если содержание никеля увеличивается до значения более примерно 3 вес.%, то содержимое марганца можно уменьшить до значения меньше примерно 0,5 вес.% и вплоть до 0,0 вес.%. Поэтому, в широком смысле, предпочтительно иметь содержание марганца до примерно 2,5 вес.%.

Кроме того, в стали предпочтительно уменьшают, по существу, остаточные примеси. Содержание фосфора (Р) предпочтительно меньше примерно 0,01 вес.%. Содержание серы (S) предпочтительно меньше примерно 0,004 вес.%. Содержание кислорода (О) предпочтительно меньше примерно 0,002 вес.%.

Более подробно, сталь согласно второму варианту стали получают следующим образом: формуют сляб необходимого состава, нагревают сляб до температуры от примерно 955oС до примерно 1065oС, проводят горячую прокатку сляба для формирования стального листа за один или несколько проходов с обеспечением от примерно 30-процентного до примерно 70-процентного обжатия в первом диапазоне температур, в котором рекристаллизуется аустенит, т.е. выше примерно температуры Тнр, и проводят дополнительную горячую прокатку стального листа за один или несколько проходов с обеспечением от примерно 40-процентного до примерно 80-процентного обжатия во втором диапазоне температур ниже примерно температуры Тнр и выше примерно температуры Аr3 фазового превращения. Затем проводят закалку горячекатанного стального листа со скоростью охлаждения от примерно 10oС в секунду до примерно 40oС в секунду до необходимой ТПЗ ниже примерно температуры Мн фазового превращения плюс 100oС, и в этот момент прекращают закалку. В одном конкретном примере второго варианта стали после окончания закалки стальной лист подвергают охлаждению на воздухе от ТПЗ до температуры окружающей среды. В другом конкретном примере второго варианта стали после окончания закалки стальной лист поддерживают, по существу, изотермически при ТПЗ в течение периода времени до примерно 5 минут, а затем охлаждают на воздухе до температуры окружающей среды. В еще одном конкретном примере осуществления медленно охлаждают стальной лист со скоростью меньшей, чем при охлаждении на воздухе, т.е. со скоростью меньшей, чем примерно 1,0oС в секунду, предпочтительно в течение времени до примерно 5 минут. И в еще одном конкретном примере осуществления медленно охлаждают стальной лист от ТПЗ со скоростью меньшей, чем при охлаждении на воздухе, т.е. со скоростью меньшей, чем примерно 1,0oС в секунду, предпочтительно в течение времени до примерно 5 минут. По меньшей мере, в одном конкретном примере второго варианта стали температура Мн фазового превращения составляет примерно 350oС, поэтому температура Мн фазового превращения плюс 100oС составляет примерно 450oС.

Сталь можно поддерживать, по существу, изотермически при ТПЗ с помощью любых подходящих средств, которые известны специалистам в данной области техники, например посредством размещения теплозащитного покрытия поверх стального листа. Стальной лист можно медленно охлаждать после окончания закалки с помощью любых подходящих средств, которые известны специалистам в данной области техники, например посредством размещения изоляционного защитного покрытия поверх стального листа.

Третий вариант стали Как упоминалось выше, в одновременно рассматриваемой заявке на патент США, имеющей дату приоритета 19 декабря 1997 г., с названием "Сверхвысокопрочные двухфазные стали с превосходной вязкостью при криогенных температурах" и зарегистрированной ВПТЗ США под 60/068816, приведено описание других сталей, пригодных для использования в данном изобретении. Предложен способ получения листа сверхвысокопрочной двухфазной стали, имеющего микроструктуру, включающую от примерно 10 об.% до примерно 40 об.% первой фазы, содержащей, по существу, 100 об.% (т.е. по существу или "в основном" чистой) феррита и от примерно 60 об.% до примерно 90 об.% второй фазы, содержащей в качестве основных компонентов мелкозернистый реечный мартенсит, мелкозернистый нижний бейнит или их смеси, причем способ включает следующие этапы:
(а) нагревают стальной сляб до температуры повторного нагрева, достаточно высокой для того, чтобы (i) по существу, гомогенизировать стальной сляб, (ii) растворить, по существу, все карбиды и карбонитриды ниобия и ванадия в стальном слябе, и (iii) обеспечить мелкие исходные аустенитные зерна в стальном слябе, (б) обжимают стальной сляб для формирования стального листа за один или несколько проходов горячей прокатки в первом диапазоне температур, в котором рекристаллизуется аустенит, (в) дополнительно обжимают стальной лист за один или несколько проходов горячей прокатки во втором диапазоне температур ниже примерно температуры Тнр и выше примерно температуры Аr3 фазового превращения, (г) дополнительно обжимают стальной лист за один или несколько проходов горячей прокатки в третьем диапазоне температур ниже примерно температуры Ar3 фазового превращения и выше примерно температуры Ar1 фазового превращения (т. е. в межкритическом температурном диапазоне), (д) проводят закалку стального листа со скоростью охлаждения от примерно от примерно 10oС в секунду до примерно 40oС в секунду до температуры прекращения закалки (ТПЗ), предпочтительно ниже примерно температуры Мн фазового превращения плюс 200oС и (е) прекращают закалку. В еще одном конкретном примере третьего варианта стали ТПЗ предпочтительно ниже примерно температуры Мн фазового превращения плюс 100oС, а более предпочтительно ниже примерно 350oС. В одном конкретном примере третьего варианта стали подвергают стальной лист охлаждению на воздухе до температуры окружающей среды после этапа (е). Эта обработка обеспечивает превращение такой микроструктуры в микроструктуру, включающую от примерно 10 об.% до примерно 40 об.% первой фазы феррита и от примерно 60 об. % до примерно 90 об.% второй фазы, включающей в качестве основных компонентов мелкозернистый реечный мартенсит, мелкозернистый нижний бейнит или их смеси. (Определения терминов "температура Тнр" и "температуры Аr3 и Ar1 фазового превращения" - см. Словарь).

Чтобы обеспечить необходимую вязкость при температурах окружающей среды и криогенных температурах, микроструктура второй фазы в сталях в третьем варианте стали предпочтительно включает в качестве основных компонентов мелкозернистый нижний бейнит, мелкозернистый реечный мартенсит или их смеси во второй фазе. Предпочтительно в значительной степени уменьшать образование охрупчивающих компонентов, например верхнего бейнита, двойникованного мартенсита и МА. В том смысле, в каком он употребляется в третьем варианте стали и в формуле изобретения, термин "в качестве доминирующих компонентов" означает, по меньшей мере, примерно 50 объемных процентов. Остальная часть микроструктуры второй фазы может включать дополнительный мелкозернистый нижний бейнит, дополнительный мелкозернистый реечный мартенсит или феррит. Более предпочтительно микроструктура второй фазы включает, по меньшей мере, от примерно 60 объемных процентов до примерно 80 объемных процентов мелкозернистого нижнего бейнита, мелкозернистого реечного мартенсита или их смесей. Еще более предпочтительно микроструктура включает, по меньшей мере, примерно 90 объемных процентов мелкозернистого нижнего бейнита, мелкозернистого реечного мартенсита или их смесей.

Стальной сляб, обработанный согласно третьему варианту стали, изготовлен обычным способом и в одном конкретном примере осуществления содержит железо и следующие легирующие элементы, предпочтительные диапазоны по весу которых указаны в таблице 3.

Иногда в сталь добавляют хром (Cr) предпочтительно в количестве до примерно 1,0 вес.%, а более предпочтительно от примерно 0,2 вес.% до примерно 0,6 вес.%.

Иногда в сталь добавляют молибден (Мо) предпочтительно в количестве до примерно 0,8 вес.%, а более предпочтительно от примерно 0,1 вес.% до примерно 0,3 вес.%.

Иногда в сталь добавляют кремний (Si) предпочтительно в количестве до примерно 0,5 вес.%, более предпочтительно от примерно 0,01 вес.% до примерно 0,5 вес. %, а еще более предпочтительно от примерно 0,05 вес.% до примерно 0,1 вес.%.

Иногда в сталь добавляют медь (Сu), количество которой предпочтительно находится в диапазоне от примерно 0,1 вес.% до примерно 1,0 вес.%, более предпочтительно в диапазоне от примерно 0,2 вес.% до примерно 0,4 вес.%.

Иногда в сталь добавляют бор (В) предпочтительно в количестве до примерно 0,0020 вес.%, а более предпочтительно от примерно 0,0006 вес.% до примерно 0,0010 вес.%.

Сталь предпочтительно содержит, по меньшей мере, примерно 1 вес.% никеля. Содержание никеля в стали можно увеличить до значения более примерно 3 вес. %, если это требуется для улучшения качества после сварки. По оценкам добавление каждого 1 вес.% никеля снижает ТППРХ стали примерно на 10oС. Содержание никеля предпочтительно меньше 9 вес.%, более предпочтительно меньше примерно 6 вес.%. Содержание никеля предпочтительно уменьшают для того, чтобы снизить соответственно стоимость стали. Если содержание никеля увеличивается до значения более примерно 3 вес.%, то содержимое марганца можно уменьшить до значения меньше примерно 0,5 вес.% и вплоть до 0,0 вес.%. Поэтому в широком смысле предпочтительно иметь содержание марганца до примерно 2,5 вес.%.

Кроме того, в стали предпочтительно уменьшают, по существу, остаточные примеси. Содержание фосфора (Р) предпочтительно меньше примерно 0,01 вес.%. Содержание серы (S) предпочтительно меньше примерно 0,004 вес.%. Содержание кислорода (О) предпочтительно меньше примерно 0,002 вес.%.

Более подробно, сталь согласно третьему варианту стали получают следующим образом: формуют сляб необходимого состава, нагревают сляб до температуры от примерно 955oС до примерно 1065oС, проводят горячую прокатку сляба для формирования стального листа за один или несколько проходов с обеспечением от примерно 30-процентного до примерно 70-процентного обжатия в первом диапазоне температур, в котором рекристаллизуется аустенит, т.е. выше примерно температуры Тнр, проводят дополнительную горячую прокатку стального листа за один или несколько проходов с обеспечением от примерно 40-процентного до примерно 80-процентного обжатия во втором диапазоне температур ниже примерно температуры Тнр и выше примерно температуры Аr3 фазового превращения и проводят чистовую прокатку стального листа за один или несколько проходов с обеспечением от примерно 15-процентного до примерно 50-процентного обжатия в межкритическом температурном диапазоне ниже примерно температуры Аr3 фазового превращения и выше примерно температуры Ar1 фазового превращения. Затем проводят закалку горячекатанного стального листа со скоростью охлаждения от примерно 10oС в секунду до примерно 40oС в секунду до необходимой температуры прекращения закалки (ТПЗ) ниже примерно температуры Мн фазового превращения плюс 200oС и в этот момент прекращают закалку. В другом конкретном примере данного изобретения ТПЗ предпочтительно ниже примерно температуры Мн фазового превращения плюс 100oС, а более предпочтительно ниже примерно 350oС. В одном конкретном примере третьего варианта стали сталь подвергают охлаждению на воздухе после прекращения закалки.

В трех вышеуказанных вариантах стали, поскольку Ni является дорогостоящим легирующим элементом, содержание Ni в стали предпочтительно меньше, чем примерно 3,0 вес. %, более предпочтительно меньше, чем примерно 2,5 вес.%, более предпочтительно меньше, чем примерно 2,0 вес.%, и еще более предпочтительно меньше, чем примерно 1,8 вес.%, чтобы в значительной степени снизить стоимость стали.

Другие подходящие стали, пригодные для использования в данном изобретении, описаны в других публикациях, в которых приведено описание сверхвысокопрочных низколегированных сталей, содержащих меньше, чем примерно 1 вес.% никеля, имеющих пределы прочности при растяжении, превышающие 830 МПа, а также имеющих превосходную вязкость при низких температурах. Например, такие стали описаны в заявке на Европейский патент, опубликованной 5 февраля 1997 г. и имеющей номер международной заявки PCT/JP 96/00157 и номер публикации международной заявки WO 96/23909 (08.08.96 г. Бюллетень 1996/36) (такие стали предпочтительно имеют содержание меди от 0,1 вес.% до 1,2 вес.%), и в одновременно рассматриваемой заявке на патент США с датой приоритета 28 июля 1997 г., под названием "Сверхвысокопрочные свариваемые стали с превосходной вязкостью при сверхнизких температурах" и зарегистрированной ВПТЗ США под 60/053915.

Для любой из вышеупомянутых сталей, как очевидно для специалистов в данной области техники, в том смысле, в каком он употребляется здесь, термин "процентное обжатие по толщине" относится к процентному обжатию по толщине стального сляба или листа. Только в целях пояснения, а не ограничения данного изобретения, отмечается, что стальной сляб толщиной примерно 25,4 см можно обжимать примерно на 50% (50-процентное обжатие) в первом диапазоне температур до толщины примерно 12,7 см, а затем обжимать примерно на 80% (80-процентное обжатие) во втором диапазоне температур до толщины примерно 2,5 см. Также только в целях пояснения, а не ограничения данного изобретения, отмечается, что стальной сляб толщиной примерно 25,4 см можно обжимать примерно на 30% (30-процентное обжатие) в первом диапазоне температур до толщины примерно 17,8 см, затем обжимать примерно на 80% (80-процентное обжатие) во втором диапазоне температур до толщины примерно 3,6 см, а затем обжимать примерно на 30% (30-прооцентное обжатие) в третьем диапазоне температур до толщины примерно 2,5 см. В том смысле, в каком он употребляется здесь, термин "сляб" означает заготовку из стали, имеющую любые размеры.

Для любой из вышеупомянутых сталей, как очевидно для специалистов в данной области техники, стальной сляб предпочтительно повторно нагревают для повышения температуры, по существу, всего сляба, предпочтительно всего сляба до необходимой температуры повторного нагрева, например, помещая сляб в печь на некоторый период времени. Конкретную температуру повторного нагрева, которую следует использовать для сталей вышеупомянутых составов, специалист в данной области техники может легко определить либо путем эксперимента, либо путем расчетов с помощью подходящих моделей. Кроме того, температуру печи и время повторного нагрева, необходимое для повышения температуры, по существу, всего сляба, предпочтительно всего сляба, до необходимой температуры повторного нагрева, специалист в данной области техники может легко определить, обратившись к справочникам промышленных нормативов.

Для любой из вышеупомянутых сталей, как очевидно для специалистов в данной области техники, которая определяет границу между диапазоном рекристаллизации и диапазоном, в котором нет рекристаллизации, т.е. температура Тнр зависит от химического состава стали, более конкретно от температуры повторного нагрева перед прокаткой, концентрации углерода, концентрации ниобия и степени обжатия, осуществляемой на проходах прокатки. Специалисты в данной области техники определяют эту температуру для каждого состава стали либо путем эксперимента, либо путем расчета моделей. Точно также упоминаемые здесь температуры Aс1, Ar1, Аr3 и Мн фазового превращения могут быть определены специалистами в данной области техники для каждой стали либо путем эксперимента, либо путем расчета моделей.

Для любой из вышеупомянутых сталей, как очевидно для специалистов в данной области техники, за исключением температуры повторного нагрева, которая приложена, по существу, ко всем слябу, последующие температуры, упоминаемые при описании способов обработки согласно данному изобретению, являются температурами, измеряемыми на поверхности стали. Температуру поверхности стали можно измерять, пользуясь, например, оптическим пирометром или любым другим прибором, пригодным для измерения температуры поверхности стали. Скорости охлаждения являются скоростями охлаждения в центре или, по существу, в центре толщины листа, а температура прекращения закалки (ТПЗ) - это наивысшая или, по существу, наивысшая температура, достигаемая на поверхности листа, после прекращения закалки вследствие тепла, передаваемого из середины толщины листа. Например, во время проведения экспериментальных этапов нагрева состава стали согласно приведенным здесь вариантам помещали термопару в центре или, по существу, в центре толщины стального листа, тогда как температуру поверхности измеряли, пользуясь оптическим пирометром. Выводили корреляцию между температурой центра и температурой поверхности для использования во время последующей обработки того же или, по существу, того же состава стали, чтобы можно было определить температуру центра путем непосредственного измерения температуры поверхности. Кроме того, требуемая температура и расход закаливающей текучей среды могут быть определены специалистами в данной области техники при обращении к справочникам промышленных нормативов.

Специалист в данной области техники имеет необходимые знания и опыт, чтобы использовать приведенную здесь информацию для производства листов сверхвысокопрочной низколегированной стали, имеющих необходимые высокий предел прочности и вязкость для использования при выполнении резервуаров и других составных частей системы хранения и подачи топлива согласно данному изобретению. Возможно, что существуют или будут разработаны другие подходящие стали. Все такие стали находятся в рамках объема притязаний данного изобретения.

Специалист в данной области техники имеет необходимые знания и опыт, чтобы использовать приведенную здесь информацию для производства листов сверхвысокопрочной низколегированной стали, имеющих измененные толщины по сравнению с толщинами стальных листов, изготовленных согласно приведенным здесь вариантам, а также для производства стальных листов, имеющих необходимые высокий предел прочности и вязкость при криогенных температурах для использования в системе согласно данному изобретению. Например, специалист в данной области техники может воспользоваться приведенной здесь информацией для изготовления стального листа с толщиной примерно 2,54 см и требуемыми высоким пределом прочности и вязкостью при криогенных температурах, для использования при выполнении резервуаров и других составных частей согласно данному изобретению. Возможно, что существуют или будут разработаны другие подходящие стали. Все такие стали находятся в рамках объема притязаний данного изобретения.

Если используют двухфазную сталь при выполнении резервуаров и других составных частей системы хранения и подачи топлива согласно данному изобретению, эту двухфазную сталь обрабатывают таким образом, что период времени, в течение которого сталь поддерживается в межкритическом температурном диапазоне для создания двухфазной структуры, наступает перед этапом ускоренного охлаждения или закалки. Обработка предпочтительно такова, что двухфазная структура формируется во время охлаждения стали в диапазоне от температуры Аr3 фазового превращения до примерно температуры Ar1 фазового превращения. Дополнительное преимущество сталей, используемых при выполнении резервуаров согласно данному изобретению, заключается в том, что сталь имеет предел прочности при растяжении, превышающий 830 МПа, и ТППРХ ниже, чем примерно -73oС, после завершения этапа ускоренного охлаждения или закалки, т.е. не нужна никакая дополнительная обработка, которая требует повторного нагрева стали, например отпуск. Более предпочтительно предел прочности при растяжении после завершения этапа ускоренного охлаждения или закалки превышает примерно 860 МПа, а еще более предпочтительно превышает примерно 900 МПа. В некоторых применениях предпочтительна сталь, имеющая предел прочности при растяжении, превышающий примерно 930 МПа, или превышающий примерно 965 МПа, или превышающий примерно 1000 МПа после завершения этапа закалки или охлаждения.

Способы соединения при изготовлении резервуаров и других составных частей системы хранения и подачи топлива
Для изготовления резервуаров и других составных частей системы хранения и подачи топлива согласно данному изобретению используют подходящий способ соединения стальных листов. Подходящим следует считать любой способ соединения, который обеспечит соединения с описанными выше необходимыми пределом прочности и вязкостью для данного изобретения. Для изготовления резервуаров или других составных частей согласно данному изобретению, предназначенных для содержания текучей среды, подлежащей хранению или транспортировке, предпочтительно используется способ сварки, пригодный для обеспечения необходимых предела прочности и вязкости разрушения. Такой способ сварки предпочтительно включает использование необходимого расходуемого электрода, необходимого расходуемого газа, необходимого сварочного процесса и необходимой последовательности сварки. Например, как газоэлектрическую сварку металлическим электродом (ГСМЭ), так и дуговую сварку вольфрамовым электродом в среде инертного газа (ДСВЭСИГ), которые хорошо известны в производстве стальных конструкций, можно использовать для соединения стальных листов при условии использования необходимого сочетания расходуемого электрода и газа.

При способе сварки согласно первому примеру процесс газоэлектрической сварки металлическим электродом (ГСМЭ) используют для получения химического состава металла шва, содержащего железо и примерно 0,07 вес.% углерода, примерно 2,05 вес. % марганца, примерно 0,32 вес.% кремния, примерно 2,20 вес. % никеля, примерно 0,45 вес.% хрома, примерно 0,56 вес.% молибдена, меньше, чем примерно 110 частей фосфора на миллион частей состава (110 ч. /млн) и меньше, чем примерно 50 частей серы на миллион частей состава (50 ч. /млн). Сварной шов выполняют на стали, например на любой из вышеописанных сталей, используя защитный газ на основе аргона с содержанием кислорода меньше, чем примерно 1 вес.%. Подводимая теплота сварки находится в диапазоне от примерно 0,3 кДж/мм до примерно 1,5 кДж/мм. Сварка таким способом обеспечивает сварной узел (см. Словарь), имеющий предел прочности при растяжении, превышающий примерно 900 МПа, предпочтительно примерно 930 МПа, более предпочтительно превышающий примерно 965 МПа, а еще более предпочтительно составляющий, по меньшей мере, 1000 МПа. Кроме того, сварка таким способом обеспечивает металл шва с ТППРХ ниже примерно -73oС, предпочтительно ниже примерно -96oС, более предпочтительно ниже примерно -106oС, еще более предпочтительно ниже примерно -115oС.

При способе сварки согласно второму примеру процесс ГСМЭ используют для получения химического состава металла шва, содержащего железо и примерно 0,10 вес. % углерода (предпочтительно меньше, чем примерно 0,10 вес.% углерода, более предпочтительно от более чем примерно 0,07 до примерно 0,08 вес. % углерода), примерно 1,60 вес. % марганца, примерно 0,25 вес.% кремния, примерно 1,87 вес.% никеля, примерно 0,87 вес.% хрома, примерно 0,51 вес.% молибдена, меньше, чем примерно 75 частей фосфора на миллион частей состава (75 ч./млн) и меньше, чем примерно 100 частей серы на миллион частей состава (100 ч. /млн). Подводимая теплота сварки находится в диапазоне от примерно 0,3 кДж/мм до примерно 1,5 кДж/мм и используется предварительный подогрев примерно до 100oС. Сварной шов выполняют на стали, например на любой из вышеописанных сталей, используя защитный газ на основе аргона с содержанием кислорода меньше, чем примерно 1 вес.%. Сварка таким способом обеспечивает сварной узел, имеющий предел прочности при растяжении, превышающий примерно 900 МПа, предпочтительно превышающий примерно 930 МПа, более предпочтительно превышающий примерно 965 МПа, а еще более предпочтительно составляющий, по меньшей мере, 1000 МПа. Кроме того, сварка этим способом обеспечивает металл шва с ТППРХ ниже примерно -73oС, предпочтительно ниже примерно -96oС, более предпочтительно ниже примерно -106oС, еще более предпочтительно ниже примерно -115oС.

При способе сварки, соответствующем еще одному примеру, процесс дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа (ДСВЭСИГ) используют для получения химического состава металла шва, содержащего железо и примерно 0,07 вес. % углерода (предпочтительно меньше, чем примерно 0,07 вес.% углерода), примерно 1,80 вес.% марганца, примерно 0,20 вес.% кремния, примерно 4,00 вес.% никеля, примерно 0,5 вес.% хрома, примерно 0,40 вес.% молибдена, меньше, чем примерно 0,02 вес.% меди, примерно 0,02 вес.% алюминия, примерно 0,010 вес.% титана, примерно 0,015 вес.% циркония (Zr), меньше, чем примерно 50 частей фосфора на миллион частей состава (50 ч./млн) и меньше, чем примерно 30 частей серы на миллион частей состава (30 ч./млн). Подводимая теплота сварки находится в диапазоне от примерно 0,3 кДж/мм до примерно 1,5 кДж/мм и используется предварительный подогрев примерно до 100oС. Сварной шов выполняют на стали, например на любой из вышеописанных сталей, используя защитный газ на основе аргона с содержанием кислорода меньше, чем при мерно 1 вес. %. Сварка таким способом обеспечивает сварной узел, имеющий предел прочности при растяжении, превышающий примерно 900 МПа, предпочтительно превышающий примерно 930 МПа, более предпочтительно превышающий примерно 965 МПа, а еще более предпочтительно составляющий, по меньшей мере, 1000 МПа. Кроме того, сварка таким способом обеспечивает металл шва с ТППРХ ниже примерно -73oС, предпочтительно ниже примерно -96oС, более предпочтительно ниже примерно -106oС, еще более предпочтительно ниже примерно -115oС.

Химические составы металла шва, аналогичные тем, которые упоминались в примерах, можно получать с помощью любого из сварочных процессов - ГСМЭ или ДСВЭСИГ. Однако сварные швы, полученные с помощью ДСВЭСИГ, имеют меньшее содержание загрязняющих примесей и лучше очищенную микроструктуру, чем швы, полученные с помощью ГСМЭ, а значит, и повышенную вязкость при низких температурах.

Специалист в данной области техники имеет необходимые знания и опыт, чтобы использовать приведенную здесь информацию для сварки листов сверхвысокопрочной низколегированной стали с получением соединений, имеющих необходимые высокий предел прочности и вязкость разрушения для использования при выполнении резервуаров и других составных частей согласно данному изобретению. Возможно, что существуют или будут разработаны другие подходящие способы соединения или сварки. Все такие способы соединения или сварки находятся в рамках объема притязаний данного изобретения.

Изготовление резервуаров и других составных частей системы хранения и подачи топлива
Без ограничения данного изобретения отмечается, что предложены резервуары и другие составные части системы хранения и подачи топлива, (i) выполненные из материалов, содержащих сверхвысокопрочные низколегированные стали, включающие меньше 9 вес.% никеля, и (ii) имеющие необходимые предел прочности и вязкость разрушения при криогенных температурах для содержания СПГД; также предложены резервуары и другие составные части, выполненные из материалов, включающих сверхвысокопрочные низколегированные стали, содержащие меньше 9 вес.% никеля и имеющие предел прочности при растяжении, превышающий 830 МПа, и ТППРХ ниже примерно -73oС; также предложены резервуары и другие составные части, (i) выполненные из материалов, включающих сверхвысокопрочные низколегированные стали, содержащие меньше, чем примерно 3 вес.% никеля, и (ii) имеющие необходимые предел прочности и вязкость разрушения при криогенных температурах для содержания СПГД; а также предложены резервуары и другие составные части, (i) выполненные из материалов, включающих сверхвысокопрочные низколегированные стали, содержащие меньше, чем примерно 3 вес. % никеля, и (ii) имеющие пределы прочности при растяжении, превышающие 1000 МПа, и ТППРХ ниже примерно -73oС. Такие резервуары и другие составные части системы хранения и подачи топлива предпочтительно выполняют из описанных здесь сверхвысокопрочных низколегированных сталей с превосходной вязкостью при криогенных температурах.

Резервуары и другие составные части системы хранения и подачи топлива согласно данному изобретению предпочтительно выполняют из отдельных листов сверхвысокопрочной низколегированной стали с превосходной вязкостью при криогенных температурах. Там, где они применяются, соединения резервуаров и других составных частей предпочтительно имеют такие же предел прочности и вязкость, как и листы сверхвысокопрочной низколегированной стали. В некоторых случаях недостаток предела прочности, имеющий порядок от примерно 5% до примерно 10%, допустим в местах воздействия меньших напряжений. Возможные последовательности соединения описаны здесь с подзаголовком "Способы соединения при изготовлении резервуаров и других составных частей".

Как должно быть известно специалистам в данной области техники, испытание образцов с V-образным надрезом по Шарпи (VHШ) можно использовать для оценки вязкости разрушения и управления разрушением при конструировании резервуаров для хранения находящихся под давлением текучих сред при криогенных температурах, например - СПГД, в частности посредством использования температуры перехода от пластичного разрушения к хрупкому (ТППРХ). ТППРХ разграничивает два режима разрушения в конструкционных сталях. При температурах ниже ТППРХ во время испытания образцов с V-образным надрезом по Шарпи существует тенденция к повреждению посредством разрушения за счет излома по плоскостям спайности при низких энергозатратах, тогда как при температурах выше ТППРХ существует тенденция к повреждению посредством вязкого разрушения при высоких энергозатратах. Резервуары, которые выполнены из свариваемых сталей для хранения СПГД и для другой работы, связанной с выдерживанием криогенных температур при обеспечении нагрузки, должны иметь ТППРХ согласно результатам испытания образцов с V-образным надрезом по Шарпи значительно ниже рабочей температуры, чтобы избежать хрупкого разрушения. В зависимости от конструкции, рабочих условий и/или требований, накладываемых ассоциацией, устанавливающей применяемую классификацию, требуемый температурный дрейф ТППРХ может составлять от 5oС до 30oС ниже рабочей температуры.

Как должно быть известно специалистам в данной области техники, рабочие условия, принимаемые во внимание при изготовлении резервуаров, выполненных из свариваемой стали для хранения и транспортировки находящихся под давлением криогенных текучих сред, например СПГД, включают помимо прочих рабочие давление и температуру, а также дополнительные напряжения, которые могут быть приложены к стали и сварным узлам (см. Словарь). Стандартные критерии механики разрушения, такие как (i) критический коэффициент интенсивности напряжений (Кик), который является критерием вязкости разрушения при плоской деформации, и (ii) раскрытие в вершине трещины (РВТ), которое можно использовать для измерения вязкости упруго-пластичного разрушения, которые известны специалистам в данной области техники, можно использовать для определения вязкости разрушения стали и сварных узлов. Для определения максимальных допустимых размеров трещин для резервуара на основании вязкости разрушения стали и сварного узла (включая ЗТВ) и напряжений, приложенных к резервуару, можно использовать технические нормы и правила, в общем случае приемлемые для конструирования стальных конструкций, например, представленные в публикации Британского института стандартов (БИСт) под названием "Руководство по методам оценки допустимости трещин в конструкциях, выполненных посредством сварки плавлением", часто именуемой "ПиДи 6493: 1991" ("PD 6493: 1991"). Специалист в данной области техники может создать программу управления разрушением для смягчения начала разрушения посредством (i) надлежащего изготовления резервуара для уменьшения приложенных напряжений, (ii) надлежащего управления качеством изготовления для уменьшения дефектов, (iii) надлежащего управления нагрузками и давлениями, прикладываемыми в течение срока службы к резервуару, и (iv) надлежащей программы осмотра для надежного обнаружения трещин и дефектов в резервуаре. Как известно специалистам в данной области техники, предпочтительная схема конструирования для системы согласно данному изобретению заключается в том, чтобы "определять слабое место до возникновения повреждения". Эти сведения также называются здесь "известными принципами механики разрушения".

Ниже приведен неограничительный пример применения этих известных принципов механики разрушения в последовательности расчета критической глубины трещины для заданной длины трещины для использования при управлении разрушением для предотвращения возникновения разрушения в резервуаре согласно данному изобретению.

На фиг.4В показана трещина, имеющая длину 315 трещины и глубину 310 трещины. Руководство "ПиДи 6493" используется для того, чтобы рассчитать значения для графика 300 критического размера трещины, показанного на фиг.4А, на основании нижеследующих условий конструирования для сосуда высокого давления или резервуара:
Диаметр сосуда 4,57 м.

Толщина стенок сосуда 25,4 мм.

Расчетное давление 3445 кПа.

Допустимое окружное напряжение 333 МПа.

Для пояснения этого примера рассматривается длина 100 мм поверхностной трещины, например осевой трещины, находящейся в прямом шве. На фиг.4А показан график 300, изображающий значение критической глубины трещины в зависимости от вязкости разрушения при РВТ и от остаточного напряжения для уровней остаточного напряжения 15,50 и 100 процентов предела текучести. Остаточные напряжения могут формироваться вследствие изготовления и сварки, а "ПиДи 6493" рекомендует использовать значение остаточного напряжения, составляющее 100 процентов предела текучести в сварных швах (включая ЗТВ сварки), если сварные швы не разгружены с помощью таких способов, как термообработка после сварки (ТПС) или снятие механических напряжений.

На основании вязкости разрушения при РВТ стали при минимальной рабочей температуре можно корректировать изготовление резервуара для уменьшения остаточных напряжений и можно реализовать программу осмотра (как для начального осмотра, так и для осмотра в процессе эксплуатации) для обнаружения дефектов и измерения трещин для сравнения с критическим размером трещины. В этом примере, если сталь имеет вязкость при РВТ, характеризуемую значением 0,025 мм при минимальной рабочей температуре (измеренным с помощью лабораторных образцов), а остаточные напряжения уменьшены до 15 процентов предела текучей стали, то значение для критической глубины трещины составляет приблизительно 4 мм (см. точку 320 на фиг.4А). Следуя аналогичным процедурам расчета, которые хорошо известны специалистам в данной области техники, можно определить критические глубины для различных длин трещин, а также различных геометрий трещин. Пользуясь этой информацией, можно разработать программу управления качеством и программу осмотра (методы, обнаруживаемые размеры трещин, частоту), чтобы гарантировать, что трещины будут обнаружены и устранены до достижения критической глубины трещины или до приложения расчетных нагрузок. На основании опубликованных эмпирических корреляций между VHШ, Кик и вязкостью разрушения при РВТ можно сказать, что вязкость разрушения при РВТ 0,025 мм в общем коррелирует со значением VHШ, характеризуемым величиной примерно 37 Дж. Этот пример ни в коем случае не следует считать ограничивающим данное изобретение.

Для резервуаров и других составных частей, которые требуют гибки стали, например для получения цилиндрической формы резервуара или трубчатой формы трубы, сталь предпочтительно изгибают с получением требуемой формы при температуре окружающей среды, чтобы избежать вредного влияния на превосходную вязкость стали при криогенных температурах. Если сталь нужно нагревать для достижения требуемой формы после гибки, то сталь предпочтительно нагревают до температуры не выше, чем примерно 600oС, чтобы сохранить преимущества микроструктуры стали, описанные выше.

Вариант системы хранения и подачи топлива
Ниже описан конкретный вариант осуществления системы хранения и подачи топлива согласно данному изобретению и предназначенной для хранения СПГД-топлива и подачи испаряющегося СПГД-топлива при использовании для сгорания в двигателе транспортного средства, а также связанные с ней особые преимущества. Составные части системы хранения и подачи топлива, например резервуар для хранения топлива, трубопроводы для жидкости, паропроводы и испарители выполнены из описанных здесь низколегированных сверхвысокопрочных сталей с превосходной вязкостью при криогенных температурах. Для составных частей, которые требуют гибки стали, например для получения цилиндрической формы резервуара или трубчатой формы трубы, сталь предпочтительно изгибают с получением требуемой формы при температуре окружающей среды, чтобы избежать вредного влияния на превосходную вязкость стали при криогенных температурах. Если сталь нужно нагревать для достижения требуемой формы после гибки, то сталь предпочтительно нагревают до температуры не выше, чем примерно 600oС, чтобы сохранить преимущества микроструктуры стали, описанные выше.

Составные части системы хранения и подачи топлива
На фиг. 1 показана система хранения и подачи топлива, соответствующая этому примеру, которая включает резервуар 10 для хранения топлива. Резервуар 10 для хранения топлива предпочтительно представляет собой изолированный резервуар типа сосуда Дьюара. Резервуар 10 для хранения топлива соединен с наполнительным и выпускным клапаном 13 через соответственно (i) отверстие 11 для пара, паропровод 9 (показан пунктирной линией) и клапан 14 для пара, а также (ii) отверстие 12 для жидкости, трубопровод 8 для жидкости (показан пунктирной линией) и клапан 15 для жидкости. Датчики давления 16 и 17 расположены между резервуаром 10 для хранения топлива и наполнительным и выпускным клапаном 13 соответственно в трубопроводе 8 для жидкости и паропроводе 9. Резервуар 10 для хранения топлива соединен с впускным коллектором двигателя 24 через отверстие 12 для жидкости, трубопровод 8 для жидкости, электромагнитный клапан 18 для жидкости, испаритель 20, топливопровод 4 (показан штрихпунктирной линией) и регулятор 22 топлива. Резервуар 10 для хранения топлива также соединен с предохранительным клапаном 26 через отверстие 11 для пара и паропровод 9. Система хранения и подачи топлива, соответствующая этому примеру, также включает реле 28 давления и указатель 29 уровня топлива. В том смысле, в каком он используется в нижеследующем описании работы системы хранения и подачи топлива, термин "открытый" применительно к клапану означает "по меньшей мере, частично открытый", если нет других указаний.

Первоначальное наполнение резервуара для хранения топлива
Перед первоначальным наполнением резервуар 10 для хранения топлива обычно находится в условиях атмосферного давления и температуры окружающей среды. Первоначальным наполнением резервуара 10 для хранения топлива предпочтительно управляют с помощью предписанной последовательности действий. Предписанная последовательность действий предпочтительно предварительно запрограммирована, например, в центральном процессоре (ЦП) 30 (не показанном на фиг. 1, см. фиг.2), а в одном конкретном варианте осуществления запускается ручным переключателем (не показанным на чертежах).

Как правило, предписанная последовательность действий включает следующие этапы в указанном порядке. Во-первых, в цикле охлаждения для резервуара 10 для хранения топлива клапан 14 для пара открывают для установления прохождения парообразного СПГД-топлива от станции дозаправки топливом (не показанной на чертежах) через наполнительный и выпускной клапан 13, паропровод 9 и отверстие 11 для пара в резервуар 10 для хранения топлива. Это прохождение парообразного СПГД-топлива продолжают до тех пор, пока температура в резервуаре 10 для хранения топлива не достигнет предварительно заданного значения температуры. Предварительно заданное значение температуры устанавливают, в первую очередь, исходя из кривой охлаждения и характеристик термоусадки материала, из которого выполнен резервуар 10 для хранения топлива, и может быть определено специалистами в данной области техники при обращении к справочникам промышленных нормативов. Это прохождение парообразного СПГД-топлива в резервуар 10 для хранения топлива также увеличивает давление в резервуаре 10 для хранения топлива. Когда температура в резервуаре 10 для хранения топлива достигает предварительно заданного значения температуры, клапан 15 для жидкости открывают, обеспечивая прохождение жидкого СПГД-топлива в резервуар 10 от станции дозаправки топливом через наполнительный и выпускной клапан 13, трубопровод 8 для жидкости и отверстие 12 для жидкости для хранения топлива в завершающей фазе цикла охлаждения. Поскольку жидкое СПГД-топливо охлаждает резервуар 10 для хранения топлива, жидкое СПГД-топливо испаряется и обеспечивает повышение давления.

После того как давление СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения топлива достигает предварительно заданного значения давления, что определяется на основании разности давлений между резервуаром 10 для хранения топлива и станцией дозаправки топливом, поток парообразного СПГД-топлива меняет направление через клапан 14 для пара (т.е. теперь из резервуара 10 для хранения топлива на станцию дозаправки топливом), и после этого клапан 14 для пара предпочтительно полностью открывают для поддержания равенства давлений между резервуаром 10 для хранения топлива и станцией дозаправки топливом. Клапан 15 для жидкости предпочтительно полностью открывают, когда температура в резервуаре 10 для хранения топлива достигает предварительно заданного значения рабочей температуры, т.е. когда завершается цикл охлаждения. Жидкое СПГД-топливо продолжает проходить в резервуар 10 для хранения топлива от станции дозаправки топливом, в результате чего, по существу, весь объем, равный объему парообразного СПГД-топлива, перемещают из резервуара 10 для хранения топлива обратно на станцию дозаправки топливом до тех пор, пока датчик уровня (не показанный на чертежах) не покажет, что жидкое СПГД-топливо в резервуаре 10 для хранения топлива достигло предварительно заданного количества или объема, и в этот момент клапан 14 для пара и клапан 15 для жидкости закрывают, прекращая процесс первоначального наполнения. Как и в общем случае резервуаров для хранения текучих сред при криогенных температурах, в резервуаре 10 для хранения топлива предпочтительно имеется, по меньшей мере, примерно 10% пространства для пара после завершения процесса первоначального наполнения, как известно специалистам в области хранения текучих сред при криогенных температурах.

Процесс дозаправки системы топливом
Перед началом дозаправки топливом, когда и клапан 14 для пара, и клапан 15 для жидкости закрыты, а наполнительный и выпускной клапан 13 открыт, датчик давления 16 измеряет давление СПГД-топлива на станции дозаправки топливом и сообщает это давление в ЦП 30 (не показан на фиг.1, см. фиг.2) в качестве входного сигнала 31. Кроме того, давление СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения измеряют перед началом дозаправки топливом и предпочтительно непрерывно контролируют во время дозаправки топливом с помощью датчика давления 17 и сообщают в ЦП 30 в качестве входного сигнала 31. Давление СПГД-топлива на станции дозаправки топливом остается, по существу, постоянным в процессе дозаправки топливом по сравнению с давлением СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения. Таким образом, ЦП 30 непрерывно контролирует разность давлений между станцией дозаправки топливом и резервуаром 10 для хранения топлива в процессе дозаправки топливом. Кроме того, ЦП 30 предпочтительно непрерывно контролирует, т.е. принимает в качестве входного сигнала 31, уровень 7 жидкого СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения посредством датчика уровня, например настраиваемого денситометра (не показанного на чертежах).

Кроме того, ЦП 30 предпочтительно запрограммирован на заданный минимальный для дозаправки топливом перепад давления, т.е. минимальную разность давлений, необходимую для того, чтобы гарантировать требуемую скорость прохождения (расход) жидкого СПГД-топлива от станции дозаправки топливом в резервуар 10 для хранения без использования насоса. Если разность давлений между станцией дозаправки топливом и резервуаром 10 для хранения топлива меньше, чем примерно заданный минимальный для дозаправки топливом перепад давления перед началом дозаправки топливом, или уменьшается до величины меньшей, чем примерно заданный минимальный для дозаправки топливом перепад давления во время дозаправки топливом, ЦП 30 надлежащим образом управляет процессом дозаправки топливом, чтобы обеспечить установление заданного минимального для дозаправки топливом перепада давления. Эти значения давления, разности давлений, уровня жидкости и заданного минимального для дозаправки топливом перепада давления используют в ЦП 30 для управления процессом дозаправки топливом с помощью работающих необходимым образом (открывающихся и/или закрывающихся) клапанов 14, 15, 18 и 19.

Последовательность дозаправки топливом, применяемая для системы хранения и подачи топлива в этом варианте, зависит от термодинамического состояния СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения. Как дополнительно поясняется ниже, запуск этой последовательности изменяется в зависимости от того, меньше, равна или больше сумма давления СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения и минимального для дозаправки топливом перепада давления, чем примерно давление СПГД-топлива на станции дозаправки топливом.

Запуск, когда сумма давления в резервуаре для хранения топлива и заданного минимального для дозаправки топливом давления больше, чем давление на станции дозаправки топливом
Когда входные сигналы 31, поступающие в ЦП 30, указывают, что сумма давления СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения и заданного минимального для дозаправки топливом перепада давления больше, чем давление СПГД-топлива на станции дозаправки топливом, сначала открывают клапан 14 для пара, чтобы обеспечить прохождение парообразного СПГД-топлива из резервуара 10 для хранения топлива через отверстие 11 для пара, паропровод 9 и наполнительный и выпускной клапан 13 на станцию дозаправки топливом. Клапан 15 для жидкости открывают, когда давление СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения, по существу, уравнивается с давлением СПГД-топлива на станции дозаправки топливом. Кроме того, ЦП 30 с помощью средств, известных специалистам в данной области техники, например с помощью электронного сигнала, сообщает на станцию дозаправки топливом об увеличении давления СПГД-топлива, используя, по меньшей мере, заданный минимальный для дозаправки топливом перепад давлений, чтобы установить прохождение жидкого СПГД-топлива от станции дозаправки топливом через наполнительный и выпускной клапан 13, трубопровод 8 для жидкости и отверстие 12 для жидкости в резервуар 10 для хранения топлива.

Запуск, когда сумма давления в резервуаре для хранения топлива и заданного минимального для дозаправки топливом давления меньше, чем давление на станции дозаправки топливом
Когда входные сигналы 31, поступающие в ЦП 30, указывают, что сумма давления СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения и заданного минимального для дозаправки топливом перепада давления меньше, чем давление СПГД-топлива на станции дозаправки топливом, или равна примерно этому давлению, сначала открывают клапан 15 для жидкости, чтобы установить прохождение жидкого СПГД-топлива от станции дозаправки топливом через наполнительный и выпускной клапан 13, трубопровод 8 для жидкости в резервуар 10 для хранения топлива и чтобы повысить давление СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения. Затем открывается клапан 14 для пара, чтобы обеспечить поток парообразного СПГД-топлива на станцию для дозаправки топливом.

ЦП 30 также запрограммирован на значение заданной максимальной разности давлений между СПГД-топливом в резервуаре 10 для хранения и СПГД-топливом на станции дозаправки топливом. Для предотвращения избыточного падения температуры в СПГД-топливе в резервуаре 10 для хранения вследствие охлаждения по Джоулю-Томсону, если эта заданная максимальная разность давлений превышена, когда клапан 14 для пара и клапан 15 для жидкости закрыты, жидкое СПГД-топливо из резервуара 10 для хранения испаряется в испарителе 20 и возвращается в резервуар 10 для хранения для нагнетания давления посредством необходимой операции (открытия и/или закрытия) электромагнитного клапана 18 для жидкости и электромагнитного клапана 19 для пара при полностью закрытом регуляторе 22 топлива. Использование испарителя 20 таким образом при наличии относительно коротких трубопровода 8 для жидкости и паропровода 9 функционально эквивалентно наличию устройства поддержания давления, например нагревателя, в резервуаре 10 для хранения. Электромагнитные клапаны 18 и 19 оба закрыты, когда перепад давления между СПГД-топливом в резервуаре 19 для хранения и на станции дозаправки топливом уменьшается до уровня, который ниже заданной максимальной разности давлений. После этого клапан 15 для жидкости открывают для того, чтобы установить прохождение жидкого СПГД-топлива от станции дозаправки топливом в резервуар 10 для хранения топлива. Затем открывают клапан 14 для пара, чтобы обеспечить поток парообразного СПГД-топлива, находящегося в резервуаре 10 для хранения, на станцию дозаправки топливом.

Завершение процесса дозаправки топливом
Во всех случаях во время дозаправки топливом, когда давление СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения становится ниже предварительно заданного значения минимального давления (на которое ЦП 30 также предпочтительно запрограммирован), клапан 14 для пара временно закрывают, чтобы обеспечить повышение давления СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения, предпочтительно, по меньшей мере, до предварительно заданного значения минимального давления. С другой стороны, когда жидкое СПГД-топливо проходит в резервуар 10 для хранения топлива, парообразное СПГД-топливо проходит из резервуара 10 для хранения топлива через отверстие 11 для пара, паропровод 9, клапан 14 для пара и наполнительный и выпускной клапан 13 на станцию дозаправки топливом. Прохождение парообразного СПГД-топлива продолжается до тех пор, пока датчик уровня (не показанный на чертежах) не покажет, что жидкое СПГД-топливо в резервуаре 10 для хранения достигло предварительно заданного количества или объема, и в этот момент и клапан 14 для пара, и клапан 15 для жидкости закрывают, завершая процесс дозаправки топливом. Как и в общем случае резервуаров для хранения текучих сред при криогенных температурах, в резервуаре 10 для хранения топлива предпочтительно имеется, по меньшей мере, примерно 10% пространства для пара после завершения процесса первоначального наполнения, как известно специалистам в области хранения текучих сред при криогенных температурах.

Работа двигателя транспортного средства
Нормальная работа двигателя транспортного средства
Количеством СПГД-топлива для двигателя 24 предпочтительно управляет ЦП 30. В случае неправильного функционирования ЦП 30 реле 28 давления осуществляет обходное управление электромагнитными клапанами 18 и 19 через электрическое соединение 5. Обычные входные сигналы 31, поступающие в ЦП 30 во время нормальной работы двигателя 24, включают такие параметры двигателя 24, как скорость вращения, выраженная в оборотах в минуту, и нагрузка; нормальные рабочие условия СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения, например нормальные рабочие температура и давление СПГД-топлива; температура на выходе из испарителя 20 и состояние регулятора 22 топлива (т.е. закрыт, открыт на 10% и т. д.). ЦП 30 использует эти входные сигналы 31 для формирования выходных сигналов 32 (см. фиг.2) для управления регулятором 22 топлива, предохранительным клапаном 26 и электромагнитными клапанами 18 и 19, для подачи СПГД-топлива через отверстие 11 для пара, паропровод 9, отверстие 12 для жидкости, трубопровод 8 для жидкости, испаритель 20, топливопровод 4 и регулятор 22 СПГД-топлива в двигатель 24.

Потребность двигателя 24 в СПГД-топливе для ускорения, например, удовлетворяется посредством подачи жидкого СПГД-топлива из резервуара 10 для хранения. Электромагнитный клапан 18 для жидкости открывают, чтобы обеспечить поток жидкого СПГД-топлива через отверстие 12 для жидкости и трубопровод 8 для жидкости в испаритель 20, где жидкое СПГД-топливо испаряется и дозируется через топливопровод 4 и регулятор 22 топлива во впускной коллектор двигателя 24. Испаряющееся СПГД-топливо подается непосредственно к топливным инжекторам во входном коллекторе. Топливные инжекторы могут быть, например, инжекторами пульсационного типа, известными специалистам в данной области техники. Исключительно высокая потребность двигателя 24 в СПГД-топливе приводит к соответственно высокому выходу жидкого СПГД-топлива из резервуара 10 для хранения, что в нормальных рабочих условиях приводит к значительному падению напряжения СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения. С большим падением давления связано падение температуры. В одном конкретном варианте осуществления данного изобретения, чтобы предотвратить любое негативное влияние на работоспособность материала конструкции резервуара 10 для хранения топлива, обуславливаемое, например, падением температуры жидкого СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения значительно ниже ТППРХ материала конструкции, электромагнитный клапан 19 для пара открывают, чтобы вернуть имеющее более высокую температуру испаряющееся СПГД-топливо в пространство для пара в резервуаре 10 для хранения топлива и тем самым в значительной степени нормализовать давление и температуру СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения. В другом конкретном варианте осуществления данного изобретения устройство поддержания давления (не показанное на фиг.1), например нагреватель, является неотъемлемой частью резервуара 10 для хранения топлива.

При нормальных рабочих условиях для двигателя 24, который переходит в режим нормальной потребности в СПГД-топливе, необходимое количество жидкого СПГД-топлива подается в двигатель 24 из резервуара 10 для хранения топлива. Электромагнитный клапан 18 для жидкости открывают, чтобы установить прохождение жидкого СПГД-топлива через отверстие 12 для жидкости и трубопровод 8 для жидкости в испаритель 20, где жидкое СПГД-топливо испаряется и дозируется через топливопровод 4 и регулятор 22 топлива во входной коллектор двигателя 24. Испаряющееся СПГД-топливо подают непосредственно к топливным инжекторам во входном коллекторе. И снова осуществляют контроль давления СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения, а электромагнитный клапан 19 для пара открывают, чтобы вернуть испаряющееся СПГД-топливо в резервуар 10 для хранения, если это необходимо, чтобы обеспечить регулирование давления и температуры в резервуаре 10 для хранения.

Работа на холостом ходу двигателя
В условиях уменьшенной нагрузки двигателя, например на холостом ходу, потребность двигателя 24 в СПГД-топливе соответственно уменьшается. В нормальных рабочих условиях давления и температуры СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения эта уменьшенная потребность в СПГД-топливе предпочтительно удовлетворяется за счет подачи парообразного СПГД-топлива из резервуара 10 для хранения топлива через отверстие 11 для пара, паропровод 9, испаритель 20 (посредством сквозного прохождения), топливопровод 4 и регулятор 22 топлива при закрытом электромагнитном клапане 18 для жидкости.

Когда давление СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения становится ниже нормального рабочего давления, парообразное СПГД-топливо в резервуаре 10 для хранения обычно богаче метаном (и азотом), чем жидкое СПГД-топливо. В случаях, когда содержание азота в СПГД-топливе является существенным фактором, величина нагрева парообразного СПГД-топлива обычно меньше, чем требуемая для плавной работы двигателя 24. В тех случаях, когда давление СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения становится ниже нормального рабочего давления, СПГД-топливо для холостого хода подается из запаса жидкого СПГД-топлива, а регулятор 22 топлива используют для управления малым количеством испаряющегося СПГД-топлива, необходимым на холостом ходу двигателя 24. В то же время электромагнитный клапан 19 для пара открывают, чтобы обеспечить также прохождение испаренного СПГД-топлива в резервуар 10 для хранения топлива для повышения давления. Предпочтительно ЦП 30 управляет последовательностью работы клапанов 18 и 19 для подачи необходимого количества испаряющегося СПГД-топлива в двигатель 24 и для управления давлением СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения.

С другой стороны, когда давление СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения больше, чем нормальное рабочее давление, разница в составе между парообразным СПГД-топливом и жидким СПГД-топливом в резервуаре 10 для хранения уменьшается и соответственно уменьшается разница в величине нагрева между этими двумя фазами. В этом конкретном случае парообразное СПГД-топливо предпочтительно подают непосредственно из резервуара 10 для хранения топлива через отверстие 11 для пара, паропровод 9, испаритель 20 (посредством сквозного прохождения), топливопровод 4 и регулятор 22 топлива в двигатель 24 для уменьшения давления СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения до нормального рабочего давления.

Работа при запуске двигателя
Величина нагрева СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения при запуске двигателя 24 зависит от первоначального давления СПГД-топлива, т.е. давления непосредственно перед запуском. Чем ниже давление, тем больше вероятность, что парообразное СПГД-топливо богаче более летучими компонентами, например метаном и азотом, чем жидкое СПГД-топливо. В частности, если содержание азота в парообразном СПГД-топливе значительно, величина нагрева фазы парообразного СПГД-топлива может быть меньше, чем необходимо для запуска двигателя 24. В условиях такого пониженного давления СПГД-топливо для запуска двигателя 24 предпочтительно подают из запаса жидкого СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения. ЦП 30 предпочтительно используют для управления последовательностью работы клапанов 18 и 19 для подачи подходящего количества подходящей фазы, т.е. пара или жидкости, СПГД-топлива и непосредственно подходящего состава СПГД-топлива в двигатель 24.

С другой стороны, когда давление СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения увеличивается, разница в составе между парообразным СПГД-топливом и жидким СПГД-топливом в резервуаре 10 для хранения уменьшается и соответственно уменьшается разница в величине нагрева между этими двумя фазами. В этом конкретном случае парообразное СПГД-топливо предпочтительно подают непосредственно из резервуара 10 для хранения топлива через паропровод 9, испаритель 20 (посредством сквозного прохождения), регулятор 22 топлива и топливопровод 4 в двигатель 24 для уменьшения давления СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения.

Резервуар для хранения топлива
На фиг. 3 показан резервуар 10 для хранения топлива, который предпочтительно выполнен с обеспечением уменьшения выкипания жидкого СПГД-топлива. В одном конкретном варианте осуществления, резервуар 10 для хранения топлива изолирован вакуумом с помощью полости 33 вакуумной изоляции (см. также прокладку 40) для уменьшения притока тепла вследствие конвекции, а необходимое, обладающее высокой излучательной способностью покрытие на внешней поверхности 34 внутреннего сосуда 35 уменьшает приток тепла вследствие излучения. Только в качестве примера, а не ограничения этого изобретения, отмечается, что обладающее высокой излучательной способностью покрытие для внешней поверхности 34 содержит однослойную оболочку из алюминированного майлара. Это существенно ограничивает приток тепла в резервуар 10 для хранения топлива притоком тепла вследствие теплопередачи из-за проникновений во внутренний сосуд 35. В этом конкретном варианте осуществления общее количество проникновения уменьшается посредством использования двух двухцелевых трубопроводов, трубопровода 8 для жидкости и паропровода 9. Трубопровод 8 для жидкости используют как для наполнения, так и для слива жидкого СПГД-топлива из резервуара 10 для хранения; паропровод 9 используют как для наполнения, так и для выпуска парообразного СПГД-топлива из резервуара 10 для хранения. Как известно специалистам в области конструирования криогенной техники, эти специальные способы конструирования уменьшают, а не полностью исключают, приток тепла в резервуар 10 для хранения топлива. Следовательно, когда двигатель 24 (фиг. 1) не работает, например, когда транспортное средство, приводимое в движение двигателем 24, находится на стоянке в те периоды, когда оно не эксплуатируется, непрерывно происходит выкипание СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения. Непрерывное выкипание приводит к увеличению давления СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения. В одном конкретном варианте осуществления расчетное давление резервуара 10 для хранения топлива уменьшают для увеличения времени содержания СПГД-топлива и снижения веса резервуара 10 для хранения топлива. Повышенный вес резервуара 10 для хранения топлива приводит к уменьшению топливной экономичности (например, в км на литр) транспортного средства. Резервуар 10 для хранения предпочтительно не предназначен для выдерживания полного давления, создаваемого в результате полного испарения и увлажнения до температуры окружающей среды СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения, поскольку при этом возникло бы исключительно вредное влияние веса на топливную экономичность транспортного средства. Поэтому предпочтительно предусматривать механизм выпуска топлива.

Выпуск топлива
Система хранения и подачи топлива согласно данному варианту предпочтительно снабжена механизмом выпуска топлива, с помощью которого парообразное СПГД-топливо выпускают из резервуара 10 для хранения топлива, но не выбрасывают в атмосферу. В одном конкретном примере осуществления для достижения этого предусмотрены два уровня защиты. Во-первых, резервуар 10 для хранения топлива предпочтительно выполнен с возможностью выдерживания увеличения давления примерно в два раза по сравнению с рабочим давлением. В зависимости от начального уровня 7 жидкого СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения эта конструкция высокого давления предпочтительно способна выдерживать выкипание жидкости и сопутствующее увеличение давления, по меньшей мере, в течение примерно десяти суток, т.е. возможен простой системы хранения и подачи топлива, по меньшей мере, в течение примерно десяти суток, на протяжении которых нет необходимости выпускать парообразное СПГД-топливо наружу из резервуара 10 для хранения. Однако в довольно редком случае длительного периода простоя, начинающегося, когда резервуар 10 для хранения топлива, по существу, наполнен жидким СПГД-топливом, прирост давления может превысить расчетное давление для резервуара 10 для хранения топлива. Топливный баллон 36 представляет собой средство для сброса давления, превышающего расчетное давление.

На фиг.3 показан топливный баллон 36, который соединен с резервуаром 10 для хранения топлива через отверстие 11 для пара и паропровод 9. Неотъемлемой частью топливного баллона 36 является нормально-открытый электромагнитный клапан 38. Однако топливный баллон 36 в нормальном состоянии изолирован от парообразного СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения и в паропроводе 9 обратным клапаном 37. Давление установки для ЦП 30, при котором открывается обратный клапан 37, зависит от расчетного давления резервуара 10 для хранения топлива. Обратный клапан 37 предназначен для обеспечения прохождения парообразного СПГД топлива только из резервуара 10 для хранения топлива в топливный баллон 36 и для предотвращения обратного прохождения парообразного СПГД-топлива по паропроводу 9 в двигатель 24 или резервуар 10 для хранения топлива. В одном конкретном примере осуществления топливный баллон 36 содержит адсорбент, например угольный адсорбент 39, предпочтительно обеспечивающий поглощение в объеме, превышающем в 150 раз его собственный объем в условиях температуры и давления окружающей среды. Количество парообразного СПГД-топлива, адсорбированного в угольный адсорбент 39, изменяется в соответствии с температурой и давлением, воздействию которых подвергается угольный адсорбент 39. Удерживающая способность (емкость) по СПГД-топливу угольного адсорбента 39 увеличивается с увеличением температуры внутри топливного баллона 36. Удерживающая способность по СПГД-топливу угольного адсорбента 39 также увеличивается с увеличением давления внутри топливного баллона 36. В очень маловероятном и исключительном случае, когда давление СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения превышает расчетное значение, парообразное СПГД-топливо выпускают в топливный баллон 36 для сброса излишнего увеличения давления. В одном конкретном примере осуществления, топливный баллон 36 предназначен для использования в маловероятном случае аварийного выпуска из-за длительного периода простоя непосредственно после проведения дозаправки топливом. Поэтому в качестве части общих мер технического обслуживания двигателя топливный баллон 36 предпочтительно заменяют после такого длительного периода простоя. В одном конкретном примере осуществления стоимость замены минимальна вследствие повторного использования топливного баллона после простой регенерации угольного адсорбента 39 посредством подвода тепла. Нормально-открытый электромагнитный клапан 38 закрывают перед демонтажом и во время демонтажа топливного баллона 36 и оставляют закрытым до тех пор, пока его не откроют во время процесса регенерации.

В другом конкретном примере осуществления данного изобретения топливный баллон 36 является активной частью системы хранения СПГД-топлива и поэтому представляет собой просто баллон с адсорбентом для дополнительного хранения СПГД-топлива. В этом конкретном примере осуществления топливный баллон 36 с угольным адсорбентом 39 включает регенерационный нагреватель (не показанные на чертежах). Обратный клапан 37 заменен нормально-закрытым электромагнитным клапаном (не показанным на чертежах), который открывают, когда давление СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения достигает предварительно определенной установки, которая предпочтительно гораздо ниже расчетного давления, для установления протекания парообразного СПГД-топлива в топливный баллон 36. Как только давление СПГД-топлива в резервуаре 10 для хранения падает ниже давления парообразного СПГД-топлива в топливном баллоне 36, регенерационный нагреватель (регенерационные нагреватели), встроенный (встроенные) в топливный баллон 36, начинает (начинают) регенерировать угольный адсорбент 39, обеспечивая перемещение парообразного СПГД-топлива обратно в резервуар 10 для хранения для последующей подачи в двигатель 24.

Транспортные средства, заправляемые СПГД-топливом посредством системы хранения и подачи топлива согласно данному изобретению, обеспечивают дальность пробега между дозаправками топливом, сравнимую с дальностью пробега для современных бензиновых двигателей. Низкое давление хранения по сравнению с давлением хранения СжатПГ и высокая температура хранения по сравнению с температурой хранения СПГ сводят проблемы безопасности к минимуму. В отличие от СПГ хранение СПГД под высоким давлением облегчает подачу топлива к топливным инжекторам среднего давления, исключая таким образом необходимость сложной и дорогой системы подачи, которой требуется криогенный насос, что связано с СПГ. И наконец, в отличие от СНГ основой СПГД является природный газ, поставки которого распространены по всему миру.

Хотя вышеизложенное изобретение описано применительно к одному или нескольким предпочтительным конкретным вариантам осуществления, средние специалисты в данной области техники поймут, что в рамках объема притязаний, изложенного в формуле изобретения, возможны различные изменения, модификации, дополнения и приложения, отличающиеся от вышеупомянутых.

Словарь терминов
Температура Ac1 фазового превращения - температура, при которой начинает образовываться аустенит во время нагревания;
температура Ас3 фазового превращения - температура, при которой завершается превращение феррита в аустенит во время нагревания;
температура Ar1 фазового превращения - температура, при которой завершается превращение феррита в аустенит или в феррит плюс цементит во время охлаждения;
температура Аr3 фазового превращения - температура, при которой аустенит начинает превращаться в феррит во время охлаждения;
криогенные температуры - температуры ниже, чем примерно -40oС (-40oF);
РВТ - раскрытие в вершине трещины;
VHШ - V-образный надрез по Шарпи (для ударного испытания образца);
ТППРХ (температура перехода от пластичного разрушения к хрупкому) - разграничивает два режима разрушения в конструкционных сталях; при температурах ниже ТППРХ существует тенденция к повреждению путем (хрупкого) разрушения за счет излома по плоскостям спайности при низких энергозатратах, тогда как при температурах выше ТППРХ существует тенденция к повреждению путем вязкого разрушения при высоких энергозатратах;
по существу - в основном, 100 об.%;
Гм3 - миллиард кубических метров;
ГМСЭ - газоэлектрическая сварка металлическим электродом;
упрочняющие частицы - частицы одного или нескольких из таких материалов, как -медь, Mo2C или карбиды и карбонитриды ниобия и ванадия;
ЗТВ - зона термического влияния;
межкритический температурный диапазон - примерно от температуры Aс1 фазового превращения примерно до температуры Ас3 фазового превращения при нагреве и примерно от температуры Аr3 фазового превращения примерно до температуры Ar1 фазового превращения при охлаждении;
Кик - критический коэффициент интенсивности напряжений;
кДж - килоджоуль;
кПа - тысячи Паскалей;
кфн-с/кв.д - тысячи фунтов-сил на квадратный дюйм;
низколегированная сталь - сталь, содержащая железо и легирующие добавки, общее количество которых меньше, чем примерно 10 мас.%;
МА - мартенсит-аустенит;
максимальный допустимый размер трещины - критическая длина и глубина трещины;
Mo2C - форма карбида молибдена;
МПа - миллионы Паскалей;
температура Мн фазового превращения - температура, при которой начинается превращение аустенита в мартенсит во время охлаждения;
открытый (применительно к клапану) - по меньшей мере, частично открытый, если нет других указаний;
СПГД - находящийся под давлением сжиженный природный газ;
в качестве доминирующих компонентов - по меньшей мере, примерно 50 объемных процентов;
ч./млн - частей на миллион;
фн-с/кв.д абс. - абсолютное давление в фунтах-сил на квадратный дюйм;
закалка - ускоренное охлаждение любыми средствами, при котором используется текучая среда, выбранная по своей склонности к повышению скорости охлаждения стали, в противоположность охлаждению на воздухе;
скорость закалки (охлаждения) - скорость охлаждения в центре или, по существу, в центре толщины листа;
температура прекращения закалки - наивысшая или, по существу, наивысшая температура, достигнутая на поверхности плиты после прекращения закалки вследствие тепла, передаваемого из середины толщины листа;
ТПЗ - температура прекращения закалки;
сляб - заготовка из стали любых размеров;
ТКФ - триллион кубических футов;
предел прочности при растяжении - при испытании на прочность отношение максимальной нагрузки к исходной площади поперечного сечения;
ДСВЭСИГ - дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа;
температура Тнр - температура, ниже которой аустенит не рекристаллизуется;
ВПТЗ США - Ведомство по патентам и товарным знакам США;
сварной узел - сварное соединение, включающее: (i) металл шва; (ii) зону термического влияния (ЗТВ); и (iii) основной металл "в непосредственной близости" от ЗТВ; доля основного металла, которую считают находящейся "в непосредственной близости" от ЗТВ, изменяется в зависимости от факторов, известных специалистам в данной области техники и включающих, например, но без ограничений, ширину сварного узла, размеры сварного изделия, количество сварных узлов, необходимых для изготовления изделия, и расстояние между сварными узлами.


Формула изобретения

1. Резервуар для хранения топлива, используемый в системе хранения и подачи топлива для хранения топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа при давлении от примерно 1035 до примерно 7590 кПа и при температуре от примерно -123 до примерно -62oС и подачи испаряющегося топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа при использовании для сгорания в двигателе, причем резервуар для хранения топлива выполнен посредством соединения вместе множества отдельных листов из материалов, включающих сверхвысокопрочную низколегированную сталь, содержащую меньше 9 вес.% никеля и имеющую предел прочности, превышающий 830 МПа и температуру перехода от пластичного разрушения к хрупкому (TППPX) ниже, чем примерно -73oС, при этом соединения между отдельными листами имеют необходимые предел прочности и вязкость в указанных условиях давления и температуры для содержания находящегося под давлением сжиженного природного газа.

2. Резервуар по п.1, в котором соединения имеют предел прочности, составляющий, по меньшей мере, примерно 90% предела прочности при растяжении сверхвысокопрочной низколегированной стали.

3. Резервуар по п.1, в котором соединения имеют ТППРХ ниже, чем примерно -73 oС.

4. Резервуар по п.1, в котором соединения выполнены посредством газоэлектрической сварки металлическим электродом.

5. Резервуар по п.1, в котором соединения выполнены посредством дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа.

6. Резервуар для хранения топлива по п.1, который соединен с топливным баллоном для сбора парообразного топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа, выходящего из резервуара для хранения топлива, когда давление топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа в резервуаре для хранения топлива превышает предварительно заданное давление.

7. Резервуар по п.6, в котором топливный баллон содержит адсорбент.

8. Резервуар по п.7, в котором адсорбентом является угольный адсорбент.

9. Резервуар по п. 8, в котором топливный баллон содержит, по меньшей мере, один встроенный нагреватель для регенерации угольного адсорбента.

10. Система, содержащая (а) по меньшей мере, один резервуар для хранения находящегося под давлением сжиженного природного газа при давлении от примерно 1035 до примерно 7590 кПа и при температуре от примерно -123 до примерно -62oС, причем, по меньшей мере, один резервуар для хранения топлива выполнен посредством соединения вместе множества отдельных листов из материалов, включающих сверхвысокопрочную низколегированную сталь, содержащую меньше 9 вес. % никеля и имеющую предел прочности, превышающий 830 МПа и ТППРХ ниже, чем примерно -73oС, при этом соединения между отдельными листами имеют необходимые предел прочности и вязкость в указанных условиях давления и температуры для содержания находящегося под давлением сжиженного природного газа, (б) оборудование для подачи испаряющегося находящегося под давлением сжиженного природного газа при использовании для сгорания в двигателе.

11. Система хранения и подачи топлива, содержащая (а) по меньшей мере, один резервуар для хранения топлива, имеющий необходимые предел прочности и вязкость разрушения для содержания топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа при давлении от примерно 1035 кПа до примерно 7590 кПа и при температуре от примерно -123oС до примерно -62oС, (б) наполнительный и выпускной клапан для обеспечения прохождения топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа между резервуаром для хранения топлива и станцией дозаправки топливом, в) трубопровод для жидкости для обеспечения прохождения жидкого топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа из резервуара для хранения топлива в испаритель, г) паропровод для обеспечения прохождения газообразного топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа из резервуара для хранения топлива в испаритель, д) топливопровод для обеспечения прохождения испаренного топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа из испарителя в двигатель, и е) регулятор топлива для регулирования прохождения испаренного топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа из испарителя в двигатель таким образом, что система хранения и подачи топлива обеспечивает хранение топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа при давлении от примерно 1035 до примерно 7590 кПа и при температуре от примерно -123 до примерно -62oС, и подачи указанного испаряющегося топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа при использовании для сгорания в двигателе.

12. Система хранения и подачи топлива по п.11, дополнительно содержащая ж) топливный баллон, имеющий, по меньшей мере, один регенерационный нагреватель, причем топливный баллон приспособлен для (i) приема избытка топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа из резервуара для хранения топлива, когда давление в резервуаре для хранения топлива превышает первую предварительно заданную установку, (ii) хранения избытка топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа, и (iii) перемещения избытка топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа обратно в резервуар для хранения топлива, когда давление в резервуаре для хранения топлива падает ниже второй предварительно определенной установки.

13. Резервуар для хранения топлива, используемый в системе хранения и подачи топлива для хранения топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа при давлении от примерно 1035 до примерно 7590 кПа и при температуре от примерно -123 до примерно -62oС и подачи испаряющегося топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа при использовании для сгорания в двигателе, причем резервуар для хранения топлива выполнен посредством соединения вместе множества отдельных листов из материалов, включающих сверхвысокопрочную низколегированную сталь, содержащую меньше, чем примерно 2 вес.% никеля, и имеющую необходимые предел прочности и вязкость для содержания находящегося под давлением сжиженного природного газа, при этом соединения между отдельными листами имеют необходимые предел прочности и вязкость в указанных условиях давления и температуры для содержания находящегося под давлением сжиженного природного газа.

14. Способ, включающий следующие этапы: (а) помещают топливо в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа при давлении от примерно 1035 до примерно 7590 кПа и при температуре от примерно -123 до примерно -62oС, по меньшей мере, в один резервуар для хранения топлива, который имеет необходимые предел прочности и вязкость для содержания топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа в указанных условиях давления и температуры, и (б) подают испаренное топливо в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа при использовании для сгорания в двигателе.

15. Система, содержащая (а) по меньшей мере, один резервуар для хранения топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа при давлении от примерно 1035 до примерно 7590 кПа и при температуре от примерно -123 до примерно -62oС, причем, по меньшей мере, один резервуар для хранения топлива имеет необходимые предел прочности и вязкость для содержания топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа в указанных условиях давления и температуры, (б) оборудование для подачи испаряющегося топлива в виде находящегося под давлением сжиженного природного газа при использовании для сгорания в двигателе.

Приоритет по пунктам:
20.06.1997 - по пп.1-15.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 20.08.2005        БИ: 23/2005



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу сжижения газового потока с высоким содержанием метана, давление которого превышает примерно 3103 кПа

Изобретение относится к системе для обработки, хранения и транспортировки газа при высоком давлении и криогенной температуре

Изобретение относится к способу сжижения потока сжатого газа, богатого метаном, при помощи теплообменника, охлаждаемого каскадной системой охлаждения, для получения богатого метаном жидкого продукта, имеющего температуру выше приблизительно -112oС

Изобретение относится к области криогенной техники сжижения и может быть использовано для сжижения природного и других газов

Изобретение относится к технике и технологии ожижения природного газа

Изобретение относится к сжижению богатого метаном потока сжатого газа, в котором сжижение потока газа происходит в теплообменнике, охлаждаемом холодильной машиной с многокомпонентным хладагентом с замкнутым циклом для производства богатого метаном жидкого продукта, имеющего температуру выше приблизительно -112oС и давление, достаточное для того, чтобы жидкий продукт был в точке начала кипения или ниже нее

Изобретение относится к ракетно-космической технике, в частности к наземным средствам термостатирования, и предназначено для обеспечения и автоматического поддержания необходимых температурных режимов космических объектов на стартовой позиции путем подачи в них термостатирующих газов (воздуха и азота) высокого давления в широком диапазоне температур при любых климатических и метеорологических условиях, в любое время года и суток

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для получения механической или электрической энергии, а также выработки холода

Изобретение относится к энергетике и предназначено для получения механической или электрической энергии, а также выработки холода

Изобретение относится к области энергетики и газовых регенеративных машин и предназначено для получения механической или электрической энергии, а также холода

Изобретение относится к газовым сетям, а также к области холодильной техники и может быть использовано в системах охлаждения, где сжиженная смесь углеводородов (например, пропан-бутан) находится под давлением, служит одновременно топливом для автомобильного двигателя и холодильным агентом для холодильной установки с целью охлаждения теплоизолированного кузова авторефрижератора

Изобретение относится к газовым сетям, а также к холодильной технике и может быть использовано в системах комбинированного использования сжиженного (например, нефтяного, под давлением) углеводородного газа (пропана, пропан-бутановой смеси), который служит одновременно топливом для двигателя автомашины и хладагентом для холодильной установки, предназначенной для охлаждения изотермического кузова авторефрижератора, кабины водителя, отдельных отсеков автомашины, транспортных систем кондиционирования

Изобретение относится к холодильной технике

Изобретение относится к системам хранения сжиженного природного газа под давлением от примерно 1035 до примерно 7590 кПа и при температуре от примерно -123 до примерно -62oС и подачи испаряющегося СПГД-топлива для сгорания в двигателе

Наверх