Ёмкость для жидкого криогенного продукта
Изобретение относится к холодильной и криогенной технике, к расходным емкостям как стационарных хранилищ, так и топливным емкостям транспортных средств, и может быть использовано при испытаниях энергетических устройств и заборе криогенного топлива для работы энергетических машин. Емкость для жидкого криогенного продукта содержит корпус, размещенный внутри его заборный трубопровод, состоящий из соединенных между собой подвижного и неподвижного участков, и поплавок, установленный на подвижном участке заборного трубопровода, при этом неподвижный участок заборного трубопровода размещен внутри емкости вдоль днища и представляет собой теплообменник для выравнивания температуры жидкого криогенного продукта при его выдаче, на наружной поверхности теплообменника расположены ребра, на стенках теплообменника расположены сквозные отверстия, общая площадь проходных сечений всех сквозных отверстий меньше или равна внутренней площади проходного сечения теплообменника, на выходе из теплообменника установлен эжекторный насос, активная полость которого соединена с внутренней полостью теплообменника, а его пассивная полость соединена с внутренней полостью емкости для жидкого криогенного продукта. Технический результат заключается в обеспечении получения на выходе из емкости в период слива жидкого криогенного продукта постоянной температуры. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Емкость для жидкого криогенного продукта относится к холодильной и криогенной технике к расходным емкостям, как стационарных хранилищ, так и топливным емкостям транспортных средств, и может быть использовано при испытаниях энергетических устройств и заборе криогенного топлива для работы энергетических машин.
Известна емкость для жидкого криогенного продукта, содержащая теплоизолированный сосуд, соединенный с соответствующими элементами запорной и предохранительной арматуры, при этом трубопровод заправки и слива одним из своих концов установлен в нижней части сосуда и жестко закреплен в нем (рис. 7.16, стр. 500, в книге: Криогенные системы. А.И. Архипов и др. - М.: Машиностроение. 1987).
Недостаток этой емкости в том, что при хранении жидкого криогенного продукта происходит его температурное расслоение. Температура верхних слоев оказывается выше, чем нижних, что, в свою очередь, приводит к тому, что при испытаниях, например центробежных криогенных насосов на их входе постоянно изменяются запасы по давлениям превышения над давлением упругих паров. При отборе жидкого криогенного продукта с нижней части емкости сначала происходит уход более холодных слоев, а затем более горячих, при этом горячие слои могут быть выработаны, если запасы устойчивой работы центробежного откачивающего криогенного насоса будут достаточны.
Известна емкость для жидкого криогенного продукта, содержащая корпус с заборным трубопроводом, участок которого размещен внутри корпуса, а участок заборного трубопровода выполнен составным, причем части его соединены посредством шарнира, и снабжен установленным на его свободном конце поплавком (авторское свидетельство СССР №1700893, B65D 88/00, опубл. 20.09.2005, Бюл. №26.).
Недостатки емкости для жидкого криогенного продукта в том, что при сливе криогенного продукта с помощью центробежного криогенного насоса, на его входе изменяются запасы его устойчивой работы из-за изменения температуры по высоте столба жидкости, а также то, что при сливе горячей части криогенного продукта из верхних слоев высокие потери последней на испарение.
Задачи изобретения: снижение потерь на испарение жидкого криогенного продукта и расширение технологических возможностей его слива из емкости.
Поставленные задачи в емкости для жидкого криогенного продукта, содержащая корпус, размещенный внутри его заборный трубопровод, состоящий из соединенных между собой подвижного и неподвижного участков, и поплавок, установленный на подвижном участке заборного трубопровода, решаются тем, что, неподвижный участок заборного трубопровода размещен внутри емкости вдоль днища и представляет собой теплообменник для выравнивания температуры жидкого криогенного продукта при его выдаче и тем, что на наружной поверхности теплообменника расположены ребра и тем, что в стенках теплообменника расположены сквозные отверстия и тем, что общая площадь проходных сечений всех сквозных отверстий меньше или равна внутренней площади проходного сечения теплообменника, а также тем, что на выходе из теплообменника установлен эжекторный насос, активная полость которого соединена с внутренней полостью теплообменника, а его пассивная полость соединена с внутренней полостью емкости для жидкого криогенного продукта.
В известных технических решениях признаков сходных с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не обнаружено, следовательно, это решение обладает существенными отличиями. Приведенная совокупность признаков в сравнении с известным уровнем техники позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию «новизна». В то же время, заявляемое техническое решение применимо в холодильной и криогенной технике и предназначено для слива жидкого криогенного продукта из емкости, например криогенных топлив в энергетических установках наземного базирования и транспортных средств и расширения технологических возможностей при сливе криогенного продукта с помощью криогенных насосов, поэтому оно соответствует условию «промышленная применимость».
Изобретение поясняется следующими схемами.
На фиг. 1 схема емкости для жидкого криогенного продукта.
На фиг. 2 сегмент неподвижного участка заборного трубопровода теплообменника с наружным ребрами.
На фиг. 3 сегмент неподвижного участка заборного трубопровода теплообменника со сквозными отверстиями в стенке.
На фиг. 4 схема емкости для жидкого криогенного продукта с эжекторным насосом.
На фиг. 1 емкость 1 для жидкого криогенного продукта содержит подвижный участок заборного трубопровода 2 с входным устройством 3, на котором подвижно закреплен полый поплавок 4. Выходной конец подвижного участка заборного трубопровода 2 через поворотный шарнир или сильфон подсоединен к входу неподвижного участка заборного трубопровода теплообменника 5, закрепленного на опоре 6, причем неподвижный участок заборного трубопровода теплообменник 5 установлен вдоль дна емкости 1 для жидкого криогенного продукта. Выходной конец неподвижного участка заборного трубопровода теплообменника 5 жестко закреплен к внешнему сливному трубопроводу 7.
На фиг. 2 сегмент неподвижного участка заборного трубопровода теплообменника 5 с наружным ребрами 8.
На фиг. 3 сегмент неподвижного участка заборного трубопровода теплообменника 5 со сквозными отверстиями 9 в стенке.
На фиг. 4 схема емкости для жидкого криогенного продукта с эжекторным насосом 10, активная полость которого соединена с выходом неподвижного участка заборного трубопровода теплообменника 5, а его пассивная полость соединена с внутренней полостью емкости 1, при этом выход из эжекторного насоса 10 соединен с внешним сливным трубопроводом 7.
Емкость для жидкого криогенного продукта (фиг. 1) работает следующим образом. После длительного хранения жидкого криогенного продукта в емкости 1, происходит его температурное расслоение, причем нижние слои имеют более низкую температуру по сравнению с верхними. При испытании, например, центробежного криогенного насоса *теплый жидкий криогенный продукт из верхних слоев через заборное устройство 3 попадает в подвижный участок заборного трубопровода 2, откуда он направляется в неподвижный участок заборного трубопровода теплообменник 5, расположенный в вдоль днища емкости 1 в нижних слоях криогенного продукта. В неподвижном участке заборного трубопровода теплообменнике 5 происходит его охлаждение и поэтому на выходе внешнего сливного трубопровода 7 получают постоянную температуру жидкого криогенного продукта во время работы в процессе его полной выработки из емкости 1. Во время слива отбор теплого жидкого криогенного продукта происходит постоянно с поверхности зеркала. При этом теплый жидкий криогенный продукт охлаждается в неподвижном участке заборного трубопровода теплообменнике 5 в нижних слоях холодного жидкого криогенного продукта в емкости 1.
Емкость для жидкого криогенного продукта по п. 2 (фиг. 1 и фиг. 2) работает следующим образом. Теплопередача через стенки неподвижного участка заборного трубопровода теплообменника 5 во время его работы зависит: от внутреннего коэффициента теплоотдачи, который определяют в зависимости от скорости движения теплого жидкого криогенного продукта во внутренней полости неподвижного участка заборного трубопровода теплообменника 5 в процессе работы, и от наружного теплообмена между стенкой неподвижного участка заборного трубопровода теплообменника 5 и холодным жидким криогенным продуктом. Из-за того что холодный жидкий криогенный продукт в емкости 1 неподвижен, то плотность теплового потока определяется только теплопроводностью стенки неподвижного участка заборного трубопровода теплообменника 5 и теплопроводностью холодного жидкого криогенного продукта. Поэтому наружная теплопередача неподвижного участка заборного трубопровода теплообменника 5 определяет плотность теплового потока через его стенку. Для увеличения наружной теплопередачи неподвижного участка заборного трубопровода теплообменника 5 на его наружной поверхности расположены ребра 8, что увеличивает его общую наружную площадь теплопередачи. За счет увеличения наружной площади теплопередачи повышена эффективность выравнивания температуры жидкого криогенного продукта при его сливе из емкости 1.
Емкость для жидкого криогенного продукта по п. 3 (фиг. 1 и фиг. 3) работает следующим образом. В стенках неподвижного участка заборного трубопровода теплообменника 5 расположены сквозные отверстия 9, через которые холодный жидкий криогенный продукт из нижних слоев емкости 1 поступает во внутреннюю полость неподвижного участка заборного трубопровода теплообменника 5 и смешивается с теплой частью жидкого криогенного продукта, поступающего с поверхности зеркала жидкого криогенного продукта из подвижного участка заборного трубопровода 2 в емкости 1. За счет смешения теплой и холодной частей жидкого криогенного продукта с поверхности зеркала жидкости и низа емкости 1 повышена равномерность температуры по объему жидкого криогенного продукта на выходе из внешнего сливного трубопровода 7 во время работы.
Емкость для жидкого криогенного продукта по п. 4 (фиг. 1 и фиг. 3) работает следующим образом. Для того чтобы расход жидкого криогенного продукта с поверхности зеркала жидкого криогенного продукта и низа емкости 1 был примерно одинаков общая площадь ƒо проходных сечений ƒi всех и сквозных отверстий 9 меньше или равна внутренней площади Fто, проходного сечения неподвижного участка заборного трубопровода теплообменника 5:
За счет выравнивания гидравлического сопротивления подвижного участка заборного трубопровода 2 с входным устройством 3 и гидравлического сопротивления сквозных отверстий 9 в стенках неподвижного участка заборного трубопровода теплообменника 5 с учетом давления столба жидкого криогенного продукта в емкости 1, расход теплого и холодного жидкого криогенного продукта во внутренней полости неподвижного участка заборного трубопровода теплообменника 5 примерно одинаков, что улучшает его смешение и выравнивание температуры по объему жидкого криогенного продукта на выходе из внешнего сливного трубопровода 7 во время работы.
Емкость для жидкого криогенного продукта по п. 5 (фиг. 4) работает следующим образом. На выходе из неподвижного участка заборного трубопровода теплообменника 5 установлен эжекторный насос 10, активная полость которого соединена с внутренней полостью неподвижного участка заборного трубопровода теплообменника 5, а его пассивная полость соединена с внутренней полостью емкости 1 для холодного жидкого криогенного продукта. При сливе жидкого криогенного продукта из емкости 1 с помощью внешнего криогенного насоса, теплый жидкий криогенный продукт во внутренней полости неподвижного участка заборного трубопровода теплообменника 5 и активной полости эжекторного насоса 10 движется со скоростью, определяемой его расходом и частотой вращения вала внешнего криогенного насоса. Теплый жидкий криогенный продукт, поступающий из его верхних слоев, в активной полости эжекторного насоса 10 из-за скоростного напора за счет создания пониженного давления в пассивной полости эжекторного насоса 10 закачивает из нее холодный жидкий криогенный продукт, поступающий из нижних слоев емкости 1. За счет смешения теплой и холодной частей жидкого криогенного продукта в эжекторном насосе 10 улучшено выравнивание температуры по объему жидкого криогенного продукта на выходе из внешнего сливного трубопровода 7 емкости 1.
Из-за того, что в нижней части емкости 1 установлен неподвижный участок заборного трубопровода теплообменник 5, соединенный с подвижным участком 2 заборного трубопровода, на выходе из емкости 1 в период слива жидкого криогенного продукта получена его примерно постоянная температура.
Из-за того, что горячие составляющие жидкого криогенного продукта охлаждаются в неподвижном участке заборного трубопровода теплообменнике 5, а не испаряются, повышена экономичность процесса слива жидкого криогенного продукта.
Из-за постоянной температуры жидкого криогенного продукта на выходе из емкости 1 повышена надежность испытаний криогенных насосов, а также полнота слива жидкого криогенного Продукта из емкости 1.
Таким образом, изобретением усовершенствована емкость для жидкого криогенного продукта путем получения равномерной температуры жидкого криогенного продукта на ее выходе при сливе или испытании криогенного насоса.
1. Емкость для жидкого криогенного продукта, содержащая корпус, размещенный внутри его заборный трубопровод, состоящий из соединенных между собой подвижного и неподвижного участков, и поплавок, установленный на подвижном участке заборного трубопровода, отличающаяся тем, что с целью снижения потерь от испарения и расширения технологических возможностей неподвижный участок заборного трубопровода размещен внутри емкости вдоль днища и представляет собой теплообменник для выравнивания температуры жидкого криогенного продукта при его выдаче.
2. Емкость для жидкого криогенного продукта по п. 1, отличающаяся тем, что на наружной поверхности теплообменника расположены ребра.
3. Емкость для жидкого криогенного продукта по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что в стенках теплообменника расположены сквозные отверстия.
4. Емкость для жидкого криогенного продукта по п. 3, отличающаяся тем, что общая площадь проходных сечений всех сквозных отверстий меньше или равна внутренней площади проходного сечения теплообменника.
5. Емкость для жидкого криогенного продукта по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что на выходе из теплообменника установлен эжекторный насос, активная полость которого соединена с внутренней полостью теплообменника, а его пассивная полость соединена с внутренней полостью емкости для жидкого криогенного продукта.
