Способ заполнения баллонов сжижен-ной углекислотой

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

lC АВТОРСКОМУ СИИ ТВЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалист ическив

Республик о» 806984 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (я)м. к„.3 (22) Заявлено 21.04.75 (21) 2126201/23-26 с присоединением заявки М

F 17 С 5/02

Государственный квинтет ссср оо аслан н30брстскнн и аткрытнй (23) Приоритет

Опубликовано 230281. Бюллетень ЙФ 7 (53) УДК 66.061 (088.8) Дата опубликования описания 23. 02. 81

В.Е. Кондратьев, Ю.М. Щербина, А.С. Шустов -т"@:.:. -, .; и В.Г. Прохоренко (72) Авторы изобретения (73) Заявитель (54) СПОСОБ ЗАПОЛНЕНИЯ БАЛЛОНОВ СЖИЖЕННОЙ

УГЛЕКИСЛОТОЙ

Изобретение относится к заполнению сосудов высокого давления сжиженными газами и, преимущественно к заполнению сжиженной углекислотой баллонов, предназначенных для приготовления газированной воды в автосифонах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому, является способ заполнения баллонов сжиженной углекислотой, включающий заполнение мерной емкости, и последующий ее перепуск через зазор между пробкой и стенками наливного отверстия бал- тэ лонов (1 1.

Недостаток способа наполнения заключается в том, что в первый момент пуска жидкой углекислоты возникает резкий перепад давлений в сис- 26 теме пИтания и полости гидроцилиндра по отношению к атмосферному давлению в полости баллона. Столб углекислоты под действием перепада давлений

"ударяет" по внешней торцовой поверх- 2з ности пробки и, в случае слабой ее посадки в отверстии баллона (возможной за счет неблагоприятного сочетания и разброса даже допускных размеров пробок и отверстий в балло- ЗО нах), пробка сдвигается и садится своим торцом на ступеньку наливного отверстия.

При сдвиге пробки исключается заданный начальный наливной зазор между ее поверхностью и поверхностью стенок и уступа наливного отверстия баллона. При исключении зазора процесс перелива жидкой углекислоты невозможен и баллоны остаются заполненными только малой дозой газообразной фазы углекислоты успевшей проникнуть в баллон в самом начале наполнения.

В случае же "удара" углекислоты и частичном сдвиге пробки при этом (т.е. элементы удерживающие пробку имеют конусность) величина зазора между торцом пробки и ступенькой в отверстии сокращается. В этом случае газовая фаза углекислоты, возникшая в начальный момент наполнения, проникает в баллон и выравнивает перепад давлений в гидроцилиндре и баллоне и остальная порция жидкой углекислоты (при отсутствии укаэанного перепада) затекает в ,баллон в основном только под действием собственного веса.

806984

Иэ-за относительной малости веса столба углекислоты малости перепада давлений и повышенного гидро-, сопротивления в уменьшенном зазоре, процесс заполнения затягивается и не укладывается в отведенное для наполнения время. В результате баллон остается не полностью наполненным.

В случае же усиления конструктивных элементов (ребер), выполненных на пробке (с целью ее более надежного удержания в отверстии баллона в положении, обеспечивающем зазор между ее поверхностью и стенками отверстия), ухудшается герметичность соединения осаженной пробки с баллоном, так как увеличенные ребра не пропрессовываются при осадке пробки и оставляют капиллярные зазоры . (в углах ребер), создающие возможность утечки углекислоты из укупорен ного баллона.

Кроме того, при заданном нормальном зазоре между пробкой и отверстием баллона, при поступлении жидкой углекнслоты в полость баллона, в начальный момент, происходит форсированное дросселирование.: ее в зазоре и резкое ее расширение в полости баллона (при этом необходимо учитывать, что зазор имеет лабиринтное проходное . сечение).

При дросселировании и резком расширении часть жидкой углекислоты охлаждается и намерэает в зазоре, образуя ледяные пробки, которые зависают в полостях реэбообразных канавок и на уступе отверстия баллона. Ледяные пробки сокращают эффективное проходное отверстие зазора, увеличивают его гидросопротивление и затягивают Процесс заполнения баллонов.

Увеличение же зазоров между пробкой и стенками горловины баллона до размеров, обеспечивающих быстрое и беспрепятственное наполнение, ограничивается тем, что при этом за счет уменьшения диаметральных размеров пробки должна быть увеличена ее высота (объем материала пробки должен осТаться прежним), а это, в свою очередь, при осадке и деформации пробки, вызывает увеличение количества перемешиваемого материала верхней части пробки, относительно резьбообразных канавок, вдоль наливного отверстия, иэ-эа чего остаются непосредственные зазоры между телом пробкй и стенками реэьбообразных канавок, которые ухудшают герметичность соединения пробки с баллоном.

При расширении углекислоты в баллоне. и ее охлаждении, создается температурный перепад между стенками баллона и углекислотой. A так как заполняемый баллон имеет температуру помещения, то охлажденная газовая фаза углекислоты несколько нагревается за счет отнятия теплоты от стенок баллона.

И,для того, чтобы часть газовой

5 фазы углекислоты (при данном давлении жидкой углекислоты в системе питания) перевести снова в жидкую, .необходимо выждать определенное время, необходимое для выравнивания температурного перепада у баллона и углекислоты и для последующей конденсации газовой фазы в жидкую.

Температура жидкой углекислоты,при установившемся процессе наполнения баллона, в конце системы питания и, I5 особенно в гидроцилиндре ниже, чем температура помещения подаваемых на заполнение баллонов. Теплопередача— относительно медленный процесс и выравнивание температурного перехода

2О занимает длительное время и вынуждает удлинять время процесса заполнения.

В результате значительный процент баллонов оказывается или не заполненным, или заполненным ниже допустимого минимального уровня, а процесс заполнения требует относительно длительный интервал времени, что снижает производительность устройстsa, реализующего данный способ.

Цель способа — ускорение процесса заполнения.

Поставленная цель достигается за счет того, что первую порцию поступающей в мерную емкость углекислоты переводят из жидкой фазы в газообразную и газовую фазу пропускают в баллон через зазор между пробкой и стенками наливного отверстия баллона.

На чертеже изображено устройство

40 осуществляющее заполнение баллонов сжиженной углекислотой, продольный разрез °

Устройство состоит из баллона 1 с пробкой 2 установленной в гидро45 цилиндре 3 со штоком 4, золотника 5, пальца 6, камеры 7 и трубопровода

8 с каналом 9. В стенках гидроцилиндра 3 выполнены мерная емкость

10 и каналы 11. Между пробкой 2 и стенками наливного отверстия баллона

1 имеется зазор 12. Емкость 10 и канал 11 перекрываются плунжером 13

Нижняя часть гидроцилиндра 3 имеет канал 14, трубопровод 15, винт 16, канал 17 и пуансон 18 .

Устройство работает следующим образом.

Подлежащий заполнению очередной баллон укомплектованный пробкой 2 своим дульцем плотно вставляется в

4О сливное отверстие гидроцилиндра 3и удерживает я в этом .положении штоком 4. Затем путем перевода золотника 5 отсечного затвора при помощи пальца б в положении "открыто", g5 камеру 7 гидроцилиндра сообщают с

806984 расходной емкостью при помощи трубопровода 8, канала 9 мерной емкости 10 канала 11. С целью получения эффекта дросселировання,величину проходного сечения канала 11

ВыпОлняют малОй и сОизмеримОй ° например с сочетанием зазора 12 между те,лом пробки н стенками наливного отверстия баллона.

Перед началом заполнения плунжер

13 перекрывает мерную емкость 10 и канал 11. Затем при помощи сообще- © ния плунжеру 13 движения вверх,открывает канал 11.

Углекислота под действием своего давления проникает по каналу 11 в полость гидроцилин ра малыми порциями,13 так как встречает при перетекании относительно большое гидросопротивление. Малые порции жидкой углекислоты в полости гидроцилиндра немедленно переходят s газовую фазу углекисло-, Щ ты, легко проникают через зазор 12 в баллон. При перетекаиии углекислоты в баллон в виде газовой фазы не могут образовываться ледяные пробки в зазоре, а давление в полостях гидроци" линдра и баллона нарастает одновременно и быстро, что устраняет перепад давления и последующий "удар" жидкой углекислотой по пробке.

За время движения плункера вверх давление в полостях гидроцилиндра и баллона поднимается до давления, близкого к давлению насыщенных паров углекислоты, и тем самым подготавливаются условия для последующей подачи жидкой. углекислоты в полость гидроЗ цилиндра через мерную емкость 10 (без ее испарения и образования "снега" в

ГИДРОЦИЛИНДРЕ И "ВОЗДУШНЫХ" ПРОбОК в системе питания).

Затем плунжер открывает мерную ем-4И) кость 10 и жидкая углекислота спокойно и быстро затекает в полость гидроцилиндра под действием веса csoего столба и остаточной разности давлений. Объем полости, образованной 4 стенками цилиндра и торцом плунжера в его крайнем верхнем положении, устанавливают несколько большим, чем объем полости баллона.

Затем золотник переводят в положение "закрыто", а плунжеру сообщают быстрое движение вниз. При движении плункер вытесняет углекислоту в баллон, при этом плункер создает избыточное давление при котором газовая фаза углекислоты в гидроцилинд- ре и баллоне сжимается и увеличивает свой удельный вес.

С целью обеспечения надежного перехода газовой фазы углекислоты в эквивалент жидкой, значение давле- ф) ния доводят до значения выше критического давления сжижения углекислоты при данной ее температуре (температура же жидкой углекислоты в самом конце системы питания, в канале 9, и температура стенок гидроцилиндра (при установившемся процессе наполнения в установке) значительно ниже, чем температура жидкой углекислоты подаваемой из системы питания).

При достижении полного заполнения баллона жидкой углекислотой н нарастании давления, при продолжении дви.кения плунжера, избыток порции углекислоты вытесняется через канал 17 и канал 14 переливного обратного клапана по трубопроводу 15. При этом ,давление срабатывания обратного клапана устанавливают, например; винтом

16, несколько выше, чем критическое давление углекислоты при установившейся ее температуре. Установление избыточности вытесняемой порции жидкой углекислоты .и повышенного давления срабатывания перелизного клапана обеспечивает устранение распора плунжера и максимальное заполнение баллона углекислотой. Причем, максимальное заполнение баллонов хорошо обеспечивается и в условиях работы зарядных установок, имеющих сменные расходные емкости, когда по мере отбора из последних углекислоты, происходит значительное падение давления в самой емкости, а следовательно, и в системе питания установки

Кроме того, избыточность порции углекислоты и подъем давления при вытеснении избытка обеспечивают надежный переход газовой фазы, находящейся в баллоне, в состояние с большим удельным весом.

Затем продолжением движения плунжера при помощи пуансона 18 производят герметичную купорку баллона.

Баллон извлекают из наливного отверстия гидроцнлиндра, плунжер отводят вверх на величину выступления пробки из наливного отверстия следукщего баллона н процесс повторяется.

Формула изобретения

Способ заполнения баллонов сжиженной углекислотой, включающий заполнение мерной емкости и последующий ев перепуск через зазор между пробкой и стенками наливного отверстия баллонов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью ускорения процесса заполнения,первую порцию поступающей в мерную емкость углекислоты переводят из жидкой фазы в газообразную н газовую фазу пропускают в баллон через зазор между пробкой и стенками наливного отверстия баллона.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 184700, кл. F 17 С 5/02, 1962.

806984

Составитель Л. Горяйнова

Редактор В. Еремеева Техред М. Рейвес Корректор Г. Наэ арова.

Заказ 249/57 Тираж 5бО Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4