Резервуар для криогенных жидкостей
CONTAINER FOR CRYOGENIC LIQUIDS

Изобретение относится к устройствам для хранения и транспортирования криогенных продуктов, а именно к конструкции опорных элементов, служащих для крепления внутренних теплоизолированных сосудов в герметичных наружных кожухах (оболочках) резервуаров и предохранения внутреннего сосуда от продольных перемещений в процессе транспортировки криогенных продуктов и компенсации температурных деформаций.
Из уровня техники известны различные конструкции опорных элементов сосудов и резервуаров, воспринимающих вертикальные, продольные и другие нагрузки. Например, известна цистерна для сжиженных газов (патент РФ №2032848 опубл. 10.04.1995), содержащая оболочку, сосуд в ней, опертый по концам на две пары низкотеплопроводных опор. Опоры расположены под углом к вертикальной оси цистерны. Сосуд зафиксирован от продольных транспортных нагрузок в обоих направлениях одним жестким стержнем. Стержень имеет по концам пространственные шарниры, один из которых закреплен на сосуде, другой - на оболочке. Сосуд прижат к опорам и зафиксирован от поворота вокруг продольной оси подпружиненным упором. Упор закреплен на сосуде, опирается на оболочку через переходную деталь и имеет шпонку, помещенную в продольный паз указанной переходной детали, закрепленной на оболочке. Каждая из опор установлена на опорной поверхности сосуда и оперта на переходную деталь, установленную на опоре и закрепленную на оболочке. Недостатком известного технического решения является сложность конструкции опор и узла фиксации, а также сложность изготовления и монтажа.
Также известен резервуар для транспортировки и хранения сжиженных газов под давлением (свидетельство на ПМ №9928 опубл. 16.05.1999), содержащий наружный корпус, внутри которого при помощи опор, закрепленных на торцах резервуара и воспринимающих вертикальные и боковые нагрузки, устанавливается сосуд. На образующей поверхности сосуда смонтированы продольные опоры, воспринимающие продольные нагрузки. Недостатком конструкции является то, что узлы, воспринимающие продольные нагрузки, существенно усложняют конструкцию резервуара, препятствуют нанесению изоляции на сосуд.
Известна цистерна для сжиженных газов (патент РФ №2272216, опубл. 20.03.2006), содержащая сосуд, две пары изолирующих опор, а также узел фиксации. Каждая из опор выполнена в виде полусферического вкладыша, установленного в гнезде станины и взаимодействующего с кронштейном, который закреплен через изолирующую прокладку на корпусе сосуда. Узел фиксации от продольных и поперечных нагрузок на станине выполнен в виде сферического упора, взаимодействующего с сосудом посредством теплоизолирующего стакана. Стакан установлен на фитинге по центру нижней части сосуда. Перемещения опор сосуда в продольном направлении при температурных деформациях обеспечивают пазы, выполненные в кронштейнах, в которые установлены с помощью элементов крепления втулки, имеющие также пазы для обеспечения перемещения опор сосуда в поперечном направлении. Недостатком известного технического решения вызвано тем, что схема крепления не может быть использована для транспортных емкостей т.к. не имеет достаточной прочности от продольных перемещений.
Известна емкость для криогенной жидкости (патент РФ №2338118, опубл. 10.11.2008), содержащая оболочку и сосуд в ней, установленный на низкотеплопроводных опорах, опирающихся на окружающий сосуд экран, размещенный в вакуумном изолирующем пространстве сосуда в оболочке, удерживающей его от перемещений низкотеплопроводными опорами. Часть объема экрана выделена для хладагента, таким образом, что сосуд и экран закреплены продольными цепями на крайних обечайках цилиндрической части оболочки, обеспечивая температурную усадку сосуда и экрана в противоположных направлениях на опорах, каждая из которых разделена экраном на две части. Верхняя часть опоры установлена со смещением радиальной оси относительно радиальной оси нижней части опоры на величину усадки экрана в месте установки опоры и в сторону, противоположную усадке экрана, верхняя часть опоры установлена на экране при свободном контакте с поверхностью сосуда, а нижняя часть опоры установлена на оболочке при свободном контакте с поверхностью экрана. Основания частей опоры на экране и оболочке выполнены с кольцевыми упорами, удерживающими части опоры от смещения при усадке сосуда и экрана. К недостаткам можно отнести, что данная конструкция опор нецелесообразна для использования распространенных криогенных жидкостей, а только для продуктов глубокого охлаждения.
Известен также резервуар для криогенных сжиженных газов (патент РФ на полезную модель №171547 опубл. 06.06.2017), включающий наружный кожух и внутренний сосуд с теплоизоляцией, установленный в кожухе с помощью опор. Опоры имеют квадратное сечение, что исключает вращение сосуда в процессе транспортировки. Одна из опор, воспринимающая продольные нагрузки, закреплена неподвижно с одной стороны сосуда. Другая, выполнена скользящей и позволяет сосуду сокращаться при температурных усадках.
Анализ известных конструкций опорных элементов, служащих для крепления внутренних теплоизолированных сосудов в герметичных наружных кожухах (оболочках) резервуаров для криогенных жидкостей от продольных перемещений в процессе транспортировки показал, что проблемой практически всех решений является сложность конструкции опор и узлов фиксации, а также трудоемкость изготовления, что влечет за собой сложность технологии сборки. Кроме того, препятствуют нанесению изоляции на сосуд. Заявляемое изобретение решает данную проблему.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является изобретение «Контейнер - цистерна» по патенту РФ №2259312 опубл. 27.08.2004 г.
К причинам препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что конструкция опор содержит большое количество сборочных деталей, а так же трудоемка.
Заявляемый технический результат - упрощение технологической сборки изделия, включая нанесение изоляции на сосуд, снижение трудоемкости изготовления сборочных опорных элементов.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в резервуаре для криогенной жидкости, включающем наружный кожух и внутренний сосуд с теплоизоляцией, узлы фиксации сосуда с наружным кожухом, где согласно изобретения узлом фиксации сосуда с одной стороны является усеченный конус, закрепленный малым диаметром на цилиндрической части сосуда, большим диаметром на силовом поясе наружного кожуха в непосредственной близости к одному из днищ, а с другой стороны, узел фиксации выполнен в виде подвижной опоры установленной в цилиндрической втулке, закрепленной сваркой в центральной части днища наружного кожуха где подвижная опора включает цапфу в виде стержня, закрепленного в силовом фланце днища сосуда с установленным на нем узлом, состоящим из втулки с цилиндрической поверхностью и разъемной втулки со сферической поверхностью и вставленного между ними низкотеплопроводного вкладыша, при этом данный узел установлен в разъемный корпус со сферической поверхностью. Низкотеплопроводный вкладыш изготовлен из стеклотекстолита, втулки из алюминиевого сплава, а разъемный корпус из нержавеющей стали.
Отличительными признаками предлагаемого технического решения является наличие:
- усеченного конуса,
- подвижной опоры, расположенной на противоположном с конусом днище.
Предложенная конструкция резервуара для криогенных жидкостей позволяет упростить конструкцию крепления сосуда в наружном кожухе, его технологическую сборку, а также беспрепятственное нанесение изоляции на сосуд за счет уменьшения количества фиксирующих элементов связи сосуда с наружным кожухом на цилиндрической поверхности и конструктивного решения конструкции опор.
Так, применения с одной стороны жесткого элемента связи сосуда в виде усеченного конуса позволяет зафиксировать его от продольных, поперечных перемещений, а также вращения вокруг оси. А применение с другой стороны подвижной опоры, выполненной в виде шарнира, позволяет обеспечить перемещение сосуда во всех направлениях при температурных деформациях и упростить нанесения изоляции на сосуд.
В процессе анализа уровня техники, включающего поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, содержащим сведения об аналогах заявляемого изобретения, заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками сходными с существенными признаками заявляемого изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «новизна».
Сущность изобретения поясняется чертежами
На фиг. 1 показан общий вид резервуара;
фиг. 2 - вид А-А - усеченный конус;
фиг. 3 - вид Б-Б - подвижная опора.
Резервуар для криогенной жидкости (фиг. 1) включает в себя наружный кожух 1 и внутренний сосуд 2 с теплоизоляцией 3, закрепленный в кожухе 1 с помощью узлов фиксации (Фиг. 2, 3). Узел фиксации сосуда в наружном кожухе с одной стороны представляет собой усеченный конус (фиг. 2) 4, выполненный из тонколистового проката и закрепленный малым диаметром на цилиндрической части сосуда 2, а большим на силовом поясе 5 наружного кожуха 1 в непосредственной близости к одному из днищ. Крепление конуса выполнено с помощью сварки.
На противоположном днище крепление выполнено на подвижной опоре (фиг. 3), установленной в цилиндрической втулке 6, которая закреплена сваркой в центральной части днища наружного кожуха.
В состав подвижной опоры (фиг. 3) входит цапфа в виде стержня 7, закрепленного при помощи сварки в силовом фланце 8 днища сосуда. На стержне 7 устанавливается узел, состоящий из втулки с цилиндрической поверхностью 9 и разъемной втулки со сферической поверхностью. Между втулками расположен низкотеплопроводный вкладыш 11. Данный узел установлен в разъемный корпус 12 с внутренней сферической поверхностью 10 и наружной цилиндрической изготовленный из нержавеющей стали. Разъемный корпус 12 установлен в цилиндрическую втулку 6 наружного кожуха и крепится к ней сваркой. После нанесения изоляции сосуд закатывается в наружный кожух. Разъемный корпус заканчивается, приварной заглушкой 13, обеспечивая герметичность наружного кожуха резервуара.
Наличие подвижной опоры позволяет обеспечить перемещение сосуда во всех направлениях при температурных деформациях. Наличие втулки на стержне не препятствует продольному перемещению стержня при изменении температуры и устраняет возможность появления температурных напряжений в узле.
Предложенное техническое решение крепления внутреннего сосуда в кожухе позволяет упростить технологическую сборку и снизить трудоемкость монтажных работ, кроме того упростить нанесение изоляционного слоя на сосуд. В настоящее время изготовлена партия изделия, что подтверждает достижение заявленного технического результата и промышленную применимость заявленного изобретения.