РЕЗЕРВУАР ДЛЯ ХРАНЕНИЯ КРИОГЕННЫХ ПРОДУКТОВ

Заявляемая полезная модель относится к области низкотемпературной техники и касается конструкции опоры криогенного резервуара.
Одной из проблем в данной области техники является смещение положения внутреннего сосуда или его поворот (вращение) относительно оболочки в процессе кантования при изготовлении или при транспортировке изделия. Кроме того, достаточно сложно обеспечить концентричное расположение сосуда относительно оболочки. Зачастую для этого требуются специальные приспособления.
Из уровня техники известен механизм разделения кольцевого пространства для криогенных емкостей (патент № EP 2542073, Китай, приоритет 15.07.2017 г.), который обеспечивает опору внутреннего криогенного сосуда, при транспортировке. Данный механизм включает крышку, для удержания вакуума, резьбовой стержень, который отводится после установки резервуара вертикально, гайку, обеспечивающую перемещение стержня, опорный элемент подшипника, подшипник из латуни, обеспечивающий перемещение вверх и вниз опорного элемента подшипника и крышки, за счет вращения резьбового стержня, сильфонный компенсатор, обеспечивающий герметичность при перемещении крышки.
Данное устройство решает проблему концентричного расположения внутреннего сосуда и оболочки криогенного резервуара, однако, не фиксирует внутренний сосуд от вращения и является сложным в изготовлении, а также имеет высокую металлоемкость, из-за наличия большого количества деталей. Вместе с тем имеется риск заклинивания резьбового соединения, в частности, из-за коррозии металла, в случае попадания влаги, например, вследствие осадков, при транспортировке. В случае заклинивания потребуется ремонт, иначе через неотведенный стержень возникнет большой приток тепла.
Известен резервуар подвесного типа (патент № CN 207394361, Китай, приоритет 13.10.2017 г.), включающий внутренний сосуд и наружный кожух, а также подвижную и неподвижную радиальные опоры. Подвижная опора содержит стеклопластиковую опору, и трубку, зафиксированную на наружном кожухе. Неподвижная опора также включает стеклопластиковую опору, заключенную между двух трубок, одна из которых зафиксирована на внутреннем сосуде, другая на наружном кожухе.
Недостатком известной конструкции является сложность изготовления, ввиду того, что стеклопластиковую опору необходимо подгонять по форме и длине для обеспечения ее устойчивости и концентричного расположения внутреннего сосуда и оболочки.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является опорная конструкция для тяжелых двухоболочечных вертикальных резервуаров (патент № CN 207555204, Китай, приоритет 29.06.2018 г.), состоящая из наружной оболочки и внутреннего сосуда, размещенных коаксиально и вертикально. Между наружной оболочкой и внутренним сосудом предусмотрено опорное устройство, включающее в себя накладку, армирующее кольцо, фиксирующую трубку, армированный стекловолокном пластик и пробку, расположенную в окружном направлении внутреннего сосуда.
Данная конструкция опорного устройства позволяет исключить вращение сосуда при изготовлении и транспортировке, однако достаточно сложно обеспечить концентричное положение внутреннего сосуда и оболочки, так как требуется подгонка длины армированного стекловолокном пластика. Вместе с тем, требуется плотное и надежное крепление в фиксирующей трубке армированного стекловолокном пластика, что усложняет процесс сборки. В противном случае остается риск разрушения армированного стекловолокном пластика, при смещении в фиксирующей трубке.
Технический результат - обеспечение концентричного расположения внутреннего сосуда относительно оболочки, ограничение вращения внутреннего сосуда при кантовании в процессе изготовления или транспортировке.
Указанный технический результат при осуществлении заявляемой полезной модели достигается тем, что резервуар для хранения криогенных продуктов включает наружную оболочку, внутренний сосуд, вакуумную теплоизоляцию, опорное устройство и верхние и нижние опорные элементы, обеспечивающие коаксиальное расположение внутреннего сосуда в оболочке. Каждый опорный элемент включает металлический палец с резьбой, резьбовую втулку, зафиксированную на наружной оболочке, обойму, приваренную к наружной поверхности внутреннего сосуда, в которой размещены и зафиксированы теплоизолирующие вкладыши - опорный и упорный и металлическая пластина, при этом вылет пальца настраивается посредством резьбового соединения до упора пальца в металлическую пластину. Резервуар для хранения криогенных продуктов содержит по меньшей мере три верхних и три нижних опорных элемента. Теплоизолирующие вкладыши выполнены из низкотеплопроводного материала. При этом опорный теплоизолирующий вкладыш выполнен в виде пластины, а упорный теплоизолирующий вкладыш в виде пластины с отверстием. Размер отверстия в упорном теплоизолирующем вкладыше верхних опорных элементов больше размера отверстия в упорном теплоизолирующем вкладыше нижних опорных элементов. Опорный теплоизолирующий вкладыш размещен на опорной пластине, приваренной к обойме. Опорный теплоизолирующий вкладыш имеет углубление для размещения металлической пластины. Упорный теплоизолирующий вкладыш имеет уступ в отверстии, служащий для фиксации металлической пластины.
Основные отличительные признаки заявляемой полезной модели от прототипа:
каждый опорный элемент включает металлический палец с резьбой и резьбовую втулку, зафиксированную на наружной оболочке. Наличие резьбового соединения позволяет быстро настроить вылет резьбового пальца и расположить внутренний сосуд коаксиально относительно наружной оболочки, не смотря на возможные неточности изготовления. При этом не требуется дополнительная пригонка деталей. Крепление резьбовой втулки на наружной оболочке предусмотрено в местах, усиленных ребрами, что обеспечивает надежность опорного элемента при воздействии нагрузки от веса внутреннего сосуда;
обойма, приваренная к наружной поверхности внутреннего сосуда, в которой размещены и зафиксированы теплоизолирующие вкладыши - опорный и упорный. Теплоизолирующие вкладыши обеспечивают исключение контакта металлического резьбового пальца с поверхностью внутреннего сосуда и обоймы, и тем самым снижают теплопритоки. Обойма служит для размещения и фиксации теплоизолирующих вкладышей. В зависимости от формы обоймы (цилиндрическая или призматическая) и вкладышей (цилиндрическая, призматическая или набор вкладышей), фиксация теплоизолирующих вкладышей может осуществляться с помощью приварки к внутренней поверхности обоймы металлического кольца или металлических пластин, размещенных поверх вкладышей. Вместе с тем теплоизолирующие вкладыши и обойма препятствуют повороту или смещению внутреннего сосуда в процессе изготовления и транспортировки, воспринимая нагрузки от веса сосуда и инерционные усилия;
наличие металлической пластины исключает повреждение пальцем опорного теплоизолирующего вкладыша под действием нагрузок. Размер металлической пластины выполнен меньше внутренних размеров обоймы, для недопущения тепловых мостов, в результате контакта металлической пластины и обоймы.
Совокупность существенных признаков, заявляемой полезной модели позволяет осуществить надежное и прочное крепление внутреннего сосуда в оболочке и ограничить вращение последнего относительно его продольной оси, при изготовлении и транспортировке, что достигается благодаря использованию металлического резьбового пальца, теплоизолирующих вкладышей, зафиксированных в обойме, и металлической пластины. Вместе с тем благодаря наличию резьбового соединения имеется возможность быстро и точно настроить коаксиальное расположение внутреннего сосуда в оболочке и компенсировать погрешности, которые могут возникнуть в процессе изготовления.
В процессе анализа уровня техники, включающего поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, содержащим сведения об аналогах заявляемой полезной модели, заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, сходными с существенными признаками заявляемой полезной модели. Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует условию патентоспособности «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
Фиг. 1 - Резервуар для хранения криогенных продуктов.
Фиг. 2 - Опорный элемент резервуара.
Резервуар для хранения криогенных продуктов (фиг. 1) включает наружную оболочку 1, внутренний сосуд 2, вакуумную теплоизоляцию (на фигуре не показана), опорное устройство 3 и верхние 4 и нижние 5 опорные элементы, обеспечивающие коаксиальное расположение внутреннего сосуда в оболочке. В конструкции резервуара предусмотрено по меньшей мере три верхних и три нижних опорных элементов.
Каждый опорный элемент резервуара (фиг. 2) включает металлический палец с резьбой 6, резьбовую втулку 7, зафиксированную на наружной оболочке, обойму 8, привареннную к наружной поверхности внутреннего сосуда. В обойме размещены и зафиксированы теплоизолирующие вкладыши - опорный 9 и упорный 10. Наличие резьбы позволяет расположить внутренний сосуд коаксиально относительно наружной оболочки, путем регулирования вылета металлического пальца до упора в металлическую пластину 11. При этом резьбовое соединение обладает достаточной прочностью, так как несет нагрузку от веса сосуда и инерционные нагрузки. Опорный теплоизолирующий вкладыш 9 выполнен в виде пластины, а упорный теплоизолирующий вкладыш 10 выполнен в виде пластины с отверстием. Форма теплоизолирующих вкладышей повторяет форму обоймы, которая может быть, как цилиндрическая, так и призматическая. Кроме того, возможно использование набора теплоизолирующих вкладышей, для достижения требуемого размера и формы. Теплоизолирующие вкладыши изготовлены из низкотеплопроводного материала, обладающего достаточной прочностью для восприятия нагрузок, например, из текстолита. Их основное назначение состоит в исключении контакта металлического резьбового пальца с поверхностью криогенного сосуда и обоймы, для снижения теплопритока к криогенному продукту. Также теплоизолирующие вкладыши воспринимают нагрузку от веса сосуда и инерционные нагрузки в процессе транспортировки и кантования. Металлическая пластина 11 служит для защиты опорного теплоизолирующего вкладыша от разрушения пальцем под действием нагрузок. Для установки металлической пластины в конструкции опорного теплоизолирующего вкладыша предусмотрено углубление, наличие которого исключает смещение металлической пластины и появление теплопритоков, которые могут возникнуть вследствие соприкосновения с обоймой. Размер металлической пластины слегка превышает размер отверстия упорного теплоизолирующего вкладыша, благодаря чему осуществляется фиксация металлической пластины. Также для фиксации металлической пластины в конструкции упорного теплоизолирующего вкладыша может быть предусмотрен уступ по размерам пластины. Для обеспечения возможности усадки сосуда при захолаживании, после его наполнения криогенной жидкостью, размер отверстия упорного теплоизолирующего вкладыша верхних опорных элементов выполнен больше, чем размер отверстия упорного теплоизолирующего вкладыша нижних опорных элементов. Теплоизолирующие вкладыши, с целью исключения их смещения в процессе транспортировки и кантования, зафиксированы в обойме прижимной пластиной 12, приваренной к внутренней стенке обоймы. К нижней части обоймы приварена опорная пластина 13, служащая поверхностью для установки опорного теплоизолирующего вкладыша. Благодаря плоской опоре, вкладыш сохраняет устойчивость на поверхности внутреннего сосуда, также отсутствует необходимость подгонки формы теплоизолирующих вкладышей к форме внутреннего сосуда, что существенно упрощает процесс изготовления опорного устройства.
В настоящее время на резервуар для хранения криогенных продуктов разработана конструкторская документация и выполнен опытный образец.