КРИОГЕННАЯ ЕМКОСТЬ

Заявляемая полезная модель относится к криогенной технике, а именно к конструкции опорных элементов, служащих для базирования внутренних теплоизолированных сосудов в герметичных наружных кожухах (оболочках) резервуаров и предохранения внутреннего сосуда от продольных перемещений в процессе транспортировки.
Известно большое количество опорных средств для предохранения внутреннего сосуда от продольных перемещений в процессе транспортировки, однако часто встречается проблема размещения таких средств в малогабаритных емкостях. 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.
Также 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.
Недостатком вышеописанных конструкций является то, что узлы, защищающие сосуд от продольных перемещений, усложняют конструкцию резервуара и являются трудоемкими в изготовлении.
Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является опорная конструкция криогенного контейнера-цистерны (CN 103672401, опубл. 26.03.2014), содержащая фиксированную и скользящую радиальные опоры. Фиксированная опора включает в себя первый опорный стержень, неподвижную трубку, которая расположена на внутренней емкости контейнера-цистерны и опорное кольцо. Один конец опорного стержня вставлен в неподвижную трубку, а другой - в опорное кольцо. Скользящая опора содержит второй опорный стержень и второе опорное кольцо, которое расположено на корпусе резервуара. Один конец второго опорного стержня соединен с внутренней емкостью, а другой конец вставляется во второе опорное кольцо.
Данное техническое решение обеспечивает фиксацию внутренней емкости от продольных перемещений, но является трудоемким при технологической сборке.
Задачей, на решение которой направлено данное техническое решение, является обеспечение фиксации сосуда от продольных перемещений внутри оболочки и упрощение сборки резервуара.
Технический результат состоит в том, что при максимально простой конструкции фиксирующей опоры, облегчающей технологию сборки резервуара, обеспечивается фиксация внутреннего сосуда от продольных перемещений и проворачивания вокруг своей оси, кроме того, конструкция позволяет снизить теплопритоки и повысить технологичность изделия.
Достигается технический результат за счет того, что резервуар содержит наружную оболочку и внутренний сосуд, установленный на низкотеплопроводных опорах. Сосуд зафиксирован от проворачивания и продольных перемещений фиксирующей опорой. Фиксирующая опора представляет собой стакан, с установленным в нем стержнем, причем в качестве стержня использована труба, приваренная в верхней части внутреннего сосуда. Труба укреплена ребрами жесткости, на поверхности которых лежит кольцо, имеющее по образующей высечки.
Главным отличительным признаком заявляемого технического решения от прототипа является то, что в качестве стержня используется труба укрепленная ребрами жесткости, на поверхности которых лежит кольцо из низкотеплопроводного материала. Поверх кольца концентрично установлен стакан, который приварен к одному из шпангоутов наружной оболочки. Стакан выполняет роль упора в процессе транспортных нагрузок, предохраняя внутренний сосуд от продольного смещения и поворота вокруг своей оси в процессе транспортировки. Такая конструкция опоры позволяет снизить теплопритоки из окружающей среды к содержимому внутреннего сосуда. Так как тепло проходит не напрямую через опору, как представлено в прототипе, а идет по цепочке из атмосферы на царгу, с царги на шпангоут, со шпангоута на стакан, со стакана на низкотеплопроводное кольцо, с кольца на трубу, с трубы на сосуд. Кроме того, снижение теплопритоков обеспечивает конструкция низкотеплопроводного кольца. За счет наличия высечек, расположенных по образующей кольца, уменьшается площадь контакта поверхности кольца и стакана, что способствует снижению притока тепла. Высечки имеют форму дуги, что позволяет облегчить технологию изготовления кольца, за счет использования стандартного инструмента. Дополнительное препятствие излучению тепла оказывает наличие во внутренней полости трубы слоя экранно-вакуумной теплоизоляции и слоя базальта. Данное техническое решение также упрощает процесс сборки резервуара, так как крепление опоры осуществляется после закатки сосуда в оболочку через технологическое отверстие, предусмотренное в царге оболочки. Во время закатки стакан свободно лежит на кольце, после установки сосуда в оболочке стакан подтягивается к шпангоуту с помощью технологического винта и приваривается к шпангоуту. Это сокращает время на базирование сосуда внутри оболочки и не требует специальных приспособлений. Кроме того, такая конструкция позволяет сократить количество монтажных технологических отверстий в наружной оболочке и тем самым повысить технологичность изделия.
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 «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
Фиг. 1 - криогенная емкость (общий вид);
Фиг. 2 - фиксирующая опора (вид А);
Фиг. 3 - кольцо.
Криогенная емкость (фиг. 1) включает в себя наружную оболочку 1, внутренний сосуд 2, установленный на две пары низкотеплопроводных опор 3, и фиксирующую опору 4. Фиксирующая опора (фиг. 2) приварена к опорной плите 5, которая крепится к поверхности внутреннего сосуда 2 и обеспечивает плоскость для фиксирующей опоры. Сама фиксирующая опора представляет собой трубу 6, укрепленную ребрами жесткости 7. На трубу надето кольцо 8 из низкотеплопроводного материала, по образующей которого выполнены высечки (фиг. 3), обеспечивающие снижение теплопритоков. Кольцо 8 торцом опирается на ребра жесткости 7, что исключает непосредственный контакт кольца и сосуда, увеличивая тепловой мост и тем самым снижая скорость нагрева криогенного вещества. Для исключения вертикального перемещения кольца 8 оно фиксируется упорами 9, которые привариваются к трубе 6. Для фиксации внутреннего сосуда 2 от продольных перемещений и исключения проворачивания его вокруг своей оси при транспортных нагрузках в данном техническом решении используется стакан 10, который надет концентрично на кольцо 8 и выполняет роль упора. Стакан приварен к шпангоуту 11, причем для облегчения процесса сборки стакан прикреплен к шпангоуту 11 после закатки внутреннего сосуда 2. Это сокращает потери времени на базирование внутреннего сосуда 2 в наружной оболочке 1. Крепление стакана осуществляется благодаря наличию в его конструкции резьбового отверстия 12 под технологический винт. С помощью винта стакан подтягивается к шпангоуту 11 и выполняется сварка. Опора укреплена ребрами 13, что позволяет опоре держать большую нагрузку за счет увеличения длины сварного шва. Сборка осуществляется через технологическое окно 14, предусмотренное в конструкции наружной оболочки.
В данное время на заявленное техническое решение разработана конструкторская документация. Готовится к запуску производство опытного образца для проведения всех испытаний.