РЕЗЕРВУАР ДЛЯ ХРАНЕНИЯ КРИОГЕННЫХ ПРОДУКТОВ

Заявляемая полезная модель относится к области низкотемпературной техники и касается конструкции опоры вертикального криогенного резервуара.
Важными требованиями к эксплуатации вертикальных резервуаров для хранения криогенных продуктов являются обеспечение их устойчивости и безопасности, а также снижение потерь криогенного продукта при длительном хранении.
Из уровня техники известен вертикальный цилиндрический резервуар для хранения и выдачи потребителю криогенных продуктов (В.П. Беляков «Криогенная техника и технология», - М.: Энергоиздат, 1982 - стр. 50, рис. 2.2), включающий внутренний сосуд из нержавеющей стали, размещенный в кожухе из углеродистой стали. Внутренний сосуд и кожух опираются на независимые друг от друга стойки, через которые их вес передается на фундамент, причем стойка сосуда и кожуха расположены коаксиально относительно друг друга.
Недостатком известной конструкции является сложность изготовления, так как необходимо обеспечивать коаксиальное расположение опорных стоек. А также, в случае повреждения опорной стойки возможна потеря вакуума в изоляционной полости резервуара.
Известен двухслойный сферический резервуар с изоляцией высокого вакуума (патент № CN 109780416, Китай опубл. 15.11.2019 г.), включающий внутренний сосуд, покрытый высоковакуумной теплоизоляцией, наружную оболочку, опорные конструкции, жестко закрепленные на сосуде и проходящие сквозь отверстия в нижней части оболочки. Опорные конструкции сосуда состоят из верхней и нижней стоек, которые разделяет теплоизоляционный элемент, размещенный в полой втулке. Последняя приварена верхним концом к наружной оболочке, а нижним концом к уплотнительной пластине, которая приварена к нижней стойке сосуда. Кроме того, резервуар дополнительно включает опорную конструкцию для наружной оболочки резервуара, размещенную в верхней части сосуда.
Данная конструкция является надежной, так как нижняя стойка может быть выполнена без вакуума, но недостатком известной конструкции является то, что вес оболочки передается на сосуд посредством опорной конструкции, размещенной в верхней части резервуара, что требует дополнительного упрочнения стенок внутреннего сосуда, и как следствие повышения металлоемкости. Кроме того, нужна массивная конструкция опорных стоек сосуда, что влечет повышение теплопритоков к криогенному продукту. Вместе с тем необходимость обеспечивать концентричное расположение втулки относительно опорной стойки сосуда усложняет процесс сборки, требует использования дополнительной накладки, для компенсации погрешностей сборки, что в свою очередь также увеличивает металлоемкость изделия.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является низкотемпературный резервуар (патент № CN 105987273, Китай опубл. 05.10.2016 г.) содержащий внутренний сосуд, опорные стойки сосуда, оболочку и опорное устройство оболочки. Опорные стойки сосуда верхним концом закреплены на сосуде, а нижний конец проходит сквозь отверстия, выполненные в нижней части оболочки и приварены к основанию. Опорное устройство оболочки выполнено полым и также приварено к основанию. При этом опорная стойка сосуда проходит сквозь опорное устройство оболочки. Между стойкой сосуда и опорным устройством оболочки может устанавливаться дополнительная опора, представляющая из себя пластину из низкотемпературного пластика, армированного стекловолокном, закрепленную на стойке сосуда. Данная конструкция является надежной благодаря тому, что вес сосуда и оболочки передается на фундамент независимо друг от друга, однако такое решение может привести к аварии, так как создает угрозу разгерметизации вакуумной полости и потери свойств изоляции, в случае повреждения опорных устройств оболочки.
Задачей настоящей полезной модели является повышение надежности и безопасности при эксплуатации резервуара для хранения криогенных продуктов.
Технический результат - повышение надежности и безопасности при эксплуатации резервуара.
Указанный технический результат при осуществлении заявляемой полезной модели достигается тем, что резервуар для хранения криогенных продуктов содержит наружную оболочку, внутренний сосуд, вакуумную теплоизоляцию и опорное устройство. Причем последнее включает стойку сосуда, закрепленную верхним концом, на любой высоте цилиндрической части сосуда посредством опорного кронштейна, опорный патрубок оболочки и стойку резервуара на основании, причем последняя отделена от опорного патрубка оболочки и стойки сосуда перегородкой, замыкающей вакуумную полость. Стойка сосуда может иметь дополнительное крепление к цилиндрической части сосуда посредством направляющего кронштейна. Стойка резервуара может быть выполнена как из сплошного, так и из полого профиля.
Основные отличительные признаки заявляемой полезной модели от прототипа:
опорное устройство резервуара для хранения криогенных продуктов включает стойку сосуда, закрепленную верхним концом на любой высоте цилиндрической части сосуда посредством опорного кронштейна, что позволит обеспечить оптимальную длину стойки сосуда, для снижения теплопритока, не увеличивая высоту резервуара;
опорное устройство резервуара для хранения криогенных продуктов включает стойку сосуда, опорный патрубок оболочки и стойку резервуара на основании. Такая конструкция исключает зависимость длины стойки сосуда от длины стойки резервуара, так как стойка сосуда опирается на перегородку. В следствие малого вылета стойки сосуда за пределы днища оболочки и небольшой длины опорного патрубка оболочки, не предъявляются жесткие требования к их соосности, что позволяет отказаться от использования накладок на днище оболочки, служащих для перекрытия зазоров между опорным патрубком оболочки и днищем оболочки, необходимых для компенсации погрешностей изготовления и сборки;
стойка резервуара отделена от опорного патрубка оболочки и стойки сосуда перегородкой, замыкающей вакуумную полость. При этом стойка резервуара находится под атмосферным давлением, в связи с чем, исключается риск разгерметизации вакуумной полости в случае повреждения стойки резервуара;
стойка сосуда может иметь дополнительное крепление к цилиндрической части сосуда посредством направляющего кронштейна, что повышает устойчивость опорной стойки сосуда и обеспечивает ее параллельность относительно оси сосуда;
стойка резервуара может быть выполнена как из сплошного, так и из полого профиля, что позволяет расширить номенклатуру используемых профилей.
Совокупность существенных признаков, заявляемой полезной модели повышает надежность и безопасность эксплуатации резервуара для хранения криогенных продуктов, что достигается благодаря отсутствию вакуума в стойке резервуара. Вместе с тем снижается трудоемкость изготовления, благодаря отказу от использования дополнительных накладок на днище оболочки, служащих для перекрытия зазоров, необходимых для компенсации погрешностей расположения опорного патрубка оболочки относительно отверстия в днище оболочки. Как правило, данные накладки необходимо получать либо вальцовкой, либо использованием дополнительного днища, из которого вырезаются нужные участки, поэтому отказ от накладок позволит снизить себестоимость 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 - Резервуар для хранения криогенных продуктов.
Резервуар для хранения криогенных продуктов (Фиг. 1) содержит наружную оболочку 1, внутренний сосуд 2, вакуумную теплоизоляцию 3 и по меньшей мере три опорных устройства 4. Опорное устройство включает стойку сосуда 5, опорный патрубок оболочки 6 и стойку резервуара 7 на основании 8, причем последняя отделена от опорного патрубка оболочки и стойки сосуда перегородкой 9, приваренной к опорному патрубку оболочки и стойке резервуара. Перегородка является границей между вакуумной полостью и зоной, находящейся под атмосферным давлением, и служит опорой для стойки сосуда, крепление которой к перегородке может осуществляться различными способами, например, сваркой или посредством болтового соединения и опорной втулки. Для достижения оптимального зазора, между опорным патрубком оболочки и перегородкой, перед сваркой высота втулки может быть отрегулирована механической обработкой. Вместо втулки возможно использование набора шайб, различной толщины. Стойка резервуара при этом может быть выполнена как из сплошного (швеллер, двутавр и т.п.), так и из полого профиля (труба круглая, квадратная и т.п.). Стойка сосуда закреплена верхним концом на обечайке сосуда с помощью опорного кронштейна 10, передающего вес сосуда на стойки сосуда, причем крепление кронштейна возможно на любой высоте, обеспечивая оптимальную, для снижения теплопритоков, длину стойки сосуда. Также, стойка сосуда может иметь дополнительное крепление к цилиндрической части сосуда посредством направляющего кронштейна 11, обеспечивающего параллельное расположение опорной стойки сосуда относительно оси сосуда. Для снижения теплопритока, направляющий кронштейн может быть отделен от стойки сосуда при помощи низкотеплопроводного материала, например, стеклопластика.
В настоящее время на резервуар для хранения криогенных продуктов разработана конструкторская документация и выполнен опытный образец.