Устройство для локального охлаждения фрагмента поверхности крупногабаритной металлической конструкции

 

Использование: в криогенной технике при локальном охлаждении фрагмента поверхности крупногабаритной металлической конструкции. Сущность: устройство содержит покрытие из легкодеформируемого материала, укрепляемого внахлест на фрагменте поверхности и герметизируемого на ней путем механического поджатия стяжными элементами. Покрытие имеет три канала, расположенный в центральном канале трубчатый перфорированный распределитель для подачи жидкого криогенного агента. Боковые каналы соединены с центральным проходными отверстиями, а дренажными отверстиями - с окружающей средой для вывода холодных паров. 1 ил.

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к устройствам локального охлаждения фрагмента поверхности металлических конструкций криогенной жидкостью.

Известно устройство [1] для охлаждения, содержащее сообщенную с атмосферой емкостью для криоагента и рабочую камеру, соединенную с емкостью посредством трубопроводов. В рабочей камере установлен держатель охлаждаемого объекта, на наружной поверхности которого размещена накладка из капиллярно-пористого материала, смачиваемого криогенной жидкостью. Внутри рабочей камеры образован канал для циркуляции криоагента, омывающего держатель. На трубопроводе установлен кран для перекрытия тока криоагента.

Недостатком данного устройства является малая величина эффективного коэффициента теплопередачи, реализуемая при его работе, сложность и длительность сборки, узко-специализированный характер, непозволяющий применить данную разработку для поверхностей, имеющих сложную форму.

Известна конструкция в виде обоймы для подвода охлаждающей или греющей жидкости на наружную поверхность отрезка трубопровода [2] состоящая из двух слоев материала разной эластичности. После развертки каждая из них имеет форму прямоугольника, ширина которого немного меньше периметра трубопровода, поэтому после установки обоймы на трубу образуется щель. Вдоль более длинных сторон расположены выступы, а по оси симметрии ребро. Оно, в частности, имеет выступы на концах, а кроме того, на обеих сторонах ребра находятся сквозные отверстия, соединенные с патрубком для подачи охлаждающей или греющей жидкости. Патрубки прикреплены к наружному слою обоймы. По периметру наружной поверхности обойма имеет пазы под зажимы.

Недостатком указанной конструкции является трудоемкость ее монтажа, сложность уплотнения по рабочей поверхности, а также высокие удельные затраты хладоагента на выполнение операции захолаживания, связанные с неполнотой использования холодопроизводительности охлаждающей среды. В приведенном типе конструкции может быть использована только скрытая теплота испарения. В то же время известно, что до 50% теплосъема может быть обеспечено и за счет утилизации холода отходящих равновесных паров криогенной жидкости.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство для локального охлаждения фрагмента поверхности крупногабаритной металлической конструкции, содержащее покрытие с подсоединенным к нему распределителем для подачи жидкого криогенного агента [3] Покрытие выполнено в виде жесткого кожуха.

Недостатком этого устройства является сложность уплотнения на охлаждаемой поверхности, что вызывает повышенный расход криогенного агента.

Данное изобретение решает техническую задачу, заключающуюся в улучшение эксплуатационных параметров, снижении расхода хладоагента, времени на проведение операции охлаждения, упрощение технологии монтажа по месту. Для решения этой технической задачи устройство для локального охлаждения фрагмента поверхности крупногабаритной металлической конструкции, содержащее покрытие с подсоединенным к нему распределителем для подачи жидкого криогенного агента, отличается тем, что покрытие выполнено из легкодеформируемого малотеплопроводного материала, герметизируемого по поверхности конструкции путем внешнего механического поджатия образующих его стенок, при этом покрытие имеет три канала, распределитель для подачи жидкого криогенного агента выполнен перфорированным и расположен в центральном канале, причем боковые каналы соединены с центральным проходными отверстиями, а дренажными отверстиями с окружающей средой для вывода холодных паров.

Использование легкодеформируемого, профилированного материала, исходно представляющего собой кусок полотна длиной достаточной для покрытия внахлест периметра охлаждаемой поверхности, позволяет быстро осуществить монтаж устройства на конкретной конструкции. Названные свойства материала обеспечивают возможность герметизации внутренних полостей устройства друг от друга по поверхности конструкции за счет деформации стенок каналов при внешнем механическом воздействии на них. Последнее исключительно важно, так как позволяет использовать устройство для охлаждения конструкций с различным уровнем исходной шероховатости поверхности, а также в случае присутствия на ней сварных швов, раковин и других мелких местных дефектов. Наличие в центральном жидкостном канале перфорированного трубопровода позволяет при введении в него жидкости практически одновременно оросить криогенной жидкостью охлаждаемый фрагмент поверхности конструкции по всему периметру. Этим достигается общая интенсификация процесса охлаждения и снижаются затраты времени на выполнение операции. Отвод холодных паров испарившегося при контакте с поверхностью жидкого азота через два боковых канала устройства обеспечивает более полное использование холодопроизводительности охлаждающей среды, так как помимо теплоты испарения в этом случае утилизируется и теплоемкость холодных паров. Подобной организацией потоков хладоагента достигается также снижение величины теплопритоков к охлаждаемой зоне конструкции по ее торцевым поверхностям. За счет этого обеспечивается как уменьшение удельной величины расхода хладоагента (не менее чем на 30%), так и сокращение времени, затрачиваемого на охлаждение конструкции (не менее 15-20%). Достижению этой же цели способствует применение в устройстве конструкционного материала с малой величиной коэффициента теплопроводности. Последнее снижает теплоприток к охлаждаемой зоне от окружающего атмосферного воздуха. Кроме этого, такое решение исключает возможность конденсации воздуха на поверхности работающего устройства, что исключительно важно с точки зрения соблюдения условий техники безопасности.

На фиг. 1 изображено устройство в аксонометрии.

Устройство для локального охлаждения фрагмента поверхности крупногабаритной металлической конструкции содержит покрытие, выполненное из легкодеформируемого малотеплопроводного материала 1. Покрытие имеет три канала: центральный жидкостной канал 2 и два боковых канала 3, соединенных с центральным каналом 2 проходными отверстиями 4. Устройство содержит распределитель для подачи жидкого криогенного агента к охлаждаемой поверхности, выполненный в виде перфорированной трубки 5, расположенной в центральном канале 2. Ввод жидкого криогенного агента, например, азота, в трубку 5 распределителя осуществляется через штуцер 6, продеваемый через слой материала. Для вывода холодных паров криогенного агента (азота) используются дренажные отверстия 7, сообщающие боковые каналы 3 с окружающей средой. Стяжки 8 обеспечивают внешнее механическое поджатие покрытия и герметизацию внутренних объемов полостей каналов друг от друга по поверхности охлаждаемой конструкции.

Работу с данным устройством осуществляют следующим образом.

На охлаждаемом фрагменте поверхности крупногабаритной металлической конструкции монтируют покрытие с распределителем, подсоединяемым к источнику жидкого криогенного агента, например, к емкости с жидким азотом. Покрытие может быть выполнено, например, из поролона с газозакрытыми порами. Этот материал относится к разряду легкодеформируемых и малотеплопроводных полимерных структур. Общая ширина поролона испытанного в дальнейшем устройства L 0,5 м. Толщина и высота стенок каналов, а также покрывающей их поверхности материала из поролона, составляет величину h 0,08 м. В жидкостном канале 2 располагается фторопластовая, замкнутая на стальной тройник, перфорированная по всей длине трубка 5. Диаметр отверстий d 0,0005 м. При монтаже на цилиндрической трубе диаметром 1 м, герметизацию покрытия по поверхности охлаждаемой конструкции осуществляют за счет поджатия поролона пружинными стяжками 8 с усилием порядка 5,0 МПа. Продолжительность сборки устройства не более 10 мин.

Через штуцер 6 в перфорированной трубке 5 к охлаждаемой поверхности подают жидкий азот, отвод холодных паров испарившегося при контакте с поверхностью жидкого азота осуществляется через два боковых канала 3 и дренажные отверстия 7.

Данное устройство технологично, удобно в эксплуатации, надежно. При его работе обеспечивается снижение удельной величины расхода криогенного агента и сокращение времени, затрачиваемого на охлаждение поверхности конструкции.

Формула изобретения

Устройство для локального охлаждения фрагмента поверхности крупногабаритной металлической конструкции, содержащее покрытие с подсоединенным к нему распределителем для подачи жидкого криогенного агента, отличающееся тем, что покрытие выполнено из легкодеформируемого малотеплопроводного материала, герметизируемого на поверхности конструкции путем внешнего механического поджатия образующих его стенок, при этом покрытие имеет три канала, распределитель для подачи жидкого криогенного агента выполнен перфорированным и расположен в центральном канале, причем боковые каналы соединены с центральным проходными отверстиями, а дренажными отверстиями с окружающей средой для вывода холодных паров.

РИСУНКИ

Рисунок 1