КРИОГЕННЫЙ ПОРШНЕВОЙ НАСОС
CRYOGENIC PISTON PUMP

Изобретение относится к области криогенного машиностроения и может быть пользовано в составе газификационных установок.
Известен криогенный поршневой насос, содержащий цилиндр с всасывающим и нагнетательным клапанами, плунжер, соединенный со штоком механизма привода насоса и сальниковый узел для устранения утечек рабочего продукта в атмосферу (См. Машины низкотемпературной техники под редакцией A.M. Архарова и И.К. Буткевича, стр. 554-555 + рис 7.30 Из-во МГТУ им Н.Э. Баумана 2011 г.).
Недостатками указанной конструкции являются необходимость для нормальной работы насоса переохлаждения криогенной жидкости на 1-2К за счет охлаждения цилиндровой группы газообразным азотом и размещения ее в специальном теплоизоляционном кожухе и установка специальной текстолитовой плиты для уменьшения теплопритоков к холодной части насоса.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является криогенный поршневой насос, содержащий цилиндр с плунжером, размещенные на цилиндрическом опорном поясе внутреннего кожуха криостата и разделяющие объем внутреннего кожуха криостата на ссасывающую полость, которая соединена с трубопроводом подачи криогенной жидкости и трубопроводом отвода паров, и нагнетательную полость, которая соединена с трубопроводом подачи криогенной жидкости потребителю и в которой на крышке криостата, выполненной с экранно-Вакуумной изоляцией, смонтирован линейный асинхронный электродвигатель, работающий при криогенных температурах, шток которого шарнирно соединен с плунжером, при этом в плунжере установлен нагнетательный клапан и выполнены каналы для прохода криогенной жидкости, а в цилиндре соосно нагнетательному клапану установлен всасывающий клапан (См. патент РФ 2736116). Несмотря на то, что в насосе обеспечивается малый теплоприток к цилиндру, он имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что в процессе такта всасывания через поршневое уплотнение из нагнетательной полости в полость цилиндра может попасть такое количество рабочей среды, которое приведет к значительному уменьшению коэффициента подачи насоса, a кроме того малый теплоприток к цилиндру достигается за счет усложнения конструкции насоса. Цель изобретения - повышение эффективности рабочего цикла и упрощение конструкции насоса.
Поставленная цель достигается тем, что в криогенном поршневом насосе, содержащем цилиндр с плунжером, размещенные на цилиндрическом опорном поясе внутреннего кожуха криостата и разделяющие объем внутреннего кожуха криостата на всасывающую полость, которая соединена с трубопроводом подачи криогенной Жидкости и трубопроводом отвода паров, и нагнетательную полость, которая соединена с трубопроводом подачи криогенной жидкости потребителю и в которой на крышке криостата, выполненной с экранно-вакуумной изоляцией, смонтирован линейный асинхронный электродвигатель, работающий при криогенных температурах, шток которого шарнирно соединен с плунжером, при этом в плунжере установлен нагнетательный клапан и выполнены каналы для прохода криогенной жидкости, а в цилиндре соосно нагнетательному клапану установлен всасывающий клапан, в цилиндре соосно всасывающему клапану установлен нагнетательный клапан и закреплена камера, в которой вмонтирована обмотка линейного асинхронного электродвигателя, работающего при криогенных температурах, и выполнена полость для прохода криогенной жидкости, которая подключена к нагнетательному клапану и трубопроводу подачи криогенной жидкости потребителю, а плунжер насоса выполнен в виде штока электропривода, при этом конструкция насоса закреплена на крышке криостата и размещена во всасывающей полости, заснимающей весь объем внутреннего кожуха криостата, при этом камера размещена в паровой зоне всасывающей полости, а кроме того насос дополнительно снабжен; датчиком уровня жидкости, установленным на дне внутреннего кожуха криостата и клапаном, установленным на трубопроводе подачи криогенной жидкости.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся совокупными признаками идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, следовательно, оно соответствует критерию «новизна».
Конструктивная схема криогенного поршневого насоса показа на рисунке.
Криогенный поршневой насос содержит цилиндр 1, в котором установлены плунжер 2 с щелевым уплотнением, выполненный в виде штока электродвигателя всасывающий клапан 3 с пружиной 4 и соосно с ним нагнетательный клапан 5 с пружиной 6 и закреплена камера 7, в которую вмонтирована обмотка линейного асинхронного электродвигателя 8, работающего при криогенных температурах, и выполнена полость 9 для прохода криогенной жидкости. Полость 9 подключена к трубопроводу 10 подачи криогенной жидкости потребителю и нагнетательному клапану 5 с помощью трубопровода 11. Конструкция насоса закреплена на крышке 12 криостата 13, выполненной с экранно-вакуумной изоляцией, например, с помощью тяг 14 и размещена во всасывающей полости 15, занимающей весь объем внутреннего кожуха 16 криостата 13, при этом камера 7 размещена в паровой зоне всасывающей полости 15, а всасывающий клапан 3 и нагнетательный клапан 5 во всасывающей полости 15, заполненной криогенной жидкостью, куда она подается по трубопроводу 17 подачи криогенной жидкости, на котором установлен клапан, а отвод паров осуществляется по трубопроводу 19. Подача криогенной жидкости в цилиндр 1 производится через всасывающий клапан 3, окна 20 и отверстия 21, выполненное в цилиндре 1, а выдача криогенной жидкости из цилиндра 1 - через нагнетательный клапан 5 и каналы 22, также выполненные в цилиндре 1. Для контроля уровня криогенной жидкости во всасывающей полости 15 на дне внутреннего кожуха 16 криостата 13 установлен датчик уровня 23.
Герметичность всасывающей полости 15 относительно внешней среды обеспечивается прокладкой 24, установленной на крышке 12 криостата 13.
Работа криогенного насоса начинается тогда, когда насос захоложен и всасывающая полость 15 заполнена криогенной жидкостью. Возвратно-поступательное движение плунжера 2, установленного в цилиндре осуществляется от обмотки линейного асинхронного электродвигателя 8, смонтированной в камере 7, которая закреплена на цилиндре 1 и расположена выше уровня криогенной жидкости. При движении плунжера 2 от НМТ к ВМТ криогенная жидкость под действием разности давлений из всасывающей полости 15 через окна 20, всасывающий клапан 3 и отверстия 21 будет заполнять объем цилиндра 1. При достижении плунжером 2 ВМТ процесс заполнения объема цилиндра 1 будет закончен и всасывающий клапан 3 закроется под действием пружины 4. При движении плунжера 2 от ВМТ к НМТ происходит передавливание криогенной жидкости из объема цилиндра 1, через каналы 22, нагнетательный клапан 5, трубопровод 11, полость 9 для прохода криогенной жидкости, выполненную в камере 7 и трубопровод 10 под давлением необходимым для работы потребителя. При достижении плунжером 2 НМТ процесс выдавливания криогенной жидкости из объема цилиндра 1 прекращается и нагнетательный клапан 5 закроется под действием пружины 6. При обратном движении плунжера 2 от НМТ к ВМТ рабочий цикл повторяется, при этом пополнение криогенной жидкости, отбираемой из всасывающей полости 15, осуществляется за счет подачи ее по трубопроводу 17 поре открытия клапана 18, которое происходит по сигналу от датчика уровня 23, установленного на дне внутреннего кожуха 16 криостата 13, на крышке 12 которого с помощью тяг 14 закреплена конструкция насоса и через которые на крышку 12 передается усилие, возникающее в цилиндре 1 в процессе выдавливания криогенной жидкости из объема цилиндра 1 при движении плунжера 1 от ВМТ к HMT при этом теплота, выделяемая от обмотки линейного асинхронного электродвигателя 8, передается криогенной жидкости, направляемой потребителю в процессе ее движения в полости 9, что термодинамически выгодно при работе погружного поршневого насоса в составе газификационных установок, а утечки криогенной жидкости через щелевое уплотнение возвращаются во всасывающую полости 15. Пары криогенной жидкости, образующиеся от теплопритоков, из всасывающей полости 15 выводятся по трубопроводу 19 в процессе работы насоса. Герметичность всасывающей полости 15 по отношению к внешней среде обеспечивается с помощью прокладки 24 за счет усилия, создаваемого крышкой 12 криостата 13. Как видно из описания устройства и работы насоса предлагаемые технические решения позволяют упростить конструкцию криогенного поршневого насоса и повысить его эффективность его рабочего цикла. Сравнение существенных признаков предлагаемого и уже известных решений дает основание считать, что предлагаемое техническое решение отвечает критериям «изобретательский уровень» и «промышленная применяемость».