Способ работы криогенного поршневого насоса
METHOD FOR OPERATION OF A CRYOGENIC PISTON PUMP

Изобретение относится к области криогенной техники и может быть использовано в составе газификационных установок. Известен классический способ работы криогенного поршневого насоса и устройство для его осуществления, включающий рабочий цикл, который выполняют за два такта, на первом такте при движении плунжера заполняют объем цилиндра криогенной жидкостью через всасывающий клапан, а на втором такте при движении плунжера производят передавливание криогенной жидкости из объема цилиндра через нагнетательный клапан под рабочим давлением потребителю. (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.
Недостаток указанного способа и устройства заключается в том, что для его осуществления требуется применения кривошипно-шатунного механизма, сальника для уплотнения штока плунжера и клапанов, ограничивающих возможность повышение эффективности работы насоса за счет роста числа оборотов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявленному изобретению является способ работы криогенного поршневого насоса, заключающий в том, что рабочий цикл выполняют за два такта, на одном из которых при движении плунжера от нижней мертвой точки НМТ к верней мертвой точки ВМТ заполняют объем цилиндра криогенной жидкостью из всасывающей полости и вытесняют криогенную жидкость под рабочим давлением из нагнетательной полости потребителю, а на другом производят передавливание криогенной жидкости из объема цилиндра в нагнетательную полость (см. патент RU 2736116). И хотя данный способ существенно упрощает конструкцию криогенного поршневого насоса, однако для реализации этого способа требуется клапанный механизм, что ограничивает возможность повышения эффективности работы насоса, так как с ростом частоты ходов плунжера работа клапанов усложняется и условия заполнения криогенной жидкости в цилиндр и выдачи ее потребителю ухудшаются, что в итоге приводит к снижению производительности насоса.
Решаемая задача - повышение эффективности работы криогенного поршневого насоса.
Решение поставленной задачи заключается в том, что в способе работы криогенного поршневого насоса рабочий цикл выполняют за два такта, на одном из которых при движении плунжера от нижней мертвой точки НМТ к верней мертвой точки ВМТ заполняют объем цилиндра криогенной жидкостью из всасывающей полости и вытесняют криогенную жидкость под рабочим давлением из нагнетательной полости потребителю, а на другом производят передавливание криогенной жидкости из объема цилиндра в нагнетательную полость, рабочий цикл дополняют третьим тактом и выполняют три такта с помощью двух плунжеров, на первом такте при неподвижном положении первого плунжера в ВМТ и движении второго плунжера от ВМТ к НМТ производят заполнение криогенной жидкостью объема цилиндра через впускное окно из всасывающей полости и вытесняют криогенную жидкость под рабочим давлением из нагнетательной полости потребителю, после чего на втором такте при неподвижном положении второго плунжера в НМТ осуществляют передавливание криогенной жидкости через выпускное окно из объема цилиндра в нагнетательную полость за счет перемещения первого плунжера из ВМТ в НМТ, а на третьем такте производят совместное перемещение обоих плунжеров из НМТ в ВМТ, возвращая их в исходное положение.
Сущность изобретения поясняется с помощью чертежа см. фиг. 1, на котором дана принципиальная схема устройства для осуществления предлагаемого способа работы криогенного поршневого насоса, и с помощью теоретической индикаторной диаграммы на фиг. 2. Устройство содержит цилиндр 1, смонтированный на опорном поясе 2 внутреннего кожуха 3 криостата 4 и разделяющий объем внутреннего кожуха 3 на всасывающую полость 5 и нагнетательную полость 6, уплотнение которых производится за счет прокладки 7. В цилиндре 1 установлен первый плунжер 8 и второй плунжер 9, выполнены впускное окно 10 ивыпускное окно 11, атакже размещен упор 1? для фиксации положения плунжеров 8 и 9 в ВМТ и упор 13 для фиксации положения плунжеров 8 и 9 в НМТ, а на наружной поверхности цилиндра 1 смонтированы криогенный линейный асинхронный электродвигатель 14, расположенный во всасывающей полости 5, и криогенный линейный асинхронный электродвигатель 15, расположенный в нагнетательной полости 8. Подача криогенной жидкости во всасывающую полость 5 производится через трубопровод 16, отвод паров - через трубопровод 17, смонтированных на крышке 18 криостата 4, а подача криогенной жидкости под рабочим давлением потребителю из нагнетательной полости 6 осуществляется по трубопроводу 19. Синхронизация перемещения плунжеров 8 и9 в цилиндре 1 для осуществления рабочего цикла выполняется с помощью электронной системы (на чертежах не показана).
Работа устройства для осуществления способа происходит следующим образом. На чертеже фиг. 1 устройство показано в состоянии, когда всасывающая полость 5 и нагнетательная полость 6 заполнены криогенной жидкостью, а первый плунжер 8 и второй плунжер 9 установлены в цилиндре 1 в зоне впускного окна 10, соответствующему их положению в ВМТ, при этом первый плунжер 8 удерживается в этом положении с помощью линейного асинхронного электродвигателя 14, расположенного во всасывающей полости 5, а второй плунжер 9 удерживается в этом положении с помощью линейного асинхронного электродвигателя 15, расположенного в нагнетательной полости 6. На индикаторной диаграмме см. фиг. 2 точка 1 соответствует положению плунжеров 8 и 9 в ВМТ. На первом такте плунжер 8 остается неподвижным в ВМТ а плунжер 9 под действием линейногоасинхронного электродвигателя 15 совершает ход от ВМТ до НМТ и садится на упор 13, с помощью которого фиксируется его положение в НМТ. В процессе движения плунжера 9 от ВМТ к НМТ через впускное окно 10 происходит заполнение криогенной жидкостью объема цилиндра 1 из всасывающей полости 5 и одновременное вытеснение криогенной жидкости из нагнетательной полости 6 под рабочим давлением потребителю через трубопровод 19. На индикаторной диаграмме эти процессы отражены линиями 1-2 и 3-4. Как только плунжер 9 дойдет до НМТ и откроет выпускное окно 11 давление криогенной жидкости в заполненном ею объеме цилиндра 1 становится равным давлению криогенной жидкости в нагнетательной полость 6. На индикаторной диаграмме этот процесс отражается линией 1-3. На втором такте при неподвижном положений плунжера 9 в НМТ происходит передавливание криогенной жидкости из объема цилиндра 1 в нагнетательную полость 6 через выпускное окно 11, совершаемое за счет хода плунжера 8 от ВМТ к НМТ под действием линейного асинхронного электродвигателя 14. Процесс передавливания криогенной жидкости заканчивается при достижении плунжером 8 НМТ. На индикаторной диаграмме этот процесс отражается линией 3-4. Окончание процесса передавливания характеризуется падением давления в цилиндре 1 от величины рабочего до значения давления в процессе наполнения цилиндра 1 криогенной жидкостью. На индикаторной диаграмме этот процесс отражается линией 4-2. На третьем такте оба плунжера 8 и 9 под действием линейных асинхронных электродвигателей 14 и 15 совершают ход от НМТ к ВМТ, при этом плунжер 8 садится на упор 12, с помощью которого фиксируется его положение в ВМТ. Третий такт на индикаторной диаграмме отражается линией 2-1.Далее рабочий цикл насоса повторяется. Пополнение расхода криогенной жидкости в процессе работы криогенного поршневого насоса осуществляется от постороннего источника (на чертеже не показан) через трубопровод 16, а отвод паров из всасывающей полости 5 - через трубопровод 17, смонтированные на крышке 18 криостата 4. Герметичность всасывающей полости 5 относительно нагнетательной полости 6 обеспечивается за счет прокладки 7, устанавливаемой между цилиндром 1 и опорным поясом 2 внутреннего кожуха 3 криостата 4. Как видно из описания способа предлагаемое техническое решения позволяет осуществить безклапанный цикл криогенного поршневого насоса, что повышает не только его эффективность, достигаемую за счет увеличения частоты рабочих ходов, но и эксплуатационную надежность насоса.