CN110553138A - 一种新型低温增压泵气瓶结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于增压泵技术领域，具体涉及一种新型低温增压泵气瓶结构。该新型低温增压泵气瓶结构，包括内容器组件、外容器组件、往复式低温增压泵、泵支撑组件和管线组件，所述外容器组件内设有内容器组件，外容器组件与内容器组件之间设有绝热夹层，所述外容器组件与内容器组件之间一端设有前端支撑组件，另外一端设有内后封头组件，所述往复式低温增压泵穿过外容器组件和内容器组件，延伸至内容器组件内，并通过内容器组件内的泵支撑组件进行支撑。其有益效果是：增加了车辆的续航里程；提高了往复式低温泵和气瓶的使用寿命。

Description

一种新型低温增压泵气瓶结构

技术领域

本发明属于增压泵技术领域，具体涉及一种新型低温增压泵气瓶结构。

背景技术

当前市场上，采用天然气作为燃料的内燃机车辆中，天然气在车辆上的携带方式分为压缩天然气(CNG)和液化天然气(LNG)两种。 CNG汽车至今已经发展到了第四代发动机技术，其采用了HPDI缸内直喷技术。LNG汽车燃气系统至今也从低压进气道喷射技术发展到了缸内高压喷射技术。

天然气提纯后在-162℃变为LNG，储能密度大，体积为标态的1/625，是CNG存储的3倍。LNG存储系统比CNG存储压力低，存储装置轻，更安全且便于应用。LNG中的CH4含量≥95％，具有热值高、辛烷值高、低碳排放、低温特性、发动机充气效率高、冷能可利用等特点。

在目前的大部分LNG车辆中，当气瓶内压力在正常工作压力范围时，LNG通过水浴式气化器气化后流入缓冲罐，再通向内燃机进行燃烧做功的。当罐内压力低于正常工作压力时，增压阀打开，LNG流入增压器给气瓶增压。由于LNG流入增压器是由其罐内液位静压所提供的动力，当罐内液位较低时，LNG无法通过自身重力顺畅的流入增压器增压，只有及时补充足量的液化天然气后才能继续使用，这不仅影响了车辆的持续行驶能力，还造成了存储空间的浪费，为车辆增加了额外的负担。

公告号为CN207906855U的中国发明专利“一种LNG车用自增压供气系统”通过在空温式增压器前装了一个外置小型活塞泵，气瓶增压管线LNG流入该泵，通过泵给空温式增压器提供LNG，该方法克服了气瓶自增压过程中因液位过低导致自增压速率慢的问题。若空温式增压器长时间工作，增压器表面会结霜严重，甚至出现结冰导致增压器换热效果差，从而导致增压效果差。

目前通过自身重力从低温罐中流出的LNG，经过气化器气化后的天然气的压力较小，无法提供高压天然气。而LNG高压直喷技术需要低温泵对LNG进性增压，高压LNG通过水浴式汽化器气化后通过稳压模块直喷发动机气缸。

如公告号为CN102927435B中国发明专利，公开了“一种容器内增压泵、潜液泵真空夹套的隔绝系统”，该技术方案通过泵在气瓶内的相对位置来出发阀门的开关，使得泵在拆、装时阀自动打开或关闭。但是，该技术方案并没有解决阀门在开启或关闭过程中LNG的泄露，具有一定的危险性。

如公告号为CN203404050U的中国发明专利，公开了一种“液化天然气低温绝热气瓶用绝热泵壳装置”，包括泵壳外法兰、泵壳加强法兰、泵壳内法兰、泵壳内管、泵壳外管。该技术方案通过在泵壳内管和泵壳外管之间设置保温材料，对低温潜液泵起到绝热保温的作用，但是，该技术方案是通过泵壳外法兰与泵壳加强法兰与低温气瓶的外容器和内容器焊接连接，形成角焊缝，会产生传力不均、应力集中严重、搭接时费料等问题。此外，在该技术方案中，内容器与泵壳加强法兰固定连接，泵壳加强法兰套设置在泵壳内管上，泵壳内管与泵壳外法兰固定连接，仍然存在漏热，保冷措施不够完善。

如公告号为CN208416851U的中国发明专利，公开了“一种用于低温潜液泵的绝热泵壳结构和低温潜液泵和低温容器”，包括：上法兰盖、下法兰盖、第一支撑径管、外容器、内容器、第二支撑径管、第三支撑径管。该技术方案中仅仅靠上法兰盖与外容器、第三支撑管径与内容器的焊接连接，若泵安装在该结构中，此结构处于悬臂梁状态，会对焊接处造成较大的应力，并且在使用过程中由于振动会使得该悬臂支撑连接处和泵的失效，从而造成泄露等问题。

综上所述，需要开发一种完善的新结构内置泵气瓶，能保证低温泵和气瓶安全可靠的工作，满足市场和社会发展的需求。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种新型低温增压泵气瓶结构。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种新型低温增压泵气瓶结构，包括内容器组件、外容器组件、往复式低温增压泵、泵支撑组件和管线组件，所述外容器组件内设有内容器组件，外容器组件与内容器组件之间设有绝热夹层，所述外容器组件与内容器组件之间一端设有前端支撑组件，另外一端设有内后封头组件，所述往复式低温增压泵穿过外容器组件和内容器组件，延伸至内容器组件内，并通过内容器组件内的泵支撑组件进行支撑，往复式低温增压泵的驱动端端法兰与泵支撑组件中的热端法兰通过螺栓形成密封连接，形成一个封闭的空间，往复式低温增压泵的泵头开槽中的密封环与泵支撑组件中的冷端法兰形成密封，将封闭的空间分为增压腔和充液腔，泵支撑组件、内容器组件和外容器组件的之间的连接处均采用焊接连接，往复式低温增压泵与泵支撑组件形成的腔体为增压腔，增压腔通过与冷端法兰连接的增压气相管连接，增压腔中的压力与气瓶内的气相压力相等。

进一步，所述前端支撑组件由前颈外支撑管、前颈内支撑管、前颈法兰、玻璃钢挡圈、分配头系统组成，通过前颈法兰将前颈外支撑管和前颈内支撑管焊接连接；分配头系统与前颈内支撑管焊接连接；玻璃钢挡圈安装在前颈内支撑管和前颈外支撑管之间。

进一步，所述内容器组件由内前封头组件、内后封头组件、预留缓冲罐、内筒体焊接组成，内前封头组件由内前封头、分子包筒体、分子包管帽组成，分子包筒体与分子包管帽焊接组成分子包组件，分子包筒体与内前封头焊接连接，内后封头组件由内后封头、内后补强圈、支撑棒、管帽焊接连接组成。

进一步，所述外容器组件由外前封头、外后封头组件、外筒体焊接组成，外后封头组件由外后封头、第二支撑板、第二支撑圈、支撑板焊接组成。

进一步，所述内容器组件和外容器组件的后端滑动支撑是通过将内后封头组件中的支撑棒穿过外后封头组件中的第二支撑圈，从而实现滑动支撑。

进一步，所述内容器组件和外容器组件的前端固定支撑是通过内前补强圈将前端支撑组件中的前颈外支撑圈与内前封头组件中的内前封头焊接连接以及通过外前补强圈将前端支撑组件中的分配头系统和外前封头焊接连接，从而实现固定支撑。

进一步，所述泵支撑组件由热端法兰、法兰支撑管、法兰连接管、外支撑管、支撑圈、冷端法兰、绝热支撑环、第一防波支撑板、第二防波支撑板组成，热端法兰、法兰支撑管组成热端法兰组件，法兰连接管将热端法兰组件和冷端法兰焊接连接，绝热支撑环与冷端法兰组装连接构成冷端法兰组件，冷端法兰与外支撑管焊接连接，外支撑管与支撑圈焊接连接，第一防波支撑板与外支撑管中部焊接连接，第二防波支撑板与冷端法兰焊接连接。

进一步，所述泵支撑组件中的支撑圈在内前封头的开孔轴线与泵支撑组件中的热端法兰在外前封头的开孔轴线共线。

进一步，所述往复式低温增压泵的过滤器与预留缓冲罐之间装有液位计和防波板，液位计垂直安装在内筒体中，安装位置靠近预留缓冲罐，不与预留缓冲罐发生干涉，防波板安装在预留缓冲罐与液位计中间，防波板可用于防止运行工况液体晃动降低泵的性能。

进一步，所述管线组件由增压气相管、气瓶气相管、气瓶进液管、气瓶出液管组成，增压气相管与冷端法兰开孔处采用承插焊连接，用增压气相管固定件将增压气相管与防波支撑板固定，采用管线固定件将增压气相管、气瓶气相管、气瓶进液管与内筒体顶部固定。

本发明的有益效果是：通过增压泵将低温罐中的液化天然气全部泵出，增加了车辆的续航里程；通过法兰、支撑管、防波支撑板等多点支撑增加了内置泵支撑结构的稳定性，提高了往复式低温泵和气瓶的使用寿命；通过防波板、防波支撑板的组合降低了气瓶运行工况下气瓶内介质过度晃动对泵稳定性的影响，同时增加了泵吸入口液体的稳定性，取消了自增压管线和空温式增压器，通过泵后高压天然气分流到气瓶可以实现气瓶增压功能；将往复式低温泵内置气瓶中，有效的减少了低温泵外置时吸收热量导致深冷介质温度升高所引起泵内气蚀、气堵对泵性能及零件寿命降低的影响，同时，内置泵气瓶结构减少了外置泵安装空间大的问题；低温泵支撑件可以有效避免过多热量传入到深冷介质中；往复式低温泵泵头深冷端与热端的压力差较小，泵所受轴向力小，减少了往复式低温泵的失效概率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图1为一种新型低温增压泵气瓶结构示意图；

附图2为前端支撑组件示意图；

附图3为内前封头组件示意图；

附图4为内后封头组件示意图；

附图5为内容器组件示意图；

附图6为外后封头组件示意图；

附图7为外容器组件示意图；

附图8为泵支撑组件示意图；

附图9为低温泵在外前封头的开孔方位示意图；

附图10为往复式低温增压泵支撑安装示意图；

附图11为往复式低温增压泵支撑安装变形示意图。

图中，001前端支撑组件，002内前封头组件，003内后封头组件，004内容器组件，005外后封头组件，006外容器组件，007泵支撑组件，1外前封头，2往复式低温增压泵，3热端法兰，4法兰支撑管，5外支撑管，6支撑圈，7内前封头，8第一防波支撑板，9法兰连接管，10绝热支撑环，11冷端法兰，12密封环，13第二防波支撑板，14液位计，15预留缓冲罐，16支撑板，17支撑棒，18增压气相管，19气瓶出液管，20气瓶气相管，21内筒体，22分子包筒体，23驱动端法兰，24泵出液管，25分配头系统，26绝热夹层， 27气瓶进液管，28外筒体，29内后封头，30外后封头，31增压气相管固定件，32管线固定件，33防波板，34第二支撑圈，35第二支撑板，36前颈法兰，37管帽，38前颈外支撑管，39外前补强圈，40前颈内支撑管，41玻璃钢挡圈，42内前补强圈，43分子包管帽，44内后补强圈，45泵头，46过滤器，47增压腔，48充液腔。

具体实施方式

附图1-11为本发明的一种具体实施例。该发明一种新型低温增压泵气瓶结构，包括内容器组件004、外容器组件006、往复式低温增压泵2、泵支撑组件007和管线组件，所述外容器组件006内设有内容器组件004，外容器组件006与内容器组件004之间设有绝热夹层26，所述外容器组件006与内容器组件004之间一端设有前端支撑组件001，另外一端设有内后封头组件003，所述往复式低温增压泵2穿过外容器组件006和内容器组件004，延伸至内容器组件004 内，并通过内容器组件004内的泵支撑组件007进行支撑，往复式低温增压泵2的驱动端端法兰与泵支撑组件007中的热端法兰3通过螺栓形成密封连接，形成一个封闭的空间，往复式低温增压泵2的泵头 45开槽中的密封环12与泵支撑组件007中的冷端法兰11形成密封，将封闭的空间分为增压腔47和充液腔48，泵支撑组件007、内容器组件004和外容器组件006的之间的连接处均采用焊接连接，往复式低温增压泵2与泵支撑组件007形成的腔体为增压腔47，增压腔47 通过与冷端法兰11连接的增压气相管18连接，增压腔47中的压力与气瓶内的气相压力相等。

进一步，所述前端支撑组件001由前颈外支撑管38、前颈内支撑管40、前颈法兰36、玻璃钢挡圈41、分配头系统25组成，通过前颈法兰36将前颈外支撑管38和前颈内支撑管40焊接连接；分配头系统25与前颈内支撑管40焊接连接；玻璃钢挡圈41安装在前颈内支撑管40和前颈外支撑管38之间。

进一步，所述内容器组件004由内前封头组件002、内后封头组件003、预留缓冲罐15、内筒体21焊接组成，内前封头组件002由内前封头7、分子包筒体22、分子包管帽43组成，分子包筒体22与分子包管帽43焊接组成分子包组件，分子包筒体22与内前封头7焊接连接，内后封头组件003由内后封头29、内后补强圈44、支撑棒17、管帽37焊接连接组成。

进一步，所述外容器组件006由外前封头1、外后封头组件005、外筒体28焊接组成，外后封头组件005由外后封头30、第二支撑板 35、第二支撑圈34、支撑板16焊接组成。

进一步，所述内容器组件004和外容器组件006的后端滑动支撑是通过将内后封头组件003中的支撑棒17穿过外后封头组件005中的第二支撑圈34，从而实现滑动支撑。

进一步，所述内容器组件004和外容器组件006的前端固定支撑是通过内前补强圈42将前端支撑组件001中的前颈外支撑圈6与内前封头组件002中的内前封头7焊接连接以及通过外前补强圈39将前端支撑组件001中的分配头系统25和外前封头1焊接连接，从而实现固定支撑。

进一步，所述泵支撑组件007由热端法兰3、法兰支撑管4、法兰连接管9、外支撑管5、支撑圈6、冷端法兰11、绝热支撑环10、第一防波支撑板8、第二防波支撑板13组成，热端法兰3、法兰支撑管4组成热端法兰3组件，法兰连接管9将热端法兰3组件和冷端法兰11焊接连接，绝热支撑环10与冷端法兰11组装连接构成冷端法兰11组件，冷端法兰11与外支撑管5焊接连接，外支撑管5与支撑圈6焊接连接，第一防波支撑板8与外支撑管5中部焊接连接，第二防波支撑板13与冷端法兰11焊接连接。

进一步，所述泵支撑组件007中的支撑圈6在内前封头7的开孔轴线与泵支撑组件007中的热端法兰3在外前封头1的开孔轴线共线。

进一步，所述往复式低温增压泵2的过滤器46与预留缓冲罐15 之间装有液位计14和防波板33，液位计14垂直安装在内筒体21中，安装位置靠近预留缓冲罐15，不与预留缓冲罐15发生干涉，防波板 33安装在预留缓冲罐15与液位计14中间，防波板33可用于防止运行工况液体晃动降低泵的性能。

进一步，所述管线组件由增压气相管18、气瓶气相管20、气瓶进液管27、气瓶出液管19组成，增压气相管18与冷端法兰11开孔处采用承插焊连接，用增压气相管固定件31将增压气相管18与防波支撑板固定，采用管线固定件32将增压气相管18、气瓶气相管20、气瓶进液管27与内筒体21顶部固定。

该发明一种新型低温增压泵气瓶结构，泵支撑组件007中的热端法兰3在外封头的开孔可以在外前封头1，也可以在外后封头30。规定正上方为180°方位，正下方为0°方位。以外前封头1和内前封头7为例，泵支撑组件007中的热端法兰3在外前封头1的开孔中心位置可以位于外前封头1中分配头系统25开孔外侧的任意位置，即外前封头1中不与分配头系统25开孔干涉的任意位置均可以为热端法兰3在外前封头1的开孔位置，见附图9。开孔的轴线方向与水平面的夹角范围在75°范围内，轴线的斜率可以是正的也可以是负的，即开孔轴线与水平面夹角范围在±75°内。开孔轴线可以与封头轴线共面，也可以不共面，即开孔轴线与中截面可以平行，也可以相交。

本发明中，泵支撑组件007、内容器组件004和外容器组件006 的之间的连接处均采用焊接连接，被包围的密封空间为绝热夹层26，绝热夹层26可以是高真空、绝热纸、玻璃纤维的多种组合，既保证了气密性，又保证了良好的绝热性。

本发明中，存在一种防波支撑板变型结构。第一防波支撑板8和第二防波支撑板13可以是半模型支撑板，可以是全模型支撑板，第一防波支撑板8和第二防波支撑板13与内筒体21的焊接方式为间断焊。第一防波支撑板8和第二防波支撑板13的截面形状可以为I字形、L形、凹形，第一防波支撑板8和第二防波支撑板13的安装方式可以是垂直于筒体轴线安装，也可以是倾斜安装，其作用在于降低由于热胀冷缩导致连接部位的应力过大，增加支撑板的柔性。第一防波支撑板8和第二防波支撑板13的折角角度θ的范围为0至90°。第一防波支撑板8和第二防波支撑板13也可以是拉带式的结构。具体的，此案例将往复式低温增压泵2安装在0°方位，与水平面夹角为5°，第一防波支撑板8和第二防波支撑板13垂直于筒体轴线。

本发明的工作原理为：通过前端支撑组件001将内容器组件004 和外容器组件006固定支撑，通过内后封头组件004中的支撑棒17 将内容器组件004和外容器组件006滑动支撑。泵支撑组件007的热端法兰组件与外前封头1焊接连接，泵支撑组件007的支撑圈6与内前封头7焊接连接。通过泵支撑组件007将内容器组件004和外容器组件006焊接连接后形成封闭的绝热夹层26。此时，泵支撑组件007 和内容器组件004组成的腔体与大气相通；将往复式低温增压泵2通过泵支撑组件007插入气瓶中，往复式低温增压泵2的驱动端法兰23与泵支撑组件007的热端法兰3通过螺栓密封连接，往复式低温泵2与泵支撑组件007和内容器组件004组成的封闭的腔体，且往复式低温增压泵2泵头45开槽中的密封环12将这个封闭的腔体分成增压腔47和充液腔48。充液过程中，低温液体从气瓶进液管27流入气瓶内部的充液腔，当气瓶内低温液体充装到有效容积时，充液腔 48的顶部为气体，充液腔48的底部为低温液体。增压腔47内为气体，且气体压力与充液腔48顶部气体压力相等。往复式低温增压泵工作时，低温液体从过滤器46流入往复式低温增压泵2，增压后的低温液体从泵出口管24流出。

本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (10)

1.一种新型低温增压泵气瓶结构，包括内容器组件、外容器组件、往复式低温增压泵、泵支撑组件和管线组件，其特征在于，所述外容器组件内设有内容器组件，外容器组件与内容器组件之间设有绝热夹层，所述外容器组件与内容器组件之间一端设有前端支撑组件，另外一端设有内后封头组件，所述往复式低温增压泵穿过外容器组件和内容器组件，延伸至内容器组件内，并通过内容器组件内的泵支撑组件进行支撑，往复式低温增压泵的驱动端端法兰与泵支撑组件中的热端法兰通过螺栓形成密封连接，形成一个封闭的空间，往复式低温增压泵的泵头开槽中的密封环与泵支撑组件中的冷端法兰形成密封，将封闭的空间分为增压腔和充液腔，泵支撑组件、内容器组件和外容器组件的之间的连接处均采用焊接连接，往复式低温增压泵与泵支撑组件形成的腔体为增压腔，增压腔通过与冷端法兰连接的增压气相管连接，增压腔中的压力与气瓶内的气相压力相等。

2.根据权利要求1所述的一种新型低温增压泵气瓶结构，其特征在于：所述前端支撑组件由前颈外支撑管、前颈内支撑管、前颈法兰、玻璃钢挡圈、分配头系统组成，通过前颈法兰将前颈外支撑管和前颈内支撑管焊接连接；分配头系统与前颈内支撑管焊接连接；玻璃钢挡圈安装在前颈内支撑管和前颈外支撑管之间。

3.根据权利要求1所述的一种新型低温增压泵气瓶结构，其特征在于：所述内容器组件由内前封头组件、内后封头组件、预留缓冲罐、内筒体焊接组成，内前封头组件由内前封头、分子包筒体、分子包管帽组成，分子包筒体与分子包管帽焊接组成分子包组件，分子包筒体与内前封头焊接连接，内后封头组件由内后封头、内后补强圈、支撑棒、管帽焊接连接组成。

4.根据权利要求1所述的一种新型低温增压泵气瓶结构，其特征在于：所述外容器组件由外前封头、外后封头组件、外筒体焊接组成，外后封头组件由外后封头、第二支撑板、第二支撑圈、支撑板焊接组成。

5.根据权利要求1或3所述的一种新型低温增压泵气瓶结构，其特征在于：所述内容器组件和外容器组件的后端滑动支撑是通过将内后封头组件中的支撑棒穿过外后封头组件中的第二支撑圈，从而实现滑动支撑。

6.根据权利要求1所述的一种新型低温增压泵气瓶结构，其特征在于：所述内容器组件和外容器组件的前端固定支撑是通过内前补强圈将前端支撑组件中的前颈外支撑圈与内前封头组件中的内前封头焊接连接以及通过外前补强圈将前端支撑组件中的分配头系统和外前封头焊接连接，从而实现固定支撑。

7.根据权利要求1所述的一种新型低温增压泵气瓶结构，其特征在于：所述泵支撑组件由热端法兰、法兰支撑管、法兰连接管、外支撑管、支撑圈、冷端法兰、绝热支撑环、第一防波支撑板、第二防波支撑板组成，热端法兰、法兰支撑管组成热端法兰组件，法兰连接管将热端法兰组件和冷端法兰焊接连接，绝热支撑环与冷端法兰组装连接构成冷端法兰组件，冷端法兰与外支撑管焊接连接，外支撑管与支撑圈焊接连接，第一防波支撑板与外支撑管中部焊接连接，第二防波支撑板与冷端法兰焊接连接。

8.根据权利要求7所述的一种新型低温增压泵气瓶结构，其特征在于：所述泵支撑组件中的支撑圈在内前封头的开孔轴线与泵支撑组件中的热端法兰在外前封头的开孔轴线共线。

9.根据权利要求1所述的一种新型低温增压泵气瓶结构，其特征在于：所述往复式低温增压泵的过滤器与预留缓冲罐之间装有液位计和防波板，液位计垂直安装在内筒体中，安装位置靠近预留缓冲罐，不与预留缓冲罐发生干涉，防波板安装在预留缓冲罐与液位计中间，防波板可用于防止运行工况液体晃动降低泵的性能。

10.根据权利要求1所述的一种新型低温增压泵气瓶结构，其特征在于：所述管线组件由增压气相管、气瓶气相管、气瓶进液管、气瓶出液管组成，增压气相管与冷端法兰开孔处采用承插焊连接，用增压气相管固定件将增压气相管与防波支撑板固定，采用管线固定件将增压气相管、气瓶气相管、气瓶进液管与内筒体顶部固定。