CN115822985A - 一种防护型加氢站用液氢泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液氢泵领域，尤其涉及一种防护型加氢站用液氢泵。本发明提供了这样一种防护型加氢站用液氢泵，包括有防爆壳和内衬等；防爆壳连接内衬。一种防护型加氢站用液氢泵，在内衬外套设有一层防爆壳，液氢发生泄露后，高压液氢触发传动组件断开主轴，让传动组件带动防爆壳右侧连接的气液稀释机构运行，同时喷注低温液氮，将泄露的氢气和液氢稀释后收集，当液氢发生严重泄露时，及时将泄露的液氢及生成的氢气拦截并让其压力得到有效释放。实现解决了液氢泵长期在高压氢气环境下运行，由于临氢材料易因氢脆而导致液氢泄露现象发生，而液氢泵中没有针对液氢泄露后气化聚积成高浓度氢气现象的有效措施避免爆炸发生的技术问题。

Description

一种防护型加氢站用液氢泵

技术领域

本发明涉及液氢泵领域，尤其涉及一种防护型加氢站用液氢泵。

背景技术

在加氢站内存储有大量高压液氢，若氢气泄漏后被立即点燃，就会形成氢喷射火，若泄漏至受限空间，则易形成可燃氢气云，一旦被点燃就会产生爆燃、爆轰，对设备安全运行和人民生命财产安全造成严重危害，加氢站使用的液氢泵，为高压液氢的主要输送设备，由于高压氢气储量大、充放频繁且易导致氢脆，因此，氢能高压储运设备，特别是输送高压液氢的液氢泵具有潜在的泄漏和爆炸危险。

液氢泵长期在高压氢气环境下运行，其临氢材料易因氢脆而产生性能劣化，主要表现为韧性降低、疲劳裂纹扩展速率加快，进而导致液氢泵的内衬不具有初始的高效密闭性，造成液氢泄露现象发生，液氢在泄露后的一段时间内将快速吸热形成高浓度的氢气，从而引发爆炸现象，因此需要一种液氢泵能够及时判断液氢出现泄露现象，并针对液氢泄露后将气化聚积成高浓度的氢气的现象，采取相应措施避免发生爆炸。

发明内容

为了克服液氢泵长期在高压氢气环境下运行，由于临氢材料易因氢脆而导致液氢泄露现象发生，而液氢泵中没有针对液氢泄露后气化聚积成高浓度氢气现象的有效措施避免爆炸发生的缺点，本发明提供一种防护型加氢站用液氢泵。

本文描述的一种防护型加氢站用液氢泵，包括有安装架、驱动电机、防爆壳、内衬、主轴、主叶轮、传动组件、气液稀释机构和顶塞组件；安装架的右侧安装有驱动电机；安装架的左侧固接有防爆壳；防爆壳的内层开设有真空腔结构；防爆壳的顶部开设有缓冲腔结构；缓冲腔内部空间与防爆壳的内部空间被顶塞组件隔绝；缓冲腔与真空腔之间通过若干个泄压孔结构连通；防爆壳的内部固接有内衬；内衬的左端接通有进液管；进液管的左端贯穿防爆壳；内衬的右侧接通有出液管；出液管的上端部贯穿防爆壳；内衬的中部转动连接有主轴；主轴上固接有若干个主叶轮，所有主叶轮一同串联在内衬内部；防爆壳的右侧中部连接有传动组件；驱动电机的输出轴通过传动组件带动主轴转动；液氢发生泄露后，高压液氢触发传动组件断开主轴，让传动组件带动防爆壳右侧连接的气液稀释机构运行，分别将泄露的气态氢气和液氢稀释后传导至外接的收集设备中。

此外，特别优选的是，传动组件包括有轴套、压敏传感器、第一弹簧、传动轴和直齿轮；

防爆壳的右侧中部滑动连接有轴套；防爆壳的右侧内部安装有压敏传感器；轴套的左端与压敏传感器之间固接有第一弹簧；压敏传感器所处的防爆壳右侧内部空间，与防爆壳的内部空间被轴套的左端相隔离；轴套的内部转动连接有传动轴；传动轴的右端连接输出轴；传动轴的左端连接主轴；传动轴的左侧固接有直齿轮。

此外，特别优选的是，气液稀释机构包括有套壳、导出管、固定环、导入管、齿环、第二叶轮和喷液管；

防爆壳的内右侧固接有套壳；套壳的上侧接通有导出管；导出管的上端贯穿防爆壳；套壳的左侧固接有固定环；固定环的右侧滑动连接有齿环，齿环位于直齿轮的右侧；固定环的内部空间与齿环的内部空间相连通；固定环的前侧接通有导入管；导入管的前端贯穿防爆壳；套壳的内部转动连接有第二叶轮；第二叶轮的中部固接齿环；环绕第二叶轮的每个叶片外表面各固接有一个喷液管；所有喷液管均接通齿环的内部空间；每个喷液管的外表面各设置有若干个喷头结构。

此外，特别优选的是，每个喷头的出液口均设置为扁头状结构。

此外，特别优选的是，顶塞组件包括有防爆塞、挡片和第二弹簧；

缓冲腔的内下方插设有防爆塞；防爆塞的下端固接有一圈挡片；挡片紧贴防爆壳内壁；防爆塞与缓冲腔内顶部之间固接有第二弹簧。

此外，特别优选的是，环绕缓冲腔的外侧壁套设有弹性圈，所有泄压孔均被弹性圈遮挡。

此外，特别优选的是，环绕弹性圈的内壁设置有若干个凸块结构，每个凸块分别紧贴插设在相邻泄压孔的外端。

此外，特别优选的是，每个凸块的内部各开设有一将相邻泄压孔与真空腔连通的通孔结构。

此外，特别优选的是，每个通孔靠近相邻泄压孔的一端各插设有一个软塞。

此外，特别优选的是，导出管的上端接通有三通电磁阀。

本文描述的一种防护型加氢站用液氢泵，在内衬外套设有一层防爆壳，防爆壳的内层开设有真空腔结构，防爆壳的顶部开设有缓冲腔结构，缓冲腔内部空间与防爆壳的内部空间被顶塞组件隔绝，液氢发生泄露后，高压液氢触发传动组件断开主轴，让传动组件带动防爆壳右侧连接的气液稀释机构运行，同时向防爆壳内部喷注低温液氮，分别将泄露的气态氢气和液氢稀释后传导至外接的收集设备中，防爆壳内部灌入的液氮能够在后续时间内保持液氢不在产生新的氢气，进一步减少爆炸现象发生的几率，另外当液氢发生严重泄露时，高压液氢迅速突破顶塞组件泄压到缓冲腔中，并沿缓冲腔与真空腔之间的泄压孔，缓慢释放到真空腔内，减少瞬间对防爆壳的产生冲击力，及时将泄露的液氢及生成的氢气拦截并让其压力得到有效释放；

实现解决了液氢泵长期在高压氢气环境下运行，由于临氢材料易因氢脆而导致液氢泄露现象发生，而液氢泵中没有针对液氢泄露后气化聚积成高浓度氢气现象的有效措施避免爆炸发生的技术问题。

附图说明

图1为根据实施例描述本申请的立体结构示意图；

图2为根据实施例描述本申请的防爆壳剖面图；

图3为根据实施例描述本申请的防爆壳与内衬剖面图；

图4为根据实施例描述本申请的传动组件立体结构示意图；

图5为根据实施例描述本申请的传动组件爆炸图；

图6为根据实施例描述本申请的气液稀释机构立体结构示意图；

图7为根据实施例描述本申请的套壳和第二叶轮剖面图；

图8为根据实施例描述本申请的固定环剖面图；

图9为根据实施例描述本申请的喷液管局部立体结构示意图；

图10为根据实施例描述本申请的顶塞组件立体结构示意图；

图11为根据实施例描述本申请的C区放大图；

图12为根据实施例描述本申请的弹性圈剖面图。

附图中各零部件的标记如下：1-安装架，2-驱动电机，21-输出轴，3-防爆壳，301-真空腔，302-缓冲腔，303-泄压孔，31-轴套，32-压敏传感器，33-第一弹簧，34-传动轴，35-直齿轮，4-内衬，41-进液管，42-出液管，51-主轴，52-主叶轮，61-套壳，611-导出管，612-三通电磁阀，62-固定环，621-导入管，63-齿环，64-第二叶轮，65-喷液管，651-喷头，71-防爆塞，72-挡片，73-第二弹簧，81-弹性圈，811-凸块，812-通孔，82-软塞。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

实施例

一种防护型加氢站用液氢泵，如图1-图12所示，包括有安装架1、驱动电机2、防爆壳3、内衬4、主轴51、主叶轮52、传动组件、气液稀释机构和顶塞组件；安装架1的右侧安装有驱动电机2；安装架1的左侧螺栓连接有防爆壳3；防爆壳3的内层开设有真空腔301结构；防爆壳3的顶部开设有缓冲腔302结构；缓冲腔302内部连接有顶塞组件；缓冲腔302与真空腔301之间开设有若干个泄压孔303结构；防爆壳3的内部固接有内衬4；内衬4的左端接通有进液管41；进液管41的左端贯穿防爆壳3；内衬4的右侧接通有出液管42；出液管42的上端部贯穿防爆壳3；内衬4的中部转动连接有主轴51；主轴51上串联有若干个主叶轮52；主叶轮52均位于内衬4内部；防爆壳3的右侧中部连接有传动组件；传动组件的左端连接主轴51；传动组件的右端连接驱动电机2的输出轴21；防爆壳3的右侧连接有气液稀释机构。

如图3-图5所示，传动组件包括有轴套31、压敏传感器32、第一弹簧33、传动轴34和直齿轮35；防爆壳3的右侧中部滑动连接有轴套31；防爆壳3的右侧内部安装有压敏传感器32；轴套31的左端与压敏传感器32之间固接有第一弹簧33；压敏传感器32所处的防爆壳3右侧内部空间，与防爆壳3的内部空间被轴套31的左端相隔离；轴套31的内部转动连接有传动轴34；传动轴34的右端连接输出轴21；传动轴34的左端连接主轴51；传动轴34的左侧固接有直齿轮35。

如图2、图6-图9所示，气液稀释机构包括有套壳61、导出管611、固定环62、导入管621、齿环63、第二叶轮64和喷液管65；防爆壳3的内右侧固接有套壳61；套壳61的上侧接通有导出管611；导出管611的上端贯穿防爆壳3；导出管611的上端接通有三通电磁阀612；套壳61的左侧固接有固定环62；固定环62的右侧滑动连接有齿环63，齿环63位于直齿轮35的右侧；固定环62的内部空间与齿环63的内部空间相连通；固定环62的前侧接通有导入管621；导入管621的前端贯穿防爆壳3；套壳61的内部转动连接有第二叶轮64；第二叶轮64的中部固接齿环63；环绕第二叶轮64的每个叶片外表面各固接有一个喷液管65；所有喷液管65均接通齿环63的内部空间；每个喷液管65的外表面各设置有若干个喷头651结构；每个喷头651的出液口均设置为扁头状结构。

如图10和图11所示，顶塞组件包括有防爆塞71、挡片72和第二弹簧73；缓冲腔302的内下方插设有防爆塞71；防爆塞71的下端焊接有一圈挡片72；挡片72紧贴防爆壳3内壁；防爆塞71与缓冲腔302内顶部之间固接有第二弹簧73。

如图10-图12所示，环绕缓冲腔302的外侧壁套设有弹性圈81，所有泄压孔303均被弹性圈81遮挡；环绕弹性圈81的内壁设置有若干个凸块811结构，每个凸块811分别紧贴插设在相邻泄压孔303的外端；每个凸块811的内部各开设有一将相邻泄压孔303与真空腔301连通的通孔812结构；每个通孔812靠近相邻泄压孔303的一端各插设有一个软塞82。

本防护型加氢站用液氢泵的高压液氢输送工作：

首先工作人员将进液管41外接液氢存储装置，出液管42外接液氢接收装置，导入管621外接低温液氮输送设备，三通电磁阀612的第一出口外接废气收集装置，三通电磁阀612的第二出口外接废液收集装置。

之后工作人员开启驱动电机2，驱动电机2带动输出轴21高速运行，输出轴21带动传动轴34转动，传动轴34带动主轴51和主叶轮52转动，主叶轮52将外接的液氢存储装置中的液氢，持续向外接的液氢接收装置输送，串联在主轴51上的多个主叶轮52共同对液氢进行逐级增压输送工作。

真空腔301有效隔绝外接热量辐射到防爆壳3的内部空间中，减少外界环境对内衬4内输送的液氢温度的影响。

本防护型加氢站用液氢泵的液氢泄露紧急处理工作：

本防护型加氢站用液氢泵在持续进行高压液氢输送工作中，若内衬4因氢脆导致泄露现象时，液氢从内衬4向外泄露到防爆壳3中，同时部分液氢吸热气化产生气态的氢气，导致防爆壳3的内部空间气压升高，防爆壳3的内部高气压推动轴套31的左端，通过轴套31带动第一弹簧33向右压缩，让第一弹簧33对压敏传感器32施加压力，压敏传感器32通过电路系统控制驱动电机2降低带动输出轴21转动的速度，同时轴套31的左端抽离主轴51，主轴51失去动力源而不再带动主叶轮52对液氢进行增压输送工作，内衬4内的液氢压力不再升高而减慢其泄露的速度。

向右移动的轴套31带动直齿轮35与齿环63相啮合，同时驱动电机2的输出轴21带动轴套31缓慢转动，轴套31通过直齿轮35啮合齿环63，带动第二叶轮64沿套壳61缓慢旋转，同时聚积在防爆壳3内部空间的液氢和氢气均涌入第二叶轮64中，让第二叶轮64在旋转过程中对液氢进行搅拌，将液氢和氢气分离。

同时外接的低温液氮输送设备通过导入管621持续向固定环62的内部空间持续输送液氮，固定环62内部空间中的液氮通过齿环63的内部空间进入各个喷液管65中，并通过喷液管65的各个喷头651向外喷出，让液氮与进入第二叶轮64内部的液氢充分混匀，在此过程中低温液氮持续吸收氢气的热量并气化成氮气，使氢气被大量生成的氮气稀释，同时被稀释的氢气随氮气通过导出管611和三通电磁阀612的第一出口，排出到外接的废气收集装置中进行收集工作，避免氢气不断在防爆壳3内部空间不断聚积，而造成防爆壳3内部压力过高出现二次泄露或爆炸现象。

大部分氢气通过三通电磁阀612排出并收集后，三通电磁阀612断开第一出口与导出管611的连通通道，并让三通电磁阀612的第二出口连通导出管611，同时驱动电机2的输出轴21提高带动轴套31转动的速度，让第二叶轮64高速转动，在此过程中液氢被持续输入的液氮稀释，并由高速转动的第二叶轮64，将被稀释的液氢随液氮通过导出管611和三通电磁阀612的第二出口向外收缩到外接的废液收集装置中。

随着低温液氮持续通入防爆壳3内部空间，防爆壳3内部空间中逐渐被低温液氮占领，在泄露到防爆壳3内部空间的液氢逐渐被稀释并被收集到废液收集装置中，灌满防爆壳3内部空间的低温液氮将内衬4内剩余的液氮包围，让液氮持续处于低温环境下，避免大量的液氮再次气化产生新的氢气，进一步减少爆炸现象发生的几率。

本防护型加氢站用液氢泵的液氢泄露紧急泄压工作：

当内衬4发生严重的液氢泄露现象时，大量的液氢迅速气化成氢气，导致防爆壳3内部空间的气压瞬间增高，此时防爆壳3在承受高压环境下存在二次泄露或爆炸的风险。

当防爆壳3内部空间的气压高于挡片72能够承受的临界气压值时，防爆壳3内部空间的高压氢气迅速向上推动防爆塞71，挡片72紧贴防爆壳3内壁的区域被向上冲断，挡片72不再对防爆塞71构成阻挡，高压氢气推动防爆塞71带动第二弹簧73向上升起，此时防爆壳3的内部空间与缓冲腔302相连通，高压氢气涌入缓冲腔302内，随后高压氢气推动软塞82向外弹出通孔812，让部分高压氢气通过泄压孔303和通孔812进入真空腔301内，紧接着高压氢气推动凸块811带动弹性圈81向外拉伸形变，凸块811离开泄压孔303，其余的高压氢气依次通过泄压孔303进入真空腔301中，通过多步泄压处理工作，引导高压氢气逐渐释放到真空腔301中，避免因高压氢气一次大量涌入真空腔301内，导致对防爆壳3造成强烈的冲击而将其损坏。

将高压氢气释放到真空腔301中，实现及时将泄露的液氢及生成的氢气拦截并让其压力得到有效释放，之后按上述步骤进行本防护型加氢站用液氢泵的液氢泄露紧急处理工作。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (10)

1.一种防护型加氢站用液氢泵，包括有：

安装架（1）、驱动电机（2）、防爆壳（3）、内衬（4）、主轴（51）和主叶轮（52）；安装架（1）的右侧安装有驱动电机（2）；安装架（1）的左侧固接有防爆壳（3）；防爆壳（3）的内部固接有内衬（4）；内衬（4）的左端接通有进液管（41）；进液管（41）的左端贯穿防爆壳（3）；内衬（4）的右侧接通有出液管（42）；出液管（42）的上端部贯穿防爆壳（3）；

其特征在于：还包括有传动组件、气液稀释机构和顶塞组件；

防爆壳（3）的内层开设有真空腔（301）结构；防爆壳（3）的顶部开设有缓冲腔（302）结构；缓冲腔（302）内部空间与防爆壳（3）的内部空间被顶塞组件隔绝；缓冲腔（302）与真空腔（301）之间通过若干个泄压孔（303）结构连通；内衬（4）的中部转动连接有主轴（51）；主轴（51）上固接有若干个主叶轮（52），所有主叶轮（52）一同串联在内衬（4）内部；防爆壳（3）的右侧中部连接有传动组件；驱动电机（2）的输出轴（21）通过传动组件带动主轴（51）转动；液氢发生泄露后，高压液氢触发传动组件断开主轴（51），让传动组件带动防爆壳（3）右侧连接的气液稀释机构运行，分别将泄露的气态氢气和液氢稀释后传导至外接的收集设备中。

2.按照权利要求1所述的一种防护型加氢站用液氢泵，其特征在于，传动组件包括有轴套（31）、压敏传感器（32）、第一弹簧（33）、传动轴（34）和直齿轮（35）；

防爆壳（3）的右侧中部滑动连接有轴套（31）；防爆壳（3）的右侧内部安装有压敏传感器（32）；轴套（31）的左端与压敏传感器（32）之间固接有第一弹簧（33）；压敏传感器（32）所处的防爆壳（3）右侧内部空间，与防爆壳（3）的内部空间被轴套（31）的左端相隔离；轴套（31）的内部转动连接有传动轴（34）；传动轴（34）的右端连接输出轴（21）；传动轴（34）的左端连接主轴（51）；传动轴（34）的左侧固接有直齿轮（35）。

3.按照权利要求2所述的一种防护型加氢站用液氢泵，其特征在于，气液稀释机构包括有套壳（61）、导出管（611）、固定环（62）、导入管（621）、齿环（63）、第二叶轮（64）和喷液管（65）；

防爆壳（3）的内右侧固接有套壳（61）；套壳（61）的上侧接通有导出管（611）；导出管（611）的上端贯穿防爆壳（3）；套壳（61）的左侧固接有固定环（62）；固定环（62）的右侧滑动连接有齿环（63），齿环（63）位于直齿轮（35）的右侧；固定环（62）的内部空间与齿环（63）的内部空间相连通；固定环（62）的前侧接通有导入管（621）；导入管（621）的前端贯穿防爆壳（3）；套壳（61）的内部转动连接有第二叶轮（64）；第二叶轮（64）的中部固接齿环（63）；环绕第二叶轮（64）的每个叶片外表面各固接有一个喷液管（65）；所有喷液管（65）均接通齿环（63）的内部空间；每个喷液管（65）的外表面各设置有若干个喷头（651）结构。

4.按照权利要求3所述的一种防护型加氢站用液氢泵，其特征在于，每个喷头（651）的出液口均设置为扁头状结构。

5.按照权利要求1所述的一种防护型加氢站用液氢泵，其特征在于，顶塞组件包括有防爆塞（71）、挡片（72）和第二弹簧（73）；

缓冲腔（302）的内下方插设有防爆塞（71）；防爆塞（71）的下端固接有一圈挡片（72）；挡片（72）紧贴防爆壳（3）内壁；防爆塞（71）与缓冲腔（302）内顶部之间固接有第二弹簧（73）。

6.按照权利要求1所述的一种防护型加氢站用液氢泵，其特征在于，环绕缓冲腔（302）的外侧壁套设有弹性圈（81），所有泄压孔（303）均被弹性圈（81）遮挡。

7.按照权利要求6所述的一种防护型加氢站用液氢泵，其特征在于，环绕弹性圈（81）的内壁设置有若干个凸块（811）结构，每个凸块（811）分别紧贴插设在相邻泄压孔（303）的外端。

8.按照权利要求7所述的一种防护型加氢站用液氢泵，其特征在于，每个凸块（811）的内部各开设有一将相邻泄压孔（303）与真空腔（301）连通的通孔（812）结构。

9.按照权利要求8所述的一种防护型加氢站用液氢泵，其特征在于，每个通孔（812）靠近相邻泄压孔（303）的一端各插设有一个软塞（82）。

10.按照权利要求3或4所述的一种防护型加氢站用液氢泵，其特征在于，导出管（611）的上端接通有三通电磁阀（612）。

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