DE1162855B

DE1162855B - High pressure piston pump for cryogenic liquids

Info

Publication number: DE1162855B
Application number: DEM53248A
Authority: DE
Inventors: Paul Duron
Original assignee: Maschinenfabrik Burckhardt AG
Current assignee: Burckhardt Compression AG
Priority date: 1961-06-19
Filing date: 1962-06-18
Publication date: 1964-02-13

Description

Hochdruck Kolbenpumpe für tiefkalte Flüssigkeiten Der Bau von Hochdruckpumpen für tiefkalte Flüssigkeiten stellt eine Reihe von besonderen Problemen, die sich aus der Natur der Aufgabe ergeben.High pressure piston pump for cryogenic liquids The construction of high pressure pumps for cryogenic liquids poses a number of special problems that arise resulting from the nature of the task.

Bei sehr tiefer Temperatur verflüssigte Gase, z. B. Sauerstoff oder Stickstoff, müssen bei einer Temperatur gepumpt werden, die nur wenig von der Verdampfungstemperatur verschieden ist. Infolgedessen wird bei einer Druckerniedrigung die Verdampfungstemperatur unterschritten, und die Flüssigkeit beginnt spontan zu verdampfen. Dadurch wird der Betrieb der Pumpe unmöglich, weil am Ende des Saughubes der Zylinder nicht mehr mit Flüssigkeit, sondern größtenteils oder ganz mit Dampf gefüllt ist.Liquefied gases at very low temperatures, e.g. B. oxygen or Nitrogen, must be pumped at a temperature that is little different from the vaporization temperature is different. As a result, when the pressure is lowered, the evaporation temperature becomes fallen below, and the liquid begins to evaporate spontaneously. This will The operation of the pump is impossible because the cylinder is no longer at the end of the suction stroke is filled with liquid, but mostly or entirely with steam.

Es ist also erforderlich, die Pumpe mit einem Ansaugeventil auszurüsten, das einen möglichst geringen Durchgangswiderstand aufweist.It is therefore necessary to equip the pump with a suction valve, that has the lowest possible volume resistance.

Weiter ist es notwendig, die Pumpe mit geringem schädlichem Raum zu bauen. Das im schädlichen Raum eingeschlossene Volumen ruß nach der Beendigung des Druckhubes auf den Saugdruck entspannt werden, bevor das Saugventil öffnen kann. Hierbei wird auch die im schädlichen Raum eingeschlossene Flüssigkeit zu verdampfen beginnen, und der volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe wird dadurch stark beeinträchtigt, wenn der schädliche Raum zu groß ist.Next it is necessary to close the pump with little harmful space build. The volume enclosed in the harmful space soot after the end of the Pressure stroke to be released to the suction pressure before the suction valve can open. This also causes the liquid trapped in the harmful space to evaporate start, and the volumetric efficiency of the pump is greatly affected by this, when the harmful space is too big.

Schließlich ist es notwendig, derartige Pumpen, die bei sehr tiefer Temperatur arbeiten müssen, gegen Wärmeeinstrahlung von außen zu schützen. Es ist klar, daß die Verdampfungsneigung der Flüssigkeit erhöht wird, wenn der Pumpenkörper oder die angesaugte Flüssigkeit selbst durch Wärmeeinstrahlung aus der Umgebung erwärmt wird.Finally, it is necessary to have such pumps that operate at very deeper levels Have to work temperature to protect against heat radiation from the outside. It is clear that the tendency of the liquid to evaporate is increased when the pump body or the sucked in liquid itself through heat radiation from the environment is heated.

Es sind Pumpen für tiefkalte, verflüssigte Gase bekannt, die versuchen, diese Probleme auf verschiedene Art zu lösen.Pumps for cryogenic, liquefied gases are known that try to solve these problems in various ways.

Bei einigen Pumpen wird ein geringer schädlicher Raum dadurch erreicht, daß ein Saugventil überhaupt vermieden wird und daß an Stelle davon der Kolben am Ende des Saughubes Schlitze freilegt, durch welche die Flüssigkeit nachströmt. Es sind ebenfalls Einrichtungen bekannt, bei denen der Antrieb dieses Kolbens nicht durch ein Kurbelgetriebe erfolgt, sondern durch einen besonderen Mechanismus, durch den der Kolben im äußeren Totpunkt längere Zeit stillsteht, so daß der Flüssigkeit mehr Zeit gegeben wird, durch die Schlitze in den Zylinder einzutreten und ihn vollständig zu füllen. Weiterhin sind Pumpen bekannt, bei denen die Einstrahlung von äußerer Wärme durch eine dicke Schicht von Isoliermaterial verhindert werden soll. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die Abkühlungsdauer der Pumpe bedeutend verlängert wird.With some pumps, a less harmful space is achieved by that a suction valve is avoided at all and that the piston on the At the end of the suction stroke, slots are exposed through which the liquid flows. It facilities are also known in which the drive of this piston is not is done by a crank mechanism, but by a special mechanism that the piston stands still for a long time in the outer dead center, so that the liquid more time is given to enter the cylinder through the slots and complete it to fill. Furthermore, pumps are known in which the radiation from the outside Heat should be prevented by a thick layer of insulating material. this however, it has the disadvantage that the cooling time of the pump is significantly increased will.

In der österreichischen Patentschrift 212 706 ist eine andere Pumpe für verflüssigte Gase beschrieben, bei der ein geringer schädlicher Raum dadurch erreicht werden soll, daß das Saugventil in eine Höhlung des Kolbens hineinragt. Die in dieser Patentschrift beschriebene Pumpe ist eine sogenannte untergetauchte Pumpe, d. h., der Zylinder ist sehr lang ausgeführt und befindet sich im Innern des Flüssiggastanks, während der Antriebsmechanismus sich außerhalb befindet. Bei dieser Anordnung ist es infolgedessen nicht notwendig, die Pumpe abzukühlen, wenn sie in Betrieb genommen werden soll. Indessen entstehen ständige Wärmeverluste durch die wärmeleitenden Querschnitte des Zylinders, durch welche Wärme von außen in den Flüssiggastank hineinfließt. Außerdem ist die Zugänglichkeit dieser Pumpe nicht gut, da sie vor einer Demontage aus dem Flüssiggastank herausgenommen und aufgetaut werden ruß.In the Austrian patent specification 212 706 there is a different pump described for liquefied gases, in which a less harmful space is thereby is to be achieved that the suction valve protrudes into a cavity of the piston. The pump described in this patent is a so-called submerged one Pump, d. That is, the cylinder is made very long and is located inside of the liquefied gas tank while the drive mechanism is outside. at As a result of this arrangement, it is not necessary to cool the pump down when it is to be put into operation. Meanwhile, there are constant heat losses the thermally conductive cross-sections of the cylinder, through which heat from the outside enters the Liquid gas tank flows into it. In addition, the accessibility of this pump is not good, because they are taken out of the liquid gas tank and thawed before dismantling become soot.

Die Erfindung bezweckt, derartige Pumpen zu verbessern und eine Pumpe zu schaffen, die nicht im Flüssiggastank untergetaucht werden ruß, sondern getrennt aufgestellt werden kann, und die trotzdem geringe Wärmeverluste und eine kurze Abkühlzeit hat. Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Kolbenpumpe für tiefkalte Flüssigkeiten mit einem zentrisch angeordneten Druckventil und einem konzentrisch zu diesem vorgesehenen ringförnügen Saugventil. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß das Saugventil mit einer ringförmigen Zulaufkammer verbunden ist, welche konzentrisch von einer mit Gas gefüllten Kammer umgeben ist, die mit der Zulaufkammer und mit Leckgassammelstellen im Zylinder in Verbindung steht.The invention aims to improve such pumps and a pump to create that are not submerged in the liquefied gas tank soot, but separated can be set up, and the nonetheless low heat losses and a short cooling time Has. The invention relates to a high pressure piston pump for cryogenic Liquids with a centrically arranged pressure valve and a concentric one to this intended ringförnügen suction valve. It is characterized by that the suction valve is connected to an annular inlet chamber which is concentric is surrounded by a gas-filled chamber, which is connected to the inlet chamber and with Leak gas collection points in the cylinder is in communication.

Gemäß der Erfindung ist sowohl der Zylinder als auch der Ventilkopf von einem Mantel kalten Gases umgeben, welches die Wärmeeinströmung von außen verhindert bzw. eingeströmte Wärme unschädlich abführt, bevor sie in das Innere der Pumpe gelangen kann. Ferner wird durch die Art der Ventile ein besonders großer Querschnitt des Saugventils sowie ein besonders kleiner schädlicher Raum erreicht.According to the invention is both the cylinder and the valve head surrounded by a jacket of cold gas, which prevents the inflow of heat from the outside or dissipates any heat that has flown in before it reaches the inside of the pump can. Furthermore, a particularly large cross-section of the is due to the type of valves Suction valve and a particularly small harmful space achieved.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Hochdruck-Kolbenpumpe gemäß der Erfindung dar. Selbstverständlich ist diese Zeichnung schematisch, und der Erfindungsgedanke kann auch in anderer Form verwirklicht werden.The drawing shows an embodiment of the high pressure piston pump according to the invention. Of course, this drawing is schematic, and the idea of the invention can also be implemented in a different form.

F i g. 1 zeigt eine Verdampfungsanlage mit dieser Hochdruck - Kolbenpumpe für das Pumpen einer Flüssigkeit von tiefer Temperatur; F i g. 2 ist ein vergrößert gezeichneter Längsschnitt der Pumpe in F i g. 1.F i g. 1 shows an evaporation system with this high pressure piston pump for pumping a liquid at a low temperature; F i g. 2 is an enlarged drawn longitudinal section of the pump in F i g. 1.

Die Anlage gemäß F i g. 1 setzt sich aus folgenden vier Hauptteilen zusammen: einem Behälter T als Speicher für die tiefkalte Flüssigkeit und für den Dampf, einem Verdampfer V, in den die geförderte, unter Druck stehende Flüssigkeit geleitet wird, einer Kolbenvorrichtung P und einem Ventilkopf H.The system according to FIG. 1 consists of the following four main parts together: a container T as storage for the cryogenic liquid and for the Steam, an evaporator V, into which the pumped, pressurized liquid is directed, a piston device P and a valve head H.

In F i g. 2 ist mit 5 der Zylinder und mit 6 der Kolben der Kolbenvorrichtung bezeichnet. 7 ist ein Saugventil, das sich auf der Kolbenstirnseite befindet, und 8 sind die Saugkanäle im Ventilkopf H. Die Flüssigkeit wird aus dem Tank T angesaugt, fließt durch das Rohr 9 (F i g. 1), die Saugkammer 10 im Ventilkopf H, die ringförmige, konzentrisch zur Kolbenachse angeordnete Zulaufkammer 11 und endlich durch die Kanäle bis zu den Eintrittsstellen, die während des Druckhubes vom Saugventil 7 gesperrt sind. Das Saugventil 7 wird von einer Schraubenfeder 12 gegen die Öffnungen der Kanäle 8 gepreßt. Während der Saugperiode wird die Feder 12 zusammengedrückt, und Flüssigkeit wird durch die Saugkanäle 8 in den Zylinder 5 gesaugt.In Fig. 2, 5 denotes the cylinder and 6 denotes the piston of the piston device. 7 is a suction valve, which is located on the piston face, and 8 are the suction channels in the valve head H. The liquid is sucked in from the tank T, flows through the pipe 9 (Fig. 1), the suction chamber 10 in the valve head H, the annular inlet chamber 11 arranged concentrically to the piston axis and finally through the channels to the entry points which are blocked by the suction valve 7 during the pressure stroke. The suction valve 7 is pressed against the openings of the channels 8 by a helical spring 12. During the suction period, the spring 12 is compressed and liquid is drawn into the cylinder 5 through the suction channels 8.

Das Kolbenende 6' des Kolbens 6 ist so geformt, daß es genau in die Bohrung 7' im Saugventil 7 paßt. Während des Druckhubes tritt also das Kolbenende in die Bohrung des Saugventils 7 hinein, welche zugleich die Öffnung des Auslaßventils ist, von dem gleich die Rede sein wird.The piston end 6 'of the piston 6 is shaped so that it fits exactly into the Hole 7 'in the suction valve 7 fits. The piston end occurs during the pressure stroke into the bore of the suction valve 7, which is also the opening of the outlet valve which will be discussed in a moment.

13 ist ein Auslaßventil, das mittels einer Schraubenfeder 14 gegen einen Auslaßkanal 15 gepreßt wird. Das Ventil 13 hat auf einer Seite ein flaches Ende, das durch eine Feder 16 gegen den Kanal 15 gepreßt wird, um das Auslaßventil zu schließen. Während der Ausstoßperiode tritt die Flüssigkeit durch im beweglichen Ventilkörper 13 vorgesehene Nuten aus. Durch die Kombination von vorstehendem Kolbenende 6', der dazu passenden Bohrung 7' und der konzentrischen Anordnung des Auslaßventils mit dem ringförmigen Saugventil 7 wird der schädliche Raum im Zylinder auf ein Minimum reduziert.13 is an outlet valve, which by means of a coil spring 14 against an outlet channel 15 is pressed. The valve 13 has a flat one on one side End which is pressed by a spring 16 against the channel 15 to the outlet valve close. During the ejection period, the liquid passes through the mobile Valve body 13 provided from grooves. By combining the protruding end of the piston 6 ', the matching bore 7' and the concentric arrangement of the outlet valve with the annular suction valve 7, the harmful space in the cylinder is minimized reduced.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, verbindet eine Bohrung 17 den oberen Teil der Zulaufkammer 11 mit einer zweiten Kammer 18. Dadurch kann man Dampf aus der angesaugten Flüssigkeit entfernen, indem man ihn aus der Kammer 11 in eine Gasaustrittskammer 19 führt und von dort durch die Austrittsleitung 20 in den oberen, Dampf enthaltenden Teil des Behälters T leitet.As shown in FIG. 2, a bore 17 connects the upper part of the inlet chamber 11 with a second chamber 18. This allows steam to be removed from the sucked-in liquid by leading it out of the chamber 11 into a gas outlet chamber 19 and from there through the outlet line 20 into the upper part of the container T containing steam.

Das während des Druckhubes am Kolben 6 vorbeistreichende Leckgas gelangt durch Bohrungen 21, die Kammern 18 und 19 und die Leitung 20 in den Behälter T.The leakage gas passing by the piston 6 during the pressure stroke passes through bores 21, the chambers 18 and 19 and the line 20 into the container T.

Durch die Zulaufkammer 11 wird erreicht, daß während der Saugperiode nur Flüssigkeit durch die Kanäle 8 und durch das Saugventil 7 in den Zylinder 5 gesaugt wird, während etwaiger Dampf in den Tank T zurückgeführt wird.The inlet chamber 11 ensures that only liquid is sucked through the channels 8 and through the suction valve 7 into the cylinder 5 during the suction period, while any steam is returned to the tank T.

Durch die Anordnung der Leckgaskanäle werden die kalten Teile der Pumpe gegen Wärmezufuhr von außen geschützt. Die Zulaufkammer 11 ist umgeben von der Kammer 18; der Zylinderraum ist umgeben von zahlreichen Bohrungen 21. The arrangement of the leakage gas ducts protects the cold parts of the pump against external heat input. The inlet chamber 11 is surrounded by the chamber 18; the cylinder space is surrounded by numerous bores 21.

Das Leckgas, welches durch die Bohrungen 21 und die Kammer 18 in den Tank T zurückfließt, wird also die aus der Umgebung eintretende Wärme aufnehmen und in den Tank führen, so daß die Wärme nicht in das Innere des Zylinders eintreten kann und eine Verdampfung der im Zylinder 5 befindlichen Flüssigkeit verhindert wird.The leakage gas, which flows back into the tank T through the bores 21 and the chamber 18 , will therefore absorb the heat entering from the environment and lead it into the tank, so that the heat cannot enter the interior of the cylinder and the in Cylinder 5 located liquid is prevented.

Claims

Claims: 1. High pressure piston pump for cryogenic liquids with a centrally arranged pressure valve and an annular suction valve provided concentrically to this, characterized in that the suction valve (7) is connected to an annular inlet chamber (11) which is concentrically filled with a gas Chamber (18) is surrounded, which is in communication with the inlet chamber (11) and with leakage gas collection points in the cylinder (5).

2. High pressure piston pump according to claim 1, characterized in that the inlet chamber (11) at the top Place is connected to the chamber (18) by means of a bore (17).

3. High-pressure piston pump according to claim 1, characterized in that the cylinder (5) has a number of bores (21) which lead into the chamber (18) .

4. High pressure piston pump according to claim 1, characterized in that the piston (6) with its piston end (6 ') fits into the bore (7') of the suction valve (7). Considered publications: Austrian patent specification No. 212 706.