KR20130052519A - 극저온 왕복동 펌프 중간 거리 피스 - Google Patents

극저온 왕복동 펌프 중간 거리 피스 Download PDF

Info

Publication number
KR20130052519A
KR20130052519A KR1020120126004A KR20120126004A KR20130052519A KR 20130052519 A KR20130052519 A KR 20130052519A KR 1020120126004 A KR1020120126004 A KR 1020120126004A KR 20120126004 A KR20120126004 A KR 20120126004A KR 20130052519 A KR20130052519 A KR 20130052519A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
distance piece
intermediate distance
piston
fluid
heating element
Prior art date
Application number
KR1020120126004A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101429355B1 (ko
Inventor
존 찰스 스트리트
Original Assignee
에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드 filed Critical 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
Publication of KR20130052519A publication Critical patent/KR20130052519A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101429355B1 publication Critical patent/KR101429355B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B15/00—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04B15/06—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts for liquids near their boiling point, e.g. under subnormal pressure
    • F04B15/08—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts for liquids near their boiling point, e.g. under subnormal pressure the liquids having low boiling points
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B19/00—Machines or pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B17/00
    • F04B19/04—Pumps for special use
    • F04B19/06—Pumps for delivery of both liquid and elastic fluids at the same time
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B37/00—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/06—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means
    • F04B37/08—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means by condensing or freezing, e.g. cryogenic pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/02—Packing the free space between cylinders and pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/08—Cooling; Heating; Preventing freezing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Compressor (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)
  • Details Of Reciprocating Pumps (AREA)

Abstract

본 발명은 펌프의 피스톤 팩킹 시일들을 가온하기 위해서 극저온 왕복동 펌프의 중간 거리 피스의 노우즈 내로 가열 요소들을 제공하는 것을 교시한다. 가열 요소들은 피스톤 팩킹 시일들의 온도를 높여서 펌프가 작동되는 동안 시일들의 변형을 제한한다. 또한, 서리가 피스톤 팩킹 시일들을 방해하는 것을 감소 또는 배제하기 위해서, 따뜻한 건조 증기 퍼지가 중간 거리 피스의 내부로 제공될 수 있다.

Description

극저온 왕복동 펌프 중간 거리 피스{CRYOGENIC RECIPROCATING PUMP INTERMEDIATE DISTANCE PIECE}
극저온 액체들을 위해서 설계된 용적형(positive-displacement) 왕복동 펌프들 또는 극저온 왕복동 펌프들은, 극저온 액체로서 질소를 급송하고, 보다 높은 압력으로 펌핑하고 증발시켜, 유정(well), 파이프라인, 선박(vessel)에 주입하거나 기타 방식으로 최종 용도를 위해 급송하게 되는 석유 시추 분야 및 산업적 용례를 위해 이동 가능 장비 상에서 일반적으로 사용된다. 많은 상업적으로 제조된 디자인들은 온난(warm) 단부, 병렬로 배치된 복수의 저온 단부들, 및 각각의 저온 단부들을 상기 온난 단부에 연결하는 중간 거리 피스들을 포함한다.
온난 단부는 회전 운동을 저온 단부들을 위한 선형 운동으로 변환하는 하우징, 크랭크샤프트, 커넥팅 로드들, 그리고 크로스헤드들을 더 포함한다. 저온 단부는 플런저 또는 피스톤, 실린더, 실린더 헤드, 흡입 밸브, 및 배출 밸브를 포함하는 펌프 본체이다. 중간 거리 피스는 온난 단부를 저온 단부들로부터 열적으로 격리시키는 한편, 저온 단부 피스톤을 온난 단부 크로스헤드들과 정렬시킨다.
일반적인 상업적 저온 단부 구조들은 저온 단부 실린더로부터 피스톤 행정 길이를 약간 초과하여 위치되는 피스톤 팩킹 시일들을 가진다. 피스톤 팩킹 시일들은 저압 극저온 질소가 대기로 누출되는 것을 방지하고 극저온 온도를 견딜 수 없는 온난 단부 크로스헤드 오일 시일들 상으로 극저온 질소가 잠재적으로 분사되는 것을 방지한다.
저온 단부 피스톤은 물의 동결점 미만에서 작동되고, 그에 따라 중간 거리 피스 내의 주변 공기에 노출되는 저온 단부 피스톤의 일부 상에 얼음이 형성될 수 있다. 오염물질, 주로 얼음을 피스톤으로부터 제거하기 위해서, 와이퍼라고도 지칭되는 금속제 스크레이퍼(scraper)가 저온 단부 실린더로부터 반대쪽에서 피스톤 팩킹 시일들에 근접하여 위치될 수 있다. 와이퍼는, 극저온 왕복동 펌프가 그 디자인 엔벨로프(envelope)의 상부 부분 내에서 소정 속도로 작동될 때 효과적인 것으로 입증되었으나, 와이퍼는, 극저온 왕복동 펌프가 느린 속도로 작동될 때에는 비효율적인 것으로 입증되었다.
피스톤 팩킹 시일들은 주로 플라스틱 재료들로 이루어지고, 일반적으로 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 유리섬유 또는 탄소와 같은 구조적 개질재들(modifiers)의 혼합물이다. 이러한 재료들은 극저온 온도들에서 서비스하기에 적합하나, 피스톤 팩킹 시일들이 둘러싸는 저온 단부 피스톤보다 상당히 큰 열 수축율을 가진다. 그러한 열 수축 차이는 낮은 온도들에서 피스톤 팩킹 시일들 내에서 응력을 증대시키고, 결과적으로 증대된 저온 유동 변형을 초래한다.
많은 상업적인 극저온 왕복동 펌프들의 디자인은, 특히 펌프가 서리를 제거할 수 있게 되기 전에 10 시간보다 실질적으로 짧은 기간 동안 작동될 때, 또는 펌프가 그 설계 속도 범위의 상부 절반(upper half)에서 회전될 때, 많은 용도들에 대한 적절한 절충안(compromise)이다. 그러나, 이들 구조는, 펌프가 오랜 기간 동안 느린 속도로 작동될 때 공통적인 문제점들을 초래한다. 연속적인 작동 동안에, 저온 단부들 및 중간 거리 피스들 상에서의 얼음 형성은 소정 기간에 걸쳐 축적되도록 계속된다. 얼음 축적은 피스톤 팩킹 시일들 주위의 중간 거리 피스 및 저온 단부의 부분들을 절연시키고, 그리고 피스톤 팩킹 시일들의 온도가 연속적인 작동의 시작 후에 수시간에 걸쳐 계속적으로 감소된다. 낮은 온도에서의 연장된 지속시간은, 다시 가온되었을 때 실링을 방해하는 피스톤 팩킹 시일들의 변형을 유발한다. 또한, 일반적인 와이퍼들은, 충분한 속도에서 작동될 때, 주변 수증기에 노출된 결과로 인한 모든 응축물 및 성에를 피스톤으로부터 제거할 수 있는 유효한 수단인 것으로 입증되었으나, 그러한 와이퍼들은, 양호한 조건에서조차도, 느린 펌프 속도에서 피스톤 상에 형성된 단단한 서리를 종종 제거할 수 없다.
이전의 저온 단부 디자인들은 피스톤 팩킹 시일들을 펌핑된 유체보다 실질적으로 더 따뜻하게 유지하기 위한 수단을 포함하였다. 그러한 다양한 구조들의 구성들은 피스톤 팩킹으로부터 전도되는 열을 줄이기 위한 긴 치수들, 주변 공기로부터 피스톤 팩킹으로의 열 전달을 증가시키기 위한 피스톤 팩킹 주위의 핀들(fins), 피스톤 팩킹을 펌핑 챔버 내의 저온으로부터 단열하기 위한 절연 섹션들, 그리고 피스톤 팩킹 시일들 주위의 하우징에 일체화된 피스톤 팩킹 시일들 가온 유체 재킷을 포함한다. 이들 구성들의 단점은, 이 구성들이 극저온 왕복동 펌프의 치수들을 일반적으로 증대시킨다는 것이고, 이는 트럭이나 트레일러에 장착하는데 있어서 바람직하지 못하고, 그리고 저온 단부들의 교체를 보다 더 어렵게 만든다는 것이다.
통상적인 극저온 왕복동 펌프 구조들의 일부 구성들은, 극저온 저장 탱크로 복귀되어야 하는 증기를 줄이기 위해서, 극저온 유체가 펌핑될 때 극저온 유체로 전달되는 열을 줄이는 것에 중점을 둔다. 탱크로 복귀되는 증기는 저장된 극저온 유체의 온도를 증가시켜, 극저온 왕복동 펌프에 대해서 이용가능한 유효 흡입 수두(net positive suction head)를 감소시킨다. 복귀되는 증기는 또한 극저온 저장 탱크의 작동 압력으로 인해서 대기로 직접적으로 환기될 수 있을 것이다. 이러한 특징들은 온난 단부로부터 저온 단부로 전달되는 열을 제한하고, 그리고 진공-절연된 섹션으로 종종 저온 단부 하우징을 통해서 주변 공기로부터 펌핑 챔버 내로 직접적으로 열이 전달되는 것을 감소시킨다.
석유 시추 분야 용례들을 위한 제조자들(예를 들어, ACD, NOV HydraRig, CS&P Technologies)이 지정한 많은 상업적인 극저온 왕복동 펌프들은 저온 단부로의 열 전달을 제한하기 위한 유사한 설계상 특징들을 이용하지 않는데, 이는 극저온 왕복동 펌프를 포함하는 장비가 통상적으로 극저온 왕복동 펌프에 대해서 이용가능한 유효 흡입 수도를 증가시키기 위해서 극저온 원심 펌프를 또한 포함하기 대문이다. 또한, 극저온 왕복동 펌프 내에서 발생된 증기가 대기로 환기될 때, 그 양은 석유 시추 용례들을 위해 시판되고 있는 많은 극저온 왕복동 펌프들의 비교적 높은 비율들에 비해 현저하진 않다.
석유 시추 분야 용례들을 위해 시판되고 있는 극저온 왕복동 펌프들의 저온 단부들은 일반적으로 저온 단부 하우징 내의 액체 질소가 피스톤 팩킹 시일들과 직접적으로 접촉할 수 있게 허용한다. 이러한 펌프들은 온난 단부로부터 중간 거리 피스를 통해서 저온 단부 내로 과다한 열이 전달되는 것을 방지하도록 설계되어, 온난 단부 내의 윤활 오일의 동결을 방지하나, 이러한 구조들은 극저온 유체의 온도보다 상당히 높게 피스톤 팩킹 시일들을 유지하기 위한 임의의 메커니즘 또는 구성을 포함하지 않는다. 석유 시추 용례들을 위해 시판되고 있는 저온 단부들의 이러한 구조들은 피스톤 팩킹 시일들에 대한 저온 단부 상에서의 가열 재킷 또는 확장된 열 전달 표면적을 허용하지 않는데, 이는 피스톤 팩킹 시일들이 중간 거리 피스에 의해서 바로 둘러싸인 저온 단부 하우징의 섹션 내에 설치되기 때문이다. 그에 따라, 석유 시추 용례들을 위한 극저온 왕복동 펌프들의 피스톤 팩킹 시일들은, 저온 단부들 내의 인접 부분들에 의해서 제한되는 동안, 반복된 열 팽창 및 수축을 겪으며, 그리고 피스톤 팩킹 시일들이 변형된다. 피스톤 팩킹 시일들 내의 변형은 저온 단부 하우징 내의 유체를 시일하는 능력을 손상시킨다.
그에 따라, 피스톤 팩킹 시일들이 극저온 유체와 가까이 근접하는 극저온 왕복동 펌프 저온 단부들 내의 피스톤 팩킹 시일들을 가온하기 위한 수단에 대한 요구가 당업계에서 존재하고, 그리고 피스톤 팩킹 시일들을 가온하기 위해서 저온 단부를 개선하기 위한 수단이 없다. 연속적으로 그리고 느린 작동 속도로 작동될 때 피스톤 팩킹 시일들의 수명을 연장하기 위해서, 피스톤 팩킹 시일들을 가온하기 위한 수단이 요구된다.
개시된 실시예는 피스톤 팩킹 시일들을 가온하도록 구성된 중간 거리 피스, 그리고 느린 펌프 속도에서의 작동으로 인해서 와이퍼가 적절하게 작용하지 못할 때 저온 단부 피스톤 상에 얼음이 축적되는 것을 방지하기 위한 수단을 제공함으로써 종래 기술에서의 요구를 충족시킨다.
일 실시예에서, 중간 거리 피스가 개시되고, 그러한 중간 거리 피스는: 피스톤 팩킹 시일들을 가온하기 위해서 극저온 왕복동 펌프 저온 단부 하우징을 통해서 열을 전달하기 위한 가열 요소들; 온난 단부 크로스헤드를 저온 단부 피스톤에 기계적으로 커플링하는 데에 필요한 중간 거리 피스의 접근 윈도우들에 대한 실링 커버; 그리고 따뜻한 건조 증기로 중간 거리 피스를 퍼지함으로써 중간 거리 피스 내로부터 주변 수증기를 제거하기 위한 퍼지 연결부를 포함한다.
전술한 요약뿐만 아니라, 예시적인 실시예들에 대한 이하의 설명은 첨부 도면들을 참조할 때보다 잘 이해될 수 있을 것이다. 실시예들에 대한 설명을 위해서, 예시적인 구성들을 도시하였지만, 본 발명은 개시된 특정 방법 및 장치들로 제한되지 않는다.
도 1은 온난 단부, 저온 단부, 및 중간 거리 피스를 포함하는 예시적인 전체 극저온 왕복동 펌프 조립체를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 예시적인 저온 단부의 부분 단면도이다.
도 3a는 본 발명에 따라 개시된 예시적인 중간 거리 피스의 프로파일 도면(profile view)이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 동일한 중간 거리 피스의 단부도이다.
도 4는 본 발명에 따른 예시적인 장치를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따라 개시된 중간 거리 피스를 포함하는 시스템의 개략도이다.
본 발명의 실시예는, 중간 거리 피스의 접근 윈도우들을 통한 공기 유동을 실링하기 위한 커버들 및 상기 중간 거리 피스의 내부 부피 내로 수분이 침투하는 것을 방지하기 위한 건조 가스의 공급을 도입하기 위한 포트를 포함하는 종래 기술의 구성들과 함께, 저온 단부의 하우징을 통해서 피스톤 팩킹 시일들(packing seals)로 열을 전달하도록 위치된 가열 요소들을 포함하는 극저온 왕복동 펌프를 위한 중간 거리 피스에 관한 것이다.
일부 극저온 펌프들에서, 특히 하우징이 저온인 동안에 펌프 페이스 시일에서 얼음이 형성되는 것을 방지하여야 하는 연속 작동 또는 대기(standby) 동안의 극저온 원심 펌프에서, 시일 퍼지(seal purge)를 통상적으로 이용한다. 시일 퍼지는 시일들을 마모시키는 얼음의 형성을 방지함으로써 시일 수명을 개선한다. 원심 펌프들과 대조적으로, 극저온 왕복동 펌프들은, 오물 또는 얼음과 같은 오염물질을 제거하여 피스톤 팩킹 시일들을 보호하기 위해서 날카로운 엣지를 가지는 팩킹 시일들의 대기 측(atmospheric side)에 인접하게 위치되는 플라스틱제 또는 금속제 와이퍼만을 일반적으로 이용한다.
와이퍼는 몇 가지 이유로 인해서 느린 펌프 속도에서 단단한 서리(rime)를 제거하는데 있어서 덜 효과적이 된다. 느린 펌프 속도들에서 저온 단부 피스톤은 흡입 행정의 말기에 오랜 시간 동안 주변(ambient) 공기에 노출된다. 대기 공기에 노출되는 긴 지속시간은 피스톤 상에서 응축되는 수분의 양을 증가시키고 그리고 피스톤의 노출된 부분이 와이퍼를 통해서 이동하기 전까지 동결이 이루어지는 보다 긴 기간을 제공한다. 더 느린 피스톤 속도는 보다 고속인 속도들보다 마찰로 인한 열을 덜 발생시키며, 그에 따라 저온 단부 피스톤, 실린더, 및 피스톤 팩킹 시일들 모두가 펌프를 통과하는 극저온 유체의 온도에 접근한다. 또한, 느린 펌프 속도에서, 펌프의 온난 단부는 유사한 배출 압력에서의 고속의 경우보다 적은 동력을 전달한다. 적은 동력 출력에서, 펌프 온난 단부는 주변 온도보다 상당히 높게 작동하지 않을 것이고 그리고 중간 거리 피스를 통해서 피스톤 팩킹 시일들까지 열을 덜 전달할 것이다.
느린 펌프 속도에서의 작동 이외에, 낮은 배출 압력에서의 극저온 왕복동 펌프의 작동은 피스톤 링들을 통과하는 동안 갑자기 증기로 증발하는 극저온 유체의 비율(rate)을 감소시킨다. 이러한 증기는 블로우바이(blowby) 증기로 지칭되고, 그리고 피스톤과 저온 단부의 헤드에 반대되는 펌프 실린더의 단부 사이에서 유동한다. 블로우바이 증기는 저온 단부 실린더의 후방부(back)의 포트를 통해서 피스톤 팩킹 시일들에 인접한 영역을 빠져나가야 하고, 이어서 실린더 슬리브의 상단부를 따라서 길이방향 홈을 통해 환기(vent) 포트까지 이동하여야 한다. 블로우바이 증기의 충분한 발생은, 저온 단부 실린더 슬리브 주위의 홈들을 통과하는 극저온 액체가 실린더 슬리브의 후방부에서 포트들을 통해서 공급되는 것을 방지함으로써, 농축 극저온 액체로부터 피스톤 팩킹 시일들을 어느 정도 절연시킨다.
석유 시추 분야를 위해 3중 및 5중 구성으로 제조된 극저온 왕복동 펌프들은 단지 소수의 예외들을 제외하고 중간 거리 피스의 구조에 있어서 유사한 기본 사항을 공유한다. 공통 설계 접근방식에서는, 저온 단부 하우징의 후방 절반부 상의 외경와 중간 거리 피스의 노우즈(nose)에서의 보어 상의 나사들을 서로 맞물리게 함으로써, 저온 단부가 중간 거리 피스에 연결될 것을 요구한다. 저온 단부가 저온 단부 유체 포트들의 방향 및 저온 단부 피스톤 헤드 간격을 기초로 적절한 위치에 셋팅될 때, 저온 단부 하우징의 외경 상의 나사 형성 너트가 중간 거리 피스의 노우즈에 대해서 조여진다.
각각의 중간 거리 피스는 중간 거리 피스의 축을 가로질러 배치되는 2개의 윈도우들을 구비한다. 윈도우들은 저온 단부 피스톤을 온난 단부의 크로스헤드(crosshead)에 물리적으로 커플링시키기 위한 작업자를 위한 접근로를 제공한다. 펌프 구조들의 대부분은 중간 거리 피스의 윈도우들에 대한 제조업자 공급형 커버를 제공하지 않으나; 윈도우들 위에 플라스틱 시트를 탭핑(tapping)함으로써 윈도우들이 간단하게 실링될 수 있거나, 또는 폐쇄형-셀 포옴 고무(closed-cell foam rubber) 시일들을 제조함으로써 보다 영구적으로 실링될 수 있다.
석유 시추 분야를 위한 극저온 왕복동 펌프들에 대한 대부분의 중간 거리 피스 구조들은 온난 단부 크로스헤드 오일 시일에 인접한 하나 이상의 드레인 홀들을 가진다. 드레인 홀들은 온난 단부 상에 설치되었을 때 중간 거리 피스의 하단부에 위치되고 그리고 임의의 잔류 오일 및 물을 드레인하는 역할을 한다. 그 대신에, 크로스헤드의 단부로부터 수직으로 가로지르는 윈도우들을 가지도록 설계된 중간 거리 피스가 드레인 홀들을 가지지 않을 수 있는데, 이는 하부 윈도우가 잔류 오일 및 물을 드레인할 것이기 때문이다. 드레인 홀들을 가지는 중간 거리 피스의 윈도우들이 실링될 때, 퍼지 가스 또는 팩킹 누설물들을 환기하기 위한 수용부들이 필요하지 않다. 만약 드레인 홀들이 없는 중간 거리 피스들의 윈도우들이 커버된다면, 퍼지 가스를 환기시키기 위해서, 그리고 피스톤 팩킹 시일 누설이 발생하는 경우에 과압을 방지하기 위해서, 하부 윈도우 커버는 오일 및 물을 드레인하기 위한 포트들을 반드시 가져야 한다.
피스톤 팩킹 시일은 저온 단부 하우징 내부의 압력이 피스톤에 의해서 빠져나가는 것을 방지하기 위한 복수의 플라스틱 시일들을 포함한다. 개별적인 플라스틱 시일들은 공통적으로 금속 이격부재들에 의해서 서로로부터 분리된다. 금속 이격부재들 주위의 하나 이상의 엘라스토머 o-링들은 저온 단부 하우징 내부의 압력이 팩킹 시일들과 저온 단부 하우징 사이에서 빠져나가는 것을 방지한다. 피스톤 팩킹 시일들의 모든 구성 요소들은 스프링 또는 스프링들에 의해 하중이 인가되어 저온에서 재료들이 수축할 때 그 구성 요소들을 타이트하게 유지한다.
일반적으로 사용되는 플라스틱 시일 재료들이 극저온용으로 규격이 정해진다는 점에서 피스톤 팩킹 시일들의 작동 온도를 높이는 것이 수명을 개선할 것이라는 점은 소위 당업자들에게 자명하지 않다. 플라스틱 시일들은 일반적으로 유리섬유 또는 탄소와 같은 구조적 개질재(modifiers)와 블렌딩된 PTFE이나, 연속적인 응력으로 인해서 기간에 걸쳐 서서히 변형이 발생하는 경우에, 크리프(creep) 또는 냉간 유동(cold flow)으로 알려져 있는 현상에 대해서는 그러한 PTFE-계 시일들이 여전히 민감하다.
또한, 피스톤 팩킹 시일들이 순환하는 극저온 유체와 근접하여 소통하고 그리고 저온 단부의 스테인리스 하우징이 알루미늄 또는 구리 합금들 또는 저합금강에 비해서 양호한 열 전도체가 아니기 때문에, 중간 거리 피스에 대한 열 인가가 피스톤 팩킹 시일들의 작동 온도를 상당히 증가시킬 수 있다는 점은 당업자에게 자명하지 않다.
피스톤 팩킹 시일들에서 사용되는 플라스틱 시일 재료들은 이들이 실링 접촉하게 될 스테인리스강 피스톤보다 상당히 더 큰 열팽창 계수를 가진다. 피스톤 및 피스톤 팩킹 시일들의 온도가 낮아짐에 따라, 자유로운 플라스틱 시일들의 치수들이 피스톤보다 더 많이 수축한다. 이는 작동 중에 피스톤 팩킹 시일 내의 응력을 높인다. 응력의 증가는 온도 감소에 대응하여 피스톤 팩킹 시일들의 변형 비율을 증가시킨다. 피스톤 팩킹 시일들의 세트가 100 시간을 초과하여 저온에 작동된 후에, 피스톤 팩킹 시일들은 저온 동안에는 피스톤과 실링 접촉을 유지하나, 저온이 중단되었을 때 그리고 가온될 때, 피스톤 팩킹 시일들의 내경이 피스톤과 연속적인 둘레 접촉을 이루지 못할 수 있고, 그리고 다시 냉각될 때 누출될 가능성이 있다. 가온될 때 피스톤 팩킹 시일들이 피스톤에 대해서 타이트하게 유지되도록, 저온 작동 중에 팩킹의 온도를 높이는 것이 최상이다.
그러나, 180도의 디젤 엔진 냉각제를 중간 거리 피스의 노우즈 내로 드릴링된 홀들 내로 순환시킴으로써 중간 거리 피스에 열을 인가하면, 연속적인 작동 중에, 팩킹 누름부(gland)의 온도가 성에(frost) 및 응축이 없다는 점에서 겉보기에 32 ℉보다 훨씬 더 높은 온도가 되는 정도까지 피스톤 팩킹 영역을 가온할 수 있다는 놀라운 결과를 본 발명자들이 발견하였다.
본 발명자들은 또한 느린 속도로 2 시간보다 더 긴 기간 동안 펌프를 작동할 때, 중간 거리 피스를 가열하는 것이 저온 단부 피스톤 상에서의 얼음 축적을 증가시킨다는 놀라운 결과를 발견하였다. 피스톤 상에서의 얼음의 축적 증가는, 중간 거리 피스가 얼음으로 덮였을 때보다 공기중의 수증기 함량이 더 높은 중간 거리 피스 내의 국소적인 분위기의 결과로서, 피스톤의 가까운 근접부에서의 공기를 계속적으로 냉각시키고 중간 거리 피스의 표면 상에서 수분을 안개로 또는 성에로 응축시키기 때문으로 믿어진다.
저온 단부 하우징이 중간 거리 피스 내로 나사체결되는 펌프 디자인들의 어느 것도 피스톤 팩킹 시일들로 열을 효과적으로 전달할 수 있는 방식으로 저온 단부로 열을 인가하는 어떠한 방안도 제공하지 않는다. 저온 단부 하우징 너트의 전방에서 저온 단부로 가열 재킷을 부가하는 것은 펌프의 헤드에서 극저온 유체로 전달되는 열을 실질적으로 증가시키고 그리고 펌핑 챔버 내에서 공동화(cavitation) 가능성을 더 크게 하는 결과를 초래하기 쉽다.
중간 거리 피스들은 약 15,000 파운드(66,723 N) 내지 60,000 파운드(266,893 N) 초과까지의 힘의 범위의 주기적 인장 하중을 수용하여야 한다. 중간 거리 피스는 종종 윈도우들 없이 구성 요소들의 섹션들을 보강하기 위한 리브들(ribs)을 종종 가진다. 리브들은 가장 일반적으로 주철로 이루어진다. 윈도우들의 전방에서 중간 거리 피스의 노우즈는 작동으로부터의 주기적 하중를 수용하기 위해서 필수적인 최소치를 초과하여 금속을 또한 가지며, 그리고 이러한 재료의 일부가 구성 요소의 구조적 무결성(integrity)을 해치지 않고 제거될 수 있다.
개시된 본 발명의 실시예는 가열 요소를 삽입하기 위한 목적으로 중간 거리 피스의 노우즈 내로 드릴링된 홀들에 관한 것이다. 중간 거리 피스의 노우즈를 통해서 전도되는 열은 피스톤 팩킹 시일들을 거의 최적으로 가온하는 위치에서 저온 단부 하우징에 연결되는 기계적 나사 이음을 통해서 전도된다.
극저온 왕복동 펌프들을 이용하는 질소 펌퍼들(pumpers)이 엔진 냉각제로부터 라디에이터를 통해서 대기로 과다 열을 발산하여야 하는 하나 이상의 디젤 엔진들에 의해서 동력을 공급받는다. 엔진 냉각제는 중간 거리 피스에 대한 적절한 가열 매체인데, 이는 온도가 정상 작동 중에 안정적이고, 그리고 온도가 피스톤 팩킹 시일들을 구성하는 플라스틱들 및 엘라스토머들의 온도 규격을 초과하지 않을 것이기 때문이다. 바람직하게, 따뜻한 엔진 냉각제를 드릴링된 홀들 내로 주입 및 순환시킬 수 있도록 간단한 장치가 조립된다. 엔진 냉각수 펌프의 배출물로부터의 따뜻한 냉각제는 중간 거리 피스들 내의 홀들로 냉각제를 분배하기 위한 매니폴드로 안내되는 소량의 부분과 엔진 냉각제 통로들(galleries)을 통해서 순환될 다량의 부분으로 분할된다. 중간 거리 피스의 홀들을 통해서 순환되는 냉각제는 엔진 냉각제 온도 조절 장치 하우징과 같은 낮은 압력의 엔진 냉각제 회로의 섹션으로 복귀될 수 있다.
그 대신에, 전기 저항 가열 요소가 드릴링된 홀들 내로 삽입될 수 있다. 홀들은 중간 거리 피스의 노우즈 내의 금속 부피에 비해서 상당한 크기의 열 전달 면적을 제공한다. 또한, 저온 단부를 중간 거리 피스로 연결하는 기계적 나사들은 중간 거리 피스로부터 저온 단부 하우징의 후방부로 열을 전달하기 위한 상당한 표면적을 제공한다. 저온 단부 하우징의 후방부에서의 열은 전도에 의해서 팩킹 누름부 내로 전달되고 그리고 복사 열 전달에 의해서 피스톤 팩킹 시일들을 분리하는 금속 스페이서들로 전달된다.
히터 요소 홀을 드릴링하지 않은 채 중간 거리 피스을 가열하는 기타 대안적인 수단은: 연료-점화형 복사 히터들; 촉매 복사 히터들; 가열 램프들을 포함하는 전기 복사 히터들; 및 전기 유도 가열을 포함하나, 이러한 것으로 한정되는 것은 아니다.
도 1은 석유 시추 산업를 위해서 설계된 통상적인 3중 극저온 왕복동 펌프(100)를 도시한 도면이다. 온난 단부(102)가 3개의 중간 섹션들(106)을 통해서 3개의 저온 단부들(104)과 병렬로 연결된다. 간결함을 위해서, 하나의 저온 단부(104) 및 중간 섹션(106)만을 도 1에 도시하였으며, 이러한 첫번째 구성 요소에 대해 동일 구성 요소들이 연달아 조립된다. 온난 단부(102)는 크랭크샤프트(108)로부터 크로스헤드(110)의 왕복 선형 운동으로 회전 동력을 전달한다. 온난 단부(102)가 오일-윤활되고, 그리고 오일 시일들(112)은 왕복하는 크로스헤드(110)에 의해서 윤활 오일이 빠져나가는 것을 방지한다.
극저온 액체가 저온 단부(104)의 흡입 포트(114)로 유입된다. 극저온 액체의 다량의 부분이 흡입 밸브(도시하지 않음)를 통해서 펌핑 챔버(도시하지 않음)로 유입된다. 펌핑 챔버 내에서, 온난 단부(102)로부터 멀어지는 피스톤(116)의 운동은 펌핑 챔버 내의 극저온 액체의 압력을 높이고, 그리고 액체가 배출 밸브(도시하지 않음)를 통해서 흘러 배출 포트(118)를 통해서 저온 단부(104)를 빠져나간다. 흡입 포트(114)로 들어가는 액체의 소량의 부분이 저온 단부(104) 내에서 피스톤 링들(도시하지 않음)을 지나서 탈출하는 블로우바이 증기와 합쳐져 환기 포트(120)를 통해서 빠져나가, 극저온 액체 저장 탱크(도시하지 않음)로 되돌아 간다. 크로스헤드(110)는 기계적 커플링 클램프(122)를 통해서 왕복 운동을 피스톤(116)으로 전달한다.
도 2는 저온 단부(104) 및 중간 거리 피스(106)를 포함하는 극저온 왕복동 펌프(100)의 부분적인 절개도를 도시한다. 저온 단부(104)는 길이방향 축(105)을 가진다. 하우징(124)은 수형 기계적 나사들(126)을 구비하고, 그러한 수형 기계적 나사들은 저온 단부(104)의 피스톤을 중간 거리 피스(106) 내에 고정한다. 중간 거리 피스(106)에 대한 기계적 나사들(126)의 결합을 조이기 위해서 하우징 너트(128)가 나사체결된다.
실린더 라이너(130)는 펌핑 챔버(132)를 포함한다. 하우징(124) 내부의 포트(133) 및 실린더 라이너(130)의 외부를 따른 길이방향 홈들(134)은 저온 단부(104)의 흡입 포트(도시하지 않음)로 들어가는 극저온 유체의 소량의 부분을 냉각을 위해서 실린더 라이너(130) 주위로 안내된다.
피스톤(116)이 실린더 라이너(130) 내에 장착된다. 피스톤(116)은 온난 단부 크로스헤드(도시하지 않음)에 의해서 구동된다. 크로스헤드(도시하지 않음)는 피스톤(116)을 헤드(도시하지 않음)로 이동시키기 위한 운동을 노브(136) 내로 직접 전달한다. 크로스헤드(도시하지 않음)는, 커플링 어댑터(138)의 베벨형(beveled) 엣지를 파지하는 기계적 커플링 클램프(도시하지 않음)를 통해서, 피스톤(116)을 헤드(도시하지 않음)로부터 멀리 잡아당긴다. 노브(136)와 커플링 어댑터(138) 사이의 방사상 및 축방향 공차들이 제한된 운동 자유도를 허용하며, 그에 따라 방사상 로드들이 크로스헤드(도시하지 않음)로부터 피스톤(116)으로 전달되지 않게 된다.
피스톤(116)은 2개의 라이더 밴듣들(rider bands)(140)에 의해서 실린더 라이너(liner)(130) 내에서 안내된다. 도 2는, 라이더 밴드들(140) 모두가 피스톤 링들(142)의 대향 단부들 상에 위치되는 것을 도시하나; 또한, 라이더 밴드들(140)은, 다른 실시예들에서, 피스톤(116)을 따른 다른 위치들에서 배치될 수 있을 것이다. 피스톤 링들(142)은 피스톤(116)을 실린더 라이너(130)에 대해서 실링하여, 펌핑 챔버(132) 내의 보다 높은 압력에서 극저온 액체가 피스톤(116)을 통하여 유동하는 것을 방지한다.
피스톤 링들(142)을 통한 누설은 일반적으로 환형 공간(144) 내로 유동하는 증기 및 극저온 액체의 혼합물을 형성한다. 환형 공간(144) 내의 압력은 피스톤 팩킹 시일들(146)에 의해서 대기로의 누설로부터 시일된다. 피스톤 팩킹 시일들(146)은 피스톤(116) 상의 경질 크롬 도금(148)에 대해서 시일된다. 피스톤 팩킹 시일들(146)은 팩킹 누름부(gland; 150)에 의해서 팩킹 스프링들(152)에 대해서 조여진다. 팩킹 스프링들(152)은, 주변 온도로부터 극저온 온도로 냉각될 때 피스톤 팩킹 시일들(146)이 하우징(124)보다 더 수축하기 때문에, 피스톤 팩킹 시일들(146)을 타이트하게 유지한다.
응축, 결빙 및 승화로 인해서 경질 크롬 도금(148) 상에서 모이는 수분들뿐만 아니라 공기로부터의 다른 미립자형 오염물질들이 피스톤 팩킹 시일들(146)에 손상을 입힐 수 있을 것이다. 팩킹 누름부(150) 내에 포함된 와이퍼(154)는, 피스톤(116)이 크로스헤드(도시하지 않음)에 의해서 푸싱될 때, 경질 크롬 도금(148)으로부터 수분 및 오염물질들을 제거하기 위한 것이다.
환형 공간(144) 내의 극저온 액체 및 증기의 혼합물은, 실린더 라이너(130) 주위의 길이방향 홈들(134) 내로 보내지도록, 반드시 실린더 라이너(130)의 단부 상의 수축(restrictive) 개구부들(156)을 통과하여야 한다. 길이방향 홈들(134) 내에서, 포트(133)로부터의 냉각 유체가 환형 공간(144)으로부터의 유체와 혼합되고, 그리고 환기 포트(120)를 통해서 하우징(124)을 빠져나가고 그리고 극저온 액체 저장 탱크(도시하지 않음)로 복귀된다.
도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 중간 거리 피스(106)를 도시한다. 도 3a는 본 발명에 따라 개시된 예시적인 중간 거리 피스의 프로파일 도면이다. 도 3b는 본 발명에 따라 개시된 예시적인 중간 거리 피스의 단부도이다. 중간 거리 피스(106)는, 볼트체결(도시하지 않음)을 통해서 중간 거리 피스(106)를 온난 단부(도시하지 않음)에 장착하기 위한 장착 홀들(160)을 가지는 플랜지(158)를 포함한다. 저온 단부(도시하지 않음)는 홀(162)을 통해서 중간 거리 피스(106) 내에 장착되고 그리고 암형 기계적 나사들(164)로 고정된다. 중간 거리 피스(106)는, 저온 단부 피스톤(도시하지 않음)을 온난 단부 크로스헤드(도시하지 않음)에 커플링하기 위한 접근을 허용하는, 중간 거리 피스(106)의 대향 측부들 상의 2개의 윈도우들(166 및 168)을 더 포함한다. 리브들(ribs; 170)은, 크로스헤드(도시하지 않음)로부터 저온 단부 피스톤(도시하지 않음)까지의 주기적 하중 하에서 작동하도록, 중간 거리 피스(106)를 강화시킨다. 도시된 중간 거리 피스(106)는 크로스헤드 오일 시일(도시하지 않음) 아래에 드레인 홀들(172 및 174)을 가진다. 드레인 홀들(172 및 174)은 크로스헤드 오일 시일(도시하지 않음)로부터의 오일 침출물(seepage) 및 중간 거리 피스(106) 내부에 응축된 수분이 중간 거리 피스(106)의 하단부에 웅덩이를 형성하는 것을 방지한다.
가열 포트들(176 및 178)은 서로에 대해서 거울상을 이루며, 리세스 홀들(180), 보어 홀들(182), 및 테이퍼형 파이프 나사들(184)을 포함한다. 리세스 홀들(180)은 보어 홀들(182)을 드릴가공하기 위해 윈도우들(166 및 168)을 양분하는 평면에 대해 평행한 편평 표면들을 제공하도록 밀링 가공된다. 보어 홀들(182)이 중간 거리 피스(106)의 노우즈의 가장 넓은 부분 근처에, 그리고 중간 거리 피스(106)의 윈도우들(166 및 168)을 양분하는 평면에 대해서 수직으로 드릴링된다. 보어 홀들(182)은, 중간 거리 피스(106)의 노우즈를 통과해 드릴링되지 않고 그리고 저온 단부(도시하지 않음)의 설치를 위한 홀(162)과 교차하는 일 없이, 윈도우들(166 및 168)을 양분하는 평면을 상당히 지나서 연장하도록 배치된다. 보어 홀들(182)이 드릴링된 후에, 테이퍼형 파이프 나사(184)가 보어 홀들(182)의 상단부에서 탭핑가공되어, 보어 홀들(182) 내의 냉각제 순환을 위한 피팅(fitting) 조립체(도시하지 않음)의 설치를 허용한다.
도 4는 본 발명에 따른 피팅 조립체(186)를 도시한다. 피팅 조립체(186)는 90도의 금속제 나사 형성 파이프 엘보우(188)로 이루어진다. 엘보우(188)는 금속 튜브(192)보다 지름이 약간 더 크고 하나의 축에 대해 동심으로 드릴링된 홀(190)을 가진다. 금속 튜브(192)는 엘보우(188) 내로 드릴링된 홀(190)을 통해서 삽입되고, 이들 두 구성 요소들은 예를 들어, 사용된 합금에 따라서, 브레이징 또는 용접에 의해서 결합된다. 나사산형 파이프 니플(194)이 엘보우(188)의 포트 내로 나사체결되고, 이 파이프 니플을 통과해 튜브(192)가 고정되고, 이러한 나사 이음은 예를 들어 용접 또는 브레이징에 의해서 실링된다. 굵은 와이어(196)가 엘보우(188)의 포트로부터 돌출하는 튜브(192)의 단부 주위로 나선형 패턴으로 감겨지고, 그리고 와이어(196)의 양 단부들이 예를 들어 브레이징 또는 용접에 의해서 튜브(192)에 결합된다. 예를 들어, 나사산형 파이프 실란트를 파이프 니플(194)의 노출된 나사산들로 도포함으로써 그리고 피팅 조립체(186)를 가열 포트들(176) 내로 나사체결함으로써, 하나의 피팅 조립체(186)가 극저온 왕복동 펌프 상의 중간 거리 피스의 도 3b의 각각의 가열 포트들(176)에 연결된다.
도 5는 본 발명에 따라서 중간 거리 피스 가열 포트들 내의 가온 유체로서 엔진 냉각제를 사용하는 시스템(200)을 도시한다. 동력 유닛(202)은 냉각제 펌프(206)를 가지는 디젤 엔진(204), 온도 조절 장치 하우징(220), 및 라디에이터(222)를 포함한다. 중간 거리 피스(106)의 단면도가 가열 포트들(176 및 178)의 축들을 통해서 도시되어 있다. 냉각제 펌프(206)로부터의 엔진 냉각제의 흐름은 엔진 냉각제 통로들(도시하지 않음)을 통해 흐르는 다량의 부분, 냉각제 공급 호스(208)를 통해 흐르는 소량의 부분, 및 가요성 호스(240)를 통해 안내되는 소량의 부분으로 분할된다. 냉각제 공급 호스(208)로부터의 엔진 냉각제의 소량의 부분은, 엔진 냉각제의 흐름을 중간 거리 피스(106)의 2개의 가열 포트들(176 및 178)은 물론 그에 병렬 배치된 극저온 왕복동 펌프의 동일한 중간 거리 피스들(도시하지 않음)의 가열 포트들 간에 분할되도록 분배 매니폴드(210)로 공급된다. 분배 매니폴드(210)는 가요성 호스(211)를 이용하여 피팅 조립체(186)에 연결되고 가요성 호스(212)를 이용하여 피팅 조립체(187)에 연결된다. 엔진 냉각제의 흐름은 가열 포트(176)의 하단부에서 피팅 조립체(186)로부터 배출되고, 그곳에서 상기 냉각제 흐름의 방향이 가열 포트(176)의 벽을 따라서 유동하도록 반전된다. 가열 포트(176)의 보다 저온의 벽들과 접촉하는 동안, 냉각제는 중간 거리 피스(106)의 노우즈 내로 열을 전달한다. 냉각제는 피팅 조립체(186)를 통해서 가요성 호스(214) 내로 다시 유동한다. 냉각제는 가열 포트(176)에서와 같은 방식으로 피팅 조립체(186) 및 가열 포트(178)를 통해서 유동하고, 가요성 호스(224)로 배출된다. 가요성 호스들(214 및 224)로부터의 냉각제들은 합류 매니폴드(216) 내로 유동한다. 합류 매니폴드(216)는 모든 냉각제를 냉각제 복귀 호스(218)를 통해 온도 조절 장치 하우징(220)에서 동력 유닛(202)으로 복귀시킨다. 온도 조절 장치 하우징(220) 내에서, 복귀하는 냉각제는 디젤 엔진(204)을 통해서 순환하는 냉각제 스트림과 혼합되어, 라디에이터(222)로 보내지거나 바로 냉각제 펌프(206)로 보내진다.
극저온 저장 탱크(226)는 저온 기체 질소의 증기 공간을 이용하여 극저온 액체 질소를 수용한다. 일부 실시예들에서, 극저온 저장 탱크(226)는 시스템(100)으로 극저온 유체를 도입하기 위해서 이용되는 극저온 유체의 동일한 공급원일 수 있고, 또는 별개의 극저온 저장 탱크들이 이용될 수 있을 것이다. 이러한 실시예에서, 저온 질소 증기가 극저온 탱크(226)의 증기 공간으로부터 파이프(228)를 통해서 열 교환기(230)로 유동한다. 가요성 호스(240)를 통해서 유동하는 엔진 냉각제의 소량의 부분은 열 교환기(230) 내에서 저온 질소 증기로 열을 전달하고, 그러한 열 교환기에서 저온 질소 증기가 주변 온도보다 높게 가온된다. 엔진 냉각제는 열 교환기(230)로부터 가요성 호스(242)를 통해서 온도 조절 장치 하우징(220)으로 복귀된다. 열 교환기(230)를 빠져나가는 온난 질소 증기가 가요성 호스(232)를 통해서 윈도우 커버(236)의 퍼지 포트(234) 내로 유동하고 중간 거리 피스(106) 내의 개방 공간 내로 유동한다. 중간 거리 피스(106)의 대향 윈도우가 윈도우 커버(238)로 실링된다. 중간 거리 피스(106)의 개방 공간 내의 주변 수증기가 중간 거리 피스(106)의 기계적 나사(도시하지 않음)들을 통해서 그리고 드레인 홀들(도시하지 않음)을 통해서 온난 질소 증기와 함께 대기로 배출된다. 주변 수증기 및 온난 질소 증기가 또한 중간 거리 피스(106)의 인접 표면들과 윈도우 커버들(236 및 238) 사이의 불완전부들을 통해서 탈출할 수 있을 것이다. 온난 질소 증기는 중간 거리 피스(106) 내의 개방 공간 내의 수증기의 농도를 희석시켜, 수증기가 중간 거리 피스(106) 내에서 왕복하는 저온 단부 피스톤(도시하지 않음)의 표면 상에 응축, 승화, 및 동결되는 것을 방지한다.
본 발명의 부가적인 양태들
양태 1. 극저온 유체를 펌핑하기 위한 왕복동 펌프 조립체로서, 상기 조립체는 크랭크샤프트 및 크로스헤드를 가지는 온난 단부; 피스톤, 펌핑 챔버, 흡입 포트, 환기 포트 및 배출 포트를 각각 가지는 적어도 하나의 저온 단부; 상기 온난 단부를 상기 적어도 하나의 저온 단부 중 하나에 각각 연결하는 적어도 하나의 커플링; 및 적어도 하나의 중간 거리 피스를 포함하고, 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각은 온난 단부에 그리고 상기 적어도 하나의 저온 단부 중 하나에 연결되고, 상기 적어도 하나의 저온 단부 중 하나의 일부와 중첩되며, 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각은 적어도 부분적으로 수용되는 적어도 하나의 가열 요소를 가지며, 상기 적어도 하나의 가열 요소는 적어도 하나의 가열 요소를 통한 유체의 순환을 허용하도록 작동적으로 배치되는 것인 왕복동 펌프 조립체.
양태 2. 상기 양태 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 저온 단부 각각은 적어도 하나의 피스톤 팩킹 시일을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 가열 요소 각각이 제 1 길이방향 위치에 배치되고, 상기 제 1 길이방향 위치는 상기 적어도 하나의 피스톤 팩킹 시일의 제 2 길이방향 위치와 적어도 부분적으로 중첩되고, 상기 제 1 및 제 2 길이방향 위치들은 적어도 하나의 저온 단부의 길이방향 축을 따라서 위치되는 것인 왕복동 펌프 조립체.
양태 3. 상기 양태 2에 있어서, 상기 적어도 하나의 가열 요소는 제 1 가열 요소 및 제 2 가열 요소를 포함하고, 상기 적어도 하나의 피스톤 팩킹 시일의 적어도 일부가 제 1 가열 요소와 제 2 가열 요소 사이에 위치되는 것인 왕복동 펌프 조립체.
양태 4. 상기 양태 1 내지 양태 3 중 임의의 한 양태에 있어서, 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각은 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 외부로부터 적어도 하나의 커플링 중 하나에 접근할 수 있도록 형성된 적어도 하나의 윈도우 및 이들 적어도 하나의 윈도우 각각을 위한 커버를 더 포함하는 것인 왕복동 펌프 조립체.
양태 5. 상기 양태 1 내지 양태 4 중 임의의 한 양태에 있어서, 냉각 시스템을 가지는 내연 기관을 더 포함하고, 상기 유체는 상기 내연 기관의 냉각 시스템을 통해서 순환되는 냉각제인 것인 왕복동 펌프 조립체.
양태 6. 상기 양태 5에 있어서, 상기 내연 기관은 상기 크랭크샤프트를 구동시키도록 작동적으로 배치되는 것인 왕복동 펌프 조립체.
양태 7. 상기 양태 1 내지 양태 6 중 임의의 한 양태에 있어서, 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각에 위치된 퍼지 포트를 더 포함하고, 상기 퍼지 포트는 극저온 유체의 공급부에 연결되고, 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각은 내부 부피를 형성하고 상기 퍼지 포트가 상기 내부 부피 내로 상기 극저온 유체를 주입하도록 작동적으로 배치되는 것인 왕복동 펌프 조립체.
양태 8. 상기 양태 1 내지 양태 7 중 임의의 한 양태에 있어서, 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각에 위치되고, 극저온 유체의 공급부와 유체 소통하는 퍼지 포트; 및 상기 냉각제에 의해 상기 극저온 유체를 가열하도록 작동적으로 배치된 열 교환기를 더 포함하고; 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각은 내부 부피를 형성하고 상기 퍼지 포트는 상기 내부 부피 내로 상기 극저온 유체를 주입하도록 작동적으로 배치된다. 것인 왕복동 펌프 조립체.
양태 9. (a) 크랭크샤프트 및 크로스헤드를 가지는 온난 단부; 피스톤, 펌핑 챔버, 흡입 포트, 환기 포트 및 배출 포트를 각각 가지는 적어도 하나의 저온 단부; 상기 온난 단부를 상기 적어도 하나의 저온 단부 중 하나에 연결하는 적어도 하나의 커플링; 및 적어도 하나의 중간 거리 피스를 포함하고, 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각은 상기 온난 단부에 그리고 상기 적어도 하나의 저온 단부 중 하나에 각각 연결되고, 상기 온난 단부의 일부 및 상기 저온 단부의 일부와 중첩되는, 왕복동 펌프 조립체를 이용하여 제 1 극저온 유체를 펌핑하는 단계; 및 (b) 상기 단계(a)의 실행 중 적어도 일부 동안에, 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각 내에 위치된 적어도 하나의 가열 요소를 통해서 유체를 순환시키는 단계를 포함하는 방법.
양태 10. 상기 양태 9에 있어서, 상기 단계(b)는 주변 온도보다 높은 온도를 가지는 유체를, 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각 내에 위치된 적어도 하나의 가열 요소를 통해서 순환시키는 것을 포함하는 것인 방법.
양태 11. 상기 양태 9 또는 양태 10에 있어서, (c) 상기 단계(a)가 실행되는 동안에 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각에 위치된 임의 윈도우들을 덮는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
양태 12. 상기 양태 9 내지 양태 11 중 임의의 한 양태에 있어서, (d) 내연 기관의 냉각 시스템을 통해서 유체를 순환시키는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
양태 13. 상기 양태 12에 있어서, (e) 상기 내연기관을 이용하여 상기 크랭크샤프트를 구동시키는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
양태 14. 상기 양태 9 내지 양태 13 중 임의의 한 양태에 있어서, (f) 제 2 극저온 유체를 이용하여 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각에 의해서 형성된 내부 부피를 퍼지하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
양태 15. 상기 양태 12에 있어서, (g) 제 2 극저온 유체를 이용하여 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각에 의해서 형성된 내부 부피를 퍼지하는 단계, 및 (h) 상기 단계(g)에서 제 2 극저온 유체를 이용하기에 앞서서 상기 냉각제에 의해 상기 제 2 극저온 유체를 가온하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
양태 16. 극저온 유체를 펌핑하기 위한 왕복동 펌프 조립체를 포함하는 시스템으로서, 상기 조립체는: 크랭크샤프트 및 크로스헤드를 가지는 온난 단부; 피스톤, 적어도 하나의 피스톤 팩킹 시일, 펌핑 챔버, 흡입 포트, 환기 포트, 배출 포트 및 길이방향 축을 각각 가지는 적어도 하나의 저온 단부; 상기 온난 단부를 상기 적어도 하나의 저온 단부 중 하나에 각각 연결하는 적어도 하나의 커플링; 및 적어도 하나의 중간 거리 피스로서, 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 외부로부터 적어도 하나의 커플링 중 하나를 위해서 접근할 수 있도록 형성된 적어도 하나의 윈도우 및 이들 적어도 하나의 윈도우 각각을 위한 커버를 포함하고, 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각은 상기 온난 단부에 그리고 상기 적어도 하나의 저온 단부 중 하나에 연결되고, 상기 적어도 하나의 저온 단부 중 하나의 일부와 중첩되며, 그리고 상기 적어도 하나의 피스톤 팩킹 시일의 길이방향 위치와 적어도 부분적으로 중첩되는 길이방향 위치에서 적어도 부분적으로 내부에 수용된 제 1 및 제 2 가열 요소들을 가지는, 적어도 하나의 중간 거리 피스; 및 상기 적어도 하나의 가열 요소 각각과 유동 소통하는 냉각 시스템을 구비하여 이 냉각 시스템 및 각각의 상기 적어도 하나의 가열 요소를 통한 냉각 유체의 순환을 가능하게 하도록 되며, 상기 크랭크샤프트를 구동하도록 작동적으로 배치되는 내연기관을 포함하는 시스템.
양태 17. 상기 양태 16에 있어서, 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각에 위치된 퍼지 포트를 더 포함하고, 상기 퍼지 포트는 극저온 유체의 공급부에 연결되며, 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각은 내부 부피를 형성하고 상기 퍼지 포트는 상기 극저온 유체를 내부 부피 내로 주입하도록 배치되는 것인 시스템.
양태 18. 상기 양태 16 또는 양태 17에 있어서, 상기 냉각 유체에 의해 상기 극저온 유체를 가열하도록 작동적으로 배치된 열 교환기를 더 포함하는 것인 시스템.
예
ACD 3-LMPD 3중 극저온 왕복동 펌프의 3개의 중간 거리 피스 중 하나가, 2개의 7/8"(22.2 m) 지름의 리세스 홀들을 중간 거리 피스의 노우즈 내로 밀링 가공함으로써 수정되었다. 23/32"(18.3 mm) 지름을 가지는 2개의 홀들이 리세스 홀의 베이스로부터 2-1/2"(63.5 mm)의 깊이까지 각각의 리세스 홀로부터 드릴링되었다. 각각의 홀의 상단부가 1/2" NPS (15 DN) NPT 나사로 태핑가공되었다.
3/8"(9.5 mm) 지름의 304 스테인리스강 시임리스 배관(seamless tubing), 1/2" NPS(15 DN) NPTF 암형 90도 황동 엘보우들, 및 1/2" NPS (15 DN) Schedule 80 적색 황동제의 양단 나사 형성 파이프 니플들(thread-both-end pipe nipples)을 이용하여 2개의 피팅 조립체를 제조하였다. 상기 피팅들을 은 브레이징(silver brazing)에 의해서 결합하였다. 3/8" (9.5 mm) 배관을 인접한 니플을 지나서 약 3" (76.2 mm)로 연장시켰다. 피팅들을 중간 거리 피스의 히터 포트들 내로 조립하였고 PTFE 나사 실란트(sealant)를 이용하여 실링하였다. 중간 거리 피스를 질소 펌퍼(pumper) 유닛 상에서 3-LMPD 온난 단부에 설치하였다. 가열 포트들 및 피팅 조립체들을 이용하여 저온 단부를 중간 거리 피스 내에 설치하였다.
사전 테스트 동안에, 저온 단부는 느린 속도 및 낮은 배출 압력에서 작동 시간 2시간 이내에 피스톤 팩킹 시일들로부터 저온 질소 증기의 주기적인 누출이 시작되는 것으로 결정되었다. 이제, 질소 펌퍼의 디젤 엔진이 시동될 때 중간 거리 피스의 피팅 조립체들 및 가열 포트들을 통해서 엔진 냉각제를 순환시켰다. 저온 단부는 정지시켰다가 다시 100 psig (689 kPa) 미만의 낮은 배출 압력 및 50 rpm의 느린 속도로 펌핑하기 시작하였다. 1 시간 이내에, 저온 질소 증기가 피스톤 팩킹 시일로부터 주기적으로 누출되는 것이 관찰되었다.
피스톤의 경질 크롬 도금 상에서 볼 수 있는 서리가 중간 거리 피스의 가열이 없는 이전의 작동보다 더 빨리 형성되었으나; 중간 거리 피스의 내부 표면 상에서 성에나 응축은 관찰되지 않았다. 중간 거리 피스를 가열하지 않는 경우에, 저온 단부 패킹 누름부에 인접한 중간 거리 피스의 전체 내부 표면이 성에로 덮이는 것이 일반적이었다.
펌프를 중지시키고 펌프가 주변 온도로 가온될 수 있게 허용한 후에, 비닐-코팅된 폴리에스터 직물 커버들을 가열 포트들 및 피팅 조립체들을 갖는 중간 거리 피스의 윈도우에 부착으로써 실험을 추가적으로 조정하였다. 접착제 테이프를 이용하여 윈도우들의 엣지들 주위에서 커버들을 실링하였다. 질소 펌퍼 유닛 상의 극저온 저장 탱크로부터의 질소 증기는 브레이징된-플레이트 열 교환기를 통한 온난 엔진 냉각제에 의해서 주변 온도보다 높게 가온되었다. 가온된 질소 증기가 윈도우 커버들 중 하나 내로 배관을 통해서 유동되어 중간 거리 피스의 내부를 퍼지하였다. 질소 퍼지의 유량이 1 내지 5 SCFM(28.4 내지 142.1 SLPM)으로 제어되었다.
이어서, 저온 단부는 정지되었다가 동일한 속도 및 압력으로 4 시간 동안 다시 작동되었다. 이러한 기간 동안에, 저온 단부의 후방부의 검사를 위해서 윈도우 커버를 주기적으로 벗겼다. 피스톤의 경질 크롬 도금 상에 서리가 형성되지 않았고 그리고 피스톤 팩킹 시일들을 통해서 누출된 질소가 관찰되지 않았다.
이하의 표 1은 실험으로부터의 결과들을 기재한 것이다.
실험 #1 실험 #2 실험 #3
개요 가열 포트들 내의 냉각제 없음, 윈도우 커버들 없음, 그리고 퍼지 없음 가열 포트들을 통해서 냉각제가 유동함, 윈도우 커버들 없음, 그리고 퍼지 없음 가열 포트들을 통해서 냉각제가 유동함, 윈도우가 커버링됨, 그리고 중간 거리 피스에서 질소 퍼지
지속시간 2 시간 1 시간 4 시간
중간 거리 피스 상의 성에 노우즈로부터 약 6 인치(15.2 cm)에서 성에 노우즈로부터 1.5 인치(3.8 cm) 이하에서 성에 노우즈로부터 1.5 인치(3.8 cm) 이하에서성에
피스톤 크롬 도금 상의 서리 서리 명백함 실험 #1에서보다 더 빨리 서리가 형성됨 검사를 위해서 윈도우 커버들을 벗겨냈을 때 서리가 관찰되지 않음
팩킹 시일 누출 피스톤과 피스톤 팩킹 시일들 사이에 저온 증기 누출 관찰됨 피스톤과 피스톤 팩킹 시일들 사이에 저온 증기 누출 관찰됨 중간 거리 피스 드레인 홀들에서 겉보기 누출 증거가 없음, 검사를 위해서 윈도우 커버를 벗겨냈을 때에도 겉보기 누출 증거 없음
또한, 저온 단부들의 분해 후의 검사에서도 피스톤 팩킹 시일들의 변형 감소가 관찰되었다. 200 시간의 작동 후에, 2.00 인치(50.8 mm) 보어를 가지는 저온 단부들에 대한 피스톤 팩킹 시일들은 일반적으로 중간 거리 피스가 피스톤 팩킹 시일들을 가온하기 위한 수단을 가지지 않을 때 상온에서의 피스톤 상의 경질 코팅 도금의 외부 지름보다 더 크게 확장된다. 250 시간의 작동 후에 실험으로부터의 저온 단부를 분해하였을 때, 피스톤 팩킹 시일들과 피스톤의 경질 크롬 도금 사이에 갭이 없이, 피스톤 팩킹 시일들이 여전히 타이트하였다.
실험들은 가열 요소들을 갖는 중간 거리 피스가 단독으로 피스톤 팩킹 시일들의 변형을 감소시켰지만, 피스톤의 경질 크롬 도금 상의 단단한 서리의 형성 증가로 인해서 성능을 개선하지 못했다는 것을 나타냈다. 중간 거리 피스의 내부에서의 따뜻한 건조 증기 퍼지 및 실링 커버들과 함께 사용될 때, 단단한 서리가 피스톤 팩킹 시일들을 방해하는 것이 제거되었다. 또한, 공기중의 미립자들이 중간 거리 피스의 내부로부터 또한 배제되고, 이는 또한 피스톤 팩킹 시일들 및 온난 단부 크로스헤드 오일 시일들의 수명에서 유리할 것이다.
그에 따라, 이러한 예들에서 설명된 바와 같이, 가열 요소들을 갖는 중간 거리 피스, 실링 커버들, 및 그 내부에 대한 따뜻한 건조 증기 퍼지는, 피스톤 팩킹 시일들이 극저온 유체와 가까이 근접하게 배치되고 피스톤 팩킹 시일들을 가온하기 위해 저온 단부를 개선시키는 수단이 없었던 극저온 왕복동 펌프의 저온 단부들에서의 피스톤 팩킹 시일들을 가온하기 위한 수단에 대한 당업계의 요구를 충족시킨다. 가열 요소들은 작동 중에 변형을 제한하기 위해서 피스톤 팩킹 시일들의 온도를 높인다. 실링 커버들 및 중간 거리 피스의 내부에서의 따뜻한 건조 증기 퍼지는 피스톤의 경질 크롬 도금 상에서 동결되어 피스톤 팩킹 시일들을 손상시킬 수 있었던 수분을 제거한다.

Claims (18)

  1. 극저온 유체를 펌핑하기 위한 왕복동 펌프 조립체로서:
    크랭크샤프트 및 크로스헤드를 가지는 온난 단부(warm end);
    피스톤, 펌핑 챔버, 흡입 포트, 환기 포트 및 배출 포트를 각각 구비한 적어도 하나의 저온 단부;
    상기 온난 단부를 상기 적어도 하나의 저온 단부 중 하나에 각각 연결하는 적어도 하나의 커플링; 및
    적어도 하나의 중간 거리 피스(intermediate distance piece)
    를 포함하고, 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각은 상기 온난 단부에 그리고 상기 적어도 하나의 저온 단부 중 하나에 연결되고, 상기 적어도 하나의 저온 단부 중 하나의 일부와 중첩되며, 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각은 적어도 부분적으로 내부에 수용되는 적어도 하나의 가열 요소를 가지며, 상기 적어도 하나의 가열 요소는 이들 적어도 하나의 가열 요소를 통한 유체의 순환을 허용하도록 작동적으로 배치되는 것인 극저온 유체를 펌핑하기 위한 왕복동 펌프 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 저온 단부 각각은 적어도 하나의 피스톤 팩킹 시일을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 가열 요소 각각은 제 1 길이방향 위치에 배치되고, 상기 제 1 길이방향 위치는 상기 적어도 하나의 피스톤 팩킹 시일의 제 2 길이방향 위치와 적어도 부분적으로 중첩되고, 상기 제 1 및 제 2 길이방향 위치들은 적어도 하나의 저온 단부의 길이방향 축을 따라서 위치되는 것인 극저온 유체를 펌핑하기 위한 왕복동 펌프 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가열 요소가 제 1 가열 요소 및 제 2 가열 요소를 포함하고, 상기 적어도 하나의 피스톤 팩킹 시일의 적어도 일부가 제 1 가열 요소와 제 2 가열 요소 사이에 위치되는 것인 극저온 유체를 펌핑하기 위한 왕복동 펌프 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각은 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 외부로부터 적어도 하나의 커플링 중 하나에 접근할 수 있도록 형성된 적어도 하나의 윈도우, 및 이들 적어도 하나의 윈도우 각각을 위한 커버를 더 포함하는 것인 극저온 유체를 펌핑하기 위한 왕복동 펌프 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    냉각 시스템을 가지는 내연 기관을 더 포함하고, 상기 유체는 상기 내연 기관의 냉각 시스템을 통해서 순환되는 냉각제인 것인 극저온 유체를 펌핑하기 위한 왕복동 펌프 조립체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 내연 기관이 상기 크랭크샤프트를 구동시키도록 작동적으로 배치되는 것인 극저온 유체를 펌핑하기 위한 왕복동 펌프 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각에 위치된 퍼지 포트를 더 포함하고, 상기 퍼지 포트는 극저온 유체의 공급부에 연결되고, 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각은 내부 부피를 형성하고 상기 퍼지 포트는 상기 내부 부피 내로 상기 극저온 유체를 주입하도록 작동적으로 배치되는 것인 극저온 유체를 펌핑하기 위한 왕복동 펌프 조립체.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각에 위치되고 극저온 유체의 공급부와 유체 소통하는 퍼지 포트; 및
    상기 냉각제에 의해 상기 극저온 유체를 가열하도록 작동적으로 배치된 열 교환기를 더 포함하고;
    상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각은 내부 부피를 형성하고 상기 퍼지 포트는 상기 내부 부피 내로 상기 극저온 유체를 주입하도록 작동적으로 배치되는 것인 극저온 유체를 펌핑하기 위한 왕복동 펌프 조립체.
  9. (a) 크랭크샤프트 및 크로스헤드를 가지는 온난 단부; 피스톤, 펌핑 챔버, 흡입 포트, 환기 포트 및 배출 포트를 각각 가지는 적어도 하나의 저온 단부; 상기 온난 단부를 상기 적어도 하나의 저온 단부 중 하나에 연결하는 적어도 하나의 커플링; 및 적어도 하나의 중간 거리 피스를 포함하고, 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각은 상기 온난 단부에 그리고 상기 적어도 하나의 저온 단부 중 하나에 각각 연결되고, 상기 온난 단부의 일부 및 상기 저온 단부의 일부와 중첩되는, 왕복동 펌프 조립체를 이용하여 제 1 극저온 유체를 펌핑하는 단계; 및
    (b) 상기 단계(a)의 실행 중 적어도 일부 동안에, 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각 내에 위치된 적어도 하나의 가열 요소를 통해서 유체를 순환시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 단계(b)는 주변 온도보다 높은 온도를 가지는 유체를, 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각 내에 위치된 적어도 하나의 가열 요소를 통해서 순환시키는 것을 포함하는 것인 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    (c) 상기 단계(a)가 실행되는 동안에 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각에 위치된 임의 윈도우들을 덮는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    (d) 내연 기관의 냉각 시스템을 통해서 유체를 순환시키는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    (e) 상기 내연기관을 이용하여 상기 크랭크샤프트를 구동시키는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    (f) 제 2 극저온 유체를 이용하여 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각에 의해서 형성된 내부 부피를 퍼지하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    (g) 제 2 극저온 유체를 이용하여 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각에 의해서 형성된 내부 부피를 퍼지하는 단계, 및
    (h) 상기 단계(g)에서 제 2 극저온 유체를 이용하기에 앞서서 상기 냉각제에 의해 상기 제 2 극저온 유체를 가온하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  16. 극저온 유체를 펌핑하기 위한 왕복동 펌프 조립체를 포함하는 시스템으로서, 상기 왕복동 펌프 조립체는:
    크랭크샤프트 및 크로스헤드를 가지는 온난 단부;
    피스톤, 적어도 하나의 피스톤 팩킹 시일, 펌핑 챔버, 흡입 포트, 환기 포트, 배출 포트 및 길이방향 축을 각각 가지는 적어도 하나의 저온 단부;
    상기 온난 단부를 상기 적어도 하나의 저온 단부 중 하나에 각각 연결하는 적어도 하나의 커플링;
    적어도 하나의 중간 거리 피스로서, 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 외부로부터 상기 적어도 하나의 커플링 중 하나에 접근할 수 있도록 형성된 적어도 하나의 윈도우 및 이들 적어도 하나의 윈도우 각각을 위한 커버를 포함하고, 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각은 상기 온난 단부에 그리고 상기 적어도 하나의 저온 단부 중 하나에 연결되고, 상기 적어도 하나의 저온 단부 중 하나의 일부와 중첩되며, 그리고 상기 적어도 하나의 피스톤 팩킹 시일의 길이방향 위치와 적어도 부분적으로 중첩되는 길이방향 위치에서 적어도 부분적으로 내부에 수용된 제 1 및 제 2 가열 요소들을 가지는, 적어도 하나의 중간 거리 피스; 및
    상기 적어도 하나의 가열 요소 각각과 유동 소통하는 냉각 시스템을 구비하여 이 냉각 시스템 및 각각의 상기 적어도 하나의 가열 요소를 통한 냉각 유체의 순환을 가능하게 하도록 되며, 상기 크랭크샤프트를 구동하도록 작동적으로 배치되는 내연기관
    을 포함하는 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각에 위치된 퍼지 포트를 더 포함하고, 상기 퍼지 포트는 극저온 유체의 공급부에 연결되며, 상기 적어도 하나의 중간 거리 피스 각각이 내부 부피를 형성하고 상기 퍼지 포트는 상기 극저온 유체를 내부 부피 내로 주입하도록 배치되는 것인 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 냉각 유체에 의해 상기 극저온 유체를 가열하도록 작동적으로 배치된 열 교환기를 더 포함하는 것인 시스템.
KR1020120126004A 2011-11-11 2012-11-08 극저온 왕복동 펌프 중간 거리 피스 KR101429355B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/294,717 2011-11-11
US13/294,717 US8915719B2 (en) 2011-11-11 2011-11-11 Cryogenic reciprocating pump intermediate distance piece

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130052519A true KR20130052519A (ko) 2013-05-22
KR101429355B1 KR101429355B1 (ko) 2014-08-11

Family

ID=47227529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120126004A KR101429355B1 (ko) 2011-11-11 2012-11-08 극저온 왕복동 펌프 중간 거리 피스

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8915719B2 (ko)
EP (1) EP2592269B1 (ko)
JP (1) JP5444441B2 (ko)
KR (1) KR101429355B1 (ko)
CN (2) CN103104476B (ko)
CA (1) CA2794893C (ko)
ES (1) ES2527267T3 (ko)
MX (1) MX2012012919A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160051396A (ko) * 2014-11-03 2016-05-11 한국전기연구원 열 차단용 샤프트를 포함하는 극저온 펌프

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8915719B2 (en) * 2011-11-11 2014-12-23 Air Products And Chemicals, Inc. Cryogenic reciprocating pump intermediate distance piece
DE102012003446A1 (de) * 2012-02-21 2013-08-22 Linde Aktiengesellschaft Verdichten eines kryogenen Mediums
CH709894A1 (de) 2014-07-25 2016-01-29 Fives Cryomec Ag Hubkolbenpumpe für kryogene Flüssigkeiten.
CN104295900B (zh) * 2014-08-20 2017-03-22 上海卫星装备研究所 一种液氮泵氮气吹扫保护装置及方法
US9909582B2 (en) 2015-01-30 2018-03-06 Caterpillar Inc. Pump with plunger having tribological coating
US9835291B2 (en) 2015-03-05 2017-12-05 Chicago Bridge & Iron Company Connection for refrigerated gas storage tank
JP6515713B2 (ja) * 2015-07-13 2019-05-22 株式会社Ihi 液化ガス噴射装置
US20170030342A1 (en) * 2015-07-28 2017-02-02 Caterpillar Inc. Cryogenic Pump Heater
EP3267034B1 (en) * 2016-07-07 2020-05-13 Cameron Technologies Limited Self-aligning mud pump assembly
DE202016104466U1 (de) * 2016-08-12 2016-09-19 Samson Ag Dichtungsanordnung
RU2703048C1 (ru) 2016-08-29 2019-10-15 ЭЙСИДИ, ЭлЭлСи Насос высокого давления для топливного газа
US10788026B2 (en) 2016-11-21 2020-09-29 Caterpillar Inc. Cryogenic pump
JP6849892B2 (ja) * 2018-06-06 2021-03-31 株式会社三井Ｅ＆Ｓマシナリー ピストンポンプ装置
KR20220055448A (ko) * 2018-09-24 2022-05-03 부르크하르트 콤프레션 아게 피스톤 압축기 및 이를 작동시키기 위한 방법
US11333140B2 (en) * 2019-06-11 2022-05-17 Caterpillar Inc. Cooling block for multi-cylinder air compressor
EP4388198A1 (en) 2021-08-17 2024-06-26 Caterpillar Inc. Pump configuration including a purge valve
US20230287875A1 (en) * 2022-03-08 2023-09-14 Air Products And Chemicals, Inc. Apparatus and method for cryogenic pump cooldown

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2292543A (en) 1940-06-18 1942-08-11 Linde Air Prod Co Packing for liquid oxygen reciprocating pumps
US2730957A (en) 1949-04-16 1956-01-17 Union Carbide & Carbon Corp Apparatus for pumping a volatile liquid
US3251602A (en) 1959-06-29 1966-05-17 Chemetron Corp Apparatus for handling liquefied gases
US3109293A (en) 1959-06-29 1963-11-05 Chemctron Corp Apparatus for handling liquefied gases
US3145629A (en) 1960-12-13 1964-08-25 Union Carbide Corp Cryogenic pump sealing rings
US3136136A (en) 1961-10-03 1964-06-09 Union Carbide Corp High-pressure pump for cryogenic fluids
US3263622A (en) 1964-06-01 1966-08-02 Jr Lewis Tyree Pump
US4396362A (en) 1980-10-31 1983-08-02 Union Carbide Corporation Cryogenic reciprocating pump
US4396354A (en) 1980-10-31 1983-08-02 Union Carbide Corporation Cryogenic pump and method for pumping cryogenic liquids
US4576557A (en) 1983-06-15 1986-03-18 Union Carbide Corporation Cryogenic liquid pump
CH663065A5 (de) 1984-07-20 1987-11-13 Cryomec Ag Pumpvorrichtung fuer cryogene fluide.
DE3907728A1 (de) * 1989-03-10 1990-09-20 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Fluessiggaspumpe
US4968219A (en) 1989-06-22 1990-11-06 Sundstrand Corporation Multi-stage compressor with seal heating
US5317874A (en) * 1990-07-10 1994-06-07 Carrier Corporation Seal arrangement for an integral stirling cryocooler
DE4142053C1 (ko) * 1991-12-19 1993-06-17 Linde Ag, 6200 Wiesbaden, De
US5355679A (en) * 1993-06-25 1994-10-18 Phpk Technologies, Incorporated High reliability gas expansion engine
US5511557A (en) 1993-11-09 1996-04-30 Hazard; James T. Urine specimen collection device
DE59600061D1 (de) 1995-03-03 1998-02-05 Cryopump Ag Pumpe zum Pumpen eines verflüssigtes Gas aufweisenden Fluids und Einrichtung mit einer Pumpe
US5996472A (en) 1996-10-07 1999-12-07 Chemical Seal And Packing, Inc. Cryogenic reciprocating pump
US5765378A (en) * 1996-12-31 1998-06-16 Helix Technology Corporation Method and apparatus for detecting a loss of differential pressure in a cryogenic refrigerator
US5810570A (en) 1997-01-06 1998-09-22 Chemical Seal & Packing, Inc. Super-low net positive suction head cryogenic reciprocating pump
US6305265B1 (en) * 1999-06-03 2001-10-23 Bechtel Bwxt Idaho Llc Method and apparatus for pressurizing vaporous fluids
US6547250B1 (en) 2000-08-21 2003-04-15 Westport Research Inc. Seal assembly with two sealing mechanisms for providing static and dynamic sealing
US7628137B1 (en) 2008-01-07 2009-12-08 Mcalister Roy E Multifuel storage, metering and ignition system
JP5616459B2 (ja) * 2010-10-14 2014-10-29 エア プロダクツ アンド ケミカルズ インコーポレイテッドＡｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ ハイブリッドポンパー及び低温流体過熱方法
US8915719B2 (en) * 2011-11-11 2014-12-23 Air Products And Chemicals, Inc. Cryogenic reciprocating pump intermediate distance piece

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160051396A (ko) * 2014-11-03 2016-05-11 한국전기연구원 열 차단용 샤프트를 포함하는 극저온 펌프

Also Published As

Publication number Publication date
EP2592269A1 (en) 2013-05-15
CA2794893C (en) 2014-10-07
KR101429355B1 (ko) 2014-08-11
US20130118424A1 (en) 2013-05-16
US8915719B2 (en) 2014-12-23
ES2527267T3 (es) 2015-01-22
JP5444441B2 (ja) 2014-03-19
CN103104476B (zh) 2016-01-20
CN203146301U (zh) 2013-08-21
CA2794893A1 (en) 2013-05-11
EP2592269B1 (en) 2014-10-15
JP2013104428A (ja) 2013-05-30
MX2012012919A (es) 2013-05-10
CN103104476A (zh) 2013-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101429355B1 (ko) 극저온 왕복동 펌프 중간 거리 피스
US4396362A (en) Cryogenic reciprocating pump
US8337172B2 (en) Pressure washer pump and engine system
US20110081260A1 (en) Pressure washer pump and engine system
US8257065B2 (en) High pressure lubricant pump for steelworks
US2439958A (en) Pump for liquefied gases
JP2016513204A (ja) エンジンの温度を制御するためのガスケットおよびシステム
US1776974A (en) Liquid-cooled stuffing box
US10495083B2 (en) Reciprocating pushrod assembly and cryogenic pump
US11655809B2 (en) Cryogenic pump flange
US5941204A (en) Heating and pressurization system for liquid-cooled engines
CN207777186U (zh) 压缩机及制冷设备
US7406938B2 (en) Cooling mechanisms for rotary valve cylinder engines
CN113153477A (zh) 配气机构、活塞式气动机、动力系统和交通工具
CN217080580U (zh) 一种用于汽轮发电机组的冰塞处理装置
CN220523429U (zh) 一种抗冻型高压阀
CN208330489U (zh) 一种曲轴通风管防结冰装置
RU2182991C2 (ru) Вымораживающая ловушка
RU33187U1 (ru) Торцовое уплотнение вала
CN117345608A (zh) 导向套、往复泵和导向套制备方法
JPS6332116A (ja) 内燃機関の冷却装置
RU2446289C2 (ru) Система нагрева паров масла, проходящих через контур, размещенный снаружи двигателя транспортного средства, а также двигатель транспортного средства, имеющий такую систему
CN108488143A (zh) 一种自散热型液压油缸装置
CA2170197A1 (en) Vacuum chambered heat exchanger

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180628

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190624

Year of fee payment: 6