RU182784U1 - Система подачи криогенной жидкости - Google Patents
Система подачи криогенной жидкости Download PDFInfo
- Publication number
- RU182784U1 RU182784U1 RU2017122719U RU2017122719U RU182784U1 RU 182784 U1 RU182784 U1 RU 182784U1 RU 2017122719 U RU2017122719 U RU 2017122719U RU 2017122719 U RU2017122719 U RU 2017122719U RU 182784 U1 RU182784 U1 RU 182784U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pump
- lng
- cryogenic liquid
- gas
- turbine
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 11
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 34
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 abstract description 31
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 30
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 abstract description 17
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 10
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 9
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 230000000144 pharmacologic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000003380 propellant Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D13/00—Pumping installations or systems
- F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
- F04D13/04—Units comprising pumps and their driving means the pump being fluid driven
- F04D13/043—Units comprising pumps and their driving means the pump being fluid driven the pump wheel carrying the fluid driving means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области криогенной техники, в частности к системам транспортировки криогенной жидкости от завода-изготовителя или хранилищ до судов-газовозов, силовых установок, вагонов, автомобилей или трубопроводов, снабженных холодильными установками. Криогенная жидкость может быть использована для фармацевтической и химической промышленности, в качестве топлива на электростанциях, для газоснабжения населения и промышленных объектов. Подача криогенной жидкости, например сжиженного природного газа (СПГ) потребителю из бака 5 осуществляется за счет открытия вентиля 9, подачи по расходной магистрали 8 из источника 4 природного газа высокого давления на вход в турбину 3 и далее на выход 2 насоса 1. С началом вращения турбины 3 в насос 1, скрепленный с турбиной 3, из бака 5 по расходной магистрали 6 через вентиль 7 поступает СПГ. По мере прохождения через тракт насоса 1 давление СПГ повышается. На выходе 2 из насоса 1 СПГ смешивается с природным газом из турбины 3. Затем эта смесь без примесей и посторонних компонентов поступает потребителю. Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в исключения попадания в смесь СПГ и природного газа примесей и посторонних компонентов.
Description
Полезная модель относится к области криогенной техники, в частности к системам транспортировки криогенной жидкости от завода-изготовителя или хранилищ до танкеров-газовозов, силовых установок, вагонов, автомобилей или трубопроводов, снабженных холодильными установками.
К криогенным продуктам относятся жидкие вещества и газовые смеси при криогенных температурах. Это могут быть азот, кислород, гелий, водород, сжиженный природный газ (СПГ) и другие продукты.
Из криогенных продуктов СПГ, получаемый из природного газа, является одним из важнейших источников энергии: запасы природного газа огромны и преимущественно он является экологически чистым топливом по сравнению с нефтепродуктами. Из всего добываемого в мире природного газа более 26% сжижается и транспортируется в жидком виде.
В настоящее время за рубежом СПГ, в основном, используется в качестве топлива на крупных электростанциях, для газоснабжения населения и промышленных объектов, а также как сырье для химической промышленности.
Применение СПГ в качестве моторного топлива для различных видов силовых установок и транспортных средств дает энергетические и экологические преимущества, а также является экономически выгодным.
Известен типоразмерный ряд электронасосов для перекачивания СПГ производства АО «Лопастные гидравлические машины», г.Москва. Данные насосы предназначены для подачи СПГ на силовые установки, танкеры-газовозы, береговые хранилища и другим потребителям.
Однако использование электродвигателей требует больших затрат электроэнергии при заполнении танкеров-газовозов. Это заметно ухудшает экологические показатели окружающей среды при производстве электроэнергии. Кроме того, удельная стоимость таких насосов является высокой из-за низких оборотов электродвигателей. Это также приводит к повышенной массе агрегатов в целом.
Известен насос подачи СПГ с приводом от высокооборотной турбины, соединенной валом с насосом. Например, использование водородного насоса жидкостного ракетного двигателя РД-0146 с приводом от турбины для перекачки СПГ с оборотами n=25000об/мин позволяет существенно снизить массу насоса по сравнению с насосами производства АО «ЛГМ» (см. статью: Гуров В.И., Демьяненко Ю.В., Рачук B.C. Наземное использование водородного турбонасосного агрегата двигателя РД-0146. Энергия: экономика-техника-экология, №3, 2017, с. 23-27).
Основным недостатком рассмотренного технического решения является использование в качестве рабочего тела турбины газообразного азота. Это приводит к необходимости организации дополнительного производства азота вблизи завода-изготовителя СПГ, что сопряжено с ухудшением экологических показателей окружающей среды. Кроме того, выполнение насоса и турбины в разных корпусах повышает стоимость оборудования в целом и усложняет уплотнение зазоров между ротором и корпусами.
Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является система подачи жидкого кислорода (патент РФ №2547353, МПК F02K 9/48, F04D 1/10, 2014). Система подачи жидкого кислорода (криогенной жидкости) содержит турбонасос в виде соосно расположенных шнековых насосов (первый и второй каскады) и центробежного насоса (третий каскад) с автономными приводами. В качестве приводов шнековых насосов используют осевые газовые турбины, а в качестве привода центробежного насоса - газовую турбину, соединенную валом с насосом. Кроме того, система содержит бак с жидким кислородом, потребитель жидкого кислорода, источник газа высокого давления и температуры и расходные магистрали с вентилями. Шнековые насосы выполнены диагональными с осевыми входами и выходами. Причем вход насоса соединен с баком жидкого кислорода, а выход - через шнековые и центробежный насос с потребителем жидкого кислорода. Осевые газовые турбины расположены коаксиально соответственно на наружных диаметрах шнековых насосов и скреплены с ними. Входы осевых газовых турбин шнековых насосов через расходные магистрали с вентилями соединены с источником газа, а выходы - с выходами шнековых насосов.
Работа системы по прототипу осуществляется за счет подачи из источника газа высокого давления и температуры на вход в турбины центробежного и шнековых насосов. С началом вращения турбин в шнековый насос первого каскада по расходной магистрали поступает из бака жидкий кислород, давление которого повышается по мере прохождения через шнековые насосы первого и второго каскада, а также через центробежный насос. Причем на выходе из шнековых насосов жидкий кислород смешивается с газом из турбин привода шнеков. Эта смесь поступает в центробежный насос, а затем к потребителю.
Система позволяет повысить эффективность подачи жидкого кислорода и существенно уменьшить массу турбонасосного агрегата, прежде всего, за счет совмещения корпусов шнековых насосов и турбин. Особенностью системы по прототипу является узкая область применения кислородного насоса: только в составе жидкостного ракетного двигателя (ЖРД). Это выражается в том, что потребителем жидкого кислорода является, в основном, камера сгорания ЖРД, а источником газа высокого давления для шнековых насосов является полость за выходом основной газовой турбины - привода центробежного насоса. В газе присутствуют продукты сжигания в виде паров воды и двуокиси углерода. Основным недостатком прототипа является загрязнение жидкого кислорода посторонними включениями из-за поступления газа после турбин шнековых насосов в поток жидкого кислорода. С таким загрязнением жидкий кислород можно использовать, например, в камерах сгорания непрерывного действия. Однако во многих сферах производственной деятельности криогенную жидкость с таким недостатком использовать недопустимо.
Техническая проблема, решение которой требуется при осуществлении полезной модели, заключается в сохранении химико-технических характеристик криогенной жидкости при подаче ее из бака потребителю для удовлетворения заданных требований.
Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в исключении попадания в криогенную жидкость примесей и посторонних компонентов при подаче ее из бака потребителю криогенной жидкости.
Технический результат обеспечивается тем, что система подачи криогенной жидкости содержит турбонасос со шнековым насосом, бак с криогенной жидкостью, потребитель криогенной жидкости, источник газа высокого давления и расходные магистрали. Вход насоса соединен с баком криогенной жидкости через расходную магистраль с вентилем, а выход - с потребителем криогенной жидкости. Турбина выполнена коаксиально наружному диаметру шнека насоса и скреплена с ним. Вход турбины через расходную магистраль с вентилем соединен с источником газа, а выход объединен с выходом насоса к потребителю.
Согласно полезной модели вход в турбину соединен с источником газа, одинакового по составу и химической формуле с криогенной жидкостью в баке, причем газ высокого давления в источнике имеет температуру, равную температуре окружающей среды.
При такой системе подачи криогенной жидкости:
- заполнение источника высокого давления газом по составу и химической формуле, одинаковым с криогенной жидкостью в баке, обеспечивает сохранение заданных характеристик криогенной жидкости при подаче ее из бака потребителю;
- поддержание в источнике высокого давления газа его температуры, равной температуре окружающей среды, задается посредством выбора объема источника давления и цикличности подачи газа в турбонасосный агрегат. Это обеспечивает повышение надежности системы подачи криогенной жидкости при заданном ресурсе работы. В частности, для СПГ источником газа высокого давления с температурой окружающей среды может быть газопровод природного газа, расположенный вблизи завода по производству СПГ.
Сочетаниями криогенной жидкости с одинаковым ей по составу и химической формуле газу могут быть:
- жидкий кислород - газообразный кислород;
- жидкий азот - газообразный азот;
- сжиженный природный газ (СПГ) - газообразный природный газ;
- жидкий водород - газообразный водород.
Настоящая полезная модель поясняется последующим схематичным описанием конструкции и работы системы подачи криогенной жидкости (см. прилагаемый чертеж).
Система подачи криогенной жидкости содержит шнековый насос 1 с выходом 2 к потребителю (не показано) криогенной жидкости, например СПГ, осевую газовую турбину 3, источник 4 природного газа высокого давления и с температурой окружающей среды, бак 5 с СПГ, расходную магистраль 6 СПГ с вентилем 7 и расходную магистраль 8 природного газа с вентилем 9. Вход насоса 1 соединен с баком 5 СПГ через расходную магистраль 6 с вентилем 7. Турбина 3 выполнена коаксиально наружному диаметру насоса 1 и скреплена с ним. Вход турбины 3 через расходную магистраль 8 с вентилем 9 соединен с источником газа 4 высокого давления. Источник 4 заполнен природным газом по составу и химической формуле одинаковому с СПГ в баке 5. Природный газ в источнике 4 имеет температуру, равную температуре окружающей среды. Работа системы подачи СПГ осуществляется за счет открытия вентиля 9 в расходной магистрали 8 и подачи из источника 4 природного газа высокого давления с температурой окружающей среды на вход в турбину 3 и далее на выход 2 насоса 1. С началом вращения турбины 3 в насос 1 из бака 5 по расходной магистрали 6 через открытый вентиль 7 поступает СПГ. По мере прохождения через шнековый насоса 1 давление СПГ повышается. На выходе 2 из насоса 1 СПГ смешивается с природным газом из турбины 3. Затем эта смесь без примесей и посторонних компонентов поступает к потребителю.
Природный газ после транспортировки СПГ и его регазификации используется в фармакологической, медицинской и химической отраслях промышленности.
Возможно использование природного газа в качестве топлива в металлургической, автомобильной, цементной, легкой, пищевой и других отраслях промышленности.
Природный газ применяется для синтезирования полиэтилена и в качестве сырья для создания разнообразных органических веществ: кислот, спирта, пластмасс, каучука.
Предлагаемая система подачи обладает высоким конверсионным потенциалом по возможности перекачки различных криогенных жидкостей, прежде всего, жидких кислорода и водорода. Расчеты показывают, что при числе оборотов турбонасоса, равном 6400 об/мин, можно при наружном диаметре шнека, равном 0,23 м, достичь для расхода 460 кг/с жидкого кислорода перепада в насосе, равном 0,16 МПа (см. табл.). При сохранении неизменным указанного числа оборотов турбонасоса достигаемые расчетные параметры для жидких водорода и СПГ представлены в таблице. Очевидно, что изменение мощности турбонасоса обеспечивается изменением давления газа перед турбиной, поступающего из источника 4, с использованием вентиля 9, установленного в расходной магистрали 8.
Данные, представленные в таблице, иллюстрируют широкие возможности применения системы подачи криогенных жидкостей, используемых в самых различных отраслях промышленности. В частности, применительно к жидкому водороду можно при его криогенной заправке емкостей получать при малых энергозатратах газообразный водород сверхвысокого давления (до 100 МПа) и высокой чистоты (до 99,99) своего состава, что необходимо для надежной работы топливных элементов беспилотных летательных аппаратов.
Claims (1)
- Система подачи криогенной жидкости, содержащая турбонасос со шнековым насосом, бак с криогенной жидкостью, потребитель криогенной жидкости, источник газа высокого давления и расходные магистрали, причем вход насоса соединен с баком криогенной жидкости через расходную магистраль с вентилем, а выход - с потребителем криогенной жидкости, где турбина выполнена коаксиально наружному диаметру шнека насоса и скреплена с ним, а вход турбины через расходную магистраль с вентилем соединен с источником газа, а выход объединен с выходом насоса к потребителю, отличающаяся тем, что вход турбины соединен с источником газа, одинакового по составу и химической формуле с криогенной жидкостью и имеющего температуру, равную температуре окружающей среды.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017122719U RU182784U1 (ru) | 2017-06-28 | 2017-06-28 | Система подачи криогенной жидкости |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017122719U RU182784U1 (ru) | 2017-06-28 | 2017-06-28 | Система подачи криогенной жидкости |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU182784U1 true RU182784U1 (ru) | 2018-08-31 |
Family
ID=63467494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017122719U RU182784U1 (ru) | 2017-06-28 | 2017-06-28 | Система подачи криогенной жидкости |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU182784U1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3200753A (en) * | 1963-02-07 | 1965-08-17 | Martin Marietta Corp | Turbo-boost pump |
| US5529464A (en) * | 1988-07-12 | 1996-06-25 | Alliedsignal Inc. | Cryogenic turbopump |
| RU2106534C1 (ru) * | 1996-09-25 | 1998-03-10 | Научно-производственное объединение энергетического машиностроения им.акад.В.П.Глушко | Бустерный турбонасосный агрегат |
| RU2547353C1 (ru) * | 2014-02-28 | 2015-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Система подачи жидкого кислорода и способ его подачи из бака потребителю |
-
2017
- 2017-06-28 RU RU2017122719U patent/RU182784U1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3200753A (en) * | 1963-02-07 | 1965-08-17 | Martin Marietta Corp | Turbo-boost pump |
| US5529464A (en) * | 1988-07-12 | 1996-06-25 | Alliedsignal Inc. | Cryogenic turbopump |
| RU2106534C1 (ru) * | 1996-09-25 | 1998-03-10 | Научно-производственное объединение энергетического машиностроения им.акад.В.П.Глушко | Бустерный турбонасосный агрегат |
| RU2547353C1 (ru) * | 2014-02-28 | 2015-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Система подачи жидкого кислорода и способ его подачи из бака потребителю |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109312980B (zh) | 用于使气体液化的系统 | |
| EP2572109B1 (en) | Parallel dynamic compressor apparatus and method related thereto | |
| PL85439B1 (ru) | ||
| US10563621B2 (en) | System for supplying compressed gas to several gas-fed devices | |
| KR102601802B1 (ko) | 증발 가스를 압축하기 위한 장치 및 방법 | |
| US10605203B2 (en) | Device, system, and method for pressurizing and supplying fluid | |
| CN105863888A (zh) | 一种用于内燃机的燃气供应系统 | |
| JP6728522B2 (ja) | 圧縮性流体供給装置 | |
| RU182784U1 (ru) | Система подачи криогенной жидкости | |
| KR101634850B1 (ko) | 액화가스 처리 시스템 | |
| Tsukano et al. | Component tests of a LOX/methane full-expander cycle rocket engine: Single-shaft LOX/methane turbopump | |
| KR102057373B1 (ko) | 가스연료 처리 시스템 및 이를 구비하는 선박 | |
| JP7125158B2 (ja) | Ｌｎｇ推進船舶用の蒸発ガス圧縮機 | |
| RU2542623C1 (ru) | Способ работы кислородно-керосиновых жидкостных ракетных двигателей (жрд) и ракетная двигательная установка | |
| CN105370585A (zh) | 一种汽车燃料加注站输送液化天然气的潜液式低温泵 | |
| Gusarov et al. | Development of low-power gas turbine plants for use at industrial facilities | |
| CN213870057U (zh) | 一种可用于火箭发动机推进剂供应的挤压泵 | |
| Pettinato et al. | Machinery basics | |
| Voronov et al. | Engineering design of the ejector system for liquefied natural gas (LNG) vapor discharge | |
| JP6502574B1 (ja) | 液圧装置 | |
| Belkevich et al. | THE SPECIFIC FEATURES OF THE CONSTRUCTION AND THE PROSPECTS OF FURTHER DEVELOPMENT OF THE OXYGEN-HYDROGEN ENGINE KVD-1 | |
| RU2336429C1 (ru) | Атомный газотурбинный двигатель | |
| RU2010137222A (ru) | Способ повышения энергетических характеристик кислородно-керосиновых жидкостных ракетных двигателей и ракетная двигательная установка для осуществления этого способа | |
| Soejima et al. | System Analysis of Hydrocarbon-Fueled Deep-Throttlable Rocket Engine Using Gaseous Injection |