RU2049269C1

RU2049269C1 - Pump for cryogenic liquids

Info

Publication number: RU2049269C1
Application number: RU92005137A
Authority: RU
Inventors: Н.В. Филин; Ю.Ф. Куликов; Е.Н. Смирнов; Е.И. Прямицын; И.В. Ярымов; А.К. Дедков
Original assignee: Балашихинское научно-производственное объединение криогенного машиностроения им.40-летия Октября
Priority date: 1992-11-11
Filing date: 1992-11-11
Publication date: 1995-11-27

Abstract

FIELD: cryogenic engineering. SUBSTANCE: sealing unit has fixed ring mounted inside the housing of the pump and metal bellows mounted coaxially to the shaft. One face of the bellows is secured to the fixed ring. The other face is secured to the face flange. The heating unit is made up as a metallic (copper) bushing. The bushing is made up as a flange having the one-sided projection. The projection is positioned inside the bellows to define a slot seal between the shaft and bushing. The electric heating unit is positioned on the face of the flange exposed to the atmosphere. The heating member is connected to the bushing and enclosed by the insulating casing. A part of the heating device is outside of the housing and provided with the heat insulating casing. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к созданию насосов для перекачивания криогенных жидкостей с контактным торцовым уплотнением. The invention relates to cryogenic technology, in particular to the creation of pumps for pumping cryogenic liquids with contact mechanical seal.

Из научно-технической литературы известна конструкция криогенного насоса фирмы "CRYOMEC" (Швейцария) (католог N 395-90, 1990), в которой для исключения обмерзания торцового уплотнения производят наддув теплого сухого газа в зону уплотнения (материал прилагается). From the scientific and technical literature, the design of the cryogenic pump of the company "CRYOMEC" (Switzerland) (catalog No. 395-90, 1990) is known, in which, to prevent freezing of the mechanical seal, warm dry gas is pressurized into the sealing zone (material is attached).

Недостатком насоса является то, что использование такой конструкции насоса требует наличия источника такого теплого сухого газа, что снижает эксплуатационные характеристики устройства, требует дополнительных затрат. The disadvantage of the pump is that the use of such a pump design requires a source of such warm dry gas, which reduces the operational characteristics of the device, requires additional costs.

Наиболее близким к изобретению является типовая конструкция контактного торцового уплотнения насоса, предназначенного для перекачивания криогенных жидкостей. Вращающееся кольцо этого уплотнения жестко связано с валом, невращающееся кольцо установлено в корпусе. Подвижность невращающегося кольца обеспечивается металлическим сильфоном, выполняющим функцию вторичного уплотнения. Closest to the invention is a typical design of the mechanical seal of the pump, designed for pumping cryogenic liquids. The rotating ring of this seal is rigidly connected to the shaft; the non-rotating ring is installed in the housing. The mobility of the non-rotating ring is ensured by a metal bellows, performing the function of a secondary seal.

Одной из главных причин отказов низкотемпературных машин является намерзание влаги в уплотнительном узле. В практике проектирования криогенных насосов для устранения обмерзания в торцовых уплотнениях применяют промывку или обдув защитными незамерзающими средами, чаще всего сухим воздухом или азотом. Известная конструкция включает в себя штуцер наддува сухого теплого газа для устранения обмерзания деталей со стороны атмосферы. Теплый сухой газ подают как во время работы насоса, так и во время стоянки. One of the main causes of failure of low-temperature machines is the freezing of moisture in the sealing assembly. In the practice of designing cryogenic pumps, rinsing or blowing with protective non-freezing media, most often with dry air or nitrogen, are used to eliminate freezing in mechanical seals. The known design includes a fitting for charging warm dry gas to eliminate freezing of parts from the atmosphere. Warm dry gas is supplied both during pump operation and during parking.

Необходимость наддува теплого сухого газа является существенным недостатком конструкции, так как у потребителя такой газ не всегда имеется в распоряжении. The need to pressurize warm dry gas is a significant design flaw, as the consumer does not always have such gas.

Задача изобретения улучшение эксплуатационных качеств и повышение экономичности. The objective of the invention is improving performance and increasing efficiency.

Это достигается тем, что в насосе для криогенных жидкостей, уплотнительный узел которого содержит невращающееся кольцо, установленное в корпусе, металлический сильфон, размещенный соосно валу и герметично прикрепленный одним торцом к невращающемуся кольцу, а вторым к торцовому фланцу, имеется нагревательное устройство, выполненное в виде металлической втулки, например, медной (из материала с высоким коэффициентом теплопроводности). Втулка представляет собой фланец с односторонним тонкостенным выступом, который размещен коаксиально валу внутри сильфона с образованием щелевого уплотнения между валом и выступом втулки, а на торце фланца, вынесенном в атмосферу, размещен электронагревательный элемент, соединенный с втулкой и заключенный в электроизоляционный кожух, а часть нагревательного устройства, размещенная снаружи корпуса, снабжена теплоизоляционным кожухом. This is achieved by the fact that in the pump for cryogenic liquids, the sealing assembly of which contains a non-rotating ring installed in the housing, a metal bellows placed coaxially to the shaft and hermetically attached with one end to the non-rotating ring, and the second to the end flange, there is a heating device made in the form metal sleeve, for example, copper (from a material with a high coefficient of thermal conductivity). The sleeve is a flange with a one-sided thin-walled protrusion, which is placed coaxially to the shaft inside the bellows with the formation of a gap seal between the shaft and the protrusion of the sleeve, and an electric heating element is placed on the end face of the flange, which is connected to the sleeve and is enclosed in an electrical insulating casing, and part of the heating devices located outside the housing is equipped with a heat-insulating casing.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам предлагаемого изобретения, следовательно предлагаемое, соответствует критерию "новизна". The analysis of the prior art made it possible to establish that no analogue has been found, characterized by features identical to all the essential features of the invention, therefore, the proposed meets the criterion of "novelty."

Сравнение существенных признаков предлагаемого насоса и известных решений дает основание считать, что предлагаемое техническое решение отвечает критериям "изобретательский уровень" и "промышленная применимость". Comparison of the essential features of the proposed pump and known solutions gives reason to believe that the proposed technical solution meets the criteria of "inventive step" and "industrial applicability".

На чертеже представлен насос для перекачивания криогенных жидкостей, продольный разрез. The drawing shows a pump for pumping cryogenic liquids, a longitudinal section.

Уплотнительный узел насоса выполнен следующим образом. The sealing assembly of the pump is as follows.

В корпусе 1 насоса установлена неподвижная часть торцового уплотнения, включающая сильфонный узел 2 с закрепленным на нем невращающимся графитовым кольцом 3. Вращающееся графитовое кольцо 4 жестко установлено на валу 5 насоса. Торцовое графитовое уплотнение перекрывает утечку через заднее щелевое уплотнение рабочего колеса 7. A fixed part of the mechanical seal is installed in the pump housing 1, including a bellows assembly 2 with a non-rotating graphite ring 3 fixed thereon. A rotating graphite ring 4 is rigidly mounted on the pump shaft 5. A graphite mechanical seal blocks the leak through the rear slotted impeller seal 7.

Нагревательное устройство состоит из втулки с торцовым фланцем 8 и односторонним тонкостенным выступом 9. Обогреваемая втулка изготовлена в данном случае из медного сплава. Односторонний выступ 9 втулки размещен внутри сильфона 2 коаксиально валу 5. На внутренней поверхности выступа 9 выполнены кольцевые канавки, образующие щелевое уплотнение. Втулка жестко установлена в корпусе 1 насоса. На торцовом фланце 8, выведенном за корпус 1 насоса, установлено нагревательное устройство, например низковольтовый электрический обогреватель. The heating device consists of a sleeve with an end flange 8 and a one-sided thin-walled protrusion 9. The heated sleeve is made in this case of copper alloy. A one-sided protrusion 9 of the sleeve is placed inside the bellows 2 coaxially to the shaft 5. On the inner surface of the protrusion 9, annular grooves are formed, forming a gap seal. The sleeve is rigidly mounted in the pump housing 1. A heating device, for example a low-voltage electric heater, is installed on the end flange 8, which is led out of the pump housing 1.

Нагревательный элемент 10 нагревательного устройства жестко соединен с контактной поверхностью торцового фланца 8. Нагревательный элемент 10, выведенный за корпус 1 насоса, заключен в электроизоляционный кожух 11. Часть нагревательного устройства, размещенная снаружи корпуса 1 насоса, заключена в теплоизолирующий кожух 12. The heating element 10 of the heating device is rigidly connected to the contact surface of the end flange 8. The heating element 10, discharged behind the pump housing 1, is enclosed in an insulating casing 11. A part of the heating device located outside the pump housing 1 is enclosed in a heat-insulating casing 12.

Насос работает следующим образом. The pump operates as follows.

Нагревательное устройство работает как во время стоянки, так и во время непосредственной работы криогенного насоса. The heating device operates both during parking and during the direct operation of the cryogenic pump.

Во время работы насоса основная часть рабочей жидкости, прошедшая через заднее щелевое лабиринтное уплотнение 6 рабочего колеса 7, задерживается вращающимся 4 и невращающимся 3 графитовыми кольцами. During operation of the pump, the main part of the working fluid passing through the rear slit labyrinth seal 6 of the impeller 7 is delayed by the rotating 4 and non-rotating 3 graphite rings.

Утечки жидкости, прошедшие через кольца 3 и 4, газифицируются и дополнительно задерживаются в щелевом уплотнении между валом 5 и тонкостенным выступом 9. При этом происходит подогрев этой утечки теплом, подводимым от нагревательного элемента 10. Liquid leaks that have passed through rings 3 and 4 are gasified and are additionally delayed in the gap seal between the shaft 5 and the thin-walled protrusion 9. In this case, this leak is heated by heat supplied from the heating element 10.

Во время стоянки насоса нагревательное устройство включается на заданное время перед включением насоса для выпаривания жидкости, которая может попасть в полость насоса из атмосферы по валу 5 со стороны привода, а также для осушения воздуха во внутренней полости 1 насоса. When the pump is stationary, the heating device is turned on for a predetermined time before turning on the pump to evaporate the liquid, which can enter the pump cavity from the atmosphere along the shaft 5 from the drive side, as well as to drain the air in the internal cavity 1 of the pump.

В конструкции предусмотрена автоматическая защита нагревательного элемента от перегрева. The design provides automatic protection of the heating element from overheating.

Представленное изобретение позволяет устранить обмерзание деталей уплотнительного узла. Конструкция такого криогенного насоса позволяет также повысить его эксплуатационные качества и экономичность, так как насос может использоваться как в стационарных, так и на передвижных криогенных установках. При этом исключается дополнительная система наддува теплого очищенного газа, которая имеется не у каждого потребителя (для работы насоса и нагревательного устройства требуется один источник энергии электрический). The presented invention allows to eliminate freezing of parts of the sealing assembly. The design of such a cryogenic pump can also improve its performance and efficiency, since the pump can be used both in stationary and in mobile cryogenic plants. This eliminates the additional system of pressurization of warm purified gas, which is not available to every consumer (for the operation of the pump and heating device requires one electric energy source).

В настоящее время разработаны рабочие чертежи криогенного насоса, проведены испытания опытного образца. Результаты испытаний положительные. At present, working drawings of the cryogenic pump have been developed, and prototypes have been tested. The test results are positive.

Claims

PUMP FOR CRYOGENIC LIQUIDS, the sealing unit of which contains a non-rotating ring installed in the pump casing, a metal bellows, placed coaxially with the shaft and tightly attached with one end to the non-rotating ring, and the second to the end flange, and a heating device, characterized in that the heating device is made in the form of a metal, for example copper, sleeve, which is a flange with a one-sided protrusion, the protrusion being placed inside the bellows with the formation of a gap seal between scrap and a sleeve, at the end of the flange brought into the atmosphere, there is an electric heating element connected to the sleeve and enclosed in an electrical insulating casing, and a part of the heating device located outside the casing is equipped with a thermal insulating casing.