Изобретение относится к области криогенной техники и может быть использовано в составе газификационных установок. Известен классический способ работы криогенного поршневого насоса и устройство для его осуществления, включающий рабочий цикл, который выполняют за два такта, на первом такте при движении плунжера заполняют объем цилиндра криогенной жидкостью через всасывающий клапан, а на втором такте при движении плунжера производят передавливание криогенной жидкости из объема цилиндра через нагнетательный клапан под рабочим давлением потребителю. (См. Машины низкотемпературной техники под редакцией A.M. Архарова и И.К. Буткевича стр. 554-555, рис. 7.30 Из-во МГТУ им Н.Э. Баумана 2011 г.The invention relates to the field of cryogenic technology and can be used as part of gasification plants. The classical method of operation of a cryogenic piston pump and a device for its implementation are known, including a duty cycle that is performed in two strokes, on the first stroke, when the plunger moves, the volume of the cylinder is filled with cryogenic liquid through the suction valve, and on the second stroke, when the plunger moves, the cryogenic liquid is squeezed from volume of the cylinder through the discharge valve under operating pressure to the consumer. (See Machines of low-temperature technology, edited by A.M. Arkharov and I.K. Butkevich, pp. 554-555, Fig. 7.30 Published by MSTU named after N.E. Bauman, 2011.
Недостаток указанного способа и устройства заключается в том, что для его осуществления требуется применения кривошипно-шатунного механизма, сальника для уплотнения штока плунжера и клапанов, ограничивающих возможность повышение эффективности работы насоса за счет роста числа оборотов.The disadvantage of this method and device is that its implementation requires the use of a crank mechanism, an oil seal for sealing the plunger rod and valves that limit the possibility of increasing the efficiency of the pump due to an increase in the number of revolutions.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявленному изобретению является способ работы криогенного поршневого насоса, заключающий в том, что рабочий цикл выполняют за два такта, на одном из которых при движении плунжера от нижней мертвой точки НМТ к верней мертвой точки ВМТ заполняют объем цилиндра криогенной жидкостью из всасывающей полости и вытесняют криогенную жидкость под рабочим давлением из нагнетательной полости потребителю, а на другом производят передавливание криогенной жидкости из объема цилиндра в нагнетательную полость (см. патент RU 2736116). И хотя данный способ существенно упрощает конструкцию криогенного поршневого насоса, однако для реализации этого способа требуется клапанный механизм, что ограничивает возможность повышения эффективности работы насоса, так как с ростом частоты ходов плунжера работа клапанов усложняется и условия заполнения криогенной жидкости в цилиндр и выдачи ее потребителю ухудшаются, что в итоге приводит к снижению производительности насоса.The closest in technical essence and achieved effect to the claimed invention is a method of operation of a cryogenic piston pump, which consists in the fact that the operating cycle is performed in two cycles, on one of which, when the plunger moves from the bottom dead center of the BDC to the top dead center of the TDC, the volume of the cylinder is filled cryogenic liquid from the suction cavity and displace cryogenic liquid under operating pressure from the discharge cavity to the consumer, and on the other, the cryogenic liquid is squeezed from the volume of the cylinder into the discharge cavity (see patent RU 2736116). And although this method greatly simplifies the design of a cryogenic piston pump, however, to implement this method, a valve mechanism is required, which limits the possibility of increasing the efficiency of the pump, since with an increase in the frequency of strokes of the plunger, the operation of the valves becomes more complicated and the conditions for filling the cryogenic liquid into the cylinder and issuing it to the consumer worsen , which ultimately leads to a decrease in pump performance.
Решаемая задача - повышение эффективности работы криогенного поршневого насоса.The problem to be solved is to increase the efficiency of the cryogenic piston pump.
Решение поставленной задачи заключается в том, что в способе работы криогенного поршневого насоса рабочий цикл выполняют за два такта, на одном из которых при движении плунжера от нижней мертвой точки НМТ к верней мертвой точки ВМТ заполняют объем цилиндра криогенной жидкостью из всасывающей полости и вытесняют криогенную жидкость под рабочим давлением из нагнетательной полости потребителю, а на другом производят передавливание криогенной жидкости из объема цилиндра в нагнетательную полость, рабочий цикл дополняют третьим тактом и выполняют три такта с помощью двух плунжеров, на первом такте при неподвижном положении первого плунжера в ВМТ и движении второго плунжера от ВМТ к НМТ производят заполнение криогенной жидкостью объема цилиндра через впускное окно из всасывающей полости и вытесняют криогенную жидкость под рабочим давлением из нагнетательной полости потребителю, после чего на втором такте при неподвижном положении второго плунжера в НМТ осуществляют передавливание криогенной жидкости через выпускное окно из объема цилиндра в нагнетательную полость за счет перемещения первого плунжера из ВМТ в НМТ, а на третьем такте производят совместное перемещение обоих плунжеров из НМТ в ВМТ, возвращая их в исходное положение.The solution of the problem lies in the fact that in the method of operation of a cryogenic piston pump, the operating cycle is performed in two cycles, on one of which, when the plunger moves from the bottom dead center of the BDC to the top dead center of the TDC, the volume of the cylinder is filled with cryogenic liquid from the suction cavity and the cryogenic liquid is displaced under working pressure from the discharge cavity to the consumer, and on the other, the cryogenic liquid is squeezed from the volume of the cylinder into the discharge cavity, the working cycle is supplemented with the third stroke and three strokes are performed using two plungers, on the first stroke with the first plunger stationary at TDC and the second plunger moving from TDC to LDC, the volume of the cylinder is filled with cryogenic liquid through the inlet window from the suction cavity and the cryogenic liquid is displaced under operating pressure from the discharge cavity to the consumer, after which, on the second cycle, with the second plunger in a stationary position, the cryogenic fluid is squeezed into the NDC liquid through the outlet window from the volume of the cylinder into the discharge cavity by moving the first plunger from TDC to BDC, and on the third stroke, both plungers are moved together from BDC to TDC, returning them to their original position.
Сущность изобретения поясняется с помощью чертежа см. фиг. 1, на котором дана принципиальная схема устройства для осуществления предлагаемого способа работы криогенного поршневого насоса, и с помощью теоретической индикаторной диаграммы на фиг. 2. Устройство содержит цилиндр 1, смонтированный на опорном поясе 2 внутреннего кожуха 3 криостата 4 и разделяющий объем внутреннего кожуха 3 на всасывающую полость 5 и нагнетательную полость 6, уплотнение которых производится за счет прокладки 7. В цилиндре 1 установлен первый плунжер 8 и второй плунжер 9, выполнены впускное окно 10 и выпускное окно 11, а также размещен упор 1? для фиксации положения плунжеров 8 и 9 в ВМТ и упор 13 для фиксации положения плунжеров 8 и 9 в НМТ, а на наружной поверхности цилиндра 1 смонтированы криогенный линейный асинхронный электродвигатель 14, расположенный во всасывающей полости 5, и криогенный линейный асинхронный электродвигатель 15, расположенный в нагнетательной полости 8. Подача криогенной жидкости во всасывающую полость 5 производится через трубопровод 16, отвод паров - через трубопровод 17, смонтированных на крышке 18 криостата 4, а подача криогенной жидкости под рабочим давлением потребителю из нагнетательной полости 6 осуществляется по трубопроводу 19. Синхронизация перемещения плунжеров 8 и 9 в цилиндре 1 для осуществления рабочего цикла выполняется с помощью электронной системы (на чертежах не показана).The essence of the invention is illustrated using the drawing, see FIG. 1, which shows a schematic diagram of a device for implementing the proposed method of operation of a cryogenic piston pump, and using a theoretical indicator diagram in FIG. 2. The device contains a cylinder 1 mounted on the support belt 2 of the inner casing 3 of the cryostat 4 and separating the volume of the inner casing 3 into the suction cavity 5 and the discharge cavity 6, which are sealed by gasket 7. The first plunger 8 and the second plunger are installed in the cylinder 1 9, the inlet window 10 is made and outlet window 11, and stop 1 is also placed? for fixing the position of plungers 8 and 9 at TDC and stop 13 for fixing the position of plungers 8 and 9 at BDC, and on the outer surface of cylinder 1, a cryogenic linear asynchronous electric motor 14 is mounted, located in the suction cavity 5, and a cryogenic linear asynchronous electric motor 15, located in discharge cavity 8. The supply of cryogenic liquid to the suction cavity 5 is carried out through pipeline 16, the vapor is removed through pipeline 17 mounted on the cover 18 of the cryostat 4, and the supply of cryogenic liquid under operating pressure to the consumer from the discharge cavity 6 is carried out through pipeline 19. Synchronization of the movement of the plungers 8 and 9 in cylinder 1 for the implementation of the working cycle is carried out using an electronic system (not shown in the drawings).
Работа устройства для осуществления способа происходит следующим образом. На чертеже фиг. 1 устройство показано в состоянии, когда всасывающая полость 5 и нагнетательная полость 6 заполнены криогенной жидкостью, а первый плунжер 8 и второй плунжер 9 установлены в цилиндре 1 в зоне впускного окна 10, соответствующему их положению в ВМТ, при этом первый плунжер 8 удерживается в этом положении с помощью линейного асинхронного электродвигателя 14, расположенного во всасывающей полости 5, а второй плунжер 9 удерживается в этом положении с помощью линейного асинхронного электродвигателя 15, расположенного в нагнетательной полости 6. На индикаторной диаграмме см. фиг. 2 точка 1 соответствует положению плунжеров 8 и 9 в ВМТ. На первом такте плунжер 8 остается неподвижным в ВМТ а плунжер 9 под действием линейного асинхронного электродвигателя 15 совершает ход от ВМТ до НМТ и садится на упор 13, с помощью которого фиксируется его положение в НМТ. В процессе движения плунжера 9 от ВМТ к НМТ через впускное окно 10 происходит заполнение криогенной жидкостью объема цилиндра 1 из всасывающей полости 5 и одновременное вытеснение криогенной жидкости из нагнетательной полости 6 под рабочим давлением потребителю через трубопровод 19. На индикаторной диаграмме эти процессы отражены линиями 1-2 и 3-4. Как только плунжер 9 дойдет до НМТ и откроет выпускное окно 11 давление криогенной жидкости в заполненном ею объеме цилиндра 1 становится равным давлению криогенной жидкости в нагнетательной полость 6. На индикаторной диаграмме этот процесс отражается линией 1-3. На втором такте при неподвижном положений плунжера 9 в НМТ происходит передавливание криогенной жидкости из объема цилиндра 1 в нагнетательную полость 6 через выпускное окно 11, совершаемое за счет хода плунжера 8 от ВМТ к НМТ под действием линейного асинхронного электродвигателя 14. Процесс передавливания криогенной жидкости заканчивается при достижении плунжером 8 НМТ. На индикаторной диаграмме этот процесс отражается линией 3-4. Окончание процесса передавливания характеризуется падением давления в цилиндре 1 от величины рабочего до значения давления в процессе наполнения цилиндра 1 криогенной жидкостью. На индикаторной диаграмме этот процесс отражается линией 4-2. На третьем такте оба плунжера 8 и 9 под действием линейных асинхронных электродвигателей 14 и 15 совершают ход от НМТ к ВМТ, при этом плунжер 8 садится на упор 12, с помощью которого фиксируется его положение в ВМТ. Третий такт на индикаторной диаграмме отражается линией 2-1.Далее рабочий цикл насоса повторяется. Пополнение расхода криогенной жидкости в процессе работы криогенного поршневого насоса осуществляется от постороннего источника (на чертеже не показан) через трубопровод 16, а отвод паров из всасывающей полости 5 - через трубопровод 17, смонтированные на крышке 18 криостата 4. Герметичность всасывающей полости 5 относительно нагнетательной полости 6 обеспечивается за счет прокладки 7, устанавливаемой между цилиндром 1 и опорным поясом 2 внутреннего кожуха 3 криостата 4. Как видно из описания способа предлагаемое техническое решения позволяет осуществить безклапанный цикл криогенного поршневого насоса, что повышает не только его эффективность, достигаемую за счет увеличения частоты рабочих ходов, но и эксплуатационную надежность насоса.The operation of the device for implementing the method is as follows. In the drawing of FIG. 1, the device is shown in the state when the suction cavity 5 and the discharge cavity 6 are filled with cryogenic liquid, and the first plunger 8 and the second plunger 9 are installed in the cylinder 1 in the area of the inlet port 10, corresponding to their position at TDC, while the first plunger 8 is held in this position using a linear asynchronous motor 14 located in the suction cavity 5, and the second plunger 9 is held in this position by a linear asynchronous motor 15 located in the discharge cavity 6. On the indicator diagram, see FIG. 2, point 1 corresponds to the position of plungers 8 and 9 at TDC. On the first stroke, plunger 8 remains stationary at TDC and plunger 9 under the action of a linear asynchronous electric motor 15 makes a move from TDC to BDC and sits on stop 13, which fixes its position at BDC. During the movement of the plunger 9 from TDC to BDC through the inlet window 10, the volume of the cylinder 1 is filled with cryogenic liquid from the suction cavity 5 and the cryogenic liquid is simultaneously displaced from the discharge cavity 6 under operating pressure to the consumer through the pipeline 19. On the indicator diagram, these processes are reflected by lines 1- 2 and 3-4. As soon as the plunger 9 reaches the BDC and opens the outlet window 11, the pressure of the cryogenic liquid in the volume of the cylinder 1 filled with it becomes equal to the pressure of the cryogenic liquid in the discharge cavity 6. This process is reflected in the indicator diagram by line 1-3. On the second stroke, when the plunger 9 is in the NDC, the cryogenic liquid is squeezed from the volume of the cylinder 1 into the discharge cavity 6 through the outlet port 11, which is performed due to the stroke of the plunger 8 from the TDC to the BDC under the action of a linear asynchronous electric motor 14. The process of squeezing the cryogenic fluid ends at plunger reaching 8 BDC. On the indicator diagram, this process is reflected by the line 3-4. The end of the squeezing process is characterized by a pressure drop in the cylinder 1 from the working value to the pressure value in the process of filling the cylinder 1 with a cryogenic liquid. On the indicator diagram, this process is reflected by the line 4-2. On the third stroke, both plungers 8 and 9, under the action of linear asynchronous motors 14 and 15, move from BDC to TDC, while plunger 8 sits on stop 12, with which its position at TDC is fixed. The third stroke on the indicator diagram is reflected by the line 2-1. Further, the pump cycle is repeated. The replenishment of the flow of cryogenic liquid during the operation of the cryogenic piston pump is carried out from an external source (not shown in the drawing) through the pipeline 16, and the removal of vapor from the suction cavity 5 through the pipeline 17, mounted on the cover 18 of the cryostat 4. The tightness of the suction cavity 5 relative to the discharge cavity 6 is provided by a gasket 7 installed between the cylinder 1 and the support belt 2 of the inner casing 3 of the cryostat 4. strokes, but also the operational reliability of the pump.
