НАСОС ДЛЯ КРИОГЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 1995 года по МПК F04D7/00 F04D29/10 F04D29/58 

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к созданию насосов для перекачивания криогенных жидкостей с контактным торцовым уплотнением.

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).

Недостатком насоса является то, что использование такой конструкции насоса требует наличия источника такого теплого сухого газа, что снижает эксплуатационные характеристики устройства, требует дополнительных затрат.

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.

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.

Необходимость наддува теплого сухого газа является существенным недостатком конструкции, так как у потребителя такой газ не всегда имеется в распоряжении.

Задача изобретения улучшение эксплуатационных качеств и повышение экономичности.

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.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам предлагаемого изобретения, следовательно предлагаемое, соответствует критерию "новизна".

Сравнение существенных признаков предлагаемого насоса и известных решений дает основание считать, что предлагаемое техническое решение отвечает критериям "изобретательский уровень" и "промышленная применимость".

На чертеже представлен насос для перекачивания криогенных жидкостей, продольный разрез.

Уплотнительный узел насоса выполнен следующим образом.

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.

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.

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.

Насос работает следующим образом.

Нагревательное устройство работает как во время стоянки, так и во время непосредственной работы криогенного насоса.

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.

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.

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.

В конструкции предусмотрена автоматическая защита нагревательного элемента от перегрева.

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).

В настоящее время разработаны рабочие чертежи криогенного насоса, проведены испытания опытного образца. Результаты испытаний положительные.

Сущность изобретения: уплотнительный узел содержит невращающееся кольцо, установленное в корпусе насоса, металлический сильфон, размещенный соосно валу и герметично прикрепленный одним торцем к невращающемуся кольцу, вторым к торцовому фланцу. Нагревательное устройство выполнено в виде металлической (медной) втулки, представляющей собой фланец с односторонним выступом. Выступ размещен внутри сильфона с образованием целевого уплотнения между валом и втулкой. На торце фланца, вынесенном в атмосферу, размещен элекронагревательный элемент, соединенный с втулкой и заключенный в электроизоляционный кожух. Часть нагревательного устройства, размещенная снаружи корпуса, снабжена теплоизоляционным кожухом. 1 ил.

НАСОС ДЛЯ КРИОГЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ, уплотнительный узел которого содержит невращающееся кольцо, установленное в корпусе насоса, металлический сильфон, размещенный соосно с валом и герметично прикрепленный одним торцом к невращающемуся кольцу, а вторым к торцевому фланцу, и нагревательное устройство, отличающийся тем, что нагревательное устройство выполнено в виде металлической, например медной, втулки, представляющей собой фланец с односторонним выступом, причем выступ размещен внутри сильфона с образованием щелевого уплотнения между валом и втулкой, 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.