RU2684739C2

RU2684739C2 - Piston cryogenic pump

Info

Publication number: RU2684739C2
Application number: RU2017108687A
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Королев; Василий Васильевич Трепов; Василий Григорьевич Капинос; Алексей Владимирович Колбасов; Александр Петрович Куленко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ПРОМГАЗ-ТЕХНОЛОГИЙ"
Priority date: 2017-03-16
Filing date: 2017-03-16
Publication date: 2019-04-12
Also published as: RU2017108687A3; RU2017108687A

Abstract

FIELD: oil and gas industry.SUBSTANCE: invention relates to technique of pumping liquefied gases from containers and then compressing them and can be used in installations for filling cylinders with gas, medical equipment, oil industry, fire extinguishing systems. Cryogenic pump uses a seal having a substantially L-shaped shape, inner and outer surfaces of the sealing lip being parallel to each other, and at the end there is a chamfer and a flat surface. Ring that presses the seal against the rod has a rectangular shape with a bevel in the cross section. Ring contains a notch on the periphery in which a square seal is placed.EFFECT: reduce the cost of maintenance of the pump, increase the resource.5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике для откачивания криогенных жидкостей (сжиженных газов) из емкостей с последующим их сжатием и может найти применение в установках для заправки баллонов газом, медицинской технике, нефтяной промышленности, системах пожаротушения.The invention relates to a technique for pumping cryogenic liquids (liquefied gases) from tanks with their subsequent compression and can be used in installations for filling cylinders with gas, medical equipment, the oil industry, fire extinguishing systems.

Известен криогенный насос сверхвысокого давления [US 2003080512], содержащий цилиндровую группу, в которой утечки перекачиваемой жидкости вблизи штока цилиндра предотвращаются сальниковой группой уплотнений, расположенных в корпусе цилиндра.Known cryogenic pump ultra-high pressure [US 2003080512], containing a cylinder group in which leakage of the pumped liquid near the cylinder stem is prevented by a stuffing group of seals located in the cylinder body.

Кроме того, известен насос для перекачки криогенной жидкости [СН 695462], в корпусе которого расположена вставка, содержащая сальниковую группу уплотнений для герметизации поршневого штока, причем таковая группа может быть собрана во вставке вне насоса, после чего размещена в нем отдельным модулем с внутренней стороны. Недостатком предложенной конструкции является необходимость разборки всей цилиндровой группы при замене уплотнений сальниковой группы.In addition, a pump for pumping cryogenic fluid [CH 695462] is known, in which case there is an insert containing a stuffing group of seals for sealing a piston rod, such a group can be assembled in an insert outside the pump, and then placed in it by a separate module from the inside . The disadvantage of the proposed design is the need to disassemble the entire cylinder group when replacing seals of the stuffing group.

Известно уплотнение штока высокого давления [RU 2187728], согласно которому в зазоре между цилиндром и штоком установлены неподвижные направляющие, между которыми размещен пакет кольцевых обойм, в которых выполнены камеры, с размещенными в них уплотнительными элементами, беззазорно контактирующими со штоком, при этом как минимум первый со стороны рабочего давления жидкости уплотнительный элемент содержит непрерывную витую хаотично переплетенную прессованную проволоку из высокоэнтальпийного металла. Такое уплотнение способно работать при давлении до 800 МПа.A high-pressure stem seal is known [RU 2187728], according to which fixed guides are installed in the gap between the cylinder and the stem, between which is placed a package of annular clamps in which the chambers are made, with sealing elements placed in them, contactlessly in contact with the stem, with at least The first sealing element on the side of the working fluid pressure contains a continuous twisted chaotically interwoven pressed high-enthalpy metal wire. Such a seal is capable of operating at pressures up to 800 MPa.

Известен уплотнительный узел подвижного соединения [RU 2550369], который содержит, по меньшей мере, одну пару манжетных уплотнений с соответствующими проставками, каждое из которых выполнено в виде цилиндрической втулки с продольно выступающей уплотнительной губкой с последующей подпрессовкой в осевом направлении. Манжетные уплотнения каждой пары установлены на подвижном элементе и прилегают одно к другому большими торцами, а их уплотнительные губки направлены в противоположные стороны. Каждая из проставок выполнена в виде втулки, высота которой больше высоты уплотнительной губки соответствующего манжетного уплотнения, и установлена в углублении соответствующего манжетного уплотнения, образованного уплотнительной губкой и прилегающим к ней меньшим торцом соответствующего манжетного уплотнения, при этом указанные манжетные уплотнения с соответствующими проставками размещены в расточке корпуса и поджаты в осевом направлении нажимным элементом в осевом направлении. Образующие уплотнительной губки выполнены коническими таким образом, что губка сужается в направлении от цилиндрической втулки и имеет плоский торец.Known sealing assembly of a movable joint [RU 2550369], which contains at least one pair of lip seals with corresponding spacers, each of which is made in the form of a cylindrical sleeve with a longitudinally protruding sealing sponge, followed by pressing in the axial direction. The lip seals of each pair are mounted on a movable element and are flush with one another by large ends, and their sealing lips are directed in opposite directions. Each of the spacers is made in the form of a sleeve, the height of which is greater than the height of the sealing jaw of the corresponding lip seal, and installed in the recess of the corresponding lip seal formed by the sealing lip and the smaller end face of the corresponding lip seal adjacent to it, with the specified lip seals with the corresponding spacers in the bore housing and pressed in the axial direction of the pressure element in the axial direction. Forming the sealing sponge is made conical in such a way that the sponge tapers in the direction from the cylindrical sleeve and has a flat end.

Наиболее близким к предлагаемому является известный насос 2НСГ, выпускаемый предприятием ООО «Кислородмаш» [Руководство по эксплуатации КК 2367.00.000-01 РЭ], в состав которого входит съемная сальниковая группа, содержащая уплотнения, имеющие по существу П-образную форму сечения, причем уплотнительная губка, контактирующая со штоком имеет сужение, аналогичное с описанным выше, а на конце сужения имеется фаска для более плотного контакта со штоком. Уплотнительная губка поджимается к штоку кольцом (проставкой), причем сопрягаемые поверхности кольца и уплотнения параллельны. Подробнее такое уплотнение описано в [Детали машин. Сборник материалов по расчету и конструированию. Под ред. Н.С. Ачеркана. Изд. 2-е. Кн. 2. - 560 с. Москва: Машгиз. 1954. С. 398].The closest to the proposed is the well-known 2SG pump manufactured by OOO Kislorodmash LLC [Operation manual KK 2367.00.000-01 RE], which includes a removable stuffing box containing seals having a generally U-shaped cross-section, and sealing the sponge in contact with the rod has a narrowing similar to that described above, and at the end of the narrowing there is a chamfer for more intimate contact with the stem. The sealing sponge is pressed against the stem by a ring (spacer), and the mating surfaces of the ring and the seal are parallel. For details on this seal, see [Machine Parts. Collection of materials on the calculation and design. Ed. N.S. Acherkana. Ed. 2nd Prince 2. - 560 s. Moscow: Mashgiz. 1954. p. 398].

Недостатками известной конструкции являются низкий ресурс работы уплотнений из-за быстрой потери геометрической точности рабочей кромки в связи с ее износом, а также сложная форма, сказывающаяся на увеличении стоимости их изготовления и расходе материала.The disadvantages of the known design are the low life of the seals due to the rapid loss of the geometric accuracy of the working edge due to its wear, as well as the complex shape, affecting the increase in the cost of their manufacture and material consumption.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является повышение ресурса работы уплотнений и упрощение их конструкции с уменьшением расхода материалов.The technical problem solved by the claimed invention is to increase the service life of the seals and simplify their design with a decrease in material consumption.

Техническая задача достигается тем, что предлагается использование конструкции уплотнения, имеющей по существу Г-образную форму, причем внутренняя и внешняя поверхности уплотнительной губки параллельны друг другу, а на окончании имеется и фаска, и плоская поверхность. Кольцо, поджимающее такое уплотнение к штоку, имеет в сечении форму прямоугольника со скосом. Кроме того, кольцо может содержать выемку на периферии, в которой может быть размещен уплотнитель квадратного или круглого сечения. Сами уплотнения могут быть выполнены из прочного антифрикционного материала, способного работать в широком диапазоне температур, например из фторопластовой композиции Ф4К20, предназначенной для работы в условиях сухого трения в диапазоне температур от -250 до +260°С. Кольца между уплотнениями могут быть выполнены из латуни, например ЛС59.The technical problem is achieved by the fact that it is proposed to use a seal construction having a substantially L-shaped form, the inner and outer surfaces of the sealing jaw being parallel to each other, and at the end there is both a chamfer and a flat surface. The ring that presses this seal to the rod has a rectangular shape with a bevel in cross section. In addition, the ring may contain a notch at the periphery, in which a square or circular cross-section seal may be placed. The seals themselves can be made of durable antifriction material, capable of operating in a wide range of temperatures, for example, of the fluoroplastic composition F4K20, designed to work in dry friction conditions in the temperature range from -250 to + 260 ° C. Rings between seals can be made of brass, for example LS59.

На фиг. 1 изображен поршневой криогенный насос для откачивания сжиженного газа.FIG. 1 shows a cryogenic piston pump for pumping out liquefied gas.

На фиг. 2 изображена группа уплотнений.FIG. 2 depicts a group of seals.

Поршневой криогенный насос состоит из цилиндра 1 и поршня 2 со штоком 3. По крайней мере, часть цилиндра 1 находится внутри корпуса рубашки охлаждения 4, большая часть которого, в свою очередь, находится внутри вакуумного кожуха 5. К свободному торцу корпуса рубашки охлаждения 4 подведен трубопровод подачи 6, через который осуществляется подача перекачиваемого сжиженного газа внутрь корпуса рубашки охлаждения 4 и через впускной клапан 7 в рабочую полость цилиндра 1. Трубопровод нагнетания 8 подключен с использованием выпускного клапана 9 к боковой части цилиндра 1 в области рабочей полости. Трубопровод утечек 10 подключен к боковой части корпуса рубашки охлаждения 4. В боковой части цилиндра 1 имеются отверстия 11, сообщающие его штоковую полость с рубашкой охлаждения, с клапанами 12, нормально открытыми в сторону рубашки охлаждения. В боковой части вакуумного кожуха 5 имеется отверстие для откачки воздуха, закрытое пробкой 13. Вакуумный кожух 5 может иметь светоотражающую наружную поверхность (например, хромированную) для уменьшения его нагрева. В качестве пробки 13 может быть использован вакуумметр (например, емкостный).A cryogenic piston pump consists of a cylinder 1 and a piston 2 with a rod 3. At least part of cylinder 1 is inside the body of the cooling jacket 4, most of which, in turn, is inside the vacuum case 5. The free end of the body of the cooling jacket 4 is let down supply line 6, through which the pumped liquefied gas is fed into the body of the cooling jacket 4 and through the inlet valve 7 into the working cavity of the cylinder 1. The discharge pipe 8 is connected using the exhaust valve 9 to the side part of cylinder 1 in the area of the working cavity. The leakage pipeline 10 is connected to the side of the housing body of the cooling jacket 4. In the side part of the cylinder 1 there are holes 11 that indicate its rod cavity with the cooling jacket, with valves 12 that are normally open in the direction of the cooling jacket. In the side of the vacuum casing 5 there is a hole for pumping air, closed by a stopper 13. The vacuum casing 5 may have a reflective outer surface (for example, chrome-plated) to reduce its heating. As the tube 13 can be used vacuum gauge (for example, capacitive).

В цилиндр 1 установлен стакан 14, содержащий сальниковую группу, состоящую из уплотнений 15 и колец 16, установленных поочередно. Уплотнение 15 имеет основание 17 и уплотнительную губку 18, на торце которой имеется фаска 19. Наружная и внутренняя поверхности уплотнительной губки 18 являются конусами, образующие которых параллельны. Торец уплотнительной губки 18 параллелен основанию 17. Кольцо 16 имеет скос 20, образующая которого так же параллельна образующим наружной и внутренней поверхностей уплотнительной губки 18. При сопряжении уплотнения 15 и кольца 16 большая часть уплотнительной губки 18 сопрягается со скосом 20, а торцевая (меньшая) часть не контактирует с кольцом 16 без внешнего воздействия. Диаметр наружной поверхности основания 17 равен (или больше) диаметру наружной поверхности кольца 16, за счет чего при сборке сальниковой группы затягиванием гайки происходит пластическая деформация основания 17, ведущая к увеличению диаметра его внешней поверхности и, как следствие, уплотнению пространства между стаканом 14 и кольцом 16.A cylinder 14 is installed in cylinder 1, which contains an omental group consisting of seals 15 and rings 16, which are installed alternately. Seal 15 has a base 17 and a sealing sponge 18, on the end of which there is a chamfer 19. The outer and inner surfaces of the sealing sponge 18 are cones, which constitute parallel. The end face of the sealing lip 18 is parallel to the base 17. The ring 16 has a bevel 20, the generatrix of which is also parallel forming the outer and inner surfaces of the sealing lip 18. When the seal 15 is mated and the ring 16, most of the sealing lip 18 mates with the bevel 20, and the end (smaller) the part is not in contact with the ring 16 without external influence. The diameter of the outer surface of the base 17 is equal to (or greater) the diameter of the outer surface of the ring 16, due to which, when assembling the stuffing group, the nut 17 is plastic deformed, leading to an increase in the diameter of its outer surface and, as a result, to a seal between the cup 14 and the ring sixteen.

Под рабочей полостью цилиндра 1 подразумевается его внутренний объем, ограниченный боковыми стенками, поршнем 2 и торцевой стенкой с впускным клапаном 7.Under the working cavity of the cylinder 1 is meant its internal volume, bounded by the side walls, the piston 2 and the end wall with the inlet valve 7.

Под штоковой полостью цилиндра 1 подразумевается его внутренний объем, ограниченный боковыми стенками, поршнем 2 и торцевой стенкой, содержащей отверстие для штока 3.Under the rod end of the cylinder 1 is meant its internal volume bounded by the side walls, the piston 2 and the end wall containing the hole for the rod 3.

Объемы рабочей и штоковой полостей изменяются в зависимости от положения поршня 2.Volumes of the working and rod cavities change depending on the position of the piston 2.

Уплотнения 15 могут быть выполнены из прочного антифрикционного материала, способного работать в широком диапазоне температур, например из фторопластовой композиции Ф4К20, предназначенной для работы в условиях сухого трения в диапазоне температур от -250 до +260°С. Кольца 16 между уплотнениями могут быть выполнены из латуни, например ЛС59.Seals 15 can be made of durable antifriction material, capable of operating in a wide range of temperatures, for example, of the fluoroplastic composition F4K20, designed to work in dry friction conditions in the temperature range from -250 to + 260 ° C. The rings 16 between the seals can be made of brass, for example LS59.

Предлагаемый поршневой криогенный насос работает следующим образом. Криогенная жидкость (сжиженный газ) направляется по трубопроводу подачи 6 в корпус рубашки охлаждения 4 и при всасывающем движении поршня 2 попадает в рабочую полость цилиндра 1 через впускной клапан 7. При нагнетательном движении поршня 2 сжиженный газ попадает через выпускной клапан 9 в трубопровод нагнетания 8. Утечки сжиженного газа попадают в штоковую полость цилиндра 1, откуда удаляются в рубашку охлаждения через отверстия 11 с клапанами 12, после чего соединяются с объемом сжиженного газа в рубашке охлаждения и отводятся через трубопровод утечек 10. Вакуумный кожух 5 почти полностью предотвращает теплообмен между корпусом рубашки охлаждения 4 и окружающей средой, что способствует более качественному охлаждению цилиндра 1. При использовании в качестве пробки 13 вакуумметра можно непрерывно оценивать давление внутри вакуумного кожуха 5.The proposed piston cryogenic pump works as follows. The cryogenic liquid (liquefied gas) flows through the supply line 6 into the cooling jacket body 4 and during the suction movement of the piston 2 enters the working cavity of the cylinder 1 through the inlet valve 7. When the piston 2 moves in pressure, the liquefied gas flows through the discharge valve 9 into the discharge pipe 8. Leaks of liquefied gas enter the rod end of cylinder 1, from where they are removed to the cooling jacket through the holes 11 with valves 12, and then they are connected to the volume of liquefied gas in the cooling jacket and are discharged through One leak 10. The vacuum casing 5 almost completely prevents heat exchange between the body of the cooling jacket 4 and the environment, which contributes to a better cooling of the cylinder 1. When using a vacuum gauge 13 as a plug, you can continuously evaluate the pressure inside the vacuum casing 5.

Предварительный контакт между торцевой частью уплотнительной губки 18 и поверхностью штока 3 обеспечивается за счет разности диаметров (диаметр штока чуть больше диаметра отверстия). При этом торцевая часть уплотнительной губки 18 за счет своей эластичности может расшириться вплоть до внутренней поверхности кольца 16. При нагнетательном движении поршня 2 сжиженный газ попадает через выпускной клапан 9 в трубопровод нагнетания 8. Утечки сжиженного газа попадают в штоковую полость цилиндра 1, и при всасывающем движении поршня 2 создают там повышенное давление, которое, воздействуя на эластичный материал уплотнения 15, прижимает торцевую часть его уплотнительной губки 18 к поверхности штока 3 и способствует непрерывному контакту между ними. Наличие фаски 19 обеспечивает повышение эластичности торцевой части уплотнительной губки 18.Preliminary contact between the end portion of the sealing jaw 18 and the surface of the rod 3 is provided by the difference in diameters (the diameter of the rod is slightly larger than the diameter of the hole). At the same time, the end part of the sealing sponge 18 can expand up to the inner surface of the ring 16 due to its elasticity. When the piston 2 injects pressure, the liquefied gas flows through the discharge valve 9 into the discharge pipe 8. Liquefied gas leaks into the rod end of the cylinder 1 and the movement of the piston 2 creates there increased pressure, which, acting on the elastic material of the seal 15, presses the end part of its sealing sponge 18 to the surface of the rod 3 and contributes to the continuous con act between them. The presence of the chamfer 19 provides increased elasticity of the end part of the sealing sponge 18.

При длительной работе насоса предлагаемая сальниковая группа будет вырабатывать свой ресурс следующим образом. Ввиду того, что утечки газа создают повышенное давление и прижимают к штоку уплотнение 17, наиболее близко расположенное к поршню 2, весь износ приходится на торцевую часть уплотнительной губки 18 этого уплотнения. Остальные уплотнения 17 не испытывают нагрузок и не подвергаются износу. После того как ближайшее к поршню 2 уплотнение 17 начинает пропускать повышенное давление среды штоковой полости, в работу вступает следующее за ним уплотнение и так до последнего уплотнения. Ввиду наличия торца у губки 18 износ каждого уплотнения 17 будет происходить гораздо медленнее, чем в случае, если бы там была только фаска.With prolonged operation of the pump, the proposed stuffing box will produce its life as follows. Due to the fact that gas leaks create an increased pressure and press the seal 17, which is closest to the piston 2, to the rod, all wear and tear falls on the end portion of the sealing lip 18 of this seal. The remaining seals 17 are not subjected to stress and are not subject to wear. After the seal 17 closest to the piston 2 begins to pass an elevated pressure of the medium of the rod cavity, the next seal enters the work and so on until the last seal. Due to the presence of the end face of the sponge 18, the wear of each seal 17 will occur much more slowly than if there was only a chamfer.

Техническим результатом заявляемого изобретения является уменьшение затрат на обслуживание насоса, увеличение его ресурса.The technical result of the claimed invention is to reduce the cost of servicing the pump, increasing its resource.

Claims

1. A cryogenic piston pump having a gland group that includes rings and seals containing a sealing bead with a chamfer, characterized in that the seals have a substantially L-shaped cross section, the inner and outer surfaces of the sealing sponge parallel to each other, and At the end there is a flat end surface, the ring, which presses such a seal to the rod, has the shape of a rectangle with a bevel in cross section on the inner surface.

2. Piston cryogenic pump under item 1, characterized in that the outer surface of the sealing sponge has a cross section of a length greater than the bevel of the ring.

3. Piston cryogenic pump according to claim 2, characterized in that the ring may contain a notch on the periphery, in which a seal of rectangular section can be placed.

4. Piston cryogenic pump according to Claim. 2, characterized in that the ring may contain a recess at the periphery in which a round section seal may be placed.

5. Piston cryogenic pump according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the seals are made of F4K20 material, and the rings are made of LS59.