Способ выдачи жидкого криопродукта и устройство для его осуществления

Способ выдачи жидкого криопродукта и устройство для его осуществления

Реферат

Изобретение относится к криогенной технике и может найти широкое применение в стационарных и транспортных системах заправки жидким азотом, кислородом и аргоном.

Известен способ и устройство выдачи жидкого криопродукта путем испарения и наддува в газовую подушку криогенной емкости части жидкого криопродукта, отбираемого из емкости (см. Епифанова В.И. и др. «Разделение воздуха методом глубокого охлаждения», том 2, стр.443, рис.Р17, Москва, « Машиностроение», 1977 г.).

Недостатками данного способа и устройства являются необходимость изготовления и эксплуатации криогенного оборудования высокого давления в случае выдачи криопродукта под давлением 1,5 МПа и выше, уменьшение количества жидкого криопродукта потребителю из-за отбора части жидкого продукта на организацию наддува под высоким давлением.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому изобретению является способ и устройство выдачи жидкого криопродукта, включающий захолаживание насоса под действием высоты столба жидкости в криогенной емкости, пуск насоса и выход на номинальный автономный режим работы, байпасирование расхода после насоса в криогенную емкость, переход на режим выдачи потребителю увеличением потока потребителю, поддержание номинального режима выдачи жидкого криопродукта потребителю за счет регулировки всего расхода, выдаваемого потребителю [см. патент RU 2027946 C1, F17C 6/00].

Недостатками данного способа и устройства являются необходимость установки на байпасном трубопроводе и трубопроводе выдачи продукта потребителю арматуры с точной регулировочной характеристикой, возможность срыва режима насоса вплоть до остановки особенно в процессе пуска или изменения параметров в процессе выдачи потребителю.

Решаемая задача - обеспечение стабильной и устойчивой работы системы выдачи на всех режимах за счет простоты и надежности пуска насоса и последующего перевода его на режим выдачи жидкого криопродукта потребителю.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе выдачи жидкого продукта потребителю, включающем захолаживание насоса под действием высоты столба жидкости в криогенной емкости, пуск насоса и выход на номинальный автономный режим работы, байпасирование расхода после насоса в криогенную емкость, переход на режим выдачи потребителю увеличением потока потребителю, поддержание номинального режима выдачи жидкого криопродукта потребителю за счет регулировки всего расхода, выдаваемого потребителю, используют центробежный насос, переход на режим выдачи потребителю осуществляют также плавным снижением байпасируемого потока и с сохранением номинального давления за насосом, расход криопродукта после центробежного насоса разделяют на регулируемый и нерегулируемый поток, составляющий от 70% до 80% номинального расхода насоса в диапазоне противодавления за насосом от давления наддува в криогенной емкости до 0,95 от номинального напора за насосом, и после захолаживания и пуска насоса регулируемый поток отключают, выход на автономный режим выполняют исключительно за счет расхода нерегулируемого потока, а переход на режим выдачи жидкого продукта потребителю производят в два этапа, на первом из которых переводят весь расход нерегулируемого потока, а на втором этапе его увеличивают до номинального значения за счет добавления расхода регулируемого потока, сохраняя при этом номинальный напор за насосом.

Указанный технический результат достигается и тем, что в устройстве выдачи жидкого криопродукта, содержащем криогенную емкость, испаритель наддува, насос, трубопровод подачи жидкости из емкости в насос, трубопровод выдачи жидкости из насоса и байпасный трубопровод, соединяющий трубопровод выдачи с криогенной емкостью, согласно изобретению используют центробежный насос, на трубопроводе выдачи до места его соединения с байпасным трубопроводом выполнено сужающее устройство в виде соплового аппарата с подключенным параллельно сужающему устройству регулирующим вентилем.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а следовательно, оно соответствует критерию «новизна» и «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняет чертеж, где изображена схема системы выдачи жидкого криопродукта, выполненной по данному способу.

Система выдачи жидкого криопродукта включает: криогенную емкость 1 с жидким криопродуктом, например азотом, центробежный насос 2, трубопровод 3 подачи жидкости из емкости 1 в центробежный насос 2 с вентилем 4, трубопровод 5 выдачи жидкости из насоса потребителю 6 с обратным клапаном 7 и расходомером 8, сужающее устройство 9 в виде соплового аппарата с параллельно подключенным к нему регулирующим вентилем 10, выполненные на трубопроводе 5 до места его стыковки с байпасным трубопроводом 11 с вентилем 12, соединяющим трубопровод 5 с емкостью 1, испаритель наддува 13 с вентилем 14 подачи жидкости в испаритель наддува 13, а также манометры Ml и М2 для контроля давления после насоса 2 и в емкости 1 и датчик температуры Т1 для контроля температуры насоса в процессе его охлаждения.

Способ выдачи жидкого криопродукта осуществляется следующим образом.

Для выдачи жидкого криопродукта потребителю используют центробежный насос, переход на режим выдачи потребителю осуществляют плавным снижением байпасируемого потока и сохранением номинального давления за насосом, а расход криопродукта после центробежного насоса разделяют на регулируемый и нерегулируемый поток, нерегулируемый поток составляет от 70% до 80% номинального расхода насоса в диапазоне противодавления за насосом от давления наддува в криогенной емкости до 0,95 от номинального напора за насосом, и после захолаживания и пуска насоса регулируемый поток отключают, выход на автономный режим выполняют исключительно за счет расхода нерегулируемого потока, а переход на режим выдачи жидкого продукта потребителю производят в два этапа, на первом из которых переводят весь расход нерегулируемого потока, а на втором этапе его увеличивают до номинального значения за счет добавления расхода регулируемого потока, сохраняя при этом номинальный напор за насосом.

Работа устройства выдачи жидкого криопродукта происходит следующим образом.

До пуска центробежного насоса 2 в работу производят его охлаждение, для чего открывают вентили 4, 10 и 12. Под действием столба жидкости в емкости 1 происходит постепенное охлаждение насоса 2, сопровождающееся ростом давления в емкости 1. Процесс охлаждения контролируют с помощью датчика температуры Т1 и манометра М2. При достижении необходимой температуры производят пуск насоса 2 на емкость 1. В этом режиме жидкий криоагент поступает из емкости 1 в трубопровод 3 подачи жидкости, захватывается насосом 2, проталкивается через сужающее устройство 9 и регулирующий вентиль 10, и далее по байпасному трубопроводу 11 возвращается в емкость 1. Особенность пуска насоса 2 заключается в том, что сразу после пуска насоса 2 закрывают регулирующий вентиль 10 и за насосом 2 устанавливается давление, контролируемое по манометру M1, близкое к номинальному значению, при этом сужающее устройство 9, выполненное в виде соплового аппарата, рассчитывается на расход, равный от 0,7 до 0,8 номинального расхода насоса 2 при противодавлении за сужающим устройством 9, которое может меняться в широком диапазоне от давления наддува в емкости 1 до 0,95 от номинального напора, создаваемого насосом 2, что обеспечивает стабильный устойчивый режим работы насоса, а следовательно, и всей системы на всех режимах работы. После выхода насоса 2 на автономный режим работы, т.е. на емкость 1, за счет испарения части жидкости в испарителе наддува 13 создают необходимое для номинального режима насоса 2 давление в газовой полости емкости 1, которое контролируется по манометру М2 и поддерживается с помощью вентиля 14.

Перевод на режим выдачи потребителю 6 по трубопроводу 5 с установленным в нем обратным клапаном 7 и расходомером 8 производят за счет плавного закрытия вентиля 12 байпасной линии 11. После полного закрытия вентиля 12 с помощью регулирующего вентиля 10, при контроле расхода через расходомер 8 и давления по манометру M1 за насосом 2 обеспечивают выход насоса 2 и поддержание его работы на номинальном режиме.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить надежный запуск насоса, простой перевод с автономного режима на режим выдачи потребителю, стабильную и устойчивую работу системы на всех режимах.

Сравнение существенных признаков предложенного и известных решений дает основание считать, что предложенное техническое решение отвечает критериям «изобретательский уровень» и «промышленная применяемость».

1. Способ выдачи жидкого продукта потребителю, включающий захолаживание насоса под действием высоты столба жидкости в криогенной емкости, пуск насоса и выход на номинальный автономный режим работы, байпасирование расхода после насоса в криогенную емкость, переход на режим выдачи потребителю увеличением потока потребителю, поддержание номинального режима выдачи жидкого криопродукта потребителю за счет регулировки всего расхода, выдаваемого потребителю, отличающийся тем, что используют центробежный насос, переход на режим выдачи потребителю осуществляют также плавным снижением байпасируемого потока и с сохранением номинального давления за насосом, расход криопродукта после центробежного насоса разделяют на регулируемый и нерегулируемый поток, составляющий от 70 до 80% от номинального расхода насоса в диапазоне противодавления за насосом от давления наддува в криогенной емкости до 0,95 номинального напора за насосом, и после захолаживания и пуска насоса регулируемый поток отключают, выход на автономный режим выполняют исключительно за счет расхода нерегулируемого потока, а переход на режим выдачи жидкого продукта потребителю производят в два этапа, на первом из которых переводят весь расход нерегулируемого потока, а на втором этапе его увеличивают до номинального значения за счет добавления расхода регулируемого потока, сохраняя при этом номинальный напор за насосом.

2. Устройство выдачи жидкого криопродукта, содержащее криогенную емкость, испаритель наддува, насос, трубопровод подачи жидкости из емкости в насос, трубопровод выдачи жидкости из насоса и байпасный трубопровод, соединяющий трубопровод выдачи с криогенной емкостью, отличающееся тем, что используют центробежный насос, на трубопроводе выдачи до места его соединения с байпасным трубопроводом выполнено сужающее устройство в виде соплового аппарата с подключенным параллельно сужающему устройству регулирующим вентилем.