一種液氮泵氮氣吹掃保護裝置及方法
【專利摘要】一種液氮泵氮氣吹掃保護裝置及方法，包括液氮貯槽、汽化器、儲氣罐、儲氣罐出口調節(jié)閥、流量測量裝置、加熱器進口測溫裝置、加熱器、加熱器出口測溫裝置、風機進口壓力測量裝置、風機、風機出口壓力測量裝置、吹掃導流腔、液氮泵、液氮泵后測溫裝置、放空閥、回氣閥，所述吹掃導流腔位于液氮泵轉軸外圍，風機位于吹掃導流腔前端，加熱器位于風機前端，液氮貯槽、汽化器、儲氣罐、儲氣罐出口調節(jié)閥順序相連，儲氣罐出口調節(jié)閥與氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥合并后接入加熱器。本裝置采用閉式循環(huán)和開式放空兩種工作模式，實現(xiàn)液氮泵轉軸周圍環(huán)境的溫度、濕度的控制，有效解決液氮泵工作期間轉軸及其附近組件結霜、結冰問題，大幅提升液氮泵運轉安全性。
【專利說明】一種液氮泵氮氣吹掃保護裝置及方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及低溫液體傳輸領域，具體涉及一種液氮流程用的液氮泵氮氣吹掃保護裝置及工作方法。

【背景技術】
[0002]為獲取低溫環(huán)境，航天、化工等領域大量使用液氮流程，液氮泵是實現(xiàn)液氮穩(wěn)定供應的一種主要手段。由于液氮溫度極低(-1961),出于保護電機等目的，液氮泵的電機與腔體之間設計有較長的轉軸，部分轉軸位于殼體外直接暴露大氣，在漏冷的作用下，該段軸體會逐漸結霜、結冰，長時間工作(如大型空間環(huán)境試驗，往往連續(xù)二十多天)大量結冰，影響液氮泵工作。


【發(fā)明內容】

[0003]針對上述現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種液氮泵氮氣吹掃保護裝置，該裝置通過溫度、流量、壓力可控的氮氣持續(xù)吹掃，保證液氮泵轉軸及附近區(qū)域的溫度、濕度，有效解決液氮泵轉軸處的結霜、結冰問題，提高液氮泵的工作穩(wěn)定性、延長密封件的壽命。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術方案來實現(xiàn):
[0005]一種液氮泵氮氣吹掃保護裝置，包括液氮泵，還包括液氮貯槽、汽化器、儲氣罐、儲氣罐出口調節(jié)閥、流量測量裝置、加熱器進口測溫裝置、加熱器、加熱器出口測溫裝置、風機進口壓力測量裝置、風機、風機出口壓力測量裝置、液氮泵前濕度測量裝置、吹掃導流腔、液氮泵后濕度測量裝置、液氮泵后測溫裝置、放空閥、回氣閥，所述液氮貯槽出口與汽化器進口相連；汽化器出口與儲氣罐進口相連；儲氣罐出口與儲氣罐出口調節(jié)閥相連；儲氣罐出口調節(jié)閥和加熱器進口相連；加熱器出口與風機進口相連；風機出口與吹掃導流腔進口相連；吹掃導流腔密封安裝于液氮泵轉軸外圍；吹掃導流腔出口分別與放空閥、回氣閥相連；回氣閥與加熱器進口相連；流量測量裝置、加熱器進口測溫裝置安裝在加熱器進口處；力口熱器出口測溫裝置安裝在加熱器出口處；風機進口壓力測量裝置安裝在風機進口處；風機出口壓力測量裝置安裝在風機出口處；液氮泵前濕度測量裝置安裝在吹掃導流腔進口處；液氮泵后濕度測量裝置和液氮泵后測溫裝置安裝在吹掃導流腔出口處。
[0006]優(yōu)選的，還包括作為輔助供氣的氮氣鋼瓶組和氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥，所述氮氣鋼瓶組出口與氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥相連；所述儲氣罐出口調節(jié)閥和氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥相連后，與加熱器進口相連。
[0007]優(yōu)選的，還包括溫度控制器，溫度控制器分別與加熱器、加熱器進口測溫裝置、力口熱器出口測溫裝置和液氮泵后測溫裝置連接。
[0008]優(yōu)選的，還包括流量控制器，流量控制器分別與儲氣罐出口調節(jié)閥、流量測量裝置、風機進口壓力測量裝置、風機、風機出口壓力測量裝置、放空閥、回氣閥和氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥連接。
[0009]優(yōu)選的，所述溫度控制器和流量控制器為上位機。
[0010]優(yōu)選的，所述裝置以液氮汽化供氣模式為主，并配備氣氮鋼瓶組作為輔助供氣模式。
[0011]一種液氮泵氮氣吹掃保護方法，利用上的述裝置來完成，采用閉式循環(huán)工作模式和開式放空工作模式。
[0012]本發(fā)明可有效解決液氮泵轉軸處的結霜、結冰問題，通過溫度、流量、壓力可控的氮氣持續(xù)吹掃，保證液氮泵轉軸及附近區(qū)域的溫度、濕度，提高液氮泵的工作穩(wěn)定性、延長密封件的壽命，且閉式循環(huán)模式可有效降低氮氣消耗、系統(tǒng)工作穩(wěn)定性高，適用范圍廣泛。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明液氮泵氮氣吹掃保護裝置的組成示意圖。
[0014]圖中:1為液氮貯槽，2為汽化器，3為儲氣罐，4為儲氣罐出口調節(jié)閥，5為流量測量裝置，6為加熱器進口測溫裝置，7為加熱器，8為加熱器出口測溫裝置，9為風機進口壓力測量裝置，10為風機，11為風機出口壓力測量裝置，12為液氮泵前濕度測量裝置，13為吹掃導流腔，14為液氮泵，15為液氮泵后濕度測量裝置，16為液氮泵后測溫裝置，17為放空閥，18為回氣閥，19為氮氣鋼瓶組，20為氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥。

【具體實施方式】
[0015]為使發(fā)明要解決的技術問題、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。
[0016]參照圖1所示，本發(fā)明提供了一種液氮泵氮氣吹掃保護裝置，包括液氮泵13，還包括液氮貯槽1、汽化器2、儲氣罐3、儲氣罐出口調節(jié)閥4、流量測量裝置5、加熱器進口測溫裝置6、加熱器7、加熱器出口測溫裝置8、風機進口壓力測量裝置9、風機10、風機出口壓力測量裝置11、液氮泵前濕度測量裝置12、吹掃導流腔13、液氮泵后濕度測量裝置15、液氮泵后測溫裝置16、放空閥17、回氣閥18、氮氣鋼瓶組19和氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥20。所述液氮貯槽1出口與汽化器2進口相連；汽化器2出口與儲氣罐3進口相連；儲氣罐3出口與儲氣罐出口調節(jié)閥4相連；氮氣鋼瓶組19出口與氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥20相連；儲氣罐出口調節(jié)閥4和氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥20相連后，與加熱器7進口相連；加熱器7出口與風機10進口相連；風機10出口與吹掃導流腔13進口相連；吹掃導流腔13密封安裝于液氮泵14轉軸外圍；吹掃導流腔13出口分別與放空閥17、回氣閥18相連；回氣閥18與加熱器7進口相連；流量測量裝置5、加熱器進口測溫裝置6安裝在加熱器7進口處；加熱器出口測溫裝置8安裝在加熱器7出口處；風機進口壓力測量裝置9安裝在風機10進口處；風機出口壓力測量裝置11安裝在風機10出口處；液氮泵前濕度測量裝置12安裝在吹掃導流腔13進口處；液氮泵后濕度測量裝置15和液氮泵后測溫裝置16安裝在吹掃導流腔13出口處。
[0017]本發(fā)明還包括溫度控制器，溫度控制器分別與加熱器7、加熱器進口測溫裝置6、加熱器出口測溫裝置8和液氮泵后測溫裝置16連接。
[0018]本發(fā)明還包括流量控制器，流量控制器分別與儲氣罐出口調節(jié)閥4、流量測量裝置5、風機進口壓力測量裝置9、風機10、風機出口壓力測量裝置11、放空閥17、回氣閥18和氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥20連接。
[0019]本發(fā)明的液氮泵氮氣吹掃保護裝置，可通過溫度、流量、壓力可控的氮氣持續(xù)吹掃，保證液氮泵轉軸及附近區(qū)域的溫度、濕度，有效解決液氮泵轉軸處的結霜、結冰問題，提高液氮泵的工作穩(wěn)定性、延長密封件的壽命。
[0020]本發(fā)明具備閉式循環(huán)模式和開式放空兩種工作模式，并具備液氮汽化和氣氮鋼瓶組兩種供氣模式，可根據(jù)實際情況靈活選擇。
[0021]以下結合圖1說明本發(fā)明的具體工作過程:
[0022](1)液氮汽化供氣下的閉式循環(huán)模式
[0023]①將吹掃導流腔13密封安裝于液氮泵14轉軸外圍；
[0024]②開啟液氮貯槽1、汽化器2向儲氣罐3增壓供氣；
[0025]③待壓力達到目標值后，先打開放空閥17，關閉回氣閥18、氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥20，然后打開儲氣罐出口調節(jié)閥4，氮氣開始吹掃液氮泵轉軸；
[0026]④通過流量控制器調節(jié)各閥門開度控制流量，同時通過液氮泵前濕度測量裝置12、液氮泵后濕度測量裝置15監(jiān)測吹掃氣體濕度；
[0027]⑤待濕度滿足要求后，緩慢關閉放空閥17，同時逐漸開啟回氣閥18，之后啟動風機10，通過流量控制器調節(jié)儲氣罐出口調節(jié)閥4開度，將流量測量裝置5、風機進口壓力測量裝置9、風機出口壓力測量裝置11的數(shù)據(jù)穩(wěn)定在目標區(qū)間；
[0028]⑥啟動液氮泵14，通過溫度控制器控制加熱器工作，并結合流量控制器將系統(tǒng)各參數(shù)穩(wěn)定在目標區(qū)間。
[0029](2)液氮汽化供氣下的開式放空模式
[0030]前①?④與液氮汽化供氣下的閉式循環(huán)模式相同，后續(xù)操作為:
[0031]⑤保持回氣閥18、氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥20為關閉狀態(tài)，通過流量控制器調節(jié)儲氣罐出口調節(jié)閥4、放空閥17的開度，將流量測量裝置5、風機進口壓力測量裝置9、風機出口壓力測量裝置11的數(shù)據(jù)穩(wěn)定在目標區(qū)間；
[0032]⑥待濕度滿足要求后，啟動液氮泵14，通過溫度控制器控制加熱器工作，并結合流量控制器將系統(tǒng)各參數(shù)穩(wěn)定在目標區(qū)間。
[0033](3)氮氣鋼瓶組供氣下的閉式循環(huán)模式
[0034]①將吹掃導流腔13密封安裝于液氮泵14轉軸外圍；
[0035]②打開放空閥17，關閉回氣閥18、儲氣罐出口調節(jié)閥4 ；
[0036]③打開氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥20 ；
[0037]④通過流量控制器調節(jié)各閥門開度控制流量，同時通過液氮泵前濕度測量裝置12、液氮泵后濕度測量裝置15監(jiān)測吹掃氣體濕度；
[0038]⑤待濕度滿足要求后，緩慢關閉放空閥17，同時逐漸開啟回氣閥18，之后啟動風機10，通過流量控制器調節(jié)氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥20開度，將流量測量裝置5、風機進口壓力測量裝置9、風機出口壓力測量裝置11的數(shù)據(jù)穩(wěn)定在目標區(qū)間；
[0039]⑥啟動液氮泵14，通過溫度控制器控制加熱器工作，并結合流量控制器將系統(tǒng)各參數(shù)穩(wěn)定在目標區(qū)間。
[0040](4)氮氣鋼瓶組供氣下的開式放空模式
[0041]前①?④與氮氣鋼瓶組供氣下的閉式循環(huán)模式相同，后續(xù)操作為:
[0042]⑤保持回氣閥18、儲氣罐出口調節(jié)閥4為關閉狀態(tài)，通過流量控制器調節(jié)氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥20、放空閥17的開度，將流量測量裝置5、風機進口壓力測量裝置9、風機出口壓力測量裝置11的數(shù)據(jù)穩(wěn)定在目標區(qū)間；
[0043]⑥待濕度滿足要求后，啟動液氮泵14，通過溫度控制器控制加熱器工作，并結合流量控制器將系統(tǒng)各參數(shù)穩(wěn)定在目標區(qū)間。
[0044]本發(fā)明的流量控制器可直接輸入流量目標值，通過程序控制各閥門開度及風機的工作情況，實現(xiàn)流量的精確控制，并結合溫度控制器調整加熱器輸出實施精確溫度控制。同時，設置開式放空和閉式循環(huán)兩種工作模式，通過閉式循環(huán)可大幅降低氮氣消耗；并配置液氮汽化和氣氮鋼瓶組兩種供氣模式，以液氮汽化供氣為主，氣氮鋼瓶組作為輔助備份，可大幅提聞系統(tǒng)可罪性。
[0045]以上所述是發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種液氮泵氮氣吹掃保護裝置，包括液氮泵(14)，其特征在于，還包括液氮貯槽(I)、汽化器⑵、儲氣罐⑶、儲氣罐出口調節(jié)閥⑷、流量測量裝置(5)、加熱器進口測溫裝置(6)、加熱器(7)、加熱器出口測溫裝置(8)、風機進口壓力測量裝置(9)、風機(10)、風機出口壓力測量裝置(11)、液氮泵前濕度測量裝置(12)、吹掃導流腔(13)、液氮泵后濕度測量裝置(15)、液氮泵后測溫裝置(16)、放空閥(17)、回氣閥(18)、所述液氮貯槽(I)出口與汽化器⑵進口相連；汽化器⑵出口與儲氣罐⑶進口相連；儲氣罐⑶出口與儲氣罐出口調節(jié)閥⑷相連；儲氣罐出口調節(jié)閥⑷與加熱器⑵進口相連；加熱器(7)出口與風機(10)進口相連；風機(10)出口與吹掃導流腔(13)進口相連；吹掃導流腔(13)密封安裝于液氮泵(14)轉軸外圍；吹掃導流腔(13)出口分別與放空閥(17)、回氣閥(18)相連；回氣閥(18)與加熱器(7)進口相連；流量測量裝置(5)、加熱器進口測溫裝置(6)安裝在加熱器(7)進口處；加熱器出口測溫裝置(8)安裝在加熱器(7)出口處；風機進口壓力測量裝置(9)安裝在風機(10)進口處；風機出口壓力測量裝置(11)安裝在風機(10)出口處；液氮泵前濕度測量裝置(12)安裝在吹掃導流腔(13)進口處；液氮泵后濕度測量裝置(15)和液氮泵后測溫裝置(16)安裝在吹掃導流腔(13)出口處。
2.根據(jù)權利要求1所述的液氮泵氮氣吹掃保護裝置，其特征在于，還包括作為輔助供氣的氮氣鋼瓶組(19)和氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥(20)，所述氮氣鋼瓶組(19)出口與氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥(20)相連；所述儲氣罐出口調節(jié)閥(4)和氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥(20)相連后，與加熱器(7)進口相連。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的液氮泵氮氣吹掃保護裝置，其特征在于，還包括溫度控制器，溫度控制器分別與加熱器(7)、加熱器進口測溫裝置￠)、加熱器出口測溫裝置(8)和液氮泵后測溫裝置(16)連接。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的液氮泵氮氣吹掃保護裝置，其特征在于，還包括流量控制器，流量控制器分別與儲氣罐出口調節(jié)閥(4)、流量測量裝置(5)、風機進口壓力測量裝置(9)、風機(10)、風機出口壓力測量裝置(11)、放空閥(17)、回氣閥(18)和氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥(20)連接。
5.一種液氮泵氮氣吹掃保護方法，其特征在于，利用如權利要求1或2所述的液氮泵氮氣吹掃保護裝置來完成。
6.根據(jù)權利要求5所述的液氮泵氮氣吹掃保護裝置，其特征在于，在液氮汽化供氣下，采用閉式循環(huán)工作模式，步驟如下: ①將吹掃導流腔(13)密封安裝于液氮泵(14)轉軸外圍； ②開啟液氮貯槽(I)、汽化器(2)向儲氣罐(3)增壓供氣； ③待壓力達到目標值后，先打開放空閥(17)，關閉回氣閥(18)、氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥(20)，然后打開儲氣罐出口調節(jié)閥(4)，氮氣開始吹掃液氮泵轉軸； ④通過流量控制器調節(jié)各閥門開度控制流量，同時通過液氮泵前濕度測量裝置(12)、液氮泵后濕度測量裝置(15)監(jiān)測吹掃氣體濕度； ⑤待濕度滿足要求后，緩慢關閉放空閥(17)，同時逐漸開啟回氣閥(18)，之后啟動風機(10)，通過流量控制器調節(jié)儲氣罐出口調節(jié)閥(4)開度，將流量測量裝置(5)、風機進口壓力測量裝置(9)、風機出口壓力測量裝置(11)的數(shù)據(jù)穩(wěn)定在目標區(qū)間； ⑥啟動液氮泵(14)，通過溫度控制器控制加熱器工作，并結合流量控制器將系統(tǒng)各參數(shù)穩(wěn)定在目標區(qū)間。
7.根據(jù)權利要求5所述的液氮泵氮氣吹掃保護裝置，其特征在于，在液氮汽化供氣下，采用開式放空工作模式，步驟如下: ①將吹掃導流腔(13)密封安裝于液氮泵(14)轉軸外圍； ②開啟液氮貯槽(I)、汽化器(2)向儲氣罐(3)增壓供氣； ③待壓力達到目標值后，先打開放空閥(17)，關閉回氣閥(18)、氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥(20)，然后打開儲氣罐出口調節(jié)閥(4)，氮氣開始吹掃液氮泵轉軸； ④通過流量控制器調節(jié)各閥門開度控制流量，同時通過液氮泵前濕度測量裝置(12)、液氮泵后濕度測量裝置(15)監(jiān)測吹掃氣體濕度； ⑤保持回氣閥(18)、氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥(20)為關閉狀態(tài)，通過流量控制器調節(jié)儲氣罐出口調節(jié)閥(4)、放空閥(17)的開度，將流量測量裝置(5)、風機進口壓力測量裝置(9)、風機出口壓力測量裝置(11)的數(shù)據(jù)穩(wěn)定在目標區(qū)間； ⑥待濕度滿足要求后，啟動液氮泵(14)，通過溫度控制器控制加熱器工作，并結合流量控制器將系統(tǒng)各參數(shù)穩(wěn)定在目標區(qū)間。
8.根據(jù)權利要求5所述的液氮泵氮氣吹掃保護裝置，其特征在于，在氮氣鋼瓶組供氣下，采用閉式循環(huán)工作模式，步驟如下: ①將吹掃導流腔(13)密封安裝于液氮泵(14)轉軸外圍； ②打開放空閥(17)，關閉回氣閥(18)、儲氣罐出口調節(jié)閥(4)； ③打開氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥(20)； ④通過流量控制器調節(jié)各閥門開度控制流量，同時通過液氮泵前濕度測量裝置(12)、液氮泵后濕度測量裝置(15)監(jiān)測吹掃氣體濕度； ⑤待濕度滿足要求后，緩慢關閉放空閥(17)，同時逐漸開啟回氣閥(18)，之后啟動風機(10)，通過流量控制器調節(jié)氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥(20)開度，將流量測量裝置(5)、風機進口壓力測量裝置(9)、風機出口壓力測量裝置(11)的數(shù)據(jù)穩(wěn)定在目標區(qū)間； ⑥啟動液氮泵(14)，通過溫度控制器控制加熱器工作，并結合流量控制器將系統(tǒng)各參數(shù)穩(wěn)定在目標區(qū)間。
9.根據(jù)權利要求5所述的液氮泵氮氣吹掃保護裝置，其特征在于，在氮氣鋼瓶組供氣下，采用開式放空工作模式，步驟如下: ①將吹掃導流腔(13)密封安裝于液氮泵(14)轉軸外圍； ②打開放空閥(17)，關閉回氣閥(18)、儲氣罐出口調節(jié)閥(4)； ③打開氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥(20)； ④通過流量控制器調節(jié)各閥門開度控制流量，同時通過液氮泵前濕度測量裝置(12)、液氮泵后濕度測量裝置(15)監(jiān)測吹掃氣體濕度； ⑤保持回氣閥(18)、儲氣罐出口調節(jié)閥(4)為關閉狀態(tài)，通過流量控制器調節(jié)氮氣鋼瓶組出口調節(jié)閥(20)、放空閥(17)的開度，將流量測量裝置(5)、風機進口壓力測量裝置(9)、風機出口壓力測量裝置(11)的數(shù)據(jù)穩(wěn)定在目標區(qū)間； ⑥待濕度滿足要求后，啟動液氮泵(14)，通過溫度控制器控制加熱器工作，并結合流量控制器將系統(tǒng)各參數(shù)穩(wěn)定在目標區(qū)間。
【文檔編號】F17D1/02GK104295900SQ201410412063
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權日:2014年8月20日
【發(fā)明者】張世一, 陳麗, 康帥, 馮晨曦, 孫華強, 謝飛峰 申請人:上海衛(wèi)星裝備研究所