Поршневой насос для перекачивания криогенных жидкостей

 

Использование: для перекачивания криогенных сред, преимущественно жидкого кислорода. Сущность изобретения: один из элементов пары цилиндр - поршень снабжен электромагнитом, который размещается либо на наружной поверхности цилиндра, либо внутри поршня. При включении электромагнита поле, создаваемое им, удерживает в кольцевом зазоре между поршнем и цилиндром слой рабочей среды, обладающей свойствами парамагнетика. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к насосостроению и может найти применение для перекачивания криогенных рабочих сред, обладающих свойствами парамагнетиков, например жидкого кислорода.

Целью изобретения является повышение надежности.

На фиг.1 изображена схема поршневого насоса с электромагнитом, размещенным внутри поршня; на фиг.2 - схема поршневого насоса с электромагнитом, размещенным на наружной поверхности цилиндра.

Поршневой насос содержит цилиндр 1, выполненный из немагнитного материала, с размещенным внутри него с радиальным зазором поршнем 2. Поршень 2 соединен с кривошипно-шатунным механизмом 3 посредством штока 4. На цилиндре 1 установлены всасывающий 5 и нагнетательный 6 клапаны. Внутри герметичного поршня 2, изготовленного из немагнитного материала, размещен электромагнит 7, который подключен к источнику постоянного напряжения через токоввод (не показан), проходящий через шток 4. Во втором варианте выполнения насоса электромагнит 7 размещен на наружной поверхности цилиндра 1.

Рабочей средой насоса является парамагнитное вещество - жидкий кислород, имеющий следующие параметры: относительная магнитная проницаемость μ₂ = = 1,0034, температура кипения Т_к = 90,188 К, плотность ρ = 1142 кг/м³, динамическая вязкость η = 196 ˙10^-6 Па ˙с. Объем герметичной полости поршня 2 рассчитан из условия обеспечения его нулевой плавучести в жидком кислороде.

Электромагнит 7 может быть выполнен сверхпроводящим, что позволяет при минимальных габаритах создать в радиальном зазоре между поршнем и цилиндром магнитное поле с магнитной индукцией B_о до 15 Тл и существенно сократить расход электроэнергии.

В связи с созданием сверхпроводников с температурой сверхпроводящего перехода 92 К и выше для охлаждения сверхпроводящего электромагнита 7 может быть использована рабочая среда.

Поршень 2 размещен внутри цилиндра 1 с радиальным зазором, который перекрыт слоем жидкого кислорода 8, удерживаемым на наружной поверхности поршня 2 или на внутренней поверхности цилиндра 1 соответственно для первого и второго вариантов выполнения магнитной пондеромоторной силой, действующей со стороны неоднородного магнитного поля электромагнита 7 на парамагнитное вещество - жидкий кислород.

Насос работает следующим образом.

Вращение от двигателя (не показан) передается кривошипно-шатунному механизму 3, в результате чего поршню 2 через шток 4 сообщается возвратно-поступательное движение. При движении поршня 2 вправо в полости цилиндра 1 создается разрежение. Под действием разности давлений на входе всасывающего клапана 5 и цилиндре 1 жидкость поступает в цилиндр 1 через открывающийся при этом всасывающий клапан 5. Нагнетательный клапан 6 при ходе поршня 2 вправо закрыт, так как на него действует давление жидкости, находящейся в нагнетательном трубопроводе (не показан). При ходе поршня 2 влево в цилиндре 1 возникает давление, под действием которого закрывается клапан 5 и открывается клапан 6.

Таким образом, жидкость через нагнетательный клапан 6 поступает в напорный трубопровод.

Вследствие взаимодействия магнитного поля, создаваемого электромагнитом 7, с рабочей средой, имеющей высокое значение относительной магнитной проницаемости μ₂, радиальный зазор поршня 2 перекрывается слоем жидкого кислорода 8, что обеспечивает бесконтактное уплотнение поршня.

При этом за счет разницы магнитных проницаемостей рабочей среды и немагнитного материала, из которого изготовлены цилиндр 1 и поршень 2, на поршень 2 при его приближении к внутренней поверхности цилиндра 1 действует отталкивающая сила. С учетом того, что поршень 2 обладает нулевой плавучестью, а отталкивающая сила обеспечивает его центрирование внутри цилиндра 1, в предложенном насосе исключен механический контакт между движущимся поршнем 2 и цилиндром 1.

Формула изобретения

1. ПОРШНЕВОЙ НАСОС ДЛЯ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ КРИОГЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ, например жидкого кислорода, содержащий цилиндр с размещенным внутри него с радиальным зазором поршнем, связанным с приводом, и средство его уплотнения, отличающийся тем, что с целью повышения надежности, один из элементов пары цилиндр - поршень снабжен электромагнитом, при этом поршень и цилиндр выполнены из немагнитного материала.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что электромагнит размещен внутри поршня.

3. Насос по п.1, отличающийся тем, что электромагнит размещен на наружной поверхности цилиндра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2