一种液氮泵氮气吹扫保护装置及方法
【专利摘要】一种液氮泵氮气吹扫保护装置及方法，包括液氮贮槽、汽化器、储气罐、储气罐出口调节阀、流量测量装置、加热器进口测温装置、加热器、加热器出口测温装置、风机进口压力测量装置、风机、风机出口压力测量装置、吹扫导流腔、液氮泵、液氮泵后测温装置、放空阀、回气阀，所述吹扫导流腔位于液氮泵转轴外围，风机位于吹扫导流腔前端，加热器位于风机前端，液氮贮槽、汽化器、储气罐、储气罐出口调节阀顺序相连，储气罐出口调节阀与氮气钢瓶组出口调节阀合并后接入加热器。本装置采用闭式循环和开式放空两种工作模式，实现液氮泵转轴周围环境的温度、湿度的控制，有效解决液氮泵工作期间转轴及其附近组件结霜、结冰问题，大幅提升液氮泵运转安全性。
【专利说明】一种液氮泵氮气吹扫保护装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及低温液体传输领域，具体涉及一种液氮流程用的液氮泵氮气吹扫保护装置及工作方法。
【背景技术】
[0002]为获取低温环境，航天、化工等领域大量使用液氮流程，液氮泵是实现液氮稳定供应的一种主要手段。由于液氮温度极低(-1961),出于保护电机等目的，液氮泵的电机与腔体之间设计有较长的转轴，部分转轴位于壳体外直接暴露大气，在漏冷的作用下，该段轴体会逐渐结霜、结冰，长时间工作(如大型空间环境试验，往往连续二十多天)大量结冰，影响液氮泵工作。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种液氮泵氮气吹扫保护装置，该装置通过温度、流量、压力可控的氮气持续吹扫，保证液氮泵转轴及附近区域的温度、湿度，有效解决液氮泵转轴处的结霜、结冰问题，提高液氮泵的工作稳定性、延长密封件的寿命。
[0004]为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现:
[0005]一种液氮泵氮气吹扫保护装置，包括液氮泵，还包括液氮贮槽、汽化器、储气罐、储气罐出口调节阀、流量测量装置、加热器进口测温装置、加热器、加热器出口测温装置、风机进口压力测量装置、风机、风机出口压力测量装置、液氮泵前湿度测量装置、吹扫导流腔、液氮泵后湿度测量装置、液氮泵后测温装置、放空阀、回气阀，所述液氮贮槽出口与汽化器进口相连；汽化器出口与储气罐进口相连；储气罐出口与储气罐出口调节阀相连；储气罐出口调节阀和加热器进口相连；加热器出口与风机进口相连；风机出口与吹扫导流腔进口相连；吹扫导流腔密封安装于液氮泵转轴外围；吹扫导流腔出口分别与放空阀、回气阀相连；回气阀与加热器进口相连；流量测量装置、加热器进口测温装置安装在加热器进口处；力口热器出口测温装置安装在加热器出口处；风机进口压力测量装置安装在风机进口处；风机出口压力测量装置安装在风机出口处；液氮泵前湿度测量装置安装在吹扫导流腔进口处；液氮泵后湿度测量装置和液氮泵后测温装置安装在吹扫导流腔出口处。
[0006]优选的，还包括作为辅助供气的氮气钢瓶组和氮气钢瓶组出口调节阀，所述氮气钢瓶组出口与氮气钢瓶组出口调节阀相连；所述储气罐出口调节阀和氮气钢瓶组出口调节阀相连后，与加热器进口相连。
[0007]优选的，还包括温度控制器，温度控制器分别与加热器、加热器进口测温装置、力口热器出口测温装置和液氮泵后测温装置连接。
[0008]优选的，还包括流量控制器，流量控制器分别与储气罐出口调节阀、流量测量装置、风机进口压力测量装置、风机、风机出口压力测量装置、放空阀、回气阀和氮气钢瓶组出口调节阀连接。
[0009]优选的，所述温度控制器和流量控制器为上位机。
[0010]优选的，所述装置以液氮汽化供气模式为主，并配备气氮钢瓶组作为辅助供气模式。
[0011]一种液氮泵氮气吹扫保护方法，利用上的述装置来完成，采用闭式循环工作模式和开式放空工作模式。
[0012]本发明可有效解决液氮泵转轴处的结霜、结冰问题，通过温度、流量、压力可控的氮气持续吹扫，保证液氮泵转轴及附近区域的温度、湿度，提高液氮泵的工作稳定性、延长密封件的寿命，且闭式循环模式可有效降低氮气消耗、系统工作稳定性高，适用范围广泛。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明液氮泵氮气吹扫保护装置的组成示意图。
[0014]图中:1为液氮贮槽，2为汽化器，3为储气罐，4为储气罐出口调节阀，5为流量测量装置，6为加热器进口测温装置，7为加热器，8为加热器出口测温装置，9为风机进口压力测量装置，10为风机，11为风机出口压力测量装置，12为液氮泵前湿度测量装置，13为吹扫导流腔，14为液氮泵，15为液氮泵后湿度测量装置，16为液氮泵后测温装置，17为放空阀，18为回气阀，19为氮气钢瓶组，20为氮气钢瓶组出口调节阀。
【具体实施方式】
[0015]为使发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0016]参照图1所示，本发明提供了一种液氮泵氮气吹扫保护装置，包括液氮泵13，还包括液氮贮槽1、汽化器2、储气罐3、储气罐出口调节阀4、流量测量装置5、加热器进口测温装置6、加热器7、加热器出口测温装置8、风机进口压力测量装置9、风机10、风机出口压力测量装置11、液氮泵前湿度测量装置12、吹扫导流腔13、液氮泵后湿度测量装置15、液氮泵后测温装置16、放空阀17、回气阀18、氮气钢瓶组19和氮气钢瓶组出口调节阀20。所述液氮贮槽1出口与汽化器2进口相连；汽化器2出口与储气罐3进口相连；储气罐3出口与储气罐出口调节阀4相连；氮气钢瓶组19出口与氮气钢瓶组出口调节阀20相连；储气罐出口调节阀4和氮气钢瓶组出口调节阀20相连后，与加热器7进口相连；加热器7出口与风机10进口相连；风机10出口与吹扫导流腔13进口相连；吹扫导流腔13密封安装于液氮泵14转轴外围；吹扫导流腔13出口分别与放空阀17、回气阀18相连；回气阀18与加热器7进口相连；流量测量装置5、加热器进口测温装置6安装在加热器7进口处；加热器出口测温装置8安装在加热器7出口处；风机进口压力测量装置9安装在风机10进口处；风机出口压力测量装置11安装在风机10出口处；液氮泵前湿度测量装置12安装在吹扫导流腔13进口处；液氮泵后湿度测量装置15和液氮泵后测温装置16安装在吹扫导流腔13出口处。
[0017]本发明还包括温度控制器，温度控制器分别与加热器7、加热器进口测温装置6、加热器出口测温装置8和液氮泵后测温装置16连接。
[0018]本发明还包括流量控制器，流量控制器分别与储气罐出口调节阀4、流量测量装置5、风机进口压力测量装置9、风机10、风机出口压力测量装置11、放空阀17、回气阀18和氮气钢瓶组出口调节阀20连接。
[0019]本发明的液氮泵氮气吹扫保护装置，可通过温度、流量、压力可控的氮气持续吹扫，保证液氮泵转轴及附近区域的温度、湿度，有效解决液氮泵转轴处的结霜、结冰问题，提高液氮泵的工作稳定性、延长密封件的寿命。
[0020]本发明具备闭式循环模式和开式放空两种工作模式，并具备液氮汽化和气氮钢瓶组两种供气模式，可根据实际情况灵活选择。
[0021]以下结合图1说明本发明的具体工作过程:
[0022](1)液氮汽化供气下的闭式循环模式
[0023]①将吹扫导流腔13密封安装于液氮泵14转轴外围；
[0024]②开启液氮贮槽1、汽化器2向储气罐3增压供气；
[0025]③待压力达到目标值后，先打开放空阀17，关闭回气阀18、氮气钢瓶组出口调节阀20，然后打开储气罐出口调节阀4，氮气开始吹扫液氮泵转轴；
[0026]④通过流量控制器调节各阀门开度控制流量，同时通过液氮泵前湿度测量装置12、液氮泵后湿度测量装置15监测吹扫气体湿度；
[0027]⑤待湿度满足要求后，缓慢关闭放空阀17，同时逐渐开启回气阀18，之后启动风机10，通过流量控制器调节储气罐出口调节阀4开度，将流量测量装置5、风机进口压力测量装置9、风机出口压力测量装置11的数据稳定在目标区间；
[0028]⑥启动液氮泵14，通过温度控制器控制加热器工作，并结合流量控制器将系统各参数稳定在目标区间。
[0029](2)液氮汽化供气下的开式放空模式
[0030]前①?④与液氮汽化供气下的闭式循环模式相同，后续操作为:
[0031]⑤保持回气阀18、氮气钢瓶组出口调节阀20为关闭状态，通过流量控制器调节储气罐出口调节阀4、放空阀17的开度，将流量测量装置5、风机进口压力测量装置9、风机出口压力测量装置11的数据稳定在目标区间；
[0032]⑥待湿度满足要求后，启动液氮泵14，通过温度控制器控制加热器工作，并结合流量控制器将系统各参数稳定在目标区间。
[0033](3)氮气钢瓶组供气下的闭式循环模式
[0034]①将吹扫导流腔13密封安装于液氮泵14转轴外围；
[0035]②打开放空阀17，关闭回气阀18、储气罐出口调节阀4 ；
[0036]③打开氮气钢瓶组出口调节阀20 ；
[0037]④通过流量控制器调节各阀门开度控制流量，同时通过液氮泵前湿度测量装置12、液氮泵后湿度测量装置15监测吹扫气体湿度；
[0038]⑤待湿度满足要求后，缓慢关闭放空阀17，同时逐渐开启回气阀18，之后启动风机10，通过流量控制器调节氮气钢瓶组出口调节阀20开度，将流量测量装置5、风机进口压力测量装置9、风机出口压力测量装置11的数据稳定在目标区间；
[0039]⑥启动液氮泵14，通过温度控制器控制加热器工作，并结合流量控制器将系统各参数稳定在目标区间。
[0040](4)氮气钢瓶组供气下的开式放空模式
[0041]前①?④与氮气钢瓶组供气下的闭式循环模式相同，后续操作为:
[0042]⑤保持回气阀18、储气罐出口调节阀4为关闭状态，通过流量控制器调节氮气钢瓶组出口调节阀20、放空阀17的开度，将流量测量装置5、风机进口压力测量装置9、风机出口压力测量装置11的数据稳定在目标区间；
[0043]⑥待湿度满足要求后，启动液氮泵14，通过温度控制器控制加热器工作，并结合流量控制器将系统各参数稳定在目标区间。
[0044]本发明的流量控制器可直接输入流量目标值，通过程序控制各阀门开度及风机的工作情况，实现流量的精确控制，并结合温度控制器调整加热器输出实施精确温度控制。同时，设置开式放空和闭式循环两种工作模式，通过闭式循环可大幅降低氮气消耗；并配置液氮汽化和气氮钢瓶组两种供气模式，以液氮汽化供气为主，气氮钢瓶组作为辅助备份，可大幅提闻系统可罪性。
[0045]以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种液氮泵氮气吹扫保护装置，包括液氮泵(14)，其特征在于，还包括液氮贮槽(I)、汽化器⑵、储气罐⑶、储气罐出口调节阀⑷、流量测量装置(5)、加热器进口测温装置(6)、加热器(7)、加热器出口测温装置(8)、风机进口压力测量装置(9)、风机(10)、风机出口压力测量装置(11)、液氮泵前湿度测量装置(12)、吹扫导流腔(13)、液氮泵后湿度测量装置(15)、液氮泵后测温装置(16)、放空阀(17)、回气阀(18)、所述液氮贮槽(I)出口与汽化器⑵进口相连；汽化器⑵出口与储气罐⑶进口相连；储气罐⑶出口与储气罐出口调节阀⑷相连；储气罐出口调节阀⑷与加热器⑵进口相连；加热器(7)出口与风机(10)进口相连；风机(10)出口与吹扫导流腔(13)进口相连；吹扫导流腔(13)密封安装于液氮泵(14)转轴外围；吹扫导流腔(13)出口分别与放空阀(17)、回气阀(18)相连；回气阀(18)与加热器(7)进口相连；流量测量装置(5)、加热器进口测温装置(6)安装在加热器(7)进口处；加热器出口测温装置(8)安装在加热器(7)出口处；风机进口压力测量装置(9)安装在风机(10)进口处；风机出口压力测量装置(11)安装在风机(10)出口处；液氮泵前湿度测量装置(12)安装在吹扫导流腔(13)进口处；液氮泵后湿度测量装置(15)和液氮泵后测温装置(16)安装在吹扫导流腔(13)出口处。
2.根据权利要求1所述的液氮泵氮气吹扫保护装置，其特征在于，还包括作为辅助供气的氮气钢瓶组(19)和氮气钢瓶组出口调节阀(20)，所述氮气钢瓶组(19)出口与氮气钢瓶组出口调节阀(20)相连；所述储气罐出口调节阀(4)和氮气钢瓶组出口调节阀(20)相连后，与加热器(7)进口相连。
3.根据权利要求1或2所述的液氮泵氮气吹扫保护装置，其特征在于，还包括温度控制器，温度控制器分别与加热器(7)、加热器进口测温装置￠)、加热器出口测温装置(8)和液氮泵后测温装置(16)连接。
4.根据权利要求1或2所述的液氮泵氮气吹扫保护装置，其特征在于，还包括流量控制器，流量控制器分别与储气罐出口调节阀(4)、流量测量装置(5)、风机进口压力测量装置(9)、风机(10)、风机出口压力测量装置(11)、放空阀(17)、回气阀(18)和氮气钢瓶组出口调节阀(20)连接。
5.一种液氮泵氮气吹扫保护方法，其特征在于，利用如权利要求1或2所述的液氮泵氮气吹扫保护装置来完成。
6.根据权利要求5所述的液氮泵氮气吹扫保护装置，其特征在于，在液氮汽化供气下，采用闭式循环工作模式，步骤如下: ①将吹扫导流腔(13)密封安装于液氮泵(14)转轴外围； ②开启液氮贮槽(I)、汽化器(2)向储气罐(3)增压供气； ③待压力达到目标值后，先打开放空阀(17)，关闭回气阀(18)、氮气钢瓶组出口调节阀(20)，然后打开储气罐出口调节阀(4)，氮气开始吹扫液氮泵转轴； ④通过流量控制器调节各阀门开度控制流量，同时通过液氮泵前湿度测量装置(12)、液氮泵后湿度测量装置(15)监测吹扫气体湿度； ⑤待湿度满足要求后，缓慢关闭放空阀(17)，同时逐渐开启回气阀(18)，之后启动风机(10)，通过流量控制器调节储气罐出口调节阀(4)开度，将流量测量装置(5)、风机进口压力测量装置(9)、风机出口压力测量装置(11)的数据稳定在目标区间； ⑥启动液氮泵(14)，通过温度控制器控制加热器工作，并结合流量控制器将系统各参数稳定在目标区间。
7.根据权利要求5所述的液氮泵氮气吹扫保护装置，其特征在于，在液氮汽化供气下，采用开式放空工作模式，步骤如下: ①将吹扫导流腔(13)密封安装于液氮泵(14)转轴外围； ②开启液氮贮槽(I)、汽化器(2)向储气罐(3)增压供气； ③待压力达到目标值后，先打开放空阀(17)，关闭回气阀(18)、氮气钢瓶组出口调节阀(20)，然后打开储气罐出口调节阀(4)，氮气开始吹扫液氮泵转轴； ④通过流量控制器调节各阀门开度控制流量，同时通过液氮泵前湿度测量装置(12)、液氮泵后湿度测量装置(15)监测吹扫气体湿度； ⑤保持回气阀(18)、氮气钢瓶组出口调节阀(20)为关闭状态，通过流量控制器调节储气罐出口调节阀(4)、放空阀(17)的开度，将流量测量装置(5)、风机进口压力测量装置(9)、风机出口压力测量装置(11)的数据稳定在目标区间； ⑥待湿度满足要求后，启动液氮泵(14)，通过温度控制器控制加热器工作，并结合流量控制器将系统各参数稳定在目标区间。
8.根据权利要求5所述的液氮泵氮气吹扫保护装置，其特征在于，在氮气钢瓶组供气下，采用闭式循环工作模式，步骤如下: ①将吹扫导流腔(13)密封安装于液氮泵(14)转轴外围； ②打开放空阀(17)，关闭回气阀(18)、储气罐出口调节阀(4)； ③打开氮气钢瓶组出口调节阀(20)； ④通过流量控制器调节各阀门开度控制流量，同时通过液氮泵前湿度测量装置(12)、液氮泵后湿度测量装置(15)监测吹扫气体湿度； ⑤待湿度满足要求后，缓慢关闭放空阀(17)，同时逐渐开启回气阀(18)，之后启动风机(10)，通过流量控制器调节氮气钢瓶组出口调节阀(20)开度，将流量测量装置(5)、风机进口压力测量装置(9)、风机出口压力测量装置(11)的数据稳定在目标区间； ⑥启动液氮泵(14)，通过温度控制器控制加热器工作，并结合流量控制器将系统各参数稳定在目标区间。
9.根据权利要求5所述的液氮泵氮气吹扫保护装置，其特征在于，在氮气钢瓶组供气下，采用开式放空工作模式，步骤如下: ①将吹扫导流腔(13)密封安装于液氮泵(14)转轴外围； ②打开放空阀(17)，关闭回气阀(18)、储气罐出口调节阀(4)； ③打开氮气钢瓶组出口调节阀(20)； ④通过流量控制器调节各阀门开度控制流量，同时通过液氮泵前湿度测量装置(12)、液氮泵后湿度测量装置(15)监测吹扫气体湿度； ⑤保持回气阀(18)、储气罐出口调节阀(4)为关闭状态，通过流量控制器调节氮气钢瓶组出口调节阀(20)、放空阀(17)的开度，将流量测量装置(5)、风机进口压力测量装置(9)、风机出口压力测量装置(11)的数据稳定在目标区间； ⑥待湿度满足要求后，启动液氮泵(14)，通过温度控制器控制加热器工作，并结合流量控制器将系统各参数稳定在目标区间。
【文档编号】F17D1/02GK104295900SQ201410412063
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2014年8月20日
【发明者】张世一, 陈丽, 康帅, 冯晨曦, 孙华强, 谢飞峰 申请人:上海卫星装备研究所