CZ304747B6 - Dvojčinné dvoustupňové čerpadlo - Google Patents

Abstract

Čerpadlo (10) s kmitavým pohybem pro čerpání nejméně jedné tekutiny, zahrnující skříň (12) a píst (14), posuvně uložený uvnitř skříně (12) pro vratný pohyb v podstatě rovnoběžně s podélnou osou skříně (12) a rozdělující skříň (12) na první komoru (36) u sacího otvoru (24) ve skříni (12) a druhou komoru (38) u výtlačného otvoru (40) ve skříni (12), přičemž objemy komor (36, 38) se mění obráceně s vratným pohybem pístu (14) tak, že sací zdvih zvětšuje objem první komory (36) a výtlačný zdvih zvětšuje objem druhé komory (38). Dále čerpadlo (10) zahrnuje hřídel (16), mající přední konec spojený se zadním koncem pístu (14) pro vratný pohyb současně s pístem (14) a alespoň část hřídele (16) je uspořádána v druhé komoře (38). Dále čerpadlo (10) zahrnuje sací řídicí prostředky pro ovládání tekutiny proudící přes sací otvor (24) do první komory (36), výtlačné řídicí prostředky pro ovládání tekutiny proudící do druhé komory (38) přes výtlačný otvor (40) a mezistupňové řídicí prostředky ve spojení s první komorou (36) a druhou komorou (38) pro ovládání tekutiny proudící z první komory (36) do druhé komory (38). Mezistupňové řídicí prostředky jsou uzavřeny během sacího zdvihu a otevřeny během kompresního zdvihu.

Description

Dvojčinné dvoustupňové čerpadlo

Oblast techniky

Vynález se týká mechanického čerpadla a zejména čerpadla, které lze použít pro čerpání tekutiny, kterou může být kapalina, plyn nebo jejich kombinace aje zejména vhodné pro čerpání kryogenních tekutin.

Dosavadní stav techniky

Kryogenní tekutiny jako je zkapalněný vodík, kyslík, dusík, argon, nebo zkapalněný vzduch a zkapalněné uhlovodíky, jako je metan, butan, propan nebo přírodní plyn, jsou obvykle skladovány a dopravovány v tlakových přepravnících. Přepravníky jsou obvykle dobře izolovány a chlazena na velmi nízkou teplotu. Čerpadla jsou použita pro dopravu takovýchto tekutin mezi přepravníky nebo zjednoho přepravníku do místa použití. Zatímco mnoho typů čerpadel bylo konstruováno pro mnoho použití, pro mnoho použití se dává přednost typu mechanických čerpadel s kmitavým pohybem.

U čerpadel s kmitavým pohybem je obvykle potřeba, aby měla účinnou pozitivní sací výšku (NPSH), tj. sací výšku nad nulou, aby se zabránilo ztrátám naplněním čerpadla a/nebo se zabránilo nebo snížila každá tendence ke kavitaci uvnitř čerpadla. NPSH je potřebný další tlak nad tlak nasycené páry kapaliny při dané teplotě. Kavitace je vytvoření parou naplněných dutinek uvnitř kapaliny, způsobených v oblastech čerpadla, kde tlak pohybující se kapaliny klesne pod tlak nasycené páry. Během komprese bortící se dutinky mohou způsobit ráz, vibraci, hluk a erozi kovových ploch, a to všechno může poškodit čerpadlo.

Kryogenní čerpadlo, popsané v US patentu 5188519 (Splugis), obsahuje válec, mající sání kapaliny a výtlak kapaliny a píst pohybující se vratně uvnitř válce a v podstatě mezi sáním kapaliny a výtlakem kapaliny. V pístu je vytvořen kanál pro průtok kapaliny v podstatě souosý s válcem, kanál pro průtok kapaliny má vstupní konec kapaliny ve spojení se sacím otvorem válce a výstupní konec kapaliny ve spojení s výtlačným otvorem kapaliny válce. Pístní tyč je připevněna k pístu pro vratný pohyb pístu uvnitř válce ve směru k výtlačnému otvoru kapaliny z válce. Ventil pracovně spojený s a ležící mezi pístní tyčí a vstupním koncem kanálu pro proudění kapaliny pístem střídavě otvírá a zavírá vstup pro proud kapaliny, ventil je uzavřen, když se pístní tyč a píst pohybuje ve směru k výtlačnému otvoru kapaliny válce aje otevřen, když se pístní tyč a píst pohybují v opačném směru.

Čerpadlo s kmitavým pohybem popsané v US 4239460 (Golz) je konstruováno pro činnost s velmi nízkým NPSH. Toto čerpadlo využívá píst s vratným pohybem, který rozděluje válcovou skříň na nízkotlakovou komoru a menší vysokotlakou komoru. Plynový sací kanál prochází z vnějšího konce skříně do vysokotlaké komory. Pevný píst se posouvá uvnitř válcového pláště neseného vratně se pohybujícím pístem. Stlačený zkapalněný plyn je přiváděn do výtlaku kanálem uvnitř pevného pístu. Jednocestné ventily ovládají proudění zkapalněného plynu sáním, několika komorami a výtlakem. Během činnosti je vstupující kapalina stlačována v nízkotlaké komoře se snahou zkondenzovat všechen plyn, který by mohl přijít do čerpadla tak, aby výsledná kapalina mohla být tlačena do vysokotlaké komory. Není-li tam dostatek stlačovaného plynu, otvory v nízkotlakové komoře umožňují, aby se přebytečná kapalina vrátila do zásobní nádrže tak, aby tato komora zůstala na poměrně nízkém tlaku.

US patent 4447195 (Schuck) a 4559786 (Schuck) popisuje dvoustupňové čerpadlo, které je v podstatě vytvořeno ze dvou samostatných čerpadel spojených potrubím, majícím dvě komory. Čerpaná tekutina musí procházet oběma komorami, nemajícími žádnou střední cestu pro návrat

- 1 CZ 304747 B6 do zásobní nádrže. Když je výsledkem čerpání nepřijatelně vysoký tlak mezi dvěma stupni tohoto dvoustupňového čerpadla, přebytečný tlak se odpustí pojistným ventilem.

US patent 4639197 (Tomare a kol.) popisuje čerpadlo pro kryogenní tekutiny, které má dva písty spojené společnou tyčí. První píst má nepatrně větší průměr než druhý píst, takže druhá kompresní komora má nepatrně menší objem než první kompresní komora. Když je přebytečná kapalina v prvním stupni tohoto dvoustupňového čerpadla, nadbytečná kapalina prochází přímo přes druhý stupeň, v prvním stupni je vytvořen celý výtlačný tlak.

US patent 5575626 (Brown a kol.) popisuje dvoustupňové kryogenní čerpadlo. Největší rozdíl je v tom, že čerpadlo má další znak, schopnost odtahovat kapalinu od dna přepravníku, spíše než aby bylo uloženo zvnějšku přepravníku.

US patent 5884488 (Graham a kol.) popisuje jednostupňové čerpadlo určené k čerpání kapaliny pouze (ne dvoustupňové čerpadlo určené pro čerpání dvoufázové tekutiny). I když toto čerpadlo má dvě komory, druhá komora uvnitř čerpadla není určena k tomu, aby byla kompresní komorou. Objem druhé komory je velmi velký, takže kompresní poměr je mimořádně malý. Jedno provedení čerpadla má první komoru a druhou komoru spojenou s první komorou, třetí komoru spojenou s druhou komorou a vratný píst oddělující první, druhou a třetí komoru vzájemně od sebe a pro táhnutí a stlačování plynu a kapaliny v každé z komor.

US patent 5511955 (Brown a kol.) opisuje kryogenní čerpadlo, které obsahuje píst s vratným pohybem umístěný v první válcové skříni pro rozdělení vnitřního prostoru skříně do přeplňovací komory a výtlačné komory na opačné straně pístu. Alespoň jeden sací otvor přeplňovací komory prochází přes válcovou skříň přímo za vratným pístem pro vedení zkapalněného plynu od sání zkapalněného plynu do přeplňovací komory. Pevný píst je uložen ve skříni a prochází do výtlačné komory. Pevný píst se dotýká s pláštěm, neseným pohyblivým pístem, aby se vytvořila vysokotlaká komora mezi pohyblivýma pevným pístem. Výtlak zkapalněného plynu prochází přes pevný píst od vysokotlaké komory ke koncovému výtlačnému otvoru.

DE-A-19834332 popisuje řídicí jednotku pro řízení tlaku u čerpadlové jednotky palivového vstřikovacího systému. Řídicí jednotka má řídicí ventil a jednotku ovládání ventilu, připojenou k řídicímu ventilu za účelem selektivního ovládání řídicího ventilu. Řídicí ventil má ventilové těleso, pohyblivé axiálně ve skříni pro otevírání a zavírání ventilového sedla. Škrticí zařízení je uspořádáno ve skříni, aby škrtilo průtok řídicím ventilem, když je řídicí ventil otevřen malým zdvihem a aby umožnilo neomezovaný průtok řídicím ventilem, když je první ventilové těleso otevřeno nad malý zdvih.

FR-A-2556050 popisuje plunžrové čerpadlo pro tekutý vodík, které má píst, dělicí komoru na sací a výtlačnou komoru se vstupním a výstupním kanálem, které jsou řízeny ventily. Kanál skrz píst propojuje komory aje uzavřen uzávěrem, když se píst pohybuje kvýtlačné komoře aje otevřen při pohybu opačným směrem.

Čerpadla podle stavu techniky, používaná pro kryogenní kapaliny techniky mají různé problémy. Například známá dvoustupňová čerpadla nemusí nutně dovolit, aby všechna tekutina čerpaná prvním stupněm byla přenesena přes čerpadlo do výtlačného otvoru, určitá tekutina se musí vracet do nádrže. Také některá známá čerpadla potřebují buď motor nadměrných rozměrů, aby byla k dispozici další energie potřebná během kompresního zdvihu, nebo velké setrvačníky k zachování energie během sacího zdvihu.

Je potřeba mít dvoustupňové čerpadlo, které existují-li určité tekutinové podmínky v sání, pracuje jako jednostupňové čerpadlo tak, aby všechna čerpaná tekutina procházela čerpadlem do výtlaku.

-2CZ 304747 B6

Dále je potřeba mít dvoustupňové čerpadlo uspořádané uvnitř jediné skříně, přičemž velikost a náklady na čerpadlo by měly být poměrně nižší, než jsou velikost a náklady na čerpadla podle stavu techniky.

Dále je ještě potřeba mít dvoustupňové čerpadlo, které nepotřebuje setrvačník nebo motor nadměrné velikosti k zachování energie, ale spíše zachová energii jako tlak uvnitř čerpadla během sacího zdvihu.

Je také potřeba mít zdokonalené čerpadlo s kmitavým pohybem pro kiyogenní tekutiny, které odstraňuje potíže a nevýhody stavu techniky a vykazuje lepší a výhodnější výsledky.

Podstata vynálezu

Podstatou předloženého vynálezu je čerpadlo s kmitavým pohybem pro čerpání alespoň jedné tekutiny, kterou může být kapalina, plyn nebo jejich kombinace. První provedení čerpadla obsahuje skříň, píst posuvně uložený uvnitř skříně pro vratný pohyb, hřídel spojený s pístem a upravený pro vratný pohyb současně s pístem, sací ventil, výtlačný ventil a mezistupňové ventilové prostředky. Skříň má podélnou osu, nejméně dvě vnitřní stěny, druhý konec ležící proti prvnímu konci, sací otvor těsně u prvního konce, výtlak mezi druhým koncem a sacím otvorem a otevřený vnitřní prostor mezi alespoň jednou vnitřní stěnou a druhým koncem. Píst je posuvně uložen uvnitř skříně pro vratný pohyb v podstatě rovnoběžně s podélnou osou. Píst má plochu prvního průřezu, přední konec obrácený k prvnímu konci a zadní konec ležící proti přednímu konci a rozdělující otevřený vnitřní prostor do první komory, mající první objem těsně u sacího otvoru a druhou komoru, mající druhý objem těsně u výtlačného otvoru. První a druhý objem se mění obráceně při vratném pohybu pístu. První komora je v ovladatelném tekutinovém spojení se sacím otvorem, druhá komora je v ovladatelném tekutinovém spojení s výtlačným otvorem a první a druhá komora jsou v ovladatelném tekutinovém spojení. Hřídel, který má svůj přední konec spojený se zadním koncem pístu a zadní konec ležící na opačné straně než přední konec, je upraven pro vratný pohyb současně s pístem a alespoň část hřídele je uspořádána v druhé komoře. Sací ventil je ve spojení se sacím otvorem a je upraven pro ovládání tekutiny proudící sacím otvorem do první komory. Výtlačný ventil je ve spojení s výtlačným otvorem a je upraven pro ovládání tekutiny, proudící z druhé komory výtlačným otvorem. Mezistupňové ventilové prostředky jsou ve spojení s první komorou a druhou komorou a je upraven pro ovládání tekutiny, proudící z první komory do druhé komoiy. Mezistupňové ventilové prostředky jsou uzavřeny během sacího zdvihu a otevřeny během kompresního zdvihu, sací zdvih a kompresní zdvih nastávají střídavým způsobem během vratného pohybu pístu.

Čerpadlem s kmitavým pohybem lze čerpat různé typy tekutin, včetně, ale ne pouze, kryogenních tekutin. V jedné variantě, je alespoň čest tekutiny jednofázová tekutina. V jiné variantě je alespoň část tekutiny dvoufázová tekutina.

Ve výhodném provedení je píst pohyblivý vzhledem ke skříni a skříň má pevnou polohu. V jiném provedení má píst pevnou polohu a skříň je pohyblivá vzhledem k pístu.

Ve výhodném provedení má část hřídele, uspořádaná v druhé komoře, plochu druhého průřezu, která se v podstatě rovná asi polovině plochy prvního průřezu.

V jiném provedení čerpadlo obsahuje těsnicí prostředky, upravené pro vytvoření alespoň jednoho těsnění mezi první stěnou skříně a vnější plochou pístu střídavým způsobem během vratného pohybu. S výhodou je těsnění prováděno během sacího zdvihu. Výhodné těsnicí prostředky obsahují alespoň jeden pístní kroužek, uložený obvodově na pístu.

Ve výhodném povedení, alespoň část mezi stupňových ventilových prostředků je uložena na pístu. Avšak, i jiné varianty jsou možné. V jedné variantě obsahují mezistupňové ventilové pro-3 CZ 304747 B6 středky sací otvor ve vnitřní stěně těsně u první komory, výtlačný otvor ve vnitřní stěně těsně u druhé komory a převáděcí prostředky upravené pro převádění alespoň části tekutiny od sacího otvoru k výtlačnému otvoru, sací otvoru je tekutinově spojen s první komorou a výtlačný otvor je v tekutinovém spojení s druhou komorou.

Dále jsou ještě jiná provedení vynálezu čerpadla s kmitavým pohybem pro čerpání alespoň jedné tekutiny. Jedno takové provedení obsahuje skříň, píst posuvně uložený uvnitř skříně pro vratný pohyb, hřídel spojený s pístem a upravený pro vratný pohyb současně s pístem, prostředky pro ovládání proudění tekutiny sacím otvorem, do první komory, prostředky pro ovládání tekutiny, proudící z druhé komory přes výtlačný otvor a ovládací prostředky pro ovládání tekutiny, proudící z první komory do druhé komory, přičemž ovládací prostředky jsou uzavřeny během sacího zdvihu a otevřeny během kompresního zdvihu, sací zdvih a kompresní zdvih nastávají střídavým způsobem během vratného pohybu pístu. V tomto provedení jsou skříň, píst a hřídel v podstatě stejné nebo podobné skříni, pístu a hřídeli podle prvního provedení, popsaného shora.

Toto druhé provedení lze také použít pro čerpání různých typů tekutin, včetně, ale ne pouze, kryogenních tekutin. V jedné variantě tohoto provedení má část hřídele, uspořádaná v druhé komoře, plochu druhého průřezu, která se v podstatě rovná asi polovině plochy prvního průřezu.

Přehled obrázků na výkrese

Příkladné provedení dvojčinného dvoustupňového čerpadla podle předloženého vynálezu je znázorněno na připojených výkresech, kde obr. 1 je částečný řez předloženým vynálezem; a obr. 2 je schematické znázornění, zobrazující čerpadlo podle předloženého vynálezu.

Příklad provedení vynálezu

Vynálezem je dvoustupňové čerpadlo, které je zejména vhodné pro čerpání kryogenních tekutin. Avšak čerpadlo lze také použít s jinými typy tekutin, které mohou být kapaliny, plyny nebo kombinace kapaliny a plynu. Čerpadlo je schopno čerpat dvoufázové tekutiny stejně tak jako jednofázové tekutiny. Má mnoho použití, včetně, ale ne pouze, použití u systému a způsobu popsaného v evropského patentové přihlášce 02252175.1 (EP-A-1248032) současně podané s touto přihláškou.

Obr. 1 znázorňuje zvláštní uspořádání jednoho provedení čerpadla. Obr. 2 znázorňuje zjednodušenou verzi čerpadla pro snadnější porozumění činnosti čerpadla.

Podle obr. 1 a 2, čerpadlo 10 s kmitavým pohybem obsahuje skříň 12, píst 14 s vratným pohybem uložený uvnitř skříně, hřídel 16 spojený s pístem 14 s vratným pohybem, sací ventil 16, výtlačný ventil 20 a mezistupňový ventil 22. Tekutina vstupuje sacím otvorem 24 čerpadla při nízkém tlaku a opouští výtlačný otvor 40 čerpadla o vyšším tlaku. Těsnicí prostředky mezi vnitřní stěnou 26 skříně 12 a vnější plochou pístu J_4 je provedeno pístními kroužky 28, uloženými na pístu J_4. Těsnicí prostředky mezi vnitřní stěnou skříně 12 a vnější plochou hřídele obsahují vysokotlaká hřídelová těsnění 30 a nízkotlaká hřídelová těsnění 32. Výstupní otvor 34 ve skříni těsně u hřídele 16 tvoří prostředky pro vracení páry do skladovací nádrže (neznázoměna) pro kryogenní tekutinu. Ve výhodném provedení je skříň válcová. Avšak odborníkům je zřejmé, že skříň může mít i jiné tvary.

Sací ventil 18, podobně jako jednosměrný pojistný ventil umožňuje, aby tekutina proudila do kompresní komory 36 prvního stupně (nebo prvního stupně nebo první komory) když se píst 14 pohybuje zpět doleva na obr. 1 a 2. Současně je tekutina vytlačována z kompresní komory 38

-4CZ 304747 B6 druhého stupně (nebo druhého stupně nebo druhé komory) přes výtlačný ventil 20, který je také podobný jednosměrnému pojistnému ventilu. Mezistupňový ventil 22 je uzavřen během sacího zdvihu. Jak píst zahajuje kompresní zdvih, pohybuje se doprava na obr. 1 a 2, sací ventil se zavírá a mezistupňový ventil se otvírá. Tekutina pak prochází přes střed pístu do druhého stupně čerpadla. V závislosti na stlačitelnosti tekutiny a tlaku systému, tekutina také může být vytlačována z výtlačného ventilu. Protože objem druhého stupně je menší než objem prvního stupně, stlačitelná tekutina bude procházet čerpadlem a ven výtlačným otvorem 40. Jestliže je tekutina stlačitelná, tekutina se stlačí na vyšší hustotu v závislosti a tlaku systému a podmínkách tekutiny.

Ve výhodném provedení se pružinou zatížené ventily použijí u sacího ventilu 18, mezistupňového ventilu 22 a výtlačného ventilu 20, jak je znázorněno na obr. 2. (Viz, např. pružina 42 sacího ventilu 18 z obr. 1). Avšak odborníkům je zřejmé, že lze použít i jiné typy ventilů, jako jsou ventily, mající jiné typy předpínacích prostředků a/nebo ovládacích prostředků.

Konstrukce a ovládání pístních kroužků 28 jsou popsány podrobněji v evropské patentové přihlášce 02252191.8 (EP-A-1255041), podané současně s touto přihláškou.

Teplo vzniká v pístních kroužcích 28 následkem tření. Množství vznikajícího teplaje podstatné a může ovlivnit výkon čerpadla 10, jakmile se teplo dostane do tekutiny před tím, než je čerpána. Teplo vzniká, jestliže jsou pístní kroužky přitlačovány proti vnitřním stěnám 26, když je vysoký diferenciální tlak přes pístní kroužky a zatížení třením jsou vysoká. U těchto dvoustupňových čerpadel tento moment nastává, když píst 14 je v sacím zdvihu, tj. když se píst pohybuje doleva v obr. 1 a 2 a tekutina se nasává sacím otvorem 24. Současně část tekutiny uniká okolo pístních kroužků a do kompresní komory 36 prvního stupně a odebírá teplo z vnitřních stěn a pístních kroužků během procesu. Jestliže se čerpá kryogenní tekutina, toto teplo způsobí, že část kapaliny se vede do kompresní komory, kde se vaří. Aby se minimalizoval účinek tohoto tepelného cyklu, pístní kroužky byly konstruovány tak, aby byly chlazeny vytlačovanou tekutinou během kompresního zdvihu.

Během kompresního zdvihu, tj. píst 14 se pohybuje doprava v obr. 1 a 2, a tekutina se vytlačuje přes výtlačný otvor 40 přes výtlačný ventil 20, diferenciální tlak v čerpadle 10 je takový, aby tekutina proudila z vyššího tlaku kompresní komory 36 prvního stupně do výtlaku s nepatrně nižším tlakem. Přes výtlačný ventil je tak nepatrný pokles tlaku, jak tekutina proudí výtlačným ventilem a ven výtlačným otvorem. Tento pokles tlaku a nepatrné tření pístních kroužků 28 a vnitřní stěny 26 tak chladí vnitřní stěny skříně.

Pístní kroužky 28 jsou konstruovány tak, aby těsnily pouze v jednom směru, což dovoluje aby určité množství studené vytlačované tekutiny procházelo okolo pístních kroužků a přes vnitřní stěny 26 skříně 12, přičemž se odebírá teplo vznikající při sacím zdvihu, když jsou pístní kroužky přitlačovány proti vnitrním stěnám velkým rozdílem tlaku. Protože čerpaná tekutina je kapalina, nastává během komprese k malému zvýšení teploty. Čerpaná kapalina je studená a tato studená tekutina pak prochází okolo pístních kroužků během výtlačného zdvihu, chladí pístní kroužky a vnitřní stěny a chrání vnitřní stěny a pístní kroužky před zvýšením teploty.

Protože čerpadlo 10 používá energii zachovanou v tlaku, není nutný setrvačník. Ve výhodném provedení je plocha průřezu pístu 14 přesně dvojnásobek plochy průřezu hřídele j_6. Pro případ, kdy čerpadlo potřebuje maximální množství energie, což je případ kdy je čerpána nestlačitelná tekutina, tlak na zadní stranu pístu je vždy téměř stejný jako výtlačný tlak. Tlak na zadní stranu pístu není o nic menší než mezistupňový tlak, když se čerpá nestlačitelná tekutina. Při sacím zdvihu je velikost síly 'Λ plochu pístu krát rozdíl tlaku přes píst. Pro kompresní zdvih je velikost síly opět '/> plochy pístu krát výtlačný tlak. Pro každý případ, velikost zatížení je zhruba stejná, z toho vyplývá, že množství energie potřebné během každého zdvihu je zhruba stejné. Maximální množství energie, které potřebuje čerpadlo pro daný sací tlak a výtlačný tlak je dán nestlačitelnou tekutinou.

-5 CZ 304747 B6

Při provozu nastávají následující činnosti během dopředného pohybu nebo zdvihu pístu 14 s vratným pohybem (tj. směrem k sacímu otvoru 24):

1) Sací ventil 18 se zavírá vlivem tlaku pružiny na sací ventil plus vlivem diferenciálního tlaku přes sací ventil, který nutí uzavřít sací ventil. Diferenciální tlak se vytvoří, jak se objem v kompresní komoře 36 prvního stupně snižuje, zvyšováním tlaku v prvním stupni.

2) Tlak tekutiny v kompresní komoře 36 prvního stupně se zvyšuje při pohybu pístu 14 směrem doprava. Jedná-li se o plyn, zvýšení tlaku zkondenzuje plyn na kapalinu nebo nadkritickou tekutinu (tj. zvyšování tlaku tekutiny se přibližuje isentropickému procesu).

3) Tlak tekutiny v kompresní komoře 38 druhého stupně se snižuje při pohybu pístu 14 směrem doprava. V závislosti na termodynamickém stavu tekutiny, některé tekutiny mohou měnit stav na plyn a expandovat jako plyn (tj. snižování tlaku tekutiny se přibližuje isentropickému procesu).

4) Zvýší-li se tlak v kompresní komoře 36 prvního stupně nad tlak v kompresní komoře 38 druhého stupně, mezistupňový ventil 22 bude nucen otvírat se proti zatížení pružiny. Současně budou pístní kroužky 28 odtlačovány ze svých příslušných sedel zatížením svých pružin. Proudění tekutiny nastane přes mezistupňový ventil a také okolo každého z pístních kroužků. Proudění tekutiny okolo pístních kroužků pomáhá odstranit teplo, vznikající třením pístních kroužků o vnitřní stěny 26.

5) Jestliže a když se tlak v kompresní komoře 38 druhého stupně zvýší nad tlak na výtlaku z čerpadla 10, výtlačný ventil 20 bude nucen otvírat se proti zatížení pružiny. Upozorňujeme, že se celkový objem prvního a druhého stupně zmenšuje během dopředného pohybu pístu 14. Toto snížení objemu je rovno ploše průřezu hřídele 16 krát délka zdvihu.

Při úplně nestlačitelné tekutiny, shora uvedený krok 3 nenastane a objem tekutiny, rovný celkovému snížení objemu v prvním a druhém stupni (36 a 38), bude vytlačován výtlačným ventilem 20 během dopředného pohybu nebo zdvihu pístu 14.

Při provozu nastanou následující činnosti během zpětného pohybu nebo zdvihu pístu 14 s vratným pohybem (tj. směrem od sacího otvoru 24):

1) Sací ventil 18 se otevře vlivem diferenciálního tlaku přes sací ventil a stlačuje pružinu 42 ventilu. Současně se mezistupňový ventil 22 zavírá vlivem síly pružiny působící na mezistupňový ventil plus diferenciálního tlaku přes mezistupňový ventil mající tendenci uzavřít mezistupňový ventil. Diferenciální tlak vznikne, když se objem v kompresní komoře 36 prvního stupně zvýší, při snížení tlaku prvního stupně se během tohoto zpětného zdvihu tekutina nasává do komory prvního stupně přes sací ventil 18.

2) Když se tlak v kompresní komoře 38 druhého stupně zvýší nad tlak na výtlaku čerpadla JO, výtlačný ventil 20 bude nucen se otvírat proti zatížení své pružiny a tekutina bude vytlačována ven z čerpadla.

Shora uvedený popis ventilu byl zaměřen na výhodné provedení. Avšak odborníkům je zřejmé, že i další provedení a varianty vynálezu jsou možné. Například, i když ve výhodném provedení má hřídel ]_6 plochu průřezu v podstatě rovnou ’Λ plochy průřezu pístu 14, tento poměr obou ploch průřezů může být měněn.

Ve výhodném provedení je píst 14 pohyblivý vzhledem ke skříni 12 a skříň 12 má pevnou polohu. Avšak odborníkům je zřejmé, že čerpadlo 12 může být konstruováno tak, že píst má pevnou polohu a skříň se pohybuje vzhledem k pístu.

-6CZ 304747 B6

Varianty mezistupňových řídicích prostředků také mají různá provedení. Ve výhodném provedení, mezistupňové řídicí prostředky jsou ventil 22, upevněný na pístu 14 a ventil ovládá tekutinu proudící z kompresní komory 36 prvního stupně do kompresní komory 38 druhého stupně. V jiném provedení mezistupňové ventilové prostředky nejsou upevněny na pístu. V tomto případě je sací ventil (neznázoměný) ve vnitřní stěně 26 skříně 12 těsně u kompresní komory prvního stupně a výtlačný otvor (neznázoměný) ve vnitřní stěně skříně těsně u kompresní komory druhého stupně. Převáděcí prostředky (neznázoměný), jako je potrubí, převádí tekutinu ze sacího otvoru do výtlačného otvoru. Sací otvor je v tekutinovém spojení s kompresní komorou prvního stupně a výtlačný otvor je ve spojení s kompresní komorou druhého stupně.

Čerpadlo 10 používá dvoustupňový přístup pro kompresi jednofázové nebo dvoufázové kryogenní tekutiny. Způsob jak čerpadlo zachází s touto dvoustupňovou konstrukcí je jedinečný. Čerpadlo používá jedinou skříň 12 s jediným pístem 14 pro vytvoření dvoustupňového účinku. Kombinací dvou stupňů v jedné skříni je celková konstrukce mnohem jednodušší a cenově výhodnější než u dosud známých čerpadel. Také se snižuje množství energie potřebné během každé poloviny zdvihu, bez ohledu na podmínky čerpané tekutiny. Toto snížení množství energie odstraňuje potřebu setrvačníku nebo příliš velkého motoru.

Dvoustupňová konstrukce umožňuje, aby všechna tekutina prošla oběma stupni, je-li čerpána čistá kapalina. Žádná tekutina se nevrací do nádrže nebo do okolí. Energie se zachovává během toho, co je obvykle známo jako sací zdvih, pro využití během kompresního zdvihu.

I když je zde vynález znázorněn a popsán s odkazy na určité příkladné provedení, předložený vynález není nicméně omezen na znázorněné detaily. Spíše různé modifikace lze provést v detailech v rozsahu nároků a rozsahu ekvivalentů, a aniž by se odchýlilo od ducha vynálezu.

Claims (14)

1. Čerpadlo (10) s kmitavým pohybem pro čerpání nejméně jedné tekutiny, zahrnující: skříň (12), píst (14), posuvně uložený uvnitř skříně (12) pro vratný pohyb v podstatě rovnoběžně s podélnou osou skříně (12) a rozdělující skříň (12) na první komoru (36) u sacího otvoru (24) ve skříni (12) a druhou komoru (38) u výtlačného otvoru (40) ve skříni (12), přičemž objemy komor (36, 38) se mění obráceně s vratným pohybem pístu (14) tak, že sací zdvih zvětšuje objem první komory (36) a výtlačný zdvih zvětšuje objem druhé komory (38), hřídel (16), mající přední konec spojený se zadním koncem pístu (14) pro vratný pohyb současně s pístem (14) a alespoň část hřídele (16) je uspořádána v druhé komoře (38);

sací řídicí prostředky pro ovládání tekutiny proudící přes sací otvor (24) do první komory (36), výtlačné řídicí prostředky pro ovládání tekutiny proudící do druhé komory (38) přes výtlačný otvor (40), a mezistupňové řídicí prostředky ve spojení s první komorou (36) a druhou komorou (38) pro ovládání tekutiny proudící z první komory (36) do druhé komory (38), vyznačující se tím, že mezistupňové řídicí prostředky jsou uzavřeny během sacího zdvihu a otevřeny během kompresního zdvihu.

2. Čerpadlo s kmitavým pohybem podle nároku 1, vyznačující se tím, že sací řídicí prostředky zahrnují sací ventil (18), výtlačné řídicí prostředky zahrnují výtlačný ventil (20) a mezistupňové řídicí prostředky zahrnují mezistupňový ventil (22), kde sací ventil (18), výtlačný ventil (20) a mezistupňový ventil (22) jsou předepjaty do uzavřené polohy.

-7CZ 304747 B6

3. Čerpadlo s kmitavým pohybem podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že část hřídele (16) uspořádaná v druhé komoře (38) má plochu průřezu, která se v podstatě rovná jedné polovině plochy prvního průřezu pístu (14).

4. Čerpadlo s kmitavým pohybem podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že obsahuje těsnicí prostředky (28) upravené pro vytvoření alespoň jednoho těsnění mezi skříní (12) a pístem (14) střídavým způsobem během vratného pohybu.

5. Čerpadlo s kmitavým pohybem podle nároku 4, vyznačující se tím, že těsnění je provedeno během sacího zdvihu.

6. Čerpadlo s kmitavým pohybem podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že těsnicí prostředky (28) obsahují zejména jeden pístní kroužek (28) uložený po obvodu pístu (14).

7. Čerpadlo s kmitavým pohybem podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že alespoň část mezistupňových řídicích prostředků je uložena na pístu (14).

8. Čerpadlo s kmitavým pohybem podle kteréhokoliv z nároků lažó, vyznačující se tím, že mezistupňové řídicí prostředky obsahují sací otvor ve skříni (12) u první komory (36), výtlačný otvor ve skříni (12) u druhé komory (38) a převáděcí prostředky upravené pro převádění alespoň části tekutiny ze sacího otvoru do výtlačného otvoru, kde sací otvor je v tekutinovém spojení s první komorou (36) a výtlačný otvor je v tekutinovém spojení s druhou komorou (38).

9. Čerpadlo s kmitavým pohybem podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se t í m , že skříň (12) má pevnou polohu.

10. Čerpadlo s kmitavým pohybem podle kteréhokoliv z předcházejících nároků 1 až 8, vyznačující se t í m , že píst (14) má pevnou polohu.

11. Způsob čerpání alespoň jedné tekutiny použitím čerpadla podle kteréhokoliv z předcházejících nároků.

12. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že alespoň část tekutiny je jednofázová tekutina.

13. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že alespoň část tekutiny je dvoufázová tekutina.

14. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 11 až 13, vyznačující se tím, že alespoň část tekutiny je kryogenní tekutina.