專利名稱：低溫泵系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及低溫泵，更準(zhǔn)確地說涉及低溫泵抽吸操作的起動(dòng)。
在許多工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，象氧、氮、氬和氫這樣的工業(yè)用燃?xì)舛际峭ㄟ^輸送管道或從位于使用地點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)工廠以連續(xù)的方式向該使用地點(diǎn)供應(yīng)。在這種連續(xù)使用的情況下，一個(gè)備用系統(tǒng)是必不可少的，以便當(dāng)通向該使用地點(diǎn)的工業(yè)燃?xì)鈿饬靼l(fā)生中斷時(shí)，由該系統(tǒng)向該使用地點(diǎn)提供燃?xì)庵钡皆撝魅細(xì)夤?yīng)系統(tǒng)重新與輸送管接通為止。
一個(gè)工業(yè)燃?xì)鈧溆孟到y(tǒng)通常包括一個(gè)裝有大量低溫液體的高壓貯液罐和一個(gè)使該低溫液體氣化的汽化器。然后把所產(chǎn)生的工業(yè)燃?xì)廨斔偷皆撌褂玫攸c(diǎn)。該高壓貯液罐只裝有少量液體。如果該主燃?xì)庥捎诠ぷ鲿r(shí)間延長而供應(yīng)中斷，該高壓貯液罐就需要補(bǔ)充。在這種情況下，使用一個(gè)低溫泵把低溫液體從一個(gè)大型低壓貯液器輸送到該高壓貯液罐中。
在該低溫泵把低溫液體從該大型低壓貯液器輸送到該高壓貯液罐中去之前，必須先把該泵冷卻到一個(gè)適當(dāng)?shù)牡蜏販囟?，以保證該液體在到達(dá)該泵以前不會(huì)發(fā)生汽化。低溫泵在含有氣體或液體或蒸氣的混合物時(shí)將不能工作。
為抽吸低溫液體，在工業(yè)燃?xì)馍a(chǎn)中使用了兩種方法來把低溫泵冷卻到適當(dāng)溫度。最廣泛使用的方法是時(shí)基法，其中在該泵起動(dòng)以前，先將泵冷卻一段固定的時(shí)間。這種方法比較簡單但可能是不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)閷?duì)于每個(gè)特定情況來說正確的冷卻時(shí)間將是不同的，因而該冷卻時(shí)間必須設(shè)定為有一定裕度以保證在所有情況下都能完全冷卻到該適當(dāng)溫度。此外，該方法的另一個(gè)缺點(diǎn)是使該泵受冷卻的時(shí)間太長。如果該液體在該泵中保持時(shí)間太長，它將通過周圍的熱滲透而開始汽化，因而阻止了泵的運(yùn)轉(zhuǎn)。另一種方法是蒸氣壓辦法，其中在通向該泵的抽吸管上安裝了一個(gè)該低溫液體的增壓泡，當(dāng)抽吸該液體的適當(dāng)條件達(dá)到后，該泡即產(chǎn)生顯示。這種地已被證明是不可靠的，因?yàn)樵撛鰤号蓦S著時(shí)間的加長易于產(chǎn)生泄漏，此外這種方法具有一個(gè)固有的響應(yīng)滯后時(shí)間，因?yàn)樵撓鄳?yīng)的輸出壓力信號(hào)需要在該泡中的液體靠著外部溫度發(fā)生冷凝后才能產(chǎn)生。
因此本發(fā)明的目的是提供一種經(jīng)過改進(jìn)的低溫泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠有效地進(jìn)行冷卻從而使泵的起動(dòng)十分可靠。
本發(fā)明能夠達(dá)到上述和其它目的，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀了本說明書之后將對(duì)此一清二楚，本發(fā)明的一個(gè)方面的內(nèi)容是一種用于低溫泵系統(tǒng)的起動(dòng)操作的方法，該低溫泵系統(tǒng)包括一個(gè)裝有低溫液體的低壓貯液器，一根從該低壓貯液器通向低溫泵的抽吸管，該抽吸管具有一根其上裝有一個(gè)旁通閥的旁通管，一根與該低溫泵相連通并且其上裝有一個(gè)冷卻管閥的冷卻管，一個(gè)高壓貯液罐以及一根從該低溫泵通向該高壓貯液罐并且其上裝有一個(gè)輸出閥的輸出管，該方法包括(A)使低溫液體從該低壓貯液器通過該抽吸管和該旁通閥，并且對(duì)該抽吸管的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)；(B)當(dāng)該的抽吸管的溫度達(dá)到所要求的低溫后，關(guān)閉該旁通閥，使低溫液體從該低壓貯液器通過該抽吸管和該低溫泵，并且對(duì)該低溫泵的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)；(C)當(dāng)該低溫泵的溫度達(dá)到所要求的低溫后，打開該旁通閥，使低溫液體充滿該抽吸管、低溫泵和冷卻管，然后關(guān)閉該旁通閥和該冷卻管閥并且起動(dòng)該低溫泵；以及
(D)把低溫液體從該低溫泵通過該輸出管和輸出閥抽送到該高壓貯液罐中去。
本發(fā)明的另一個(gè)方面的內(nèi)容是一種低溫泵系統(tǒng)，包括(A)一個(gè)低壓貯液器，一個(gè)低溫泵和一個(gè)高壓貯液罐；(B)一根與該低壓貯液器和該低溫泵相連通的抽吸管，該抽吸管具有一根其上裝有一個(gè)用來使液體流出該系統(tǒng)的旁通閥和用來監(jiān)測(cè)該抽吸管的溫度的裝置的旁通管；(C)一根與該低溫泵相連通閥且其上裝有一個(gè)用來使液體流出該系統(tǒng)的冷卻管閥的冷卻管；(D)用來監(jiān)測(cè)該低溫泵的溫度的裝置；以及(E)一根與該低溫泵和該高壓貯液罐相連通并且其上裝有一個(gè)輸出閥的輸出管。
此處所用的術(shù)語“低溫液體”是指一種在溫度通常約小于150°K和環(huán)境壓力的條件下能以液體形式存在的液體。
此處所用的術(shù)語“低溫泵”是指一種能增加低溫液體的壓力并且能使該液體通過管道輸送出去的機(jī)械裝置。
該唯一的附圖
是本發(fā)明低溫泵系統(tǒng)的一個(gè)最佳實(shí)施例的一個(gè)簡化的示意圖。
本發(fā)明包括一個(gè)新型的溫度基低溫泵冷卻系統(tǒng)，其中通向低溫泵的該抽吸管或輸入管和該低溫泵本身在開始抽吸以前被順序地冷卻。這種溫度基的順序冷卻可以使該泵以比常規(guī)冷卻方法更快的速度有效地冷卻到適當(dāng)?shù)牡蜏販囟?，并且與局部的初始條件無關(guān)和沒有低溫液體的大量浪費(fèi)。
本發(fā)明將參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說明，該附圖中示出了用來實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)備用的工業(yè)燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)。下面請(qǐng)參看附圖，管1通向工業(yè)用燃?xì)獾囊粋€(gè)使用地點(diǎn)。例如，氧氣可以用于煉鋼、玻璃制造、造紙等設(shè)備中，氮?dú)饪梢杂糜跓崽幚?、鈍化處理、二次采油和采氣和半導(dǎo)體生產(chǎn)中，氬氣可以用于煉鋼和覆蓋工藝中以及氫氣可以用于氫化或燃燒的用途。該工業(yè)燃?xì)馔ㄟ^一個(gè)主供應(yīng)裝置(例如與該使用地點(diǎn)處于同一現(xiàn)場(chǎng)的專用工廠)供應(yīng)給使用地點(diǎn)，或者從一個(gè)集中的大型工業(yè)燃?xì)馍a(chǎn)工廠或工廠組合通過輸送管道供應(yīng)。在通向使用地點(diǎn)的工業(yè)燃?xì)獾闹鳉饬靼l(fā)生中斷的情況下，閥2被打開，加壓的低溫液體從加壓的貯液罐3通過管4進(jìn)入汽化器5中。該加壓的低溫液體在汽化器5中汽化，所產(chǎn)生的高壓工業(yè)燃?xì)鈴钠?中流出通過管6和閥2，再經(jīng)過管1輸送到該使用地點(diǎn)。該氣流一直連續(xù)供應(yīng)直到該工業(yè)燃?xì)獾闹鳉饬骰謴?fù)對(duì)該使用地點(diǎn)的供應(yīng)為止。
該低溫液體處于高壓狀態(tài)下，在貯液罐3中的低溫液體的絕對(duì)壓力范圍通常為50～500磅/平方英寸(絕對(duì)壓)。因此，高壓貯液罐3的容量不大，因?yàn)楸３执罅康募訅旱蜏匾后w處于備用狀態(tài)是很昂貴的。一般高壓貯液罐3的尺寸大小大約可向該使用地點(diǎn)供應(yīng)30分鐘的工業(yè)燃?xì)饬?。如果該工業(yè)燃?xì)獾闹鳉饬鲗?duì)使用地點(diǎn)的中斷供應(yīng)時(shí)間不是短時(shí)間的話，就必須對(duì)罐3中的該加壓低溫液體進(jìn)行補(bǔ)充。本發(fā)明可以快速、有效和經(jīng)濟(jì)地補(bǔ)充該加壓低溫液體。
本發(fā)明的低溫泵系統(tǒng)包括低壓貯液器7和低溫泵8。低壓貯液器7中裝有諸如液氧、液氮、液氬或液氫這類的低溫液體。貯液器7中的低溫液體處于低壓狀態(tài)下，通常其壓力范圍為15～20磅/平方英寸(絕對(duì)壓)。低壓貯液器7的容量一般為高壓貯液罐3的容量的10～100倍。
當(dāng)處于備用狀態(tài)時(shí)，泵8處于環(huán)境溫度下而裝在從貯液器7通向泵8的抽吸管10上的閥9慢處于關(guān)閉狀態(tài)。旁通閥11、冷卻管閥12、輸出閥13和回流閥15此時(shí)也處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)貯液罐3中的低溫液體供應(yīng)需要補(bǔ)充時(shí)，閥9被打開，低溫液體從低壓貯液器7通過抽吸管10。由于貯液器7的液面高度(一般為30～50英尺)和該貯液器的液面壓力(一般為15～20磅/平方英寸(絕對(duì)壓))的共同作用，該液體產(chǎn)生了流動(dòng)。
旁通閥11裝在抽吸管10的旁通管14上并且隨著閥9的打開而打開。此時(shí)冷卻管19上的冷卻管閥12也被打開。低溫度體從低壓貯液器7通過抽吸管10和旁通閥11，同時(shí)用熱電偶16在最靠近該低溫泵處監(jiān)測(cè)抽吸管10的溫度。當(dāng)?shù)蜏匾后w冷卻抽吸管10時(shí)，它自已就被汽化，所產(chǎn)生的蒸汽和剩余的液體通過排出氣容器17和汽化器18排出該系統(tǒng)之外。某些蒸汽也許還有某些液體將通過低溫泵8和閥12流出系統(tǒng)之外，但是如果該流體是蒸汽，由于通過該低溫泵的流動(dòng)阻力較大，在初始階段來自貯液器7的絕大部分流體仍將從旁通管14而不是泵8中通過。
當(dāng)該抽吸管的監(jiān)測(cè)溫度達(dá)到所要求的低溫給定值(通常在該低溫液體沸騰溫度的30°K以內(nèi))時(shí)，表明此時(shí)該抽吸管已經(jīng)達(dá)到該冷卻溫度，旁通閥11就被關(guān)閉，使來自貯液器7的低溫液體直接從抽吸管10通過泵8，因而冷卻了低溫泵8。此后，該液體又流過在泵8下游并與該泵連通的冷卻管19。如前所述，所產(chǎn)生的帶有某些液體的蒸汽通過排出氣容器17和汽化器18排出該系統(tǒng)之外。熱電偶27監(jiān)測(cè)冷卻管19的溫度并且據(jù)此調(diào)整閥12的打開程度，以便為冷卻泵8提供高效的液體利用。如果沒有熱電偶27和閥12的溫度控制作用，液體就可能過快地通過該泵而沒有汽化，從而導(dǎo)致低效的工作。
當(dāng)?shù)蜏匾后w通過低溫泵8時(shí)，泵8的溫度可以通過象熱電偶20這樣的器件來監(jiān)測(cè)。當(dāng)該低溫泵的監(jiān)測(cè)溫度達(dá)到所要求的低溫給定值(通常為該液體沸騰溫度的40～50°K以內(nèi))即冷卻溫度時(shí)，旁通閥11重新打開，閥12同通過熱電偶27進(jìn)行的溫度控制相脫離而被完全打開。這樣可使液體充滿抽吸管、該低溫泵和冷卻管，即蒸汽被沖清，該系統(tǒng)充滿液體以便形成理想的泵起動(dòng)條件。在起動(dòng)該泵以前，將閥12關(guān)閉并且把回流閥15打開。最好起動(dòng)該泵時(shí)使該閥11再打開一個(gè)短時(shí)間(通常為2～10秒)然后再把旁通閥11關(guān)閉。該泵的輸出通過閥15和管21而回流到貯液器7中。在排出達(dá)到某個(gè)高壓值以前，這種情況提供了泵的穩(wěn)定性。在向低壓貯液器7回流一段時(shí)間以后(通常該時(shí)間范圍為30秒至2分，大約在1分鐘左右)，該泵的輸出就逐漸轉(zhuǎn)移到高壓貯液罐3中。該轉(zhuǎn)移通過打開輸出閥13和緩慢地關(guān)閉回流閥15來實(shí)現(xiàn)，從而使低溫泵8的輸出通過輸出管22、輸出閥13和輸出止回閥23進(jìn)入管24和貯液罐3中。罐3中的壓力由升壓回路25獨(dú)立控制。把該泵的輸出直接排入該高壓貯液罐中避免了對(duì)該泵輸出的壓力控制的任何需要，例如無需通過一個(gè)該輸出管上的壓力控制閥來控制壓力。此外，罐3的容積也為該泵的輸出提供了一個(gè)比較恒定的壓力。當(dāng)回流閥15完全關(guān)閉后，來自泵8的所有輸出都流入罐3中，這種運(yùn)行情況將連續(xù)進(jìn)行直到罐3被充滿為止。在對(duì)該使用地點(diǎn)的主燃?xì)夤?yīng)仍未進(jìn)行的情況下，低溫泵8將繼續(xù)工作并將過剩的流量通過管26回流到低壓貯液器7內(nèi)。這樣就避免了對(duì)該低溫泵的重復(fù)起動(dòng)和停止，從而節(jié)省了電力和低溫液體。
通過使用本發(fā)明的溫度基控制方法，人們可以以一種與該特定的泵的現(xiàn)有具體條件所要求的冷卻時(shí)間相適合的方式起動(dòng)一個(gè)低溫泵系統(tǒng)，并且只需要用最少量的低溫液體就能達(dá)到該必要的冷卻條件。首先冷卻該抽吸管，然后再冷卻低溫泵的該順序冷卻方法與常規(guī)方法相比，減少了把整個(gè)系統(tǒng)冷到低溫溫度所需要的總的時(shí)間。通過使用旁通管14和旁通閥11，由抽吸管冷卻所產(chǎn)生的大部分蒸汽不從該低溫泵通過。因此該低溫泵具有特定的內(nèi)部幾何形狀，通過該泵的蒸汽流動(dòng)將受到限制，從而將增加達(dá)到系統(tǒng)冷卻所需要的總的時(shí)間。閥11可使蒸汽在初始冷卻步驟中繞過該泵，以實(shí)現(xiàn)該抽吸管的快速冷卻，接著再通過旁路液體通向該泵以把該泵快速冷卻。
雖然本發(fā)明的已經(jīng)參照一個(gè)實(shí)施例作了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在本發(fā)明的權(quán)利要求書所規(guī)定的精神和范圍內(nèi)還有其他的實(shí)施方案。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在工業(yè)環(huán)境中可以并聯(lián)使用兩臺(tái)低溫泵的便在其中的一臺(tái)泵出故障時(shí)仍能保證安全和成功的運(yùn)行。此外，每個(gè)溫度控制的閥都可以有一個(gè)故障后計(jì)時(shí)開關(guān)(timedefault switch)，該開關(guān)可以在該熱電偶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)出故障后的一個(gè)規(guī)定時(shí)間把該閥打開。
權(quán)利要求
1.一種用于低溫泵系統(tǒng)的起動(dòng)操作的方法，該低溫泵系統(tǒng)包括一個(gè)裝有低溫液體的低壓貯液器，一根從該低壓貯液器通向低溫泵的抽吸管，該抽吸管具有一根其上裝有一個(gè)旁通閥的旁通管，一根與該低溫泵相連通并且其上裝有一個(gè)冷卻管閥的冷卻管，一個(gè)高壓貯液罐以及一根從該低溫泵通向該高壓貯液罐并且其上裝有一個(gè)輸出閥的輸出管，該方法包括(A)使低溫液體從該低壓貯液器通過該抽吸管和該旁通閥，并且對(duì)該抽吸管的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)；(B)當(dāng)該的抽吸管的溫度達(dá)到所要求的低溫后，關(guān)閉該旁通閥，使低溫液體從該低壓貯液器通過該抽吸管和該低溫泵，并且對(duì)該低溫泵的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)；(C)當(dāng)該低溫泵的溫度達(dá)到所要求的低溫后，打開該旁通閥，使低溫液體充滿該抽吸管、低溫泵和冷卻管，然后關(guān)閉該旁通閥和該冷卻管閥并且起動(dòng)該低溫泵；以及(D)把低溫液體從該低溫泵通過該輸出管和輸出閥抽送到該高壓貯液罐中去。
2.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于該低溫液體可從液氧、液氮、液氬和液氫中選取。
3.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于該抽吸管的溫度是在該抽吸管的旁通管處監(jiān)測(cè)的。
4.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于該抽吸管所要求的低溫在該低溫液體的沸騰溫度的30°K范圍以內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于該低溫泵所要求的低溫在該低溫液體的沸騰溫度的40°K范圍以內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于該方法還包括使某些低溫液體從高壓貯液罐通到該低壓貯液器中。
7.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于該方法還包括把低溫液體從低溫泵抽送到該高壓貯液罐中去而不需要使用任何用來控制該低溫泵的輸出壓力的控制裝置。
8.一種低溫泵系統(tǒng)，包括(A)一個(gè)低壓貯液器，一個(gè)低溫泵和一個(gè)高壓貯液罐；(B)一根與該低壓貯液器和該低溫泵相連通的抽吸管，該抽吸管具有一根其上裝有一個(gè)用來使液體流出該系統(tǒng)的旁通閥和用來監(jiān)測(cè)該抽吸管的溫度的裝置的旁通管；(C)一根與該低溫泵相連通閥且其上裝有一個(gè)用來使液體流出該系統(tǒng)的冷卻管閥的冷卻管；(D)用來監(jiān)測(cè)該低溫泵的溫度的裝置；以及(E)一根與該低溫泵和該高壓貯液罐相連通并且其上裝有一個(gè)輸出閥的輸出管。
9.如權(quán)利要求8中所述的低溫泵系統(tǒng)，其特征在于該低壓貯液器的容積是該高壓貯液罐的容積的10～100倍。
10.如權(quán)利要求8中所述的低溫泵系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)還包括用來使液體從該高壓貯液罐通向該低壓貯液器的裝置。
全文摘要
一種用來起動(dòng)低溫泵工作的系統(tǒng)，其中與該低溫泵相連通的抽吸管和該低溫泵本身通過使用單獨(dú)的基于溫度的操縱系統(tǒng)而被順序地帶入到適當(dāng)?shù)睦鋮s溫度。
文檔編號(hào)F17C7/02GK1140801SQ9610716
公開日1997年1月22日 申請(qǐng)日期1996年6月21日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月6日
發(fā)明者J·P·波庫希, F·W·迪馬科, N·H·懷特 申請(qǐng)人:普拉塞爾技術(shù)有限公司