Криогенные насосы

Понятие «криогенные насосы» появилось при возникновении потребности людей в оборудовании, работающем с газами, охлажденными ниже 120оК и являющимися при данной температуре жидкостями. Оно в равной степени относится и к устройствам, создающим условия глубокого вакуума, и, собственно, к насосам, основным предназначением которых является перекачка криогенных жидкостей между емкостями.

Необходимая степень вакуума в устройствах первого вида достигается за счет адсорбции или конденсации газов на твердой поверхности, вследствие чего значительно снижается их концентрация в требуемом объеме (камере). Данная публикация посвящена устройствам второго типа и ставит перед собой задачу разобраться в их устройстве, принципах действия и целесообразности применения.

Виды криогенных насосов

Криогенные насосы могут классифицироваться по множеству характеристик. Но в общем случае они подразделяются по способу воздействия на перемещаемую жидкость, а именно:

  • объемные или поршневые машины;
  • динамические (лопастные) машины;
  • в отдельную группу выделяют машины для перекачки гелия, что обусловлено определенными физическими свойствами рабочей жидкости.

Это лишь основные классы криогенных машин. Они подразделяются также по типу рабочего элемента, виду привода, развиваемому давлению, компоновке и другим параметрам. Но к любому виду криогенных насосов предъявляются одинаково жесткие требования по следующим критериям:

  • конструктивные элементы устройств должны сохранять работоспособность на протяжении длительных промежутков времени, учитывая температуру криогенной жидкости;
  • осуществлять надежную защиту рабочего вещества от воздействия значительно более высоких температур окружающей среды;
  • конструкция насосов должна обеспечивать взрыво- и пожаробезопасность работы, особенно узлов, находящихся в прямом контакте с криогенной жидкостью (водород, кислород, и другие сжиженные газы весьма взрывоопасны);
  • особые требования к элементам уплотнений обусловлены возможностью попадания ядовитых рабочих жидкостей в окружающее пространство, а также утечки редких и ценных газов;
  • конструкция агрегата должна полностью исключать возникновение явления кавитации.

Этот перечень описывает лишь фундаментальные требования, предъявляемые к подобного рода устройствам. Далее, стоит более подробно остановиться на принципах действия каждого вида криогенного насоса.

Лопастные криогенные насосы

В данном случае, как следует из названия, в качестве рабочих элементов для нагнетания криогенной жидкости используются лопасти. На практике используют осевые и центробежные насосы. В обоих случаях для нагнетания жидкости применяется рабочее колесо с лопастями.

В насосе, выполненном по осевой схеме, колесо работает подобно вентилятору, проталкивающему жидкость из входного патрубка в коленчатый отвод. Рабочее колесо крепится внутри насоса на двух подшипниках и приводится в движение через вал, выходящий из корпуса. Недостатком данного вида насоса является снижение его КПД при малом расходе жидкости. Поэтому они нашли свое применение лишь при больших подачах, сопряженных с малыми напорами.

Этого недостатка лишены центробежные насосы. Рабочее колесо в этом случае состоит из двух дисков, ведущего и ведомого. Между ними расположены лопасти, имеющие изгиб, противоположный направлению вращения. За счет центробежной силы жидкость продвигается от центра рабочего колеса к его периферии и по спиральному отводу поступает в напорный патрубок.

Недостатком центробежного насоса является ограниченная величина напора. Для ее увеличения агрегаты выполняются многоступенчатыми. В этом случае на одном приводном валу устанавливается несколько рабочих колес, между которыми монтируются направляющие аппараты, передающие рабочую жидкость с одной ступени к другой (от колеса к колесу). Зависимость напора центробежного насоса пропорциональна количеству его ступеней.

Поршневые криогенные насосы

Движение поршня от верхней мертвой точки с одновременным открыванием всасывающего клапана заставляет криогенную жидкость всасываться внутрь цилиндра из подводящего трубопровода. Обратный процесс, но с закрытым всасывающим и открытым нагнетательным клапаном выбрасывает ее в напорный трубопровод. На этом принципе работает поршневой криогенный насос.

Поршневые насосы могут быть простого и двойного действия. В последнем случае один поршень как бы обслуживает два цилиндра. По форме поршня криогенные насосы подразделяются на дисковые, плунжерные и ступенчатые. Поршни могут приводиться в движение при помощи кривошипно-шатунного механизма, эксцентрика, а также прямодействующим механизмом.

Криогенные насосы поршневого типа используются для перекачки сжиженных кислорода, азота, гелия, водорода и природного газа. При перекачке смеси жидкого водорода с твердой его фракцией (шуга), а также для создания давлений сверхвысокой величины, они попросту незаменимы.

Наибольшее распространение поршневые криогенные насосы получили для получения средних и высоких давлений, но при невысокой производительности.

Криогенные насосы для перекачки гелия

Низкая температура жидкого гелия, а также его подверженность переходам в сверхтекучее состояние и обратно обусловила ужесточение требований к криогенным насосам, осуществляющим его перекачку. По этим же причинам было оправдано создание отдельной группы в классификации криогенных насосов. В принципе, с жидким гелием работают как центробежные, так и объемные криогенные насосы, но с высокими показателями в отношении надежности, стабильности работы, а также антикавитационных свойств.

Сфера применения криогенных насосов

Криогенные насосы используются в химических лабораториях, для проведения определенных исследований, требующих наличия жидких газов или низких температур. С их помощью производится дозаправка космических кораблей жидким аргоном или кислородом. Криотехника широко используется в медицине, при производстве микросхем и многих других отраслях. Наполнение железнодорожных цистерн, стационарных емкостей и баллонов сжиженным природным газом также происходит с использованием криогенных насосов.

При этом поршневые криогенные насосы целесообразнее использовать для достижения высокого давления, а центробежные для перекачки больших объемов криогенной жидкости.

Получить прайс-лист, узнать цену и купить в Казахстане криогенные насосы Вы можете сделав запрос по электронной почте info@stoky.kz или позвонив по телефону +7 (727) 350-59-95.