Насосы для сжиженных газов

10.4.   НАСОСЫ  ДЛЯ   СЖИЖЕННЫХ   ГАЗОВ

Перекачивание сжиженных газов: кислорода, азота, аргона, обогащенного воздуха производится насосами. В зависимости от количества перекачиваемой жидкости и конечного давления применяются поршневые (плунжерные) насосы и центробежные. В цехах разделения воздуха насосы для сжиженных газов используются для подачи:

жидкого кислорода, азота и. аргона в теплообменник, где жидкость превращается в газ под избыточным давлением до 165— 240 кгс/см² для заполнения баллонов (поршневые);

     жидкого  кислорода  и  азота   в   испарители   газификационных установок стационарного и транспортного типа, где жидкость пре вращается в газ под избыточным давлением 40—420 кгс/см², перепускаемый в баллоны или хранилища (реципиенты) высокого давления (поршневые);

сжиженного  газа из одного резервуара в другой (поршневые и центробежные).

Насосы  выпускаются с горизонтальным и  вертикальным расположением   поршня.   В   отдельных   случаях   используются   насосы с наклонным поршнем. В зависимости от условий работы применяются  насосы   для   перекачивания   переохлажденной   жидкости (в установках для   разделения   воздуха)   или непереохлажденной; жидкости  (в стационарных и передвижных установках для гази фикации жидкого кислорода и азота). 

Ниже  приводится описание некоторых типов  поршневых насосов для сжиженных газов*.

Конструкция насосов. На рис. 10.15 показана цилиндровая  группа (с сальниковым уплотнением плунжера) насоса для газификации и нагнетания кислорода в баллоны.

Всасывающий 1 и нагнетательный 2 беспружинные шариковые клапаны из нержавеющей стали 1Х18Н9 или ЭИ-229 расположены в головке 3 насоса, изготовляемой из латуни марки ЛС-59-1; седла клапанов выполнены из латуни ЛЖМц-59-1-1, а плунжер 8 — из нержавеющей стали 1Х18Н9.

       Плунжеры  должны быть достаточно большой длины  для уменьшения холодопотерь вследствие теплопроводности. Втулка 4 цилиндра выполнена из латуни ЛС 59-1. Плунжер не касается стенок цилиндра, а движется в направляющих графитовых втулках 17 и 20 из графита марок М20 или 15Е-С (со свинцом), обладающими хорошими антифрикционными свойствами. Для уплотнения плунжера на холодном конце служит сальник, состоящий из грундбуксы 5 и колец б и 7. Кольца 6 спрессованы из нитевидного прографиченного свинца или из прографиченного асбеста, а кольца 7— из чешуйчатого графита ТГ (ГОСТ 4596—49*) и предназначены для смазки сальника.

Сальник холодного конца зажимается гайкой 14 через промежуточные втулки 9, 13 и фонарь 19. Холодная (на рисунке правая) часть насоса отделена от теплой (левой) текстолитовой малотеплопроводной проставкой 12. На теплом конце плунжера имеется сальник с набивкой 15 из прографиченного свинца или прографиченного асбеста. Сальник затягивается нажимной гайкой 16.

Газообразный  кислород, просачивающийся через  неплотности сальника, отводится наружу по трубке 11. Для предупреждения обмерзания сальник теплого конца непрерывно обдувается сухим

азотом.

Кожух цилиндра насоса помещен в изоляции воздухоразделительного аппарата (на рисунке насос показан без изоляции). Привод насоса осуществляется через червячный редуктор от электродвигателя. Кривошип коленчатого вала соединен с шатуном, двигающим плунжер насоса.

В зависимости  от режима работы кислородного аппарата производительность насоса должна изменяться для увеличения или уменьшения количества отбираемого кислорода. Регулировать производительность насоса можно изменением числа оборотов вала, вследствие чего изменяется число ходов плунжера. Если насос работает с электродвигателем постоянного тока, число оборотов регулируют с помощью реостата. При работе с электродвигателем переменного тока с постоянным числом оборотов для регулирования производительности насоса используется кулисный механизм, 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                 
 
 
 
 
 
 
 

который изменяет радиус кривошипа. Тем самым  изменяется величина  хода плунжера  насоса,  вследствие чего  будет  соответственно меняться и производительность насоса.

Привод  насоса от электродвигателя переменного  тока показан на  рис.   10.16.  Электродвигатель 8  через  червячный   редуктор  3 вращает кривошип 2, который через шатун 4 шарнирно соединен с направляющими планками 6. Планки могут качаться на оси вилки 10, имеющей неподвижный шарнир 11. При своем качании планки передают движение через ползушку 7 крейцкопфу 9, который перемещается в направляющих 12;  крейцкопф соединен с плунжером 13 насоса. С помощью маховичка 5 направляющие планки

Рис. 10.16. Привод насоса:

1— насос; 2 — кривошип; 3 — редуктор; 4 —   шатун; 5 — маховичок;

б — направляющие планки; 7 — ползушка; В — электродвигатель; 9 — крейцкопф; 10 — вилка; 11 — неподвижный шарнир; 12 — направляющие;

13 —  плунжер.

во время  работы насоса можно перемещать вверх  и вниз по шипам ползушки 7 и за счет перемены длины плеча а изменять величину хода плунжера, а следовательно, производительность насоса. При поднятии планок вверх плечо а уменьшается, ход плунжера сокращается и производительность насоса снижается.

Неполадки в работе насоса, обычно выражающиеся в понижении его производительности, возникают вследствие пропуска в сальнике плунжера, неисправности клапанов, недостаточного охлаждения насоса азотом, забивки трубопровода на линии всасынания и т. д. Иногда наблюдается сильное нагревание муфты сальника, вызываемое перекосом сопряженных деталей насоса, односторонним износом графитовой втулки, трением плунжера о втулку сальника. Для устранения дефектов приходится разбирать насос.

Графитовые  и асбесто-графитовые кольца изготовляют прессованием. Заготовки сплетают из 10—20 нитей шнурового асбеста диаметром 2—3 мм, посыпанных предварительно чешуйчатым графитом. Диаметр сплетенного шнура должен на 2—3 мм превышать радиальный зазор между плунжером и цилиндром. Торцы колец перед закладкой в штамп срезают под углом 45° к плоскости кольца. Диаметры готовых колец должны быть равны диаметрам плунжера и цилиндра.

В графитовые кольца закладывают для прочности  асбестовые или свинцовые нити. Набивку  сальника производят после вставки  в насос втулки и плунжера. Кольца проталкивают внутрь с помощью отрезка медной или латунной трубы, на конце которой имеется втулка. Внутренний и наружный диаметры втулки на 0,5 мм отличаются от диаметров плунжера и цилиндра, благодаря чему создаются необходимые зазоры для свободного перемещения

втулки  при набивке сальника.

Рис.   10.17.   Сборка  сальника    насоса   по способу П. А. Костенко:

1 —  втулка; 2 — односторонние грундбуксы; 3 — чешуйчатый графит; 4 — уплотняющее асбесто-графитовое кольцо; 5 — двусторонняя грунд-букса; б — промежуточная втулка; 7 — направляющая графитовая втулка; 8 — плунжер.

Используется  следующий способ изготовления уплотняющих асбестовых колец (предложен П. А. Костенко). Чешуйчатый графит засыпают в дистиллированную воду и замешивают до густоты жидкой кашицы. В смесь погружают шнуровой асбест, без оплетки, тщательно обволакивают его водно-графитовой смесью и наматывают на пуансон

прессформы, которую зажимают в тиски; при этом часть воды отжимается. Затем кольца сушат до полного удаления влаги, после чего снова прессуют в прессформе. При сборке сальника с такими кольцами вместо двух концевых латунных колец ставят односторонние латунные грундбуксы, а в середине сальника — одну двустороннюю (рис. 10.17). Набитый таким образом сальник работает в течение 2 месяцев без смены колец.

Применяемый чешуйчатый графит должен иметь зольность  не более 13%; содержание хлопчатобумажных нитей в асбесте не должно превышать 5%. Прографичивание асбеста для сальников следует производить в воде, нагретой до температуры кипения.

Основной  причиной, затрудняющей работу насосов  для сжиженных газов, является вскипание и испарение жидкости при поступлении ее в цилиндр насоса через всасывающий клапан. Это уменьшает степень заполнения жидкостью цилиндра насоса и резко снижает его производительность. Для предупреждения данного явления жидкость переохлаждают (при давлении подачи в насос) на 6—10 град или подают ее к клапану насоса под избыточным давлением 4—5 кгс/см2. В последнем случае фактическая температура жидкости будет ниже точки кипения при давлении подачи, и вскипание жидкости при поступлении в цилиндр насоса не произойдет. Переохлаждение жидкости в насосах, работающих в комп-|декте воздухоразделительного аппарата, производится азотом, от-IХодящим из верхней колонны. Подача жидкости под давлением применяется в насосах для жидкого азота и кислородных насосах газификационных  установок.

       В насосах для перекачивания жидкого аргона и жидкого азота поршень уплотняют тремя манжетами, штампованными из обезжиренной сыромятной кожи, пропитанной парафином. Это обусловлено тем, что в среде жидкого аргона или азота, где отсутствует кислород, графит теряет свои антифрикционные свойства. тя жидких аргона и азота лучше применять насосы со щелевым Уплотнением поршня (см. ниже).

Рис. 10.18. Втулка и плунжер насоса со щелевым  уплотнением:

а - втулка; б — плунжер, соединенный со штоком шаровой головкой; в — плунжер, соеди-    ненный се штоком плоской головкой; 1 — плунжер; 2 — шток; 3 — разрезная гайка.

Направляющие  и седла всасывающего и нагнетательного клапана насосов целесообразно делать съемными для облегчения их ремонта и замены.

Более надежно работают насосы со щелевым  уплотнением 12, которое создается наличием незначительного зазора между плунжером и втулкой (рис. 10.18, а и б). Зазор обеспечивает герметичность, не создавая трения между втулкой и плунжером. Для одинакового теплового расширения плунжера и втулки их изготовляют из хромомолибденовой стали 38ХМЮА. Рабочие поверхности (йотируют на глубину 0,4—0,5 мм до твердости не ниже НК92 (шкала 15N), которую замеряют после снятия слоя толщиной 0,04 мм—0,06 мм. Внутренний диаметр втулки изготовляют по второму Классу точности для отверстий, а плунжер подгоняют к втулке Притиркой с диаметральным зазором 0,025—0,08 мм в зависимости от диаметра плунжера и рабочего давления. Для разгрузки от пикового давления жидкости и улучшения смазки ею трущихся нитей на плунжере протачивают кольцевые канавки шириной 1-'2 мм, глубиной 0,5—1 мм. Все острые края скругляются. Для прямоцентрирования плунжера во втулке его соединяют со штоком

с помощью  шарнирной шаровой головки или  полушаровой головки работающей по плоской поверхности конца штока (рис. 10.18).

По мере увеличения зазора вследствие истирания  плунжерной пары в процессе эксплуатации производительность насоса падает. При  уменьшении производительности до определенного предела, плунжер и втулку заменяют новыми. В зависимости от давления и конструкции продолжительность работы одной пары (плунжер --втулка) составляет от 1000 до 1500 ч и более. Насосы со щелевым уплотнением строят до давлений 420 кгс/см2. 

Рис.   10.19.   Насос  жидкого   кислорода   НЖК-11М   со  щелевым  уплотнение

плунжера:

1 — графитовые   направляющие  втулки;   2 — теплоизолирующая   плита   из   нержавеющей стали; 3 — плунжер; 4 — втулка цилиндра; 5 — нагнетательный клапан; 6 — всасывающий клапан;  7 — цилиндр;  8 — охлаждающая  рубашка;  9 — шток.

Длина рабочей части втулки принимается  l=(5—8)D, где D — диаметр плунжера. Чем выше давление жидкости после насоса, тем больше должна быть длина щели. Производительность насоса повышают, увеличивая ход плунжера.

Насос НЖК-НМ со щелевым уплотнением плунжера показан на рис. 10.19. На поверхности плунжера 3 имеются канавки с закругленными кромками, образующие уплотняющий лабиринт.  (со штоком 9 плунжер сочленен  шарнирно   (плоская пята  плунжера опирается на шаровую головку штока) для самоустановки плунжера во втулке цилиндра и предупреждения его перекоса. Учитывают неизбежный износ плунжера и втулки, проектная производительность насосов со щелевым уплотнением принимается на 30—40% выше минимально необходимой. 
 

Техническая характеристика насоса НЖК-11 

Производительность, дм3/ч при ходе плунжера от 70 до 30 мм              50 ±10

Наибольшее  избыточное давление, кес/см?                            240

Скорость  вращения вала, об/мин                                         90

Диаметр плунжера, мм                                                      20

Диаметральный зазор в щелевом уплотнении, мм                           0,025—0,03

Описанный объем при максимальном ходе, дм3/ч                           100