CN111997862B - 一种双作用式往复潜液式液氢泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双作用式往复潜液式液氢泵，该液氢泵包括如下组成部分：与液氢容器相连接的隔离部，泵主体安装于隔离部之内；泵主体冷端部以及与冷端部相连接的动力部；冷端部包括冷端缸体，冷端缸体中设有分隔为冷端缸体上腔与冷端缸体下腔的冷端活塞，冷端缸体的下侧设有隔离部的隔离阀；冷端缸体上腔通过上腔吸入管与隔离部的隔离阀相连通，还通过上腔排出管与所述液氢出口管相连接；冷端缸体下腔通过下腔入口单向阀与隔离阀相连通，还通过下腔出口单向阀与液氢出口管相连。本发明不仅取消了工作前预冷的步骤，而且在冷端上下往复运动的任意动作时均具有输送液氢的功能，从而极大地提高了工作效率，液氢输送量大且输出流量脉动特性更好。

Description

一种双作用式往复潜液式液氢泵

技术领域

本发明涉及液氢能源领域，具体是一种双作用式往复潜液式液氢泵。

背景技术

液氢(LH2)，是一种高能、超低温液体清洁燃料，与气氢和金属氢化物相比，液氢在储能密度和输运成本方面，具有无可比拟的优势，发展空间较为广阔，中国亦发布了多个相关政策对氢能源产业进行支持。而用于液氢输送的液氢泵，是液氢产业的重要设备之一。

目前液氢的卸货和输送，基本采用增压挤出的方式，容器设计要求高，输出压力低，且高温的增压气体可能产生热声震荡的风险。

一般的往复式超低温泵，常温动力部分一般采取电机驱动的曲柄连杆机构，冷端则为真空保温形式的柱塞泵结构，是液化天然气(LNG)等低温液体常用设备。其特点是开泵前需要进行深度预冷，准备工作繁琐耗时长，且BOG (气体在临界温度以下经加压被液化后的低温液体，因难以与环境绝对绝热，吸收外界热量而蒸发出的气体)损失大，会污染空气和增加成本。而LNG储运中，亦有完全潜在液体中的电动离心泵，但因液氢温度(-253℃)远低于LNG (-169℃)，无法解决电动机潜液问题，因此亟待解决。

发明内容

为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种双作用式往复潜液式液氢泵。本发明不仅取消了工作前预冷的步骤，通过高压流体即可驱动常温活塞，带动冷端往复运动，完成液氢的输送过程，而且在冷端上下往复运动的任意动作时均具有输送液氢的功能，从而极大地提高了工作效率，液氢输送量大且输出流量脉动特性更好。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种双作用式往复潜液式液氢泵，该往复潜液式液氢泵包括如下组成部分：

与液氢容器相连接的隔离部，所述隔离部将泵主体与液氢容器完全隔离，泵主体安装于隔离部之内；

泵主体冷端部，所述冷端部用于接收来自液氢容器的液氢，并将液氢排送至液氢出口管；

与冷端部相连接的动力部，所述动力部采用动力源站中的高压流体驱动冷端部往复动作，实现液氢的排放；

所述冷端部包括冷端缸体，所述冷端缸体中设置有通过支杆与动力部相连接的冷端活塞，所述冷端活塞的周侧套设有用以填充冷端活塞和缸体内壁缝隙的冷端活塞密封圈；所述冷端缸体的下侧设置有将冷端活塞下侧的冷端缸体下腔与液氢容器相连通或分隔的隔离阀；所述冷端活塞将冷端缸体分隔为冷端缸体上腔与冷端缸体下腔，所述冷端缸体上腔通过上腔吸入管与所述隔离阀相连通，所述冷端缸体上腔还通过上腔排出管与所述液氢出口管相连接，所述上腔吸入管上设置有上腔入口单向阀，与所述上腔排出管相连接的冷端缸体顶部或者上腔排出管上设置有上腔出口单向阀；所述冷端缸体下腔通过设置于冷端缸体底部的下腔入口单向阀与所述隔离阀相连通，所述冷端缸体下腔在冷端缸体底部或者冷端缸体缸壁上设有用于连通所述冷端缸体下腔与液氢出口管的下腔出口单向阀；所述支杆与所述冷端缸体顶部的接触处设置有支杆冷端密封圈。

作为动力部的第一种优选方案，所述动力部包括常温组件和高压流体动力源；该常温组件包括设置于常温缸体中的常温活塞，所述常温活塞上套设有用以填充常温活塞和缸体内壁缝隙的常温活塞密封圈；所述高压流体动力源通过两条管路分别与常温活塞的上下两侧的缸体空腔相连通；常温活塞的上下两侧的缸体空腔于工作时的工作状态相异，即常温活塞一侧的缸体空腔进入流体时，常温活塞另一侧的缸体空腔排出流体；所述支杆的上端穿过常温缸体的底部与常温活塞相连接，支杆的下端穿过冷端缸体的顶部与冷端活塞相连接。

进一步优选的，所述常温组件包括上下方均为开口状的常温缸体，所述常温缸体的上方开口处设置有密封的顶盖，下方开口处设置有密封的底盖；所述顶盖上设有与常温活塞上方的缸体空腔相连通的顶部管路，所述底盖上设有与常温活塞下方的缸体空腔相连通的底部管路，所述顶部管路与底部管路即与所述高压流体动力源相连通的两条管路；所述支杆的上端穿过所述底盖与常温活塞相连接，且所述支杆与所述底盖的接触处设置有支杆常温密封圈。

进一步优选的，所述顶部管路和底部管路均通过换向阀与高压流体动力源相连，且同一时间高压流体动力源通过换向阀仅对顶部管路和底部管路中的一条管路提供高压流体动力，所述换向阀为三位四通换向阀或三位五通换向阀。

进一步优选的，所述液氢泵仅有其顶盖伸出在所述隔离部的外侧；所述底部管路穿过所述顶盖进入所述隔离部，再通过所述底盖与常温活塞下方的缸体空腔相连通；用于排放液氢的液氢出口管穿过所述顶盖将液氢输送到外界。

进一步优选的，所述冷端部为冷端组件；所述冷端组件包括下方为开口状的冷端缸体，所述冷端缸体的下方开口处固设有用于密封的冷端底盖，所述冷端底盖上开设有与所述隔离阀的阀芯相连通的通道；

进一步优选的，所述冷端组件和常温组件之间通过支筒固定连接，所述支杆穿设于所述支筒中；所述液氢出口管环绕支筒螺旋上升。

作为本发明的优选方案，所述隔离部为隔离组件，所述液氢容器上开设有与隔离组件形状相适配的凹槽，所述隔离组件安装在凹槽内；所述隔离组件包括隔离筒，所述往复潜液式液氢泵的泵体安装在隔离筒内；所述隔离组件还包括安装在隔离筒底部的隔离阀，所述隔离阀为液氢容器内液氢与冷端部之间的连接媒介。

进一步优选的，所述隔离筒为上下开口状的双层套筒，所述双层套筒将隔离筒分隔成筒腔空间和套筒之间的夹腔空间；所述隔离筒顶部设置有顶部安装法兰，所述隔离筒底部设置有底部安装法兰,所述底部安装法兰与液氢容器构成活动式接触并密封连接，所述顶部安装法兰与泵本体上的顶盖固定密封连接；所述顶部安装法兰上开设有便于将隔离筒内筒腔空间抽为真空状态的通孔；所述隔离筒筒身上开设有便于将隔离筒内夹腔空间抽为真空状态的抽真空接口，所述底部安装法兰内部中空，且底部安装法兰上开设有连通底部安装法兰内腔和隔离筒内夹腔空间的通孔；所述顶部安装法兰上还设有监测筒腔压力的压力传感器或者真空压力表。

进一步优选的，所述隔离阀包括阀芯、上方呈开口状的阀体和阀盖，所述阀盖固定在底部安装法兰上，且所述阀盖上开设有供液氢流通的流通口；所述阀体固设于阀盖底部且位于该流通口下方，所述阀体向下伸入液氢容器内，且阀体上开设有至少一个供液氢流入阀体内的引流口；所述冷端底盖的下侧设置有筒状的冷端底盖凸部，所述冷端底盖凸部上设置有冷端底盖进液氢孔，且所述冷端底盖凸部的外直径与所述阀盖上的流通口内直径相适配；

所述阀芯和阀盖相配合实现如下两种工作状态：所述阀芯抵接于阀盖时，所述流通口被封堵，液氢容器内液氢无法向外输送；或者，所述冷端底盖的下侧的冷端底盖凸部插入所述阀盖上的流通口中，且冷端底盖凸部压靠在所述阀芯的顶部，使得所述阀芯不抵接于阀盖时，所述引流口、冷端底盖进液氢孔和流通口彼此连通，液氢容器内液氢可正常向外输送；所述阀芯为上粗下细的二段式阶梯柱状，所述阀芯的较细的下半段可活动的穿设于阀体底部，所述阀体内设有套设在阀芯下半段上的压缩弹簧，所述压缩弹簧远离阀体的一端抵接到阀芯上半段，所述压缩弹簧处于自然状态时，压缩弹簧压迫阀芯上半部使其封堵住阀盖上的流通口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明使用时，取消了传统电机通过曲柄连杆机构直接驱动冷端(液力端)活塞(柱塞)往复运动的往复泵结构，改为通过高压流体远距离传递动力的潜液液氢往复泵装置，即以高压流体动力源来为常温组件提供动力，高压流体动力源驱动常温活塞上下往复运动，同时带动冷端活塞往复运动，相较于传统曲柄连杆的电动结构运行过程更加安全快捷，且本方案使动力源与超低温(-253℃)液氢介质及易燃易爆氢气介质环境完全隔离，有效解决了超低温环境的电机技术问题及易燃易爆环境的电机动力机构安全技术问题，系统安全可靠且易于工程实现。

2、本发明的液氢泵在往复运动过程中产生压强差，从而冷端组件从入口单向阀吸入液氢，再从出口单向阀排出，完成液氢的输送。在常规设计中，往复式泵的输出阶段都是在活塞或柱塞的排程阶段，即现有技术中的往复式泵输出均为单作用式。

与常规设计不同的是，由于冷端活塞将冷端缸体分隔为冷端缸体上腔与冷端缸体下腔，因此本发明另辟蹊径，使得所述冷端缸体上腔通过上腔吸入管与所述隔离阀相连通，所述冷端缸体上腔还通过上腔排出管与所述液氢出口管相连接，本发明在上腔吸入管上设置有上腔入口单向阀，并在与所述上腔排出管相连接的冷端缸体顶部或者上腔排出管上设置有上腔出口单向阀；从而本发明中的冷端缸体上腔也具有输送液氢的功能，即由于上腔入口单向阀和上腔出口单向阀的设置，使得当冷端活塞向上运动时，冷端缸体上腔也具有输送液氢的功能。

当然，与此同时，本发明中的所述冷端缸体下腔仍然通过设置于冷端缸体底部的下腔入口单向阀与所述隔离阀相连接，所述冷端缸体下腔在冷端缸体底部或者冷端缸体缸壁上设有用于连通所述冷端缸体下腔与液氢出口管的下腔出口单向阀；所述支杆与所述冷端缸体顶部的接触处设置有支杆冷端密封圈。

本发明的这种结构使得冷端缸体上腔通过上腔出口单向阀和上腔入口单向阀完成液氢吸排工作，而冷端缸体上腔则通过下腔入口单向阀和下腔出口单向阀完成液氢吸排工作，从而使得液氢泵由现有技术中的单作用式(即仅在排程阶段排出液氢)改为双作用式(即进程阶段和排程阶段均排出液氢)，显然，双作用式的液氢泵比单作用式的液氢泵流量更大，输出流量脉动特性更好，不但有利于驱动液体压力的稳定性，而且更加有效地利用了冷端上腔容积，结构更加紧凑。

此外，由于上腔入口单向阀和下腔入口单向阀均与隔离阀相连，因此在切断高压流体动力源后，虽然液氢泵停止对液氢的输送，但是此时冷端活塞的上方空间或者下方空间中的至少一个空间还保留有液氢，故在下次重新启动液氢泵时，无需预冷即可直接工作，有效地提高了工作效率。

3、本发明使用时，通过在高压流体动力源和顶部管路与底部管路之间设置换向阀，能保证在同一时间高压流体动力源通过换向阀仅对顶部管路和底部管路中的一条管路提供高压流体动力，防止两条管路之间产生动力冲突，且换向阀上自带的排液管路能将工作过程中常温缸体内多出的流体进行有效的排出；顶部管路和底部管路可以是进气管路，也可以是进液管路，为可能接入的不同动力源提供了多种管路的选择。

4、本发明使用时，液氢泵安装在隔离组件内。工作时(此时液氢泵处于安装完毕的状态)，所述冷端缸体的冷端底盖下侧的冷端底盖凸部插入所述隔离阀阀盖的流通口中，且冷端底盖凸部穿过流通口压靠在所述隔离阀阀芯的顶部，使得所述阀芯与阀盖之间保持有一定间隙，此时所述阀体上的引流口、冷端底盖进液氢孔和阀盖的流通口彼此连通，液氢容器内的液氢可通过引流口、冷端底盖进液氢孔和流通口正常向外输送。

由于液氢容器内的液氢已通过引流口、冷端底盖进液氢孔到达流通口处，因此当冷端活塞在支杆的作用下下移时，冷端缸体上腔的体积增大，压力变小，此时液氢通过流通口和上腔吸入管上的上腔入口单向阀进入冷端缸体上腔中，等待排出；与此同时，冷端缸体下腔的体积变小，压力增大，冷端缸体下腔中的液氢通过下腔出口单向阀进入下腔排出管，最终经过液氢容器出口管排出。相反的，当冷端活塞在支杆的作用下上移时，冷端缸体上腔的体积变小，压力增大，此时液氢通过上腔排出管上的上腔出口单向阀进入上腔排出管中，最终经过液氢容器出口管排出；与此同时，冷端缸体下腔的体积增大，压力变小，液氢通过流通口以及下腔入口单向阀进入冷端缸体下腔中，等待排出。

当然，正常情况下，也即液氢泵检修时，此时冷端缸体被抽出，而冷端缸体的冷端底盖下侧的冷端底盖凸部也不再插入在所述阀盖的流通口中，此时冷端底盖凸部也不在压靠在所述阀芯的顶部，隔离阀中的压缩弹簧处于向上顶靠而使得阀芯封堵住阀盖的流通口的状态，即整个隔离阀处于关闭状态，确保液氢容器的封闭性。

5、本发明使用时，由于液氢泵安装在隔离组件内，通过抽真空接口将底部安装法兰和隔离筒的夹腔空间均抽为真空，同时从顶部安装法兰上开设的通孔将隔离筒内筒腔空间也抽为真空，从而减小了隔离组件内的传热，同时，液氢泵本体仅有顶盖位于隔离组件外侧，传热面积小，吸收外界热量极其有限，因此能有效降低工作过程中的BOG损失；顶部安装法兰上预留有位置可加装压力传感器，对隔离筒的内部泵本体以外的空间进行实时压力监控，如果液氢发生泄漏时，压力升高可及时发现，避免出现危险，同时根据压力的变化可了解到密封圈的使用情况，以便及时更换；同时顶部安装法兰上开设的孔还可以向外界安全释放隔离组件内拆装液氢泵时泄露的微量氢气，并可向内部进行氮气吹扫工作保证内部无氧气残留。

6、本发明使用时，由于液氢泵在常温生产时温度较高，而工作过程中温度较低，导致温差过大，因此将液氢出口管设置为通过出口单向阀后环绕支筒螺旋上升，避免过低温状态下液氢出口管发生收缩断裂情况，设为螺旋状有效进行了弹性补偿。

附图说明

图1为一种双作用式往复潜液式液氢泵在液氢容器内的安装示意图。图1 中的动力部包括常温组件2和动力源站4。

图2为本发明中的双作用式往复潜液式液氢泵的结构示意图。

图3为图2的局部放大图。

图4为一种双作用式往复潜液式液氢泵中隔离阀的结构示意图。

图中：

1、冷端组件；2、常温组件；3、隔离组件；4、动力源站；5、动力组件； 6、液氢容器；7、泵主体、8、液氢容器出口管；

101、上腔出口单向阀；102、上腔入口单向阀；103、支杆冷端密封圈； 104、冷端活塞；105、冷端活塞密封圈；106、冷端缸体；107、下腔出口单向阀；108、冷端底盖；1081、冷端底盖凸部；1082、冷端底盖进液氢孔；109、下腔入口单向阀；

201、支筒；202、支杆；203、底盖；204、支杆常温密封圈；205、常温缸体；206、常温活塞密封圈；207、常温活塞；208、顶盖；209、顶部管路； 210、底部管路；

301、顶部安装法兰；302、隔离筒；303、底部安装法兰；304、隔离阀； 3041、阀体；30411、引流口；3042、压缩弹簧；3043、阀盖；3044、阀芯；

401、高压流体动力源；402、换向阀；

501、计量泵；502、驱动管路；503、安全泄放阀；504、稳压容器；505、稳压管路；

81、上腔排出管；82、下腔排出管；83、上腔吸入管

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例中，一种双作用式往复潜液式液氢泵，该往复潜液式液氢泵包括如下组成部分：

该往复潜液式液氢泵包括如下组成部分：

与液氢容器6相连接的隔离部，所述隔离部将泵主体7与液氢容器6完全隔离，泵主体7安装于隔离部之内；

泵主体冷端部，所述冷端部用于接收来自液氢容器6的液氢，并将液氢排送至液氢出口管8；

与冷端部相连接的动力部，所述动力部采用动力源站4中的高压流体驱动冷端部往复动作，实现液氢的排放；

如图2所示，所述冷端部包括冷端缸体106，所述冷端缸体106中设置有通过支杆202与动力部相连接的冷端活塞104，所述冷端活塞104的周侧套设有用以填充冷端活塞104和缸体内壁缝隙的冷端活塞密封圈105；所述冷端缸体106的下侧设置有将冷端活塞104下侧的冷端缸体下腔与液氢容器相连通或分隔的隔离阀304；所述冷端活塞104将冷端缸体106分隔为冷端缸体上腔与冷端缸体下腔，所述冷端缸体上腔通过上腔吸入管83与所述隔离阀304相连接，所述冷端缸体上腔还通过上腔排出管81与所述液氢出口管8相连接，所述上腔吸入管83上设置有上腔入口单向阀102，与所述上腔排出管81相连接的冷端缸体顶部或者上腔排出管81上设置有上腔出口单向阀101；所述冷端缸体下腔通过设置于冷端缸体106底部的下腔入口单向阀109与所述隔离阀304相连接，所述冷端缸体下腔在冷端缸体底部或者冷端缸体缸壁上设有用于连通所述冷端缸体下腔与液氢出口管的下腔出口单向阀107；所述支杆 202与所述冷端缸体106顶部的接触处设置有支杆冷端密封圈103。

所述上腔排出管81和上腔吸入管83可以分别单独设置，也可以彼此相连，即如图2、4所示的那样，上腔出口单向阀101所在的上腔排出管81和上腔入口单向阀102所在的上腔吸入管83通过一个三通管与冷端活塞上部的冷端缸体上腔相连通。

如图3所示，上腔吸入管路83是在冷端底盖108上开设，与下腔入口单向阀109为并联状态。

如图2所示，所述上腔排出管81和下腔出口单向阀107所在的下腔排出管82最终合为一条输出管路，即液氢容器出口管8。

下面结合附图对动力部的结构进行详细说明。

如图1、2所示，所述动力部包括常温组件2和高压流体动力源401；该常温组件2包括设置于常温缸体205中的常温活塞207，所述常温活塞207上套设有用以填充常温活塞207和缸体内壁缝隙的常温活塞密封圈206；所述高压流体动力源401通过两条管路分别与常温活塞207的上下两侧的缸体空腔相连通；常温活塞207的上下两侧的缸体空腔于工作时的工作状态相异，即常温活塞207一侧的缸体空腔进入流体时，常温活塞207另一侧的缸体空腔排出流体；所述支杆202的上端穿过常温缸体205的底部与常温活塞207相连接，支杆202的下端向下穿过冷端缸体106的顶部与冷端活塞104相连接。

所述常温组件2包括上下方均为开口状的常温缸体205，所述常温缸体 205的上方开口处设置有密封的顶盖208，下方开口处设置有密封的底盖203；所述顶盖208上设有与常温活塞207上方的缸体空腔相连通的顶部管路209，所述底盖203上设有与常温活塞207下方的缸体空腔相连通的底部管路210，所述顶部管路209与底部管路210即与所述高压流体动力源401相连通的两条管路；所述支杆202的上端穿过所述底盖203与常温活塞207相连接，且所述支杆202与所述底盖203的接触处设置有支杆常温密封圈204。

所述高压流体动力源可选用氮气等惰性气体，亦可选用高压液压油等液体。

所述顶部管路209和底部管路210均通过换向阀402与高压流体动力源 401相连，且同一时间高压流体动力源401通过换向阀402仅对顶部管路209 和底部管路210中的一条管路提供高压流体动力，所述换向阀402为三位四通换向阀或三位五通换向阀。

所述液氢泵仅有其顶盖208伸出在所述隔离部的外侧；所述底部管路210 穿过所述顶盖208进入所述隔离部，再通过所述底盖203与常温活塞207下方的缸体空腔相连通；用于排放液氢的液氢出口管穿过所述顶盖208将液氢输送到外界。

所述冷端部为冷端组件1；所述冷端组件1包括下方为开口状的冷端缸体 106，所述冷端缸体106的下方开口处固设有用于密封的冷端底盖108，所述冷端底盖108上开设有与所述隔离阀304相连通的通道；

所述冷端组件1和常温组件2之间通过支筒201固定连接，所述支杆202 穿设于所述支筒201中；所述液氢出口管环绕支筒201螺旋上升。

由于隔离部是本发明的重要且关键的组成部分，因此下面结合附图对隔离部的结构和作用进行单独说明。

如图2、4所示，所述隔离部为隔离组件3，所述液氢容器6上开设有与隔离组件3形状相适配的凹槽，所述隔离组件3安装在凹槽内；所述隔离组件3包括隔离筒302，所述往复潜液式液氢泵的泵体安装在隔离筒302内；所述隔离组件3还包括安装在隔离筒302底部的隔离阀304，所述隔离阀304为液氢容器6内液氢与冷端部之间的连接媒介。

所述隔离筒302为上下开口状的双层套筒，所述双层套筒将隔离筒302 分隔成筒腔空间和套筒之间的夹腔空间；所述隔离筒302顶部设置有顶部安装法兰301，所述隔离筒302底部设置有底部安装法兰303,所述底部安装法兰303与液氢容器6构成活动式接触并密封连接，所述顶部安装法兰301与泵本体上的顶盖208固定密封连接；所述顶部安装法兰301上开设有便于将隔离筒302内筒腔空间抽为真空状态的通孔；所述隔离筒302筒身上开设有便于将隔离筒302内夹腔空间抽为真空状态的抽真空接口，所述底部安装法兰303内部中空，且底部安装法兰303上开设有连通底部安装法兰303内腔和隔离筒302内夹腔空间的通孔；所述顶部安装法兰301上还设有监测筒腔压力的压力传感器或真空压力表。

顶部安装法兰301和底部安装法兰303可以选择焊接的方式与隔离筒302 固定在一起。

安装时，顶部安装法兰301可以和液氢容器6上自带的安装法兰通过螺栓固定，接触面用密封圈密封，再将底部安装法兰303和液氢容器6之间通过密封垫压紧密封；也可以只将底部安装法兰303和液氢容器6上自带的安装法兰通过螺栓固定，接触面用密封圈密封，再将顶部安装法兰301和液氢容器6之间通过密封垫压紧密封；还可以同时将顶部安装法兰301和底边安装法兰303与液氢容器6上自带的安装法兰通过螺栓固定连接，接触面用密封圈密封。

如图2所示，所述隔离筒302为设置在液氢容器6上的筒状安装空间，顶部安装法兰301、底部安装法兰303用于固定隔离筒302。所述隔离筒302 直接安装在液氢容器6上，泵主体7直接安装设置于隔离筒302中，因此隔离筒302的主要功能就是隔热和连通，其中隔热是通过隔离筒302筒身结构实现的，而连通则是设置于隔离筒302内的泵主体7通过设置于隔离筒302 底部的隔离阀304与液氢容器6相导通。

如图4所示，所述隔离阀304包括阀芯3044、上方呈开口状的阀体3041 和阀盖3043，所述阀盖3043固定在底部安装法兰303上，且所述阀盖3043 上开设有供液氢流通的流通口；所述阀体3041固设于阀盖3043底部且位于该流通口下方，所述阀体3041向下伸入液氢容器内，且阀体3041上开设有至少一个供液氢流入阀体3041内的引流口30411；所述冷端底盖108的下侧设置有筒状的冷端底盖凸部1081，所述冷端底盖凸部1081上设置有冷端底盖进液氢孔1082，且所述冷端底盖凸部1081的外直径与所述阀盖3043上的流通口内直径相适配。

所述阀芯3044和阀盖3043相配合实现如下两种工作状态：所述阀芯3044 抵接于阀盖3043时，所述流通口被封堵，液氢容器内液氢无法向外输送；或者，所述冷端底盖108的下侧的冷端底盖凸部1081插入所述阀盖3043上的流通口中，且冷端底盖凸部1081压靠在所述阀芯3044的顶部，使得所述阀芯3044不抵接于阀盖3043时，所述引流口30411、冷端底盖进液氢孔1082 和流通口彼此连通，液氢容器内液氢可正常向外输送；所述阀芯3044为上粗下细的二段式阶梯柱状，所述阀芯3044的较细的下半段可活动的穿设于阀体 3041底部，所述阀体3041内设有套设在阀芯下半段上的压缩弹簧3042，所述压缩弹簧3042远离阀体3041的一端抵接到阀芯3044上半段，所述压缩弹簧3042处于自然状态时，压缩弹簧3042压迫阀芯3044上半部使其封堵住阀盖3043上的流通口。

阀盖3043与底部安装法兰303之间可以选择通过螺栓来固定，阀体3041 与阀盖3043之间亦可以选择通过螺栓来固定，这里的压缩弹簧3042优选为套设在阀芯3044上。

下面结合附图对本发明的工作过程做详细描述。

如图1、2所示，本发明的工作原理是：本发明使用时，高压流体动力源通过换向阀402往复式的分别对顶部管路209和底部管路210内注入高压流体动力，由于常温活塞207的上下两侧的缸体空腔于工作时的工作状态相异，向顶部管路209内持续注入高压流体动力时，常温活塞207上侧的缸体空腔压强变大，为了平衡常温缸体205内的压强，常温活塞207向下运动，同时也将常温活塞207下侧缸体空腔内的流体排出，流体可从常温缸体205上另设管路排出，也可使用三位四通换向阀或三位五通换向阀上自带的排液管路排出；常温活塞207向下运动到一定程度后，换向阀402再停止向顶部管路 209内注入高压流体动力，改为向底部管路210内注入高压流体动力，直到常温活塞207下侧缸体内腔压强大于下侧缸体内腔压强，常温活塞207再向上运动，同时也将常温活塞207上侧缸体空腔内的流体排出，往复进行以上步骤，使得常温活塞207往复上下运动。

常温活塞207往复上下运动的同时，也通过支杆202带动冷端活塞104 同步地往复上下运动。

本发明使用时，液氢泵的泵主体7安装在隔离组件3内。工作时(此时液氢泵的泵主体7处于安装完毕的状态)，所述冷端缸体106的冷端底盖108 下侧的冷端底盖凸部1081插入所述阀盖3043的流通口中，且冷端底盖凸部 1081穿过流通口压靠在所述阀芯3044的顶部，使得所述阀芯3044与阀盖3043 之间保持有一定间隙，此时所述阀体3041上的引流口30411、冷端底盖进液氢孔1082和阀盖3043的流通口彼此连通，液氢容器6内的液氢可通过引流口30411、冷端底盖进液氢孔1082和流通口正常向外输送。

由于液氢容器6内的液氢已通过引流口30411、冷端底盖进液氢孔1082 到达流通口处，因此当冷端活塞104在支杆202的作用下下移时，冷端缸体上腔的体积增大，压力变小，此时液氢通过流通口和上腔吸入管83上的上腔入口单向阀102进入冷端缸体上腔中，等待排出；与此同时，冷端缸体下腔的体积变小，压力增大，冷端缸体下腔中的液氢通过下腔出口单向阀107进入下腔排出管82，最终经过液氢容器出口管8排出。相反的，当冷端活塞104 在支杆202的作用下上移时，冷端缸体上腔的体积变小，压力增大，此时液氢通过上腔排出管81上的上腔出口单向阀101进入上腔排出管81中，最终经过液氢容器出口管8排出；与此同时，冷端缸体下腔的体积增大，压力变小，液氢通过流通口以及下腔入口单向阀109进入冷端缸体下腔中，等待排出。

当然，当即液氢泵的泵主体7检修时，此时冷端缸体106被抽出，而冷端缸体106的冷端底盖108下侧的冷端底盖凸部1081也不再插入在所述阀盖 3043的流通口中，此时冷端底盖凸部1081也不再压靠在所述阀芯3044的顶部，隔离阀304中的压缩弹簧3042处于向上顶靠而使得阀芯3044封堵住阀盖3043的流通口的状态，即整个隔离阀304处于关闭状态，确保液氢容器6 的封闭性。

由于工作时液氢容器6内的液氢可通过引流口30411、冷端底盖进液氢孔 1082和流通口正常向外输送，因此在切断高压流体动力源后，虽然液氢泵停止对液氢的输送，但是此时冷端活塞104的上、下方空间中均还保留有液氢，故在下次重新启动液氢泵时，无需预冷即可直接工作，有效地提高了工作效率。

如图2所示，本发明中的液氢泵安装在隔离组件3内，通过抽真空接口将底部安装法兰303和隔离筒302的夹腔空间均抽为真空，同时从顶部安装法兰301上开设的通孔将隔离筒302内筒腔空间也抽为真空，从而减小了隔离组件3内的传热，同时，液氢泵主体7仅有顶盖208位于隔离组件3外侧，传热面积小，吸收外界热量极其有限，因此能有效降低工作过程中的BOG损失；顶部安装法兰301上预留有位置可加装压力传感器，对隔离筒302的内部泵本体以外的空间进行实时压力监控，如果液氢发生泄漏时，压力升高可及时发现，避免出现危险，同时根据压力的变化可了解到密封圈的使用情况，以便及时更换；同时顶部安装法兰301上开设的孔还可以向外界安全释放隔离组件3内拆装液氢泵时泄露的微量氢气，并可向内部进行氮气吹扫工作保证内部无氧气残留。

由于液氢泵在常温生产时温度较高，而工作过程中温度较低，导致温差过大，因此将液氢出口管8设置为通过出口单向阀102后环绕支筒201螺旋上升，避免过低温状态下液氢出口管8发生收缩断裂情况，设为螺旋状有效进行了弹性补偿。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种双作用式往复潜液式液氢泵，其特征在于，该往复潜液式液氢泵包括如下组成部分：

与液氢容器相连接的隔离部，所述隔离部将泵主体与液氢容器完全隔离，泵主体安装于隔离部之内；

泵主体冷端部，所述冷端部用于接收来自液氢容器的液氢，并将液氢排送至液氢出口管；

与冷端部相连接的动力部，所述动力部采用动力源站（4）中的高压流体驱动冷端部往复动作，实现液氢的排放；

所述冷端部包括冷端缸体（106），所述冷端缸体（106）中设置有通过支杆（202）与动力部相连接的冷端活塞（104），所述冷端活塞（104）的周侧套设有用以填充冷端活塞（104）和缸体内壁缝隙的冷端活塞密封圈（105）；所述冷端缸体（106）的下侧设置有将冷端活塞（104）下侧的冷端缸体下腔与液氢容器相连通或分隔的隔离阀（304）；所述冷端活塞（104）将冷端缸体（106）分隔为冷端缸体上腔与冷端缸体下腔，所述冷端缸体上腔通过上腔吸入管（83）与所述隔离阀（304）相连通，所述冷端缸体上腔还通过上腔排出管（81）与所述液氢出口管（8）相连接，所述上腔吸入管（83）上设置有上腔入口单向阀（102），与所述上腔排出管（81）相连接的冷端缸体顶部或者上腔排出管（81）上设置有上腔出口单向阀（101）；所述冷端缸体下腔通过设置于冷端缸体（106）底部的下腔入口单向阀（109）与所述隔离阀（304）相连通，所述冷端缸体下腔在冷端缸体底部或者冷端缸体缸壁上设有用于连通所述冷端缸体下腔与液氢出口管的下腔出口单向阀（107）；所述支杆（202）与所述冷端缸体（106）顶部的接触处设置有支杆冷端密封圈（103）；

所述隔离部为隔离组件（3），所述液氢容器上开设有与隔离组件（3）形状相适配的凹槽，所述隔离组件（3）安装在凹槽内；所述隔离组件（3）包括隔离筒（302），所述往复潜液式液氢泵的泵体安装在隔离筒（302）内；所述隔离组件（3）还包括安装在隔离筒（302）底部的隔离阀（304），所述隔离阀（304）为液氢容器内液氢与冷端部之间的连接媒介；

所述隔离筒（302）为上下开口状的双层套筒，所述双层套筒将隔离筒（302）分隔成筒腔空间和套筒之间的夹腔空间；所述隔离筒（302）顶部设置有顶部安装法兰（301），所述隔离筒（302）底部设置有底部安装法兰（303）,所述底部安装法兰（303）与液氢容器构成活动式接触并密封连接，所述顶部安装法兰（301）与泵主体上的顶盖（208）固定密封连接；所述顶部安装法兰（301）上开设有便于将隔离筒（302）内筒腔空间抽为真空状态的通孔；所述隔离筒（302）筒身上开设有便于将隔离筒（302）内夹腔空间抽为真空状态的抽真空接口，所述底部安装法兰（303）内部中空，且底部安装法兰（303）上开设有连通底部安装法兰（303）内腔和隔离筒（302）内夹腔空间的通孔；所述顶部安装法兰（301）上还设有监测筒腔压力的压力传感器或者真空压力表；

所述隔离阀（304）包括阀芯（3044）、上方呈开口状的阀体（3041）和阀盖（3043），所述阀盖（3043）固定在底部安装法兰（303）上，且所述阀盖（3043）上开设有供液氢流通的流通口；所述阀体（3041）固设于阀盖（3043）底部且位于该流通口下方，所述阀体（3041）向下伸入液氢容器内，且阀体（3041）上开设有至少一个供液氢流入阀体（3041）内的引流口（30411）；所述冷端部为冷端组件（1）；所述冷端组件（1）包括下方为开口状的冷端缸体（106），所述冷端缸体（106）的下方开口处固设有用于密封的冷端底盖（108），所述冷端底盖（108）上开设有与所述隔离阀（304）的阀芯（3044）相连通的通道；所述冷端底盖（108）的下侧设置有筒状的冷端底盖凸部（1081），所述冷端底盖凸部（1081）上设置有冷端底盖进液氢孔（1082），且所述冷端底盖凸部（1081）的外直径与所述阀盖（3043）上的流通口内直径相适配；

所述阀芯（3044）和阀盖（3043）相配合实现如下两种工作状态：所述阀芯（3044）抵接于阀盖（3043）时，所述流通口被封堵，液氢容器内液氢无法向外输送；或者，所述冷端底盖（108）的下侧的冷端底盖凸部（1081）插入所述阀盖（3043）上的流通口中，且冷端底盖凸部（1081）压靠在所述阀芯（3044）的顶部，使得所述阀芯（3044）不抵接于阀盖（3043）时，所述引流口（30411）、冷端底盖进液氢孔（1082）和流通口彼此连通，液氢容器内液氢可正常向外输送；所述阀芯（3044）为上粗下细的二段式阶梯柱状，所述阀芯（3044）的较细的下半段可活动的穿设于阀体（3041）底部，所述阀体（3041）内设有套设在阀芯下半段上的压缩弹簧（3042），所述压缩弹簧（3042）远离阀体（3041）的一端抵接到阀芯（3044）上半段，所述压缩弹簧（3042）处于自然状态时，压缩弹簧（3042）压迫阀芯（3044）上半部使其封堵住阀盖（3043）上的流通口。

2.根据权利要求1所述的一种双作用式往复潜液式液氢泵，其特征在于，所述动力部包括常温组件（2）和高压流体动力源（401）；该常温组件（2）包括设置于常温缸体（205）中的常温活塞（207），所述常温活塞（207）上套设有用以填充常温活塞（207）和缸体内壁缝隙的常温活塞密封圈（206）；所述高压流体动力源（401）通过两条管路分别与常温活塞（207）的上下两侧的缸体空腔相连通；常温活塞（207）的上下两侧的缸体空腔于工作时的工作状态相异，即常温活塞（207）一侧的缸体空腔进入流体时，常温活塞（207）另一侧的缸体空腔排出流体；所述支杆（202）的上端穿过常温缸体（205）的底部与常温活塞（207）相连接，支杆（202）的下端穿过冷端缸体（106）的顶部与冷端活塞（104）相连接。

3.根据权利要求2所述的一种双作用式往复潜液式液氢泵，其特征在于，所述常温组件（2）包括上下方均为开口状的常温缸体（205），所述常温缸体（205）的上方开口处设置有密封的顶盖（208），下方开口处设置有密封的底盖（203）；所述顶盖（208）上设有与常温活塞（207）上方的缸体空腔相连通的顶部管路（209），所述底盖（203）上设有与常温活塞（207）下方的缸体空腔相连通的底部管路（210），所述顶部管路（209）与底部管路（210）即与所述高压流体动力源（401）相连通的两条管路；所述支杆（202）的上端穿过所述底盖（203）与常温活塞（207）相连接，且所述支杆（202）与所述底盖（203）的接触处设置有支杆常温密封圈（204）。

4.根据权利要求3所述的一种双作用式往复潜液式液氢泵，其特征在于，所述顶部管路（209）和底部管路（210）均通过换向阀（402）与高压流体动力源（401）相连，且同一时间高压流体动力源（401）通过换向阀（402）仅对顶部管路（209）和底部管路（210）中的一条管路提供高压流体动力，所述换向阀（402）为三位四通换向阀或三位五通换向阀。

5.根据权利要求3所述的一种双作用式往复潜液式液氢泵，其特征在于，所述液氢泵仅有其顶盖（208）伸出在所述隔离部的外侧；所述底部管路（210）穿过所述顶盖（208）进入所述隔离部，再通过所述底盖（203）与常温活塞（207）下方的缸体空腔相连通；用于排放液氢的液氢出口管穿过所述顶盖（208）将液氢输送到外界。

6.根据权利要求2所述的一种双作用式往复潜液式液氢泵，其特征在于，所述冷端组件（1）和常温组件（2）之间通过支筒（201）固定连接，所述支杆（202）穿设于所述支筒（201）中；所述液氢出口管环绕支筒（201）螺旋上升。

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