阅读说明：本技术 低温环境作业出液泵及车载lng气瓶 (Low-temperature environment operation liquid outlet pump and vehicle-mounted LNG (liquefied Natural gas) cylinder ) 是由 李芳霞 李峰 王建京 韩利 李珍珍 郭茜茹 何荣 于 2020-07-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种低温环境作业出液泵及车载LNG气瓶。所公开的低温环境作业出液泵包括沿出液泵轴向设置的液压缸、缸套和活塞缸；液压缸内设有动力活塞,动力活塞上连接有活塞杆,活塞杆穿过所述缸套至活塞缸,且位于活塞缸的活塞杆端部设有工作活塞；活塞缸上设有进液口和出液口,进液口和出液口均设有阀门；缸套的外径小于液压缸外径及活塞缸的外径,液压缸和活塞缸之间还设有安装套管,且缸套位于安装套管内,安装套管与缸套之间形成隔热空腔；出液口连接有出液管。所公开的车载LNG气瓶为安装有本发明出液泵的气瓶。本发明的出液泵靠隔热空腔使空气到气瓶内产生足够大的温度梯度实现绝热；使用于气瓶时,气瓶工作控制更加简便。(The invention discloses a liquid outlet pump for low-temperature environment operation and a vehicle-mounted LNG (liquefied natural gas) cylinder. The disclosed liquid outlet pump for low-temperature environment operation comprises a hydraulic cylinder, a cylinder sleeve and a piston cylinder which are arranged along the axial direction of the liquid outlet pump; a power piston is arranged in the hydraulic cylinder, a piston rod is connected to the power piston, the piston rod penetrates through the cylinder sleeve to the piston cylinder, and a working piston is arranged at the end part of the piston rod positioned in the piston cylinder; the piston cylinder is provided with a liquid inlet and a liquid outlet, and the liquid inlet and the liquid outlet are both provided with valves; the outer diameter of the cylinder sleeve is smaller than that of the hydraulic cylinder and that of the piston cylinder, an installation sleeve is arranged between the hydraulic cylinder and the piston cylinder, the cylinder sleeve is positioned in the installation sleeve, and a heat insulation cavity is formed between the installation sleeve and the cylinder sleeve; the liquid outlet is connected with a liquid outlet pipe. The disclosed vehicle-mounted LNG gas cylinder is provided with the liquid outlet pump. The liquid outlet pump of the invention utilizes the heat insulation cavity to generate enough temperature gradient from air to the gas cylinder to realize heat insulation; when the gas cylinder is used, the gas cylinder is more convenient to work and control.)

低温环境作业出液泵及车载LNG气瓶

技术领域

本发明涉及出液泵，具体涉及低温环境作业的出液泵及安装该出液泵的车载LNG气瓶。

背景技术

常规出液泵不适用于低温环境(如零下)作业，例如车载LNG低温绝热气瓶，其内部的温度为-196℃。车载LNG低温绝热气瓶(以下简称气瓶)用于储存LNG汽车燃料，需要出液时，依靠气瓶内气相空间的压力将LNG压出至换热器，LNG在换热器内气化后进入缓冲罐，在经过稳压器进入汽车发动机。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明提供了一种低温环境作业出液泵。

为此，本发明所提供的低温环境作业出液泵包括沿出液泵轴向设置的液压缸、缸套和活塞缸；所述液压缸内设有动力活塞，所述动力活塞上连接有活塞杆，所述活塞杆穿过所述缸套至活塞缸，且位于活塞缸的活塞杆端部设有工作活塞；所述活塞缸上设有进液口和出液口，所述进液口和出液口均设有阀门；所述缸套的外径小于液压缸外径及活塞缸的外径，所述液压缸和活塞缸之间还设有安装套管，且缸套位于安装套管内，所述安装套管与缸套之间形成隔热空腔；所述出液口连接有出液管。

可选的，所述缸套的轴向长度大于活塞缸的轴向长度，且缸套的轴向长度满足出液泵的隔热要求。

可选的，所述缸套的轴向长度选自600～800mm。

可选的，所述活塞缸的轴向长度选自100～200mm。

可选的，所述安装套管的内径大于等于液压缸外径及活塞缸的外径。

进一步，所述出液泵的工作量程为0～20g天然气/s。

一些方案中，所述出液管经活塞缸外，穿过隔热空腔延伸至液压缸外。

进一步，所述进液口位于出液泵的端部，所述出液口位于出液泵的侧部。

可选的，所述液压缸与缸套之间通过第一法兰连接，所述缸套与活塞缸之间通过第二法兰密封连接，所述安装套管两端分别与第一法兰和第二法兰连接。

进一步，所述活塞杆、缸套、安装套管、出液管、活塞缸、工作活塞、阀门均选用能够耐受低温环境的材料制成。

同时本发明还提供了一种车载LNG气瓶。

为此，本发明提供的车载LNG气瓶，包括气瓶本体所述气瓶本体上设有出液泵安装孔，所述出液泵经安装孔斜***气瓶内穿过气瓶的中轴面，且液压缸位于气瓶外部，同时出液泵轴向与气瓶轴向保持合理夹角、出液泵进液口与气瓶内底部保持合理距离。

优选的，所述合理夹角为29°±5°，所述合理距离为30±2mm。

进一步，所述出液泵的安装套管焊接在安装孔中。

进一步，所述车载LNG气瓶包括气瓶本体，气瓶本体包括气瓶筒体和气瓶内胆，所述气瓶内胆位于气瓶筒体内且两者之间形成真空夹层，气瓶筒体的一端部设有气瓶分离器，另一端设有滑动支撑；所述出液泵安装孔与气瓶分离器位于同一侧壁且偏离所述气瓶分配器。

本发明的有益效果：

本发明的出液泵靠隔热空腔使空气到气瓶内产生足够大的温度梯度实现绝热。

进一步，将本发明的出液泵使用于气瓶时，出液泵可实现根据发动机的用气量变化，例如由0～20g/s(天然气)之间调整气瓶的出液量，这样既能保证发动机的大用气量，又减少了缓冲罐上安全阀的排放次数，起到节省燃料的作用；同时，由于气瓶靠出液泵控制LNG输出，不需要控制气瓶内的饱和蒸气压力，气瓶不需要安装自增压系统，可取消手动截止阀、增压调节阀、控温换热器等元件，控制更加简便。

附图说明

图1为本发明出液泵的结构示意图；

图2为安装有本发明出液泵的气瓶结构参考示意图；

图3为对比例中气瓶的结构参考示意图。

图中：1—液压缸；2—动力活塞；3—活塞杆；4—第一法兰；5—缸套；6—第二法兰；7—出液管；8—活塞缸；9—工作活塞；10—进液单向阀；11出液单向阀；12—安装套管；13—隔热空腔；A-动力端；B-隔热段；C-工作端；13—出液泵；14—气瓶筒体；15—真空夹层；16—气瓶内胆；17—气瓶分配器(含加注管)；18—滑动支撑；S—泵入口距瓶底距离。

具体实施方式

除非另有说明，本发明中的术语及部件名称根据本领域常规认识理解或采用本领域已有技术手段实现。

本文中所涉及“轴向”、“径向”、“长”、“内”等方向性术语均指附图中所示相应方向或位置；所述出液泵的轴向也是泵内活塞的运动方向。

本发明的出液泵主要适用于低温工作环境，本发明的出液泵通过满足隔热要求来实现在低温环境下的工作，所述隔热要求是指出液泵内空气到低温环境(如气瓶内)产生足够大的温度梯度实现绝热，减小环境温度和出液泵活塞工作时产生的温度对低温工作环境的影响，主要由安装套管与缸套之间的隔热空腔实现。

本发明进一步通过隔热空腔的轴向尺寸控制调控隔热效率。进一步，考虑到车载气瓶内的空间，缸套的轴向尺寸可选择600～800mm。除此之外，本发明出液泵的轴向尺寸及其在气瓶中的安装角度还影响泵在气瓶中的取气情况，为此，综合考虑隔热效果及出液连续性、稳定性和可控性，缸套的轴向尺寸可选择600～800mm，活塞缸的轴向长度选自100～200mm，在此基础上，优选的，所述出液泵的轴向长度选自1000～1800mm，所述液压缸轴向长度选自＞100mm。

为更好的实现在汽车上的使用，本发明的出液泵的工作量程或供气量为0～20g天然气/s。具体实施方式中，可根据出液泵供气量确定各部件的径向尺寸。

进一步，本发明的出液泵选用能够耐受-196℃的材料加工，以适应其低温工作环境。

本发明所述气瓶本体与为车载气瓶，包括现有的车载气瓶及可实现现有车载气瓶功能但不违背本发明设计构思及发明目的的车载气瓶。其示例结构如图2所示，包括气瓶本体，气瓶本体包括气瓶筒体和气瓶内胆，所述气瓶内胆位于气瓶筒体内且两者之间形成真空夹层，气瓶本体的一端部设有气瓶分离器，另一端设有滑动支撑，气瓶筒体3与气瓶内胆4靠气瓶分配器6端固定、并延滑动支撑7端滑动以防止温度变化时气瓶内胆4变形产生应力，气瓶内胆4除分配器6端端面均会产生变形移动，故出液泵安装在分配器端的端面上并避开分配器6。

实施例1：

该实施例为一具体的出液泵，如图1所示，该出液泵主要由液压缸1、缸套5、安装套管12、活塞缸8、动力活塞2、活塞杆3、工作活塞9、进液单向阀10、出液单向阀11和出液管7组装而成；

工作时，动力端A的液压力驱动动力活塞2在液压缸1往复运动，动力活塞2带动活塞杆3从而驱动工作活塞9工作；

工作活塞9向液压缸1方向运动时，工作端C的活塞缸8内形成负压，负压使出液单向阀10关闭、同时使进液单向阀11打开将LNG吸入活塞缸8内；

工作活塞9背离液压缸1方向运动时，活塞缸8内压力上升，压力使进向阀11开、同时打开出液单向阀10，活塞缸8内的LNG被泵入出液管7输出；

工作过程中，安装套管和缸套5之间设隔热空腔13，这样隔热段B内空气到气瓶内产生足够大的温度梯度实现绝热，减小环境温度和出液泵活塞工作时产生的温度对低温工作环境的影响。

进一步，为更好满足温度为-196～85℃的工作环境，出液泵中零件活塞杆3、缸套5、密封法兰6、出液管7、活塞缸8、安装套管12、工作活塞9、进液单向阀10和出液单向阀11选用能够耐受-196℃的材料加工，以适应其低温工作环境。其中活塞杆3、缸套5、密封法兰6、活塞缸8、工作活塞9进行了深冷处理。

本出液泵靠隔热空腔使空气到气瓶内产生足够大的温度梯度实现绝热。

该实施例各部分轴向尺寸分别为：各部件的尺寸是：液压缸：Φ80×130mm、缸套：Φ30×700mm、活塞缸：Φ47×120、安装套管：Φ107×780mm；该出液泵的工作量程为0～20g天然气/s。

进一步，液压泵中的液压缸、缸套、安装套管、活塞缸之间可以采用法兰连接，具体方案中，液压缸与缸套和安装套管采用第一法兰4连接，为满足基本的工作要求，所选用第一法兰4中间为通孔，活塞杆从其中穿过，第一法兰一端连接液压缸，另一端连接缸套和安装套管。

缸套和安装套管另一端通过第二法兰6与活塞缸连接，且第二法兰6优选密封法兰。具体连接示例是，第二法兰一侧连接活塞缸，另一侧连接缸套，同时与安装套管密封连接。

使用时，出液泵除动力端，其余部分装入气瓶内部，安装套管焊接在气瓶上，工作时，出液管7输出的LNG到达汽化器气化后进入缓冲罐供发动机使用。

实施例2：

该实施例为一安装有本发明出液泵13的气瓶。参考图2所示，气瓶本体包括气瓶筒体14与气瓶内胆16，两者之间设真空夹层15，气瓶筒体14与气瓶内胆16靠气瓶分配器17端固定、并延滑动支撑18端滑动以防止温度变化时气瓶内胆4变形产生应力。

安装套管12分别与其气瓶筒体14和气瓶内胆16焊接，并与气瓶水平轴线成29°；出液泵1穿入安装套管内，出液泵13上的第一法兰与安装套管12端面用螺栓连接。安装时保证出液泵13入口(进液口)距瓶底最小距离S＝80mm。

对比例1：

图3所示，该对比例与实施例2不同的是出液泵13与气瓶轴线夹角更改为9°，在保证S＝80mm时，出液泵13的总长可缩减15％，这样降低了出液泵13的加工难度。

针对上述实施例与对比例进行了出液泵13工作出液量试验和静置试验：

出液量试验目的：实施例2与对比例出液泵的单次出液量和残余液量是否存在差异，出液量试验方法：

(1)分别测量出实施例2与对比例的空瓶重量并记录，充入相同质量的液氮；

(2)将充入液氮的实施例2与对比例分别放置在两台地秤上；

(3)实施例2与对比例中的出液泵以相同的条件动作，计算出液泵单次动作的出液量，检查实施例2与对比例是否存在差异，观察出液泵不在出液时地秤读数差异。出液量试验数据如表1所示(表1中的动作次数是指出液泵累计往复运动的次数)：

表1

静置试验目的：检查实施例2与对比例在出液泵处的热损失，静止试验方法：在实施例2与对比例中充入相同质量的液氮，静置在同样温度、湿度的环境中；每隔2小时观察气瓶压力。静置试验数据如表2所示：

表2

结果分析：实施例2与对比例出液泵安装角度不同，经试验两种方案在气瓶内液量相同时平均单次出液量相近，但由于对比例中出液泵隔热腔较短，且更多的部分浸泡在低温介质中，经24小时静置试验后气瓶压力高出约0.4MPa，其隔热性能明显不如实施例2。