單管立式長(zhǎng)軸多級(jí)熔鹽泵的研發(fā)及應(yīng)用

吳佩國(guó) 吳佩忠 關(guān)寧

摘 要：從20世紀(jì)鍵年代開始，我國(guó)大型化工及冶金工程項(xiàng)目中選用的熔鹽泵大都從德國(guó)、法國(guó)進(jìn)口，國(guó)外立式長(zhǎng)軸多級(jí)熔鹽泵技術(shù)的快速發(fā)展給我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域帶來了全新的挑戰(zhàn)。為了滿足行業(yè)熔鹽泵的特殊性能的需求，推動(dòng)高端泵設(shè)計(jì)制造長(zhǎng)足進(jìn)步，文章對(duì)熔鹽泵市場(chǎng)的引進(jìn)與國(guó)產(chǎn)并存的理狀進(jìn)行了總結(jié)，研發(fā)了單管立式長(zhǎng)軸多級(jí)熔鹽泵，選用優(yōu)質(zhì)耐高溫材料，對(duì)水力模型、軸承潤(rùn)滑、冷卻系統(tǒng)等進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，泵效率高、結(jié)構(gòu)合理、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠、無(wú)故障工作時(shí)間長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞：熔鹽泵;多級(jí);單管;長(zhǎng)軸;工業(yè)

隨著制造技術(shù)高速發(fā)展，中國(guó)泵產(chǎn)業(yè)始終長(zhǎng)期徘徊在中、低端產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造，而大量高端產(chǎn)品一直依賴進(jìn)口的局面打破了[1]。通過市場(chǎng)調(diào)查，預(yù)計(jì)在5～10年內(nèi)，用于冶金行業(yè)的熔捻泵會(huì)以30%左右的速度發(fā)展，用于石化行業(yè)的熔鹽泵將以25%左右的速度發(fā)展[2-5]。自從江蘇大學(xué)于1999年與企業(yè)合作研制成功國(guó)內(nèi)第一臺(tái)高溫熔鹽泵以來，對(duì)熔鹽泵市場(chǎng)的引進(jìn)與國(guó)產(chǎn)并存的理狀進(jìn)行了總結(jié)，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用中存在的主要問題是泵效率偏抵、上軸承壽命太短（一般不超過半年）、液下部分的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)引起不均勻熱變形導(dǎo)致滑動(dòng)軸承抱死等[6-7]。單管立式長(zhǎng)軸多級(jí)熔鹽泵，選用優(yōu)質(zhì)耐高溫材料，對(duì)水力模型、軸承潤(rùn)滑、冷卻系統(tǒng)等進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，泵效率高、結(jié)構(gòu)合理、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠、無(wú)故障工作時(shí)間長(zhǎng)，主要用于太陽(yáng)能光熱、三聚氰胺、氧化鋁和片堿等項(xiàng)目中的輸送高溫熔鹽，也可用于其它行業(yè)輸送類似的介質(zhì)。

1? 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

本系列泵屬于立式液下泵，根據(jù)不同的使用場(chǎng)合，泵分為雙管泵和單管泵、單級(jí)和多級(jí)、水冷和風(fēng)冷、稀油潤(rùn)滑和脂潤(rùn)滑幾種形式

1.1? 雙管泵和單管泵

在雙管泵的主支撐管和出液管分開布置，單管泵的出液管套在主支撐管內(nèi)部，介質(zhì)在兩娛管組成的環(huán)形空間流動(dòng)，完全避免雙管泵由于兩根管存在溫差。熱膨脹不一致而對(duì)泵產(chǎn)生附加力矩造成的危害。該系列泵結(jié)構(gòu)合理，穩(wěn)定性好、是目前較先進(jìn)的熔鹽泵。單管泵的徑向力平衡一般采用徑向?qū)~或空間導(dǎo)葉，箕平衡效果和可靠性優(yōu)級(jí)千雙管泵的雙流道結(jié)構(gòu)。

1.2? 單級(jí)和多級(jí)

根據(jù)用戶對(duì)揚(yáng)程需求的高低，泵分為單級(jí)和多級(jí)。特別是在氧化鋁、塔式太陽(yáng)能光熱系統(tǒng)上，泵揚(yáng)程較高，大多是采用多級(jí)泵的形式。

1.3? 水冷和風(fēng)冷

由于泵輸送的介質(zhì)溫度較高，為防止熱量沿外殼和泵軸傳到軸承上，必須對(duì)軸承進(jìn)行有效冷卻，常用的冷卻方式有水冷卻和風(fēng)冷卻。

水冷卻，液上軸承座設(shè)有上下兩層冷卻夾套，不管是泵工作時(shí)還是停泵時(shí)，兩層冷卻系統(tǒng)能有效阻止熔鹽槽中的熱量沿殼體和軸向軸承傳遞，確保泵軸承工作在60C以下。

風(fēng)冷卻。在泵聯(lián)軸器下方裝有和泵同步旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇，泵工作時(shí)能有效對(duì)泵軸承逆行有效冷卻，但在泵不工作時(shí)，無(wú)法對(duì)泵軸承進(jìn)行冷卻，對(duì)軸承和潤(rùn)滑油會(huì)造成不利的影響，該冷卻方式多用在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)冷卻水或不方便接冷卻水的場(chǎng)合。

1.4? 稀油潤(rùn)滑和脂潤(rùn)滑

泵軸承的潤(rùn)滑方式有稀油潤(rùn)滑和脂潤(rùn)滑。稀油潤(rùn)滑采用的是一種特殊結(jié)構(gòu)，在泵工作時(shí)能將油室下方的潤(rùn)滑油輸送到上方的軸承對(duì)其進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻，潤(rùn)滑效果好，軸承便巨壽命長(zhǎng)，并且油室采用無(wú)接觸式的密封套密封，無(wú)油封、0形圈等密封件，密封效果好且無(wú)磨損。脂潤(rùn)滑采用耐高溫潤(rùn)滑脂，再通過有效的冷卻方式保證泵軸承工作在允許的溫度范圍內(nèi)。

2? 單管立式長(zhǎng)軸多級(jí)熔鹽泵的研制

2.1? 立式熔鹽泵結(jié)構(gòu)

立式熔鹽泵結(jié)構(gòu)單管立式長(zhǎng)軸多級(jí)熔鹽泵的研制，包括進(jìn)水喇叭、葉輪、空間導(dǎo)葉、泵軸、導(dǎo)軸承、底座、鋸齒密封軸套、水冷腔、石墨軸套、機(jī)械密封、深溝球軸承、軸承壓蓋、聯(lián)軸器和電機(jī)的配合。

2.2? 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)分析

采用鋸齒密封軸套來密封高溫的熔鹽液體，其采用與泵軸相同的材料制成，并且與泵軸之間采用過盈配合，而不使用額外的固定件，既簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)也避免了對(duì)泵軸結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響。軸套外緣刻有正三角形鋸齒，并且在底座相鄰位置處亦刻有正三角形鋸齒，由于熔鹽介質(zhì)運(yùn)行溫度可達(dá)700～1000°C，目前沒有機(jī)械密封可以承受如此高的溫度，因此機(jī)組第一道軸向密封不采用額外密封裝置，而是通過結(jié)構(gòu)的改進(jìn)來降低泵運(yùn)行的泄漏量。在軸套與底座的配合處刻鋸齒，通過鋸齒來增加流動(dòng)阻力，達(dá)到降低機(jī)組泄漏量的目的。此項(xiàng)設(shè)計(jì)作為第一道軸封，能對(duì)高溫熔鹽起到良好的密封效果，同時(shí)能避免高溫熔鹽對(duì)泵體零件的破壞。

采用水冷腔來冷卻泵軸、軸套，機(jī)械密封、軸承等零件?？赏ㄟ^一側(cè)的進(jìn)水孔向水冷腔加水，并且水冷腔內(nèi)部設(shè)有液位檢測(cè)探針。該水冷腔還可以收集微量的從鋸齒密封軸套處泄漏的高溫熔鹽，并將其冷卻至常溫。當(dāng)水冷腔液位超過警戒位置后，可以通過水冷腔底部的出水孔排水，方便了檢修程序。水冷腔內(nèi)部的石墨軸套與泵軸采用間隙配合。石墨軸套底部采用軸環(huán)定位，軸環(huán)與鋸齒密封軸套之間有一定的間距。石墨軸套表面為矩形鋸齒狀，以增加散熱面積達(dá)到更好的散熱效果。石墨軸套上端抵住機(jī)械密封動(dòng)環(huán)，起到定位作用。

3? 熔鹽系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

在化工生產(chǎn)中，反應(yīng)是強(qiáng)吸熱的反應(yīng)，所需熱量由熔鹽系統(tǒng)提供。反應(yīng)是強(qiáng)放熱的反應(yīng)，所產(chǎn)生的熱量則由熔鹽系統(tǒng)帶走然后經(jīng)過熔鹽冷卻器釋放熱量。在反應(yīng)器內(nèi)部，中心管與外部空間有一個(gè)內(nèi)循環(huán)，循環(huán)越好，傳熱效率越高。換熱量與公司生產(chǎn)熔鹽循環(huán)泵的流量有關(guān)，另外反應(yīng)物料從反應(yīng)器底部加進(jìn)，可以加強(qiáng)內(nèi)部循環(huán)，提高傳熱效果。

4? 結(jié)語(yǔ)

隨著世界信息革命席卷全球，再加上中國(guó)經(jīng)濟(jì)在新世紀(jì)高速發(fā)展，中國(guó)泵工業(yè)的設(shè)計(jì)制圖技術(shù)、冶煉鑄造技術(shù)、制造技術(shù)和泵測(cè)試技術(shù)都獲得了巨大進(jìn)步。單管立式長(zhǎng)軸多級(jí)熔鹽泵裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行平穩(wěn)、操作簡(jiǎn)單、修理便捷、占地面積小、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度高的優(yōu)點(diǎn)。吸收了世界發(fā)達(dá)國(guó)家立式長(zhǎng)軸泵規(guī)劃和制作的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，可以用來輸送具有腐蝕性的工業(yè)液體。

使用結(jié)果表明，單管立式長(zhǎng)軸多級(jí)熔鹽泵達(dá)到離心泵的實(shí)際性能曲線與要求的性能曲線的一致性。提高盯Y 系列熔鹽泵在指定工況點(diǎn)的效率，使該系列泵達(dá)到節(jié)能高效、運(yùn)行平穩(wěn)、使用壽命長(zhǎng)的效果。

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