高速泵技术简介

1、高速泵技术简介浙江天德泵业有限公司高速泵技术简介高速泵是近几年新发展的高科技产品,它利用提高叶轮转速,加大叶轮外沿的流体线速度,达到高扬程的目的,消除了大部分多级泵的缺点。主要特点是体积小,转动部件少,主轴短、刚性好、运转平稳,检修方便,密封可靠。具体特点如下:1.高速泵的转速高,单级复合叶轮外径小,泵头的总体尺寸小。结构紧凑,驱动机、增速器、泵三者浑然一体,安装方便,占地少。2.操作、检查简单。特别象排水、排气等操作过程比多级离心泵简单地多。检查和运转中必须停车操作的无效时间短,提高了泵的使用率。3.泵本身的零件数少,轴向力比较容易平衡。因为采用单级叶轮,产生轴向力较小,且主轴采用斜齿轮传动

2、,斜齿轮的轴向力和叶轮轴向力刚好相反,平衡了大部分的轴向力。轴承运转可靠,无一般离心泵的密封环部分。因此高速泵的运转周期长,性能稳定,检修亦很方便。4.零件少,与介质接触部分的体积小,对要求特殊材料的泵来说,可以节省大量贵重金属。5.密封腔压力低。高速泵的密封腔压力仅为泵出口压力的1/51/3,有利于减小机械密封的端面压力,形成润滑油膜,密封可靠性大大优于多级泵。6.汽蚀性能好。复合叶轮前端加诱导轮,大大提高了泵的汽蚀余量;且输送易汽化介质时,由于泵的流道短,流体在泵腔滞流时间短,不易汽化;适合于特殊工况下使用,如高温水、轻烃、液氨等易汽化介质。GSB系列高速离心泵是本公司与浙江大学联合开发的

3、新型卧式高速离心泵,该系列产品于1998年通过省级鉴定,荣获浙江省科技进步二等奖并列入国家级重点新产品,2000年列入国家级火炬计划项目,2001年荣获国家科技进步二等奖。泵的设计、制造、检验和试验均符合国标GB3215-1989 炼油、化工及石油化工流程用离心泵通用技术条件和美国API610标准,为单吸、悬臂、后拉式、单级齿轮传动高速泵,主要由泵机组、增速装置、润滑及监控系统、底座和电机等部分组成,电机与主轴之间采用挠性膜片联轴器连接,并固定在同一底座上,联轴器设计与制造均符合API671标准。泵旋转方向,从泵的进口方向看泵轴为逆时针旋转,从联轴器端看为顺时针旋转。GSB系列高速离心泵具有性

4、能优越、结构紧凑、维护方便、适用范围广、可靠性好及使用寿命长等优点。适用于输送酸类、碱类、盐类、醇类、苯类、烷类、药液类及水类等可含少量固体颗粒的液态介质。现对GSB系列泵的结构特点作以下简单的介绍:一、过流部件该系列高速泵过流部件采用变螺距诱导轮和长、中、短叶片相间的闭式复合叶轮的组合结构,并对应的采用与叶轮相匹配的阿基米德螺旋线型泵体,可以取得连续下降的稳定的流量扬程特性曲线。过流部件经过以效率和稳定性为设计主线的优化设计,从而保证了泵具有较高的效率、汽蚀性能和小流量工作稳定性。 诱导轮 叶 轮该系列高速泵需主要解决的技术难题:小流量不稳定、汽蚀性能差、效率低。 理论分析:主要是诱导轮与叶

5、轮的进口回流、叶轮内部的二次回流及叶轮出口处的尾流-射流,而造成的小流区域运行不稳定、效率低、汽蚀性能差的原因。解决方案: 由于高速离心泵的汽蚀余量要求较高,我们必须考虑如何提高泵的汽蚀性能,减小泵必需汽蚀余量NPSHr是提高泵汽蚀性能的根本措施,减小NPSHr主要通过采用合理的叶轮结构和形状来实现,但是通过合理确定叶轮结构和参数来降低NPSHr是有一定限度的,要取得更高的汽蚀性能必须依靠诱导轮技术来实现,诱导轮属轴流式叶轮,可以在一定汽蚀状态下工作,但扬程系数很低,要使诱导轮发挥作用必须使诱导轮产生的扬程能够满足离心叶轮的入口能量要求,在高速离心泵的叶轮前设置诱导轮才能发挥诱导轮汽蚀性能好的

6、优势,诱导轮设计的关键是既要具有优越的汽蚀性能,又要使其产生的出口扬程能够满足离心轮进口的能量要求,保证离心叶轮的汽蚀破坏发生在诱导轮的汽蚀破坏之后。叶轮出口二次回流实际上是叶轮出口不均匀流动和处于湍流流动状态的蜗壳联合工作时出现的。叶轮里的尾流-射流结构愈强,那么这种射流与尾流在蜗壳里的撞击及掺和所造成的损失就愈大,致使泵的扬程和效率下降,通过压力速度的流场分析研究,发现蜗壳里的压力脉动是造成泵不稳定流动的主要原因之一,增加隔舌与叶轮之间的间隙,减少隔舌附近的不均匀流动,可以减少蜗壳里的压力脉动及其引起的噪音。具体方案如下:1.采用小进口冲角的诱导轮,主要解决诱导轮和叶轮处的进口回流现象,增

7、加进口流体能量,提高抗汽蚀性能。其进口液流冲角应取小值,即进口叶片安放角取小值;同时诱导轮必须具有较高的出口扬程,即其叶片出口安放角应较大,因此设计时应合理考虑这两方面的要求。设计前置诱导轮的目的是提高泵机组的汽蚀性能,其设计关键是要保证诱导轮产生的出口扬程能够满足离心轮入口的能量要求,即要保证离心轮的汽蚀破坏发生在诱导轮汽蚀破坏之后,这样泵机组的汽蚀性能就取决于诱导轮了,因此要求诱导轮不仅要具有很好的汽蚀性能而且要具有较高的出口扬程,所以研制时设计了变螺距诱导轮和串联诱导轮等形式。从NMAK软件上分析诱导轮的进出口压力变化,主要是分析离心泵进口能量的变化。从图片上可以看出,诱导轮的主要作用是

8、提高叶轮进口处的压力,这个转化是流体能量递增的过程。 诱导轮进出口压力分布图2.采用长、中、短叶片相间的复合叶轮,复合叶轮具有有效消除或防止叶轮内的二次回流及叶轮出口处的尾迹流的产生和发展,从而改善叶轮流道内的扩散程度和稳定液流在叶轮内的流动,并能提高扬程系数,从而提高效率。为使结构紧凑小型化,叶轮外径控制在180mm以内,这样也有利于提高泵机组的效率,因为叶轮轮盘的摩擦损失在总损失中占很大的比例。通过流场分析与流动测试研究表明离心叶轮流道内的流动基本上是由相对速度较小的尾迹区和近似于无粘性的射流区所组成。比转速越低或转速越高则意味着射流-尾流结构越强,叶轮出口处非工作面上的边界层越容易分离,

9、液流越容易反向流动即产生流动失速,形成较强的湍流和旋涡,流动损失很大,致使扬程和效率下降,并且由于失速区的不断发生、发展和减弱,促使离心泵的出口压力产生脉动,即发生不稳定现象。可以通过下列图片比较分析:(1流场分布情况:相当明显地在4个叶片的流场内分布得比较稀松,并且在叶片与叶片间还产生旋涡A 的现象;而24个叶片即采用了长、中、短叶片相间的复合叶轮回流已被中、短叶片分流转移到靠近长叶片吸力面的出口部分和短叶片及相邻的两个短叶片之间的流道内,得到的流场分布情况就比较的理想。4叶片的流场分布 24叶片的流场分布(2速度分布情况:由于4个叶片的叶轮速度分布比较扩散,容易造叶轮内的二次回流及出口处的

10、尾流-射流。而采用长、中、短叶片相间的复合叶轮,从速度分布图来看,速度分布的比较紧密,分布更均匀,流体在叶轮的出口处不容易产生尾流-射流的现象。而且中、短叶片对液流有加功作用,可以增加叶轮出口吸力面的压力,可有效阻止液流的脱流。 4叶片的流速分布 24叶片的流速分布A IJKL M3.采用加大流量的设计方法,其主要目的是提高效率。 4.采用阿基米德螺旋线型的蜗壳,与复合叶轮相匹配,获得的曲线平稳且范围宽。对于高速离心泵来说,液体流动基本处于阻力平方区的湍流状态,蜗壳流道表面粗糙度对水力损失的影响很大,因此必须提高流道表面光洁度,以降低蜗壳流道内的水力损失,针对该情况对蜗壳的加工采用了铣加工以保

11、证流道的表面粗糙度。总之,过流部件经过以效率为目标函数,以汽蚀性能和小流量工作稳定性为约束条件的优化水力设计,保证了泵机组具有最优越的性能指标。并在具体设计时,充分考虑到产品的系列化,即形成积木化设计方案,提高了零件的通用性和互换性,零件数量少。二、增速装置保证高速泵的长期可靠平稳地运行,高速泵的增速装置采用两个渐开线斜齿轮传动一级增速,最高转速达到19600r/min。齿轮为小模数多齿数结构,其模数为1.52.5,采用小模数多齿数斜齿轮传动不仅增大齿轮接触面积,可以使泵运行更加平稳,而且斜齿轮的轴向推动力刚好与叶轮产生的轴向力方向相反,因此可以平衡一部分轴向力。齿轮箱等零件采用加工中心加工,

12、保证了机加工精度。齿轮副采用德国进口的马赫磨床加工,齿轮精度达到4-5级,从而保证了高速离心泵运行平稳、振动小、噪音低,齿轮的材料选用航天材料38CrMoAl,齿面渗碳处理,硬度、耐磨性能较好,齿轮寿命按20年设计,高速齿轮轴的动平衡精度达到G2.5级,支承系统分别采用液体动压止推轴承、径向轴承、配对角接触滚动轴承等不同的方式支承。1.GSB-D大功率高速泵齿轮箱采用水平剖分结构,压力油强制润滑。高速轴支撑采用滑动轴承,滑动轴承的材料采用45CrNiMnVA+ZchSnSb11-6。前轴承采用径向圆轴承,在轴承上设计了弹性瓦块的结构,使泵在起动时轴和轴承不会产生摩擦,在运行过程轴承能随负荷的变

13、化自动调整弹性瓦块即保证最小的间隙,产生合适的油膜厚度,运行平稳性好。后轴承采用径向圆轴承加推力轴承结构,推力轴承采用可倾瓦止推轴承,改变传统的结构为单面翘翘板的形式,结构简单、制造方便并保持原有的优点,能够承受较大的进口压力和轴向力。旋转精度高、运转平稳、噪音低。参数范围:流量 Q=5 100m3/h 扬程 H=5002000m转速 n=1350020000r/min 电机功率N=37315Kw介质温度 T= -60 +3002.GSB-Q高速离心泵齿轮箱采用整体结构,压力油强制润滑。高速轴轴承串联形式的角接触球轴承,一般采用哈尔滨轴承或进口的NSK、SKF等精度级轴承。因为背对背配置(DB

14、和面对面配置(DF均用于承受双向轴向负荷,而串联配置(DT则用于承受单方向的轴向负载,泵端产生的轴向力是单向的,因此选用串联配置,该配置轴承的组合刚性好,温升较低,运转平稳。参数范围:流量 Q=0.6 100m3/h 扬程 H=180550m转速 n=76009500 r/min 电机功率N=11132Kw介质温度 T= -60 +4003.GSB-F齿轮箱采用水平剖分结构,在已有的专利技术“离心自喷射润滑高速齿轮传动装置”基础上,采用齿轮带油-飞溅-齿轮箱上盖板集油-注油-离心喷射的技术,高速轴轴承支撑采用角接触秋轴承,保证了供油稳定可靠,从而保证了高速泵运行平稳、振动小、噪音低和安全可靠。

15、参数范围:流量 Q=0.3 40m3/h 扬程 H=80500m转速 n=767011500 r/min 电机功率N=455Kw介质温度 T= -50 +200三、润滑及监控系统1.GSB-D和GSB-Q系列高速离心泵齿轮箱的润滑采用压力油强制润滑方式,并在油路 上有相应的监控装置。取消轴头泵的结构,改为外置齿轮油泵。主(付油泵从安装在底座的油箱中吸油,经过冷却器、过滤器、再通过分配器到齿轮箱分别对各节点进行润滑和冷却,压力油最后从齿轮箱回到油箱完成一个循环。在整个系统中设计了就地显示系统,如温度表和压力表,可以显示油温和油压;在各个进油点处装有可视镜可随时检查;还设有压力控制器、温度控制器对

16、油压和高速轴轴承温度进行监控,当油压小于或轴承温度高于设定值时,压力控制器和温度控制器输出报警信号实现联锁,保证主机运行的可靠性。2.GSB-F系列高速离心泵齿轮箱润滑采用飞溅润滑的方式,轴承、齿轮的润滑和冷却采用带油离心喷射分油等结构组合的专利技术。采用了油槽浸在油箱里,油经过内置冷却器由进油管流向油槽,低速轴上的齿轮从油槽带油飞溅齿轮箱上箱体集油筋板集油,由注油孔给高速轴上的离心油环,通过高速轴上的离心油环离心甩油形成高速高压油喷射到高速轴承,为轴承提供高效的冷却油,低速轴上的齿轮从油槽带油分油给高速齿轮,为高速齿轮提供冷却油。与强迫润滑高速泵相比较,省去了结构复杂的润滑系统,启动泵的同时

17、即实现供油,供油稳定可靠,冷却和润滑作用充分,不需要调节和维护。四、轴封系统轴封采用四川日机和丹东克隆公司等国内有名厂家的产品,机械密封根据不同的介质和腐蚀性选择不同摩擦付配对材料、不同的密封其他零件材料、不同的辅助密封材料;也可根据特殊介质的不同工况条件,选择不同型式的机械密封以及不同的机械密封冲洗方案。介质密封的型式有单端面平衡型机械密封、双端面机械密封、串联形式机械密封、机械密封和浮动密封组合密封以及金属波纹管密封和干气密封等结构。且可以根据需要在两级机封之间和冲洗管路上增加热虹吸罐、增压罐、旋液分离器、引射器、冷却器等组件。以保证高速离心泵在用于输送易汽化介质时的密封可靠性。这几年我公

18、司技术人员与机封厂家一起,解决很多特殊工况特殊介质的密封问题。如采用逐级降压措施解决了高压介质的密封问题,采用串联机封中间密封腔外接水源冲洗,解决碱液等易结晶介质的密封,采用串联机封中间带虹吸罐结构,解决轻烃类易汽化介质的密封,另外解决了溶剂类、高温、易结垢易聚合等介质的密封问题。综上所述,GSB系列高速离心泵与多级泵相比,具有单级扬程高、结构紧凑、易损件少、效率高、维护方便、抗汽蚀性能好、运行可靠等优点;与往复泵相比,具有振动小、噪音低、可靠性好、机械密封的密封效果好等优点;与立式高速泵相比具有基础简单,维修方便,因为采用完全的后拉式,且采用膜片联轴器来带动低速轴,从而彻底解决了立式高速泵存

19、在的润滑油向电机端泄露的难题。GSB-Q系列卧式高速离心泵剖面图 导轮轮体盖级机封效环级机封轴套接触轴承速轴速箱速轴高速泵部份业绩 序 号 型 号 规 3 P P 格 介 质 应用装置 应用单位名称 镇海炼油化工厂 中石化岳阳壳牌 中石化安庆分公司 中石化湖北化肥分公司 山东昌邑石化 山东昌邑石化 大港石化分公司 玉门炼油厂 格尔木炼油厂 兰州化学工业公司 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 GSB-6/850 GSB-3/570 GSB-3/570 GSB-3/570 GSB-3/850 GSB-2/750 GSB-44/750 GSB-3/600 GSB-30

20、/720 GSB-4/900 GSB-8/620 GSB-3/550 GSB-17/1100 GSB-17/1100 Q=6m /h H=850m Q=1.5m /h H=570m Q=1.5m3/h H=570m Q=1.5m3/h H=570m P P P P P P 水 工艺水 工艺水 工艺水 脱盐水 石脑油 焦化石脑油 脱氧水 柴油 环己烷、醋酸乙 烯 液态烃 闪蒸油 OAT 料浆 OAT 料浆 3 汽油加氢装置 中石化岳阳壳牌煤气化工程 气化工艺水系统装置 中石化安庆煤气化工程 气化工艺水系统装置 中石化湖北化肥分公司 煤气化工程气化工艺水系统装置 30 万吨汽油加氢装置用高速离心泵

21、 30 万吨汽油加氢装置用高速离心泵 汽油加氢装置用高速离心泵 汽油加氢装置用高速离心泵 汽油加氢装置用高速离心泵 Q=3m3/h H=850m P P Q=2m3/h H=750m P P Q=44m /h H=750m P P 3 Q=3m3/h H=600m P P Q=30m /h H=720m P P 3 Q=4m3/h H=900m P P Q=8m3/h H=620m P P 汽油加氢装置 汽油加氢装置 乌石化三胺及配套尿素工程 建峰三胺及配套尿素工程 南京炼油厂 茂名华粤集团有限公司 乌石化 核工业重庆建峰化工 Q=3m3/h H=550m P P Q=17m3/h H=1100m Q=17m3/h H=1100m P P P P 序 号 型 号 规 P 格 P 介 质 应用装置 应用单位 名称 河北中捷石化 广州石化炼油厂 吉化公司锦江油化厂 山东昌邑石化 山东昌邑石化 齐鲁石化橡胶厂 核工业重庆建峰化工 北京燕山 武汉石化 中石化天津分公司 中石化天津分公司 广饶石化集团公司炼化总厂 青岛英派尔化学工程有限公司 青岛英派尔化学工程有限公司 辽河石化分公司 大庆市久隆精细化工公司 15 16 17 18 19 20 21 22