大型JHB型高温浓硫酸液下泵设计实践与应用

1、大型JHB型高温浓硫酸液下泵设计实践与应用设备?材料硫酸工业,2006(5):2629SulphuricAcidIndustry大型JHB型高温浓硫酸液下泵设计实践与应用(昆明嘉和泵业,云南昆明650225)摘要:介绍国内外高温浓硫酸液下泵的支撑结构特点和JHB型泵的结构,探讨泵的设计实践,如转速的确800kt/a硫磺制酸装置和300700kt/a冶炼烟气制酸装置中,运行稳定,安全可靠,满足了大型硫酸装置生产需要.关键词:浓硫酸;液下泵;结构;设计;应用中图分类号:TQO51,21文献标识码:B文章编号:10021507(2006)o5002604近年来,随着硫酸生产工艺技术及装备水平的不断提

2、高,许多大型设备逐步实现了国产化,干吸系统的重要设备高温浓硫酸液下泵也朝着国产化,大型化方向发展.1国内外大型高温浓硫酸液下泵支撑结构及特点国内外现有的高温浓硫酸液下泵支撑结构有双支承式和悬臂式2种型式,各有其特点.双支承式结构是在泵上部设有1对角接触轴承,泵液下部分接近叶轮处或泵轴中部设有1对轴承为滚动轴承,由随轴一起转动的轴套和起支别适用于液下深度较深的场合(即泵座至叶轮中心线距离大于或等于1900mm,若在接近泵轴中部位置增加中间导轴承时,泵座至叶轮中心线距离可达到3500mm以上).由于液下有起支承作结构简单,泵的构架联接全部采用止口配合,装配的设计,加工精度及对材料的要求较高.悬臂式

3、结构是在泵上部设有2对存在一定间隔的导轴承(起支承作用),泵液下部分接近叶轮处设有1对导轴承(起节流衬套作用);叶轮悬臂场合(即泵座至泵叶轮中心线距离小于或等于1900mm).该结构泵的优点是起支承作用的2对导轴承远离浓硫酸,不存在轴承的腐蚀和磨损问题.缺点是泵体积大,笨重,叶轮悬臂尺寸大,叶轮及泵体,泵盖密封环易磨损,容易造成运行不用1根或上下2根泵轴,3点支承,装配时需调整且轴承衬套材质一般为聚四氟乙烯,其耐磨蚀性较差,线性膨胀较大,运行周期较短.2JHB型高温浓硫酸液下泵的结构目前,国内硫酸企业大型高温浓硫酸液下泵的液下深度一般在27003500ram.在消化,吸收国内外高温浓硫酸泵先进

4、经验的基础上,我公司采用自主开发的JSB系列合金新材料,开发了双支承式结构的液下离心泵,单级单吸,单层壳结构见图1.收稿13期:20060421.作者简介:赵骏,女,昆明嘉和泵业工程师,主要从事泵的设计工作. :08713833791.赵骏等.大型JHB型高温浓硫酸液下泵设计实践与应用?27?轴承座出液管法兰出液管座底座密封部件轴出液管弯管泵体叶轮螺母图1JHB型高温浓硫酸液下泵的结构3JHB型高温浓硫酸液下泵的设计实践泵转速的确定原则是高可靠性,高效率.以云南曲靖有色基地锌系统制酸装置一吸塔循环酸泵为例,该泵使用条件为:流量1400rn./h,扬程30rn;输送介质(HSO)98%浓硫酸,密

5、度为1.761g/cm.安装条件为:插入深度(即泵座至1450r/min或980r/min.比转速计算公式为:(1)n_-l,式中:n比转速;n泵转速,r/min;p流量,rn/s;一扬程,rn.当n=1450r/min时,泵的比转速为257.5;离心泵效率标准(GB/T13007_-91),比转速在120210时泵的效率最高,我们初步确定泵的转速为980r/min.当Q=1400rn/h,H=30m,n=980r/min,n=174.0时,依据离心泵效率标准(GB/T13007_-91),泵的效率为75%87%,结合我公司多年生产高温浓硫酸液下泵的设计经验,大型泵的效率可定为84%.泵的最小

6、轴径由公式(2)(5)计算.P:pgQH(2)1000竹式中:P轴功率,kW;p100时W(H2SO)98%硫酸密度,1761kg/m;g重力加速度,9.81m/s;Q流量,rn/s;叼泵的效率.=1.2P(3)式中:P计算功率,kW.M=9550P/n(4)式中:扭矩,N?m.13_(5)式中:dmi,i泵最小轴径,rn;丁材料许用切应力,按A45钢取值为510Pa.由上述计算公式计算出该泵的最小轴径为65.5mm,考虑到大型高温浓硫酸液下泵泵轴的结构特点及保证泵轴具有足够的强度,泵的实际最小轴径选取75mm;因此,预取两轴承间轴径为2轴的导轴承之间的最大间隔与轴径的关系曲线,当轴径为90m

7、m,n=1500r/rain时,导轴承的最大间隔为2375mm;当轴径为90mm,n=1000r/rain时,最大间200mm,该泵的理论液下深度2175mm大于实际液下深度2100mm,在满足用户液下深度的前提下,该泵轴的强度不论选n=1450r/min还是选=980r/rain均能满足美国石油学会标准API610第八版的要求.按照高可靠性,高效率设计原则,本泵的转速最终定为980r/rain.叶轮水力设计的主要经验公式如下.a.叶轮进口直径D.?28?硫酸工业2006年第5期Dj=(6)式中:Q.泵的设计流量,113/s;一经验系数,一般取4.04.5.b.叶轮出口直径D:D:=:(7):

8、=(9.359_6)()(8)c.叶轮出口宽度b,bz=(9)6:=(0.640.7)(i/Zs)/(10)压水室水力设计采用对称双流道设计,目的是平衡作用在叶轮上的径向力,其它设计同一般离心泵.一般在硫酸系统中通过安装阀门等截流装置来控制酸的流量,但截流装置很容易受高温浓硫酸的冲刷腐蚀而损坏,所以一般只在开,停车时使用,泵正常工作时截流装置全开,因此,泵的实际扬程常常低于设计扬程而偏离设计点(即大流量点).根据离心泵的QH,QP特性曲线显示,随着的减小,Q不断增大;随着Q的增大,P不设计点而增加,从而造成电机过载运行或烧毁.由于全扬程泵的功率曲线存在最大值,可有效避免因泵轴功率的无限增加而导

9、致电机过载运行或要点为:a.选择相对小的叶片出口角,通常出口角:=15.22.,叶片数越多出口角越小;b.选择较大的进口冲角,通常进口冲角=10.20.;c.选择较大的叶片包角,通常叶片包角=120.180.:d.叶片数取5片或7片,即与压水室的流道数互为质数,以免发生共振现象,叶片包角大的叶片数取5片,叶片包角小的则取7片.按上述水力设计及全扬程泵设计的要点所设计的JHB800306P,JHB1200404P,JHB1200306P,JHB1400226P,JHB1400306P,JHB1600306P等大型泵,经测试,在额定点的效率均达到80%85%,泵在使用过程中均未出现过载现象.通常情

10、况下,由介质润滑导轴承的直径间隙比正常油润滑导轴承的略大.例如,对于沉淀硬化不锈钢与铅青铜之间的材料组配,其直径间隙一液下泵,其直径间隙应适当增大,如选用B12/h6或略大一点的配合,确保该间隙能对转子起到一个径向力弹性支承的作用,从而提高转子的临界转速,降低其不平衡影响.合理选择导轴承的长径比是非常重要的,导承长径比越小,液压也越小,圆周速度将越大,因而导轴承磨损加快;反之,长径比越大,液压也越比太大则侧漏带走的摩擦热就少,导轴承温升就会加大,润滑液的粘度也要降低,致使导轴承表面此,合理选择长径比对大型JHB泵的可靠运行至计,大型JHB型液下泵导轴承的设计按如下数值选取:长径比取1.31.9

11、,转速高取小值,反之取大值.随着硫酸生产中新技术,新工艺的运用,循环酸温度有时高达120甚至更高,浓硫酸温度升高,材料腐蚀速率也随之升高;同时,导轴承易受到酸槽中瓷质填料和耐酸砖碎块的磨损及侵蚀.因此,导轴承设计时必须解决材料的耐腐蚀,耐磨蚀,抗热膨胀特性等问题才能保证泵的可靠赵骏等.大型JltB型高温浓硫酸液下泵设计实践与应用?29?的JSBll合金作为导轴承的材料,JSBl1合金以镍基奥氏体合金为基体经处理后布氏硬度达到450500;JSB一11合金在140的W(HS0)定,由可硬化材料制造的摩擦副耐磨表面的硬度差至少应为布氏硬度50,除非旋转耐磨表面和选用JSBll合金作为导轴承材料完全

12、可满足要求.4大型JHB型高温浓硫酸液下泵的应用2002年以来,我公司的大型JHB型高温浓硫酸液下泵已在400800kt/a硫磺制酸装置和300700kt/a冶炼烟气制酸装置中得到应用.女:JHB750286P,JHB1250286P型泵应用于云南三环化工600kt/a硫磺装置中的一吸塔;JHB1300304P型泵应用于云南富瑞化工800kt/a硫磺制酸装置中的干吸塔;JHB1400226P型泵应用于江西铜业公司贵溪冶炼厂硫酸一系统700kt/a铜冶炼烟气制酸装置的一吸塔和二吸塔;JHB1200404P型泵应用于浙江嘉化集团300kt/a硫磺制酸装置干吸塔;JHB1200306P型泵应用于金J

13、I集团化工厂530kt/a铜冶炼烟气制酸装置中的干吸塔;JHB1400306P型泵应用于云此过程中,泵的各项技术得到较大的提高及完善,完全满足了800kt/a硫磺制酸和700kt/a冶炼烟气制酸装置用泵的需要.江西铜业公司贵溪冶炼厂硫酸一系统的一吸型号为CJB一78356,主要参数:Q=1140m/h,H=22m,n=980r/min,P=210kW,电压6000V,额定电流27A,正常运行电流25A,泵座至叶的硫酸产量由最初的300kt/a增至现在的700kt/a,致使干吸塔循环酸量增大,酸温升高,工况条件越来越恶劣,原先的循环酸泵已满足不了生产要求.2004年9月23日,用我公司的大型JH

14、BI400226P型泵替换日本悬臂式浓硫酸液下泵,该泵按照日本悬臂式浓硫酸液下泵的外形接口尺寸制造并改型,其主要参数:Q=1400m/h,H=22m,1L=980r/min,泵座至叶轮中心线距离行电流2526A无过载现象,轴承温升,泵振动数值均在正常范围内,流量,泵效率均高于日本泵,运行至今未出现故障,完全满足了700kt/a硫酸装置生产要求.2005年12月,该厂又在二吸塔泵槽上安装了1台JHB1400226P型泵,目前2台泵均运行正常.Designpracticeandapplicationoflarge-sizedJHBhigh-temperatureconcentratedsulphu

15、ricacidsubmergedpumpZhaoJun,ChenXing(KunmingJiahePumpsCo.,Ltd.,Kunming,Yunnan,650225,China)Abstract:ThefeaturesofsupportstructureotdomesticandforeignhightemperatureeoncentratedsulphurieacidsubmergedpumpsandthestructureofJHBpumparedescribed.Thepumpdesignincludingdeterminationofrota.ringspeed,hydraulicdesignofimpellerandvoluteanddesignoffullliftpumpandguidebearingaredissizedJHBhightemperatureconcentratedsulphurieacidsubmergedpumpshavebeenusedin40080