CN102062107A

CN102062107A - 一种长轴多级轴向流液下泵和输送光气方法

Info

Publication number: CN102062107A
Application number: CN 201010584264
Authority: CN
Inventors: 马建军; 张景川; 王进军; 汤汉球; 谢红军
Original assignee: Gansu Yinda Chemical Co Ltd; Gansu Yinguang Juyin Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Gansu Yinda Chemical Co Ltd; Gansu Yinguang Juyin Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2030-12-13
Also published as: CN102062107B

Abstract

本发明涉及一种长轴多级轴向流液下泵和输送光气的方法，主要用于加压输送光气或氯气。该液下泵有诱导轮(1)、初级叶轮(2)、次级叶轮(5)、辅助滑动轴承及轴套(6)、下主滑动轴承及轴套(8)、上主滑动轴承及轴套(10)，密封腔(19)、轴承支架(28)。在填料盒(13)下端设有紧急密封橡胶气囊(17)，泵轴(30)上套有双端面机械密封(22)，叶轮上设有径向平衡孔(37)，辅助滑动轴承及轴套(6)材质为碳化硅。当机械密封和填料密封均失效时，高压氮气使紧急密封橡胶气囊(17)充涨将轴抱住，以迅速阻断输送光气的泄漏。

Description

一种长轴多级轴向流液下泵和输送光气方法

技术领域

本发明涉及一种长轴多级轴向流液下泵和加压输送光气或氯气的方法。

背景技术

目前国内异氰酸酯等行业对光气、氯气等有毒、有害或腐蚀性液体的加压输送均采用进口或合资企业生产的屏蔽泵。实践证明该泵的缺点如下：①对介质入口压力、出口压力、温度及洁净度要求条件苛刻，②对气蚀余量要求高，③耐压值偏低，④结构复杂、操作繁琐、维修困难，⑤吸程短。用于输送易燃、易爆、剧毒等有害化学液体的立式叶片泵，为了保证安全可靠的输送介质，防止泄漏，都对泵的轴密封提出严格要求，即密封应达到零逸出，这是普通的机械密封难以实现的。目前有一种液下泵提出了利用气体进行密封，它是通过向密封箱内通入密封气体，主密封失效的紧急密封保护是通过橡胶密封囊实现的，这种气体密封不适合在其他条件下使用的立式泵。

中国实用新型专利ZL200520091258.3涉及一种立式泵气体隔离密封装置，包括密封组件，其特征在于密封组件是由设置在泵轴上的上、下干气机械密封组件构成，上下密封组件的下方分别设有气室，其中，上密封组件下方的气室I的排气口与常开的排气阀相连通，下密封组件下方的气室II与气体自动排放控制器和泵入口相连通。其特点是：两个上下设置的密封组件内通过外供密封气体在密封端面上形成高压气膜对低压介质进行隔离，实现轴密封。

中国实用新型专利00212401.7披露了一种干气密封长轴多级液下泵，其位于泵体中心的主轴穿过法兰座的上端可与内设轴承润滑机构的电机支架上的电动机相连，下部与多级叶轮相连，在多级叶轮上部的泵体上设有向上延伸并超出法兰座的输出支管，其特征在于：电机支架下端固定在法兰座上，该法兰座上设有主轴密封机构，其密封箱由穿过它的紧固件固定在泵体的法兰座上，穿过箱体中心孔的主轴其位于箱体内的部分设有套于其上的轴套，其位于密封箱外的筒壁上通过与其相连的定位环上的紧定螺钉与主轴相连，在轴套外设有套于其上并通过连接件与其固定连接的动环，动环的密封端面与套在主轴上的并固定在箱体上的静环的密封端面相对，该静环的密封端面其靠近内环面的部分平面，余下的环面上设有间断的涡旋形凹槽，在动环或静环的另一个端面上设有均布的3～4根弹簧。密封箱体上设有与压力气体导管相连的接口，该接口通过箱体内的孔道与密封箱内腔相连通。在主轴密封机构下面的法兰座上设有紧急密封机构。在输出支管上部的泵体内设有平衡盘，泵体下端设有导流栅，主轴下端设有诱导轮，在动环与弹簧之间设有套在轴套上的压环。

本发明的目的在于在上述实用新型专利的基础上提供一种适合各种工况的更安全可靠、密封性能更好、扬程更高、压力更高、操作简单、维修方便的长轴多级轴向流液下泵和输送光气的方法。

发明内容

本发明的目的可通过以下措施来实现：一种长轴多级光气轴向流液下泵，位于泵体中心的泵轴(30)穿过法兰座(14)的上端可与内设轴承润滑机构的轴承支架(28)上电机座(31)固定的电动机相连，下部与蜗壳(4)内的多级叶轮(2)、(5)相连，转子与泵壳之间设有辅助滑动轴承及轴套(6)，在多级叶轮上部的泵体上设有向上延伸并超出法兰座(14)的出口管(12)，其特征在于：泵轴(30)下端设有套于其上的诱导轮(1)，向上延伸依次设有套于其上的初级叶轮(2)、次级叶轮(5)、辅助滑动轴承及轴套(6)、下主滑动轴承及轴套(8)、上主滑动轴承及轴套(10)，泵轴(30)继续向上穿过法兰座(14)、密封腔(19)、轴承支架(28)，密封腔(19)下端固定在法兰座(14)上，填料盒(13)由穿过它的紧固件固定在泵体的法兰座(14)上，泵轴(30)穿过填料盒(13)中心孔，在填料盒(13)下端设有紧急密封橡胶气囊(17)，轴承支架(28)同密封腔(19)连接固定，轴承支架(28)内泵轴(30)上套有双端面机械密封(22)，再向上套有轴承及轴套(24)。固定在主轴下端的诱导轮(1)，主要包括有轮毂(34)和叶片(35)，其中轮毂(34)呈轴套形，套在主轴的下端，并由紧固件固定于其上，设在轮毂上的叶片(35)形状可以有多种，可根据需要选择如螺旋片、翅片等。该诱导轮可进一步降低气蚀余量，以确保高压输送。为了适应泵流量的增大，其诱导轮、各级导流体的流通截面积亦相应增大。初级叶轮(2)安装4片叶片(36)，次级叶轮(5)安装6片叶片(36)。叶片(36)进口安装角P1′和出口安装角P2′，通常P1′＝180～200°，P2′＝150～400°范围内。初级叶轮(2)和次级叶轮(5)上设有径向通孔即叶轮平衡孔(37)，叶轮平衡孔(37)可平衡叶轮转动所产生的轴向力，辅助滑动轴承及轴套(6)材质为碳化硅(硅化石墨)，碳化硅是一种热和化学稳定性都很高的材料，它有卓越的导电和传热性能，用作研磨剂时它几乎与金刚石一样硬，可延长轴承使用寿命。润滑液管(9)连通出口管(12)和上主滑动轴承支座(32)，光气经诱导轮(1)、初级叶轮(2)、次级叶轮(5)、导流体(7)、蜗壳(4)增压后进入出口管(12)，输出大部分光气参加光化反应，少部分光气经润滑液管(9)进入上主滑动轴承支座(32)内，液体光气润滑上主滑动轴承及轴套(10)和泵轴(30)，光气向上喷溅被挡液环(11)挡住回流，光气充满连接体(3)内腔。轴承及轴套(24)、上主滑动轴承及轴套(10)、下主滑动轴承及轴套(8)和辅助滑动轴承及轴套(6)从上向下多点一线套在泵轴(30)上形成平稳、耐磨的转动机构。密封腔(19)底安装的填料盒(13)由穿过它的紧固件固定在泵体的法兰座上。密封腔(19)上部设有与压力气体相连的密封腔入口(21)，该接口通过腔体内的孔道与密封内腔相连通。正常情况运行时，压力气体通过腔体内的孔道向密封腔(19)内通入密封气体，使外压大于泵内压力，以保证泵内的气体不会外溢。特殊情况运行时，高压氮气通过其中氮气入口管(18)进入孔道与填料盒(13)中填料中间的气封环(15)相连通，保证密封腔(19)同泵轴(30)隔离。高压氮气另有孔道与紧急密封橡胶气囊(17)相连通，依靠气囊边盖(33)固定的紧急密封橡胶气囊(17)可与主轴接触，当机械密封和填料密封均失效或密封气压力不足时，高压氮气使紧急密封橡胶气囊(17)充涨将轴抱住，以迅速阻断输送光气的泄漏。拧紧手轮(20)带动直角杠杆(26)向下运动，压紧填料盒压盖(25)使填料盒(13)内填料密实封闭泵轴(30)，阻断输送介质气体的泄漏。测温口(16)外接热电偶测温仪表随时监测填料盒(13)和密封腔(19)的温度升降来判断密封状况。轴承支架(28)底泵轴(30)上套双端面机械密封(22)，它主要包括有：动环、静环、弹簧和压环，干气入口(27)连通双端面机械密封(22)。穿过机械密封箱体中心孔的主轴其位于箱体内的部分设有套于其上的轴套，该轴套位于密封箱外的筒壁通过与其相连的定位环上的紧定螺钉与主轴连在一起，使之能与主轴同步转动。在轴套外设有套于其上并通过连接件与其固定连接的动环，于是动环可与主轴同步转动。该石墨动环根据需要可设置1～3个。每个动环都有一个环面是密封面，它与套在主轴上的并固定在箱体上的静环密封端面相对。该静环的密封端面其靠近内环面的部分为平面，余下的环面上设有间断的涡旋形凹槽。当动环随主轴旋转时，气体在涡旋形凹槽内向中心压缩形成气膜，将动环和静环相对的两个端面分开，并为相对运动的两个端面润滑。同时高速旋转的气体所产生的刚性又阻止其它气体的进入，这样便有效地保证了主轴的密封。为使动环和静环保持接触，在动环或静环的另一端面上设有均布的3～4根弹簧。由于动环为碳化硅，比石墨材质刚性强，使用寿命长。机械密封箱上部设轴承润滑机构，定期向油嘴(29)注入润滑脂来润滑轴承及轴套(24)，底部轴承油封(23)可防止润滑脂滴漏。密封装置是在泵轴上设两个上下设置的干气机械密封组件，其中，下密封组件为主密封，上密封组件为备用密封，上下密封组件采用端面带动压槽的双端面干气机械密封，并将其背靠背安装于密封盒内，密封组件内的密封腔室与进气管路和测压管路相连通。气室I位于上下密封组件之间，密封组件泄漏的气体通过该气室和与其连通的常开排气阀排空。如果主密封(下密封组件)失效，上密封组件承担主密封的作用，此时，关闭常开的排气阀，形成封闭的气室I。密封组件端面处密封气向气室II的泄漏，是通过气体自动排放控制器实现自动控制气室内的气体容积，气室II内的气体通过管路进入气体自动排放控制器即气液分离器内，使容器内气体容积不断增大，液位逐渐下降，当下降到设定位置时，容器上部的自动控制排气阀被打开，过量的气体通过排气阀排放至尾气回收系统。当容器内气体容积减少至液位达到上液位监控器的位置时，排气阀自动关闭。本发明的特点是：两个上下设置的密封组件内通过外供密封气体在密封端面上形成高压气膜对低压介质进行隔离，实现轴密封。并通过监控密封气压力和自动排气装置即排气阀来保证泵的有效轴密封：采用该密封装置可使普通的立式泵完全达到零逸出的轴密封效果，适用范围广；利用气体进行密封的费用低，维持密封气压力的手段简单可靠，气体与介质的化学相容性强，适用的温度、压力范围宽；密封组件在工作时端面无接触，部件的使用寿命长；在下密封组件完全失效的情况下，仍能通过上密封组件实现密封，使安全性和可靠性进一步提高。

为了降低成本、满足年产10万吨TDI的生产要求，根据工艺要求，经过严密的论证计算，重新设计、制造诱导轮、叶轮、导流体，通过增大流道而增大流量，核算轴的强度，滚动轴承的寿命，选用功率较大的国产电机。

如Q＝18M³/h，H＝208m，

则

P₁＝P×1.2＝74KW。选用75KW电机。

外径及叶片厚度：

外径D₂＝60V₂/πn，kv₂＝1.07，U₂＝kv₂(2gH)^1/2＝1.07×(2×9.81×52)^1/2＝34.2m²/s

则D₂＝60×34.2/(3.14×2950)＝220(mm)，实际取225mm。

叶轮流道宽度：

b₂＝Qt/(π_D2(φ2/n)Vm₂)，φ一般取0.7～1.0

Vm₂＝km₂(2gH)^1/2＝0.08×(2×9.81×0.001)^1/2＝2.6m³/s，km₂＝0.08

则b₂＝(0.005/0.95)/[3.14×0.22×(0.85/4)×2.6]＝13.9mm，

首级叶轮出口宽度可取14mm，次级叶轮以及流道可相应增加，次级叶轮宽度增加10mm。

径向力：Fr＝kD₂b₂Hv(N)，K取0～0.36，取大值0.3

则Fr＝0.3×0.22×0.014×208×9.81×1406＝2650(N)

轴向力：Fa＝KH₁vπ(Rm₁ ²-r_h ²)＝0.6×52×1406×9.81×3.14(0.066-0.03²)＝4670(N)

为了适应泵流量的增大，其诱导轮，各级导流体的流通截面积亦相应增大；配备新的联轴器，电机座板；辅助滑动轴承材质改为碳化硅。为了适应泵出口压力高，叶轮外经增大至φ225mm，使泵的出口压力提高到2.9～3.2MPa，这样就满足了工艺要求，解决了因压力低而工艺极不稳定的问题，保证了TDI的稳产。增加了变频器，根据工艺要求，随意改变泵的出口压力和流量，通过调节电流频率，控制流量在14m³/h～25m³/h范围内，这就提高该泵操作的弹性，使泵处于一个较佳运行状态。国内液下泵的滑动轴承材质一般为石墨，使用寿命不超过半年。原泵的主、辅滑动轴承的材质均为填充太氟伦石墨，使用2个月后，辅助滑动轴承严重磨损。我们根据实际情况，将辅助滑动轴承材质改成碳化硅而主滑动轴承材质不变，运行一年后，磨损甚微。目前国内液下泵常用径向导流技术，设备体积较大，结构不紧凑、效率低。而本发明采用轴向导流技术，改变了泵的叶轮、诱导轮、导流体的结构和尺寸，使泵的流量由原来的12m³/h增大至18～25m³/h，充分发挥了泵的潜能，具有泵体积小而流量大的优点，解决了含有微粒的介质条件下，耐磨的良好性能，比国内外技术均有领先性。

本发明对比现有中国专利《干气密封长轴多级液下泵》具有如下优点：平衡方式不同：对方用独立平衡盘平衡轴向力，本发明用叶轮平衡孔平衡轴向力，本发明减少了部件。当级数增多、吐出段压力过大时，本发明叶轮平衡孔可平衡大部分轴向力，且实现节流，避免过重的容积损失，保证运行时达到设计要求。本发明辅助滑动轴承及轴套(6)材质为碳化硅，比对方轴承使用寿命长。干气密封材质不同：对方是石墨，本发明用碳化硅，碳化硅的使用时间更长。对方有干气密封，无填料密封和隔离室，本发明上部为干气密封，下部为填料密封，上下密封间以干空气为屏障形成隔离室，保证光气决无泄漏。改进后的密封箱和压紧装置运行更安全、调节更便捷。本发明紧急密封在正常运行时常开，只有在特定情形下才充以高压氮气，其作用为：可实现有光气维修；长时间停机可节省密封气体；因系统问题，密封气压力不足时，可阻断光气进入密封腔。本发明所有滑动点都采用轴套保护，延长轴的使用寿命。本发明还有内冲自冷的优点：滑动轴承浸入流道中，自动冷却，无容积损失，外部取消冲洗管道，结构安全紧凑。滚动轴承润滑用料也不同：对方为润滑油，本发明用润滑脂，润滑脂在光气生产场合优于普遍采用的润滑油，具有抗酸性。本发明的诱导轮在特殊工况下提高泵的抗气蚀性能，并能降低最低液位需求，确保高压输出光气。本发明的导流栅在低液位时可避免液体产生旋涡，防止泵发生气蚀或干磨，便于储槽排空。

附图说明

图1是本发明主视剖面示意图。

图2是图1中诱导轮A-A剖面局部放大示意图。

图3是图1中初级叶轮A-A剖面局部放大示意图。

图4是图1中次级叶轮A-A剖面局部放大示意图。

图5是图1中蜗壳A-A剖面局部放大示意图。

图6是图1中导流体A-A、F-F剖面局部放大示意图。

图7是图1中填料盒B-B剖面局部放大示意图。

图8是图1中双端面机械密封局部放大示意图。

图9是图1中轴承及轴套局部放大示意图。

图10是加压输送光气的设备装配示意图。

图中零件代号说明：1-诱导轮，2-初级叶轮，3-连接体，4-蜗壳，5-次级叶轮，6-辅助滑动轴承及轴套，7-导流体，8-下主滑动轴承及轴套，9-润滑液管，10-上主滑动轴承及轴套，11-挡液环，12-出口管，13-填料盒，14-法兰座，15-气封环，16-测温口，17-紧急密封橡胶气囊，18-氮气入口管，19-密封腔，20-手轮，21-密封腔入口，22-双端面机械密封，23-轴承油封，24-轴承及轴套，25-填料盒压盖，26-直角杠杆，27-干气入口，28-轴承支架，29-油嘴，30-泵轴，31-电机座，32-上主滑动轴承支座，33-气囊边盖，34-轮毂，35-叶片，36-叶轮叶片，37-叶轮平衡孔，38-动环，39-静环，40-压环，41-弹簧，42-气体导管接口。

具体实施方式

下列实施例用于进一步详细说明本发明方法。上面所披露的本发明的精神和范围不受这些实施例的限制。

优选实施例

利用附图中所示对本发明作进一步说明。在图1所示的长轴多级轴向流液下泵的剖视示意图中，泵体上端为轴承支架(28)，其内设轴承及轴套(24)、轴承油封(23)、油嘴(29)。轴承支架(28)下端连接固定密封腔(19)，密封腔(19)下端固定在泵体的法兰座(14)上，该法兰座上设填料盒(13)和橡胶密封气囊(17)，其中氮气入口管(18)通过孔道与填料中间内的气封环(15)相连通，在该气封环(15)外面罩有可与主轴接触的橡胶密封气囊(17)。在法兰座(14)与输出支管(12)间的连接体(3)内，下主滑动轴承及轴套(8)是防磨型，套在主轴上并由弹簧卡定位的主滑动轴承及轴套(8)，其外面设有固定在连接体(3)上的滑动轴承体。位于泵体中心的泵轴(30)穿过法兰座(14)的上端可与轴承支架(28)上的电动机相连，下部与多级叶轮(2)、(5)相连，并且转子与泵壳之间设有辅助滑动轴承及轴套(6)。泵轴包以轴套，在叶轮与叶轮螺母、叶轮与滑动轴承、滑动轴承与轴套端面之间有密封圈，紧固螺柱的螺母采用带有密封圈的密封螺母，两被紧固件之间有两端有密封圈的密封套。叶轮下面的主轴上通过紧固件固定有诱导轮的轮毂(34)，该轮毂(34)上设有翅片形叶片(35)。泵体下端设有导流栅，其环形挡板上设有与其垂直的导流板，它们呈径向均布，在导流板上端设有连接板，其环面上设有通孔，穿过通孔的紧固件将导流栅固定在泵的下端。拧紧手轮(20)带动直角杠杆(26)向下运动，压紧填料盒压盖(25)使填料盒(13)内填料密实封闭泵轴(30)，阻断输送介质气体的泄漏。

半成品光气指标：

指标名称	指标
		纯度(wt)％≥	99.7
游离氯(wt)ppm≤	10
		氯化氢(wt)％≤	0.3

图10中，用内有冷冻甲苯的列管环绕光气储槽，保证光气储槽内光气呈液相，冷冻甲苯流量2500～4500kg/h，正常时光气储槽液位30～40％，最高液位90％，最低液位10％，温度-5℃。启动光气泵，调节回流阀和变频器，保持光气流量25m³/h，用光气泵将光气储槽中的过量光气打出参加光化反应。本发明技术参数为：输送介质：液态光气，工作温度：-20℃～10℃，比重：1406kg/m³，粘度：0.398Pas，常规流量：18m³/h，额定流量：25m³/h，进口压力：0.04～1.2MPa，出口压力：2.9～3.2MPa，扬程：200～240m，电机转速：2950r/min，电机功率：75KW，最大额定功率：82KW，设计效率：24％。

尽管已在以上的举例说明中详细描述了本发明，但应当理解的是，所述的细节仅用于举例说明，本领域技术人员可以在不背离本发明的权利要求所限的精神和范围内对其做出变动。

Claims

1.一种长轴多级轴向流液下泵，位于泵体中心的泵轴(30)穿过法兰座(14)的上端可与内设轴承润滑机构的轴承支架(28)上电机座(31)固定的电动机相连，下部与蜗壳(4)内的多级叶轮(2)、(5)相连，转子与泵壳之间设有辅助滑动轴承及轴套(6)，在多级叶轮上部的泵体上设有向上延伸并超出法兰座(14)的出口管(12)，其特征在于：泵轴(30)下端设有套于其上的诱导轮(1)，向上延伸依次设有套于其上的初级叶轮(2)、次级叶轮(5)、辅助滑动轴承及轴套(6)、下主滑动轴承及轴套(8)、上主滑动轴承及轴套(10)，泵轴(30)继续向上穿过法兰座(14)、密封腔(19)、轴承支架(28)，密封腔(19)下端固定在法兰座(14)上，填料盒(13)由穿过它的紧固件固定在泵体的法兰座(14)上，泵轴(30)穿过填料盒(13)中心孔，在填料盒(13)下端设有紧急密封橡胶气囊(17)，轴承支架(28)同密封腔(19)连接固定，轴承支架(28)内泵轴(30)上套有双端面机械密封(22)，再向上套有轴承及轴套(24)。

2.根据权利要求1所述的长轴多级轴向流液下泵，其特征在于：诱导轮(1)包括有轮毂(34)和叶片(35)，其中轮毂(34)呈轴套形，套在主轴的下端，并由紧固件固定于其上，设在轮毂上的叶片(35)形状可以有多种，可根据需要选择如螺旋片、翅片等。

3.根据权利要求2所述的长轴多级轴向流液下泵，其特征在于：初级叶轮(2)安装4片叶片(36)，次级叶轮(5)安装6片叶片(36)，叶片(36)进口安装角P1′在180～200°范围内，出口安装角P2′在150～400°范围内。

4.根据权利要求3所述的长轴多级轴向流液下泵，其特征在于：初级叶轮(2)和次级叶轮(5)上设有径向通孔即叶轮平衡孔(37)。

5.根据权利要求4所述的长轴多级轴向流液下泵，其特征在于：辅助滑动轴承及轴套(6)材质为碳化硅。

6.根据权利要求5所述的长轴多级轴向流液下泵，其特征在于：轴承及轴套(24)、上主滑动轴承及轴套(10)、下主滑动轴承及轴套(8)和辅助滑动轴承及轴套(6)从上向下多点一线套在泵轴(30)上形成平稳、耐磨的转动机构。

7.根据权利要求6所述的长轴多级轴向流液下泵，其特征在于：密封腔(19)底安装的填料盒(13)由穿过它的紧固件固定在泵体的法兰座上，密封腔(19)上部设有与压力气体相连的密封腔入口(21)，该接口通过腔体内的孔道与密封内腔相连通。

8.根据权利要求7所述的长轴多级轴向流液下泵，其特征在于：本发明采用轴向导流技术。

9.一种长轴多级轴向流液下泵输送光气的方法，其特征在于：用内有冷冻甲苯的列管环绕光气储槽，保证光气储槽内光气呈液相，冷冻甲苯流量2500～4500kg/h，正常时光气储槽液位30～40％，最高液位90％，最低液位10％，温度-5℃。启动光气泵，调节回流阀和变频器，保持光气流量25m³/h，用光气泵将光气储槽中的过量光气打出参加光化反应。

10.根据权利要求9所述的一种长轴多级轴向流液下泵输送光气的方法，其特征在于：光气经诱导轮(1)、初级叶轮(2)、次级叶轮(5)、导流体(7)、蜗壳(4)增压后进入出口管(12)，输出大部分光气参加光化反应，少部分光气经润滑液管(9)进入上主滑动轴承支座(32)内，液体光气润滑上主滑动轴承及轴套(10)和泵轴(30)，光气向上喷溅被挡液环(11)挡住回流，光气充满连接体(3)内腔。