CN102937090B - 一种高温介质泵热屏蔽装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高温介质泵的热屏蔽装置，包括：泵轴、泵罐、上法兰和屏蔽塞。屏蔽塞具有从其主体径向向外延伸出的屏蔽塞法兰，屏蔽塞的上壁面与上法兰的下壁面密封配合，屏蔽塞的下壁面直接暴露于泵罐内的高温熔盐中；泵罐具有径向向外延伸出的泵罐法兰，泵罐法兰的上壁面与屏蔽塞法兰的下壁面密封配合；泵罐法兰内设有周向冷却气通道；屏蔽塞主体设有一系列径向向外间隔开的环形气道，整个冷却气路使连接法兰维持在较低的温度。本发明所提供的高温介质泵热屏蔽装置能够实现阻隔泵罐中的高温介质的热量向泵罐上方的转子及支撑系统传导，从而保证各组件在合适的温度下安全、可靠地工作。

Description

一种高温介质泵热屏蔽装置

技术领域

本发明涉及一种高温介质泵，特别涉及一种用于熔盐堆的高温熔盐泵的热屏蔽装置。适用于使用高温介质泵的轴承和密封法兰的温度控制，可广泛应用于化工高温熔盐、有色金属冶炼等领域的高温介质泵。

背景技术

高温介质泵是一种用于输送高温介质的泵体，已知被广泛应用于冶金、石油化工等行业。由现有技术可知，目前的高温介质泵所使用的材料的力学性能在高温下一般不稳定，同时，高温介质泵中的关键结构部件（如各种密封结构、支撑轴承、润滑等）均要求在较低温度环境下才能正常工作。另外，材料在高温下更容易被腐蚀，处于高温环境下有腐蚀性介质输送的高温泵的使用寿命通常较短，不利于泵的安全运行。因此，随着被输送介质的温度的不断提高，对高温介质泵的冷却（或热屏蔽）提出了更高的要求。

中国专利CN20213222U提供了一种高温介质泵密封罐冷却装置，该装置中包含密封罐和一夹套结构，密封罐与夹套之间构成存放冷却水的空腔，通过该空腔中的冷却水实现冷却。但是，该夹套冷却系统的换热面积受限于密封罐的外表面，仅能满足密封液（高温介质）的温度在400℃以下时的冷却要求，对于更高温度的介质将无法进行有效冷却，迫使密封罐上方的机械密封等组件的温度不断升高，从而导致该高温介质泵失效。

当然，现有技术中还存在着各种高温介质泵，如温水泵、高温油泵、高温熔盐泵等，但都毫无例外，仅能满足工作介质温度在500℃以下（最多540℃）工况下正常连续工作的冷却要求。

其中，高温熔盐泵最为常见。现有的熔盐泵通常采用硝酸盐作为介质，运行温度在540℃以下，所对应的热屏蔽装置通常借鉴石油化工领域的高温介质泵的冷却系统。对于更高运行温度的工作介质的熔盐泵的热屏蔽，现有技术中还没有给出相关的解决方案。

熔盐堆的熔盐回路包括燃料盐循环（一回路）、冷却盐循环（二回路）和发电回路（三回路）。熔盐温度越高，则三回路热交换效率越高。显然，如果能采用运行温度在550℃-700℃之间的氟化盐作为高温熔盐泵的工作介质，发电回路的热交换率将显著提高，具有明显的优势。但是，现有技术中泵的冷却系统均无法满足以700℃氟化盐为工作介质的高温熔盐泵的冷却要求，使泵罐上方的机组、密封及支撑系统长期维持在合适的温度范围内稳定工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高温介质泵热屏蔽装置，从而解决现有技术中无法有效屏蔽高温介质的热量向泵机组、轴承支撑及密封装置传导，从而导致泵失效的问题。

本发明提供一种高温介质泵热屏蔽装置，包括：泵轴、泵罐和屏蔽塞，其中，该泵轴沿着一中心轴延伸进入泵罐内，该上法兰围绕该泵轴设置；所述屏蔽塞的上壁面与所述上法兰的下壁面密封配合，所述屏蔽塞的下壁面直接暴露于泵罐内的高温熔盐中；所述屏蔽塞具有从其主体径向向外延伸出的屏蔽塞法兰，所述泵罐具有径向向外延伸出的泵罐法兰，所述泵罐法兰的上壁面与所述屏蔽塞法兰的下壁面密封配合；所述屏蔽塞法兰内设有径向贯穿的屏蔽塞冷却气通道；所述屏蔽塞的主体还具有一系列径向向外间隔开的环形气道。所述环形气道与所述屏蔽塞冷却气通道气体连通，从而为屏蔽塞上部分冷却气提供气冷通道。本发明通过该气道中流过的冷却气带走主体附近的热量进而对屏蔽塞及其法兰进行有效冷却；同时，由于热辐射和热传导的作用，进而冷却泵罐法兰的温度，使泵罐法兰与屏蔽塞法兰面的温度维持在一个合适的温度，从而确保屏蔽塞与泵罐之间可靠的密封连接。

相邻的两个环形气道的开口方向彼此呈180°交错布置。如此设置的环形气道最大限度地延长了环形气道的延伸长度，从而延长冷却气在屏蔽塞中的停留时间，提高其换热效率。

所述屏蔽塞的内壁面与所述泵轴的轴环面之间在径向上具有第一间隙，所述上法兰具有径向贯穿的吹扫气入口，所述泵罐上设有吹扫气出口，所述吹扫气入口与所述第一间隙气体连通，从而为吹扫气提供屏蔽塞内壁面气冷通道。本发明通过该屏蔽塞内壁面气冷通道可有效防止泵罐内的高温熔盐气体通过第一间隙向上逃逸，同时冷却屏蔽塞内壁面和泵轴。应该理解，通过调整上述提及的屏蔽塞上部分环形气冷通道也可以有效地冷却泵轴，例如延长环形气道的轴向延伸长度及其设置位置和环形通道数目等，在此将屏蔽塞上部分环形气冷通道和屏蔽塞内壁面气冷通道进行结合给出了优选的热屏蔽方案。

所述屏蔽塞的外壁面与所述泵罐的内壁面之间在径向上具有第二间隙，所述屏蔽塞在所述环形气道的下方具有大体径向延伸的气道，该气道连通所述第一间隙和所述第二间隙，所述吹扫气入口、所述第一间隙、所述气道和所述第二间隙依次气体连通，从而为吹扫气提供屏蔽塞外壁面气冷通道。本发明通过该屏蔽塞外壁面气冷通道可有效防止泵罐内的高温熔盐气体通过第二间隙向上逃逸，同时冷却屏蔽塞外壁面和泵罐。另外，该屏蔽塞外壁面气冷通道在屏蔽塞外壁面和泵罐内壁面之间形成一道动态隔热屏障，避免了两者直接发生接触而将泵罐的热量直接传到屏蔽塞。

所述屏蔽塞的内壁面具有径向向内延伸的一系列的环形迷宫密封齿，从而与所述泵轴形成迷宫结构。该迷宫结构可以与第一间隙的吹扫气一起更好地阻止高温熔盐的向上逃逸，从而实现零泄漏。

所述屏蔽塞还包括用于阻隔屏蔽塞的上下部分之间的热量传导的隔热腔。该隔热腔示出为位于气道的下方，该隔热腔的设置可以延长屏蔽塞的轴向延伸长度，使得屏蔽塞在轴向上具有足够长度的热梯度，从而减小热梯度所引发的结构内应力。

所述屏蔽塞还包括连通所述隔热腔和所述泵罐的出气通道。该出气通道被用作所述隔热腔内的气体在受热膨胀时的出口，从而防止隔热腔内的气体由于受热膨胀而引起屏蔽塞的结构内应力。

所述泵罐法兰内设有径向贯穿的泵罐法兰冷却气通道，所述泵罐还具有环形气冷通道，所述环形气冷通道与所述泵罐法兰冷却气通道气体连通，从而为冷却气提供泵罐法兰气冷通道。通过该泵罐法兰气冷通道可以更好地冷却泵罐法兰及其叠置于其上的屏蔽塞法兰，从而确保泵罐和屏蔽塞之间的可靠密封。

通过上述技术方案，本发明所提供的高温介质泵热屏蔽装置能够有效地阻隔泵罐中的高温介质的热量向泵罐上方的组件（例如转子、支撑系统）等进行传导，从而保证高温介质泵的密封等各组件在合适的温度下安全可靠地工作。即使当高温熔盐泵中的工作介质为550℃-700℃的氟化盐时，本发明所提供的高温介质泵热屏蔽装置也能确保泵组件的长期安全运行。结合本发明所提供上述的各种气冷通道（例如屏蔽塞上部分环形气冷通道、屏蔽塞内壁面气冷通道、屏蔽塞外壁面气冷通道和泵罐法兰气冷通道）和隔热腔的特定结构，本发明有望解决更高温度的工作介质的高温介质泵的热屏蔽的问题。

附图说明

图1是根据本发明的高温介质泵热屏蔽装置的结构示意图；

图2是根据本发明的高温介质泵热屏蔽装置的环形气道的示意图；

图3是根据本发明的高温介质泵热屏蔽装置的泵罐法兰气冷通道的示意图。

其中：

1、泵轴11轴环面

2、泵罐21泵罐法兰

       22环形气冷通道

       23泵罐内壁面

       24泵罐法兰冷却气通道

       24a泵罐法兰冷却气入口

       24b泵罐法兰冷却气出口

       25泵罐法兰上壁面

3、上法兰31吹扫气入口

         32上法兰下壁面

4、屏敝塞41迷宫结构

         42隔热腔

         42a出气通道

         43气道

         44环形气道

         45屏蔽塞冷却气通道

         45a屏蔽塞冷却气入口

45b屏蔽塞冷却气出口

46屏敝塞内壁面

47屏敝塞外壁面

48屏敝塞上壁面

49屏敝塞下壁面

50屏敝塞法兰

51屏敝塞法兰下壁面

52屏蔽塞主体。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的高温介质泵热屏蔽装置的功能、特点。

如图1所示，根据本发明的高温介质泵热屏蔽装置包括泵轴1、泵罐2、上法兰3和屏蔽塞4，其中，该泵轴1沿着中心轴（未示出）延伸进入泵罐2内，上法兰3在泵罐的外部围绕泵轴1设置，屏蔽塞4在泵罐的开口附近围绕泵轴1延伸，该屏蔽塞4的上壁面48与上法兰3的下壁面32密封配合，屏蔽塞4的下壁面49伸入泵罐2内而直接暴露于泵罐内的高温熔盐中。

从图1中可以看出，泵罐2具有径向向外延伸的泵罐法兰21，屏蔽塞4相应地具有从主体52径向向外延伸的屏蔽塞法兰50，该屏蔽塞法兰50叠置于泵罐法兰21上紧密配合，即泵罐法兰21的上壁面25与屏蔽塞法兰下壁面51密封配合，从而防止泵罐内的气体沿着两者接触的端面泄漏。

屏蔽塞4的主体52的上部分设有一系列环形气道44，例如在图2中示出为三个环形气道44a，44b，44c，该三个环形气道44依次径向向外间隔，且相邻的环形气道44的开口方向彼此呈180°交错布置，例如在图2中示出为第一环形气道44a的开口竖直向上，第二环形气道44b的开口竖直向下，第三环形气道44c的开口竖直向上。相应地，屏蔽塞法兰50内具有径向贯穿的屏蔽塞冷却气通道45，从而为冷却气提供屏蔽塞冷却气入口45a和屏蔽塞冷却气出口45b。如此，位于最内环的第一环形气道44a与屏蔽塞冷却气入口45a相连（参见图1），位于最外环的第三环形气道44c与屏蔽塞冷却气出口45b相连（参见图1）。由此，冷却气通过屏蔽塞冷却气入口45a依次进入第一环形气道44a，第二环形气道44b和第三环形气道44c，并最终通过屏蔽塞冷却气出口45b流出。经过仿真模拟，申请人发现，通过环形气道44，冷却气带走主体52附近的热量进而冷却屏蔽塞4；通过屏蔽塞冷却气通道45，冷却气带走屏蔽塞法兰50附近的热量进而冷却屏蔽塞法兰50和与之接触的泵罐法兰21，从而确保屏蔽塞4与泵罐2之间的密封连接。

根据本发明的一个优选实施例，在径向方向上，该屏蔽塞4的内壁面46与泵轴1的轴环面11之间具有第一间隙，该屏蔽塞4的外壁面47与泵罐2的内壁面23之间具有第二间隙。该屏蔽塞4具有至少一条大体径向延伸的气道43，该气道连通第一间隙和第二间隙，在环形气道44的下方延伸。相应地，上法兰3具有径向贯穿的吹扫气入口31，而泵罐2上设有吹扫气出口（未示出）。该吹扫气入口31与第一间隙直接相连。吹扫气进入第一间隙后，一部分气体沿着内壁面46向下进入泵罐2内部，然后通过吹扫气出口流出，该气体通路也被称为屏蔽塞内壁面气冷通道；另一部分气体借助气道43进入第二间隙，然后沿着外壁面47进入泵罐2内部，最后通过吹扫气出口流出，该气体通过也被称为屏蔽塞外壁面气冷通道。本发明通过屏蔽塞内壁面气冷通道来防止泵罐内的高温熔盐气体通过第一间隙向上逃逸，同时冷却内壁面23和泵轴1。应该理解，屏蔽塞4与泵轴1之间可以形成有迷宫机构41，从而与吹扫气一起阻止高温熔盐气体的逃逸，实现零泄漏。该迷宫结构41可以是任何现有的能够实现上述功能的迷宫结构，也可以是专利申请CN201220581425.2所公开的从屏蔽塞的内壁面径向向内延伸的一系列的环形迷宫密封齿，该专利申请的内容通过引用整体合并与此。本发明通过屏蔽塞外壁面气冷通道来防止泵罐内的高温熔盐气体通过第二间隙向上逃逸，同时冷却外壁面47。另外，该屏蔽塞外壁面气冷通道在屏蔽塞外壁面47和泵罐内壁面23之间形成一道动态隔热屏障，避免了两者直接接触而将泵罐2的大量的热量直接传至屏蔽塞4，使得本发明所提供的高温介质泵起到更好的热屏蔽的作用。

根据本发明的另一个优选实施例，屏蔽塞4具有隔热腔42，该隔热腔42位于气道43的下方，用于延长屏蔽塞4的轴向长度，使得屏蔽塞4具有足够的热梯度，从而减小热梯度所引发的屏蔽塞材料的结构内应力，最终减小对屏蔽塞材料的强度要求。另一方面，该隔热腔42能够良好地阻隔屏蔽塞4的上下部分之间的热量传导。优选地，屏蔽塞4具有至少一个出气通道42a，该出气通道42a将隔热腔42与第二间隙（或泵罐）直接连通，主要用于防止隔热腔内的气体由于受热膨胀而引起结构内应力。

根据本发明的又一个优选实施例，泵罐2的根部设有环形气冷通道22，相应地，泵罐法兰21具有径向贯穿的泵罐法兰冷却气通道24，从而为环形气冷通道22提供泵罐法兰冷却气入口24a和泵罐法兰冷却气出口24b。冷却气通过泵罐法兰冷却气入口24a进入环形气冷通道22，然后通过泵罐法兰冷却气出口24b流出。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围。凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (8)

1.一种高温介质泵热屏蔽装置，包括：泵轴(1)、泵罐(2)和上法兰(3)，其中，该泵轴(1)沿着一中心轴延伸进入泵罐(2)内，该上法兰(3)围绕该泵轴(1)设置；其特征在于，该高温介质泵热屏蔽装置还包括屏蔽塞(4)，所述屏蔽塞(4)的上壁面(48)与所述上法兰(3)的下壁面(32)密封配合，所述屏蔽塞(4)的下壁面(49)直接暴露于泵罐(2)内的高温熔盐中；所述屏蔽塞(4)具有从其主体径向向外延伸出的屏蔽塞法兰(50)，所述泵罐(2)具有径向向外延伸出的泵罐法兰(21)，所述泵罐法兰(21)的上壁面(25)与所述屏蔽塞法兰的下壁面(51)密封配合；所述屏蔽塞法兰(50)内设有径向贯穿的屏蔽塞冷却气通道(45)；所述屏蔽塞的主体还具有一系列径向向外间隔开的环形气道(44)，所述环形气道(44)与所述屏蔽塞冷却气通道(45)气体连通，从而为冷却气提供屏蔽塞上部分环形气冷通道。

2.如权利要求1所述的高温介质泵热屏蔽装置，其特征在于，相邻的两个环形气道(44)的开口方向彼此呈180°交错布置。

3.如权利要求1所述的高温介质泵热屏蔽装置，其特征在于，所述屏蔽塞(4)的内壁面(46)与所述泵轴(1)的轴环面(11)之间在径向上具有第一间隙，所述上法兰(3)具有径向贯穿的吹扫气入口(31)，所述泵罐(2)上设有吹扫气出口，所述吹扫气入口(31)与所述第一间隙气体连通，从而为吹扫气提供屏蔽塞内壁面气冷通道。

4.如权利要求3所述的高温介质泵热屏蔽装置，其特征在于，所述屏蔽塞(4)的外壁面(47)与所述泵罐(2)的内壁面(23)之间在径向上具有第二间隙，所述屏蔽塞(4)在所述环形气道(44)的下方具有大体径向延伸的气道(43)，该气道(43)连通所述第一间隙和所述第二间隙，所述吹扫气入口(31)、所述第一间隙、所述气道(43)和所述第二间隙依次气体连通，从而为吹扫气提供屏蔽塞外壁面气冷通道。

5.如权利要求3所述的高温介质泵热屏蔽装置，其特征在于，所述屏蔽塞(4)的内壁面(46)具有径向向内延伸的一系列的环形迷宫密封齿，从而与所述泵轴(1)形成迷宫结构(41)。

6.如权利要求1所述的高温介质泵热屏蔽装置，其特征在于，所述屏蔽塞(4)还包括用于阻隔屏蔽塞的上下部分之间的热量传导的隔热腔(42)。

7.如权利要求6所述的高温介质泵热屏蔽装置，其特征在于，所述屏蔽塞(4)还包括连通所述隔热腔和所述泵罐的出气通道(42a)。

8.如权利要求1所述的高温介质泵热屏蔽装置，其特征在于，所述泵罐(2)具有径向突伸出的泵罐法兰(21)，该泵罐法兰(21)内设有径向贯穿的泵罐法兰冷却气通道(24)，所述泵罐(2)还具有环形气冷通道(22)，所述环形气冷通道(22)与所述泵罐法兰冷却气通道(24)气体连通，从而为冷却气提供泵罐法兰气冷通道。