CN104235073A - 在离心泵转动着的空心转子腔体内引入循环流体 - Google Patents

Abstract

一流体从泵体静止腔体中依靠机械密封或节流机构的转换进入事先已经制作成空心结构转子的旋转腔体内，此时该流体不但与转子同步旋转，而且沿着转子的轴向进行流动至核心地带。然后该流体又依靠另一机械密封或节流机构的转换流进另一静止腔体内，接着流经泵体外部的热交换器(冷却器或加热器)，经过热交换器处理以后的这个流体又流回到了原先的静止腔体内。此后就总是重复上述过程而形成循环。在摘要附图中(图1)上，是双支撑泵流体循环流动的路线图；(图1)下，是单支撑泵流体循环流动的路线图。这个循环流体可以把转子的热量带走使该转子得到冷却。也可以把外界的热量带来，使该转子得到伴热。

Description

在离心泵转动着的空心转子腔体内引入循环流体

一.技术领域：

本发明涉及在炼油，化工行业里的转动机械设备特别是高温离心泵的冷却与伴热技术领域。 

二.背景技术：

在炼油、化工产业里，高温离心泵在转动机械设备中扮演着重要角色，它的冷却与伴热始终是一个重要的课题。 

现有技术： 

到目前为止所有方法都是针对离心泵转子的部分表面进行冷却，冷却的部位基本上都是在机械密封与轴承之间暴露在大气里的那一小部分转子，冷却液接触到转子以后既不能完全与转子同步旋转，又不能沿着转子轴向流动。 

除此之外就是冷却泵体的静止部件例如：往泵壳，轴承箱和机械密封压盖的空心腔体内引入低温循环流体，例如：水、油、蒸汽或氮气等。该流体从这些静止的高温部件体内转一圈再流出去，流出以后就变成了高温流体，然后流经泵体一外部静止的冷却器，该流体经过冷却器冷却以后又变成低温流体，然后再把该流体重新引入到这些静止的部件体内，如此循环起来达到控制泵体温度的目的。这种方法被称做冷却。 

同理，当泵需要加热的时候，把上述的冷却器改成加热器即可。用这种方法进行加热被称做伴热。 

目前还没有把这种流体直接引入到高温离心泵连续旋转运动的空心转子腔体内实现冷却或者伴热的技术。 

现有技术中的不足： 

(一).仅在高温离心泵转子部件(例如：轴或轴套)表面进行冷却或伴热： 

1.冷却流体只接触离心泵转子的局部表面，换句话说流体接触转子母线上的轴向长度很短，所以，冷却面积小。 

2.流体所冷却或者伴热的转子部位并不是转子最需要冷却或者伴热的核心部位。 

3.流体在接触离心泵的转子表面时无法进行轴向位移，所以，对流的效果差。 

4.无法做到在整个转子母线上想冷却哪就冷却哪。 

(二).对泵壳、轴承箱和机械密封压盖这些泵体上的静止部件进行冷却或伴热： 

1.这些静止部件都与大气接触，所以，它们的温度不能代表设备核心部位的温度。因此，把它们的温度控制得再好也不能说问题就解决了。 

2.无法准确测量与监督设备核心部位的精确温度与瞬时温度变化。 

3.现有技术所冷却或伴热的部位与设备真正需要冷却或伴热的核心部位之间总是隔着新鲜的被输送的流体物料，换句话说就是物料会把热量传给转子，而热量传递又需要时间，高温离心泵核心部位的转子所接触的物质绝大部分是新鲜的被输送的流体物料。这些流体物料根本来不及得到现有技术的冷却或伴热就流走了，换成了新的物料，这些新鲜流体物料受到炼油或化工工艺的限制而温度恒定。也就是说转子 的核心部位总是得不到来自现有技术的关照，如同隔靴搔痒。 

9.高温离心泵的转子是最需要得到冷却的部件，如果它总是处在高温状态会带来很多不利因素，在这里不做过多分析。 

10.同理，高温离心泵的转子也是最需要伴热的部件，它要是得不到充分的伴热同样后果也很严重，尤其是在高温离心泵启动的时刻更是如此，在这里也不做过多分析。 

三.发明内容：

本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种新技术，而这种技术是直接向最需要冷却或者伴热的部位-高温离心泵所有转动着的部件即离心泵的转子提供冷却或伴热。也就是让一具有初始温度的循环流体依靠机械密封或节流机构从泵体的静止部件内直接流进转子体内(事先把转子轴制作成空心结构)，它不但跟着转子同步旋转，而且沿其轴向流动达到最需要冷却或伴热的核心地带，充足地进行热量交换以后，在流体不断地流出转子的同时，另外具有原先初始温度的流体不断地又进到了转子的体内，持续进行热量交换。然后又依靠另一机械密封或节流机构将流体送出转子，在该流体即将离开泵体的时候温度已经发生了变化，它流出泵体以后又经过一个泵体外部的热交换器，其温度就又回到了初始温度。此后重复上述过程，周而复始，不断循环就控制住了离心泵转子的温度。 

具体实施方式：

一具有初始温度的流体依靠机械密封或节流机构的转换从泵体的静止腔流进入事先已经制作成空心结构转子旋转腔体内，此时该流体不但与转子同步旋转，而且还沿着转子的轴向进行流动直至转子的核心地 带，此时该流体与转子进行热交换，然后该流体依靠另一机械密封或节流机构的转换又从转子的旋转腔内流进了泵体的另一静止腔，然后再流出泵体，此时的流体温度已经发生了变化。接着又经过泵体外部的热交换器(冷却器或加热器)，经过热交换器处理以后的这个流体温度又回到了初始温度，接着该流体又回到了泵体原来的那个静止腔并且依靠原来那套机械密封或节流机构的转换又流回到了这个空心结构转子的旋转腔内。之后就总是重复上述过程而形成循环。 

五、附图说明：

在摘要附图的(图1)中上图，是双支撑泵流体循环流动的路线图；(图1)中下图，是单支撑泵流体循环流动的路线图。 

图中：1.泵轴；2.轴承座；3.机械密封压盖；4.泵壳；5.机械密封压盖；6.轴承座外壳；7.泵体外部冷却器或加热器；8.管线； 

图中箭头所指的是一回路，这个回路就是循环流体的流动回路，箭头所指的方向就是循环流体流动的方向。 

图2和图3是该循环流体从进入泵体到流出泵体所经过的所有相关部件的结构图。图2是双支撑离心泵与流体相关部件的结构示意图；图3(a)是单支撑离心泵与流体接触部件的结构示意图。图中1.双端面机械密封第一摩擦副静环；2.双端面机械密封第一摩擦副动环；3.双端面机械密封第二摩擦副静环；4.双端面机械密封第二摩擦副动环；5.泵效套；6.7.耐高温密封圈；8.泵轴9.叶轮；10.泵壳；11.机械密封压盖；12.泵体外部的冷却器或加热器；13.轴套。图3(b)是单支撑离心泵空心轴套的结构图。图中：1.耐高温密封条；2.轴套3.流体流动的方向；4.泵轴。 

以上各图中箭头所指的方向就是循环流体流动的方向，回路就是循环流体的流动回路。 

将离心泵转子的轴或轴套制作成空心结构见图2中件8和图3(b)。让一低温流体(例如：水、油、蒸汽或氮气)从离心泵的静止部件(泵壳、机械密封压盖)图2和图3(a)件10、11内通过一套双端面机械密封的摩擦副之间或两组节流机构之间见图2和图3(a)中件1、2和3、4。进入到这个空心腔体内见图2中件8空心泵轴或图3(a)中的件13空心轴套；该流体进入这个正在旋转着的腔体以后沿着转子轴向流动至转子的核心地带对转子进行冷却。图3(a)中件13是轴套，轴套是转子的一部分，图3(b)就是它的结构图，图中空心沟槽的结构代表流体的流动路线。提供流体流动的动力可以是离心泵以外的动力源，也可以是该离心泵转子上旋转着的泵效部件(例如：机械密封上的泵效套、轴套上的泵效套)见图2和图3(a)中的件5，它旋转起来提供动力。然后这个循环流体又依靠另一套双端面机械密封的摩擦副之间或两组节流机构之间进入另一静止腔内，离开泵体之时该流体已经变成高温流体，离开泵体以后让这个流体进入一个外部冷却器，见图2和图3(a)中的件12，该流体经过冷却器冷却以后又变回成低温流体，随后该流体又回到了泵体原来的静止腔内重复上述过程，使得该流体循环起来，周而复始，始而复周。 

同理，当泵需要加温的时候，把上述的冷却器改成加热器即可。也就能让我们实现了离心泵转子的伴热。 

于是也就达到了我们控制高温离心泵转子温度的目的。由此可见，该循环流体可以把热量带出去，让转子得到冷却。也可以把外界的热量 带进来，让转子得到伴热。 

在整个循环过程中，虽然离心泵输送的流体物料受到炼油或化工工艺的限制而温度恒定，也就是说物料会把热量传给转子，但是，热量传递需要时间，转子在温度还没有来得及发生变化时又进行了新的冷却或伴热。因此，该转子的温度总是能够控制在我们所希望的范围之内。 

六.与现有技术相比，本发明的有益效果也就是优点： 

1.克服了上文所述现有技术的所有不足。 

2.在控制离心泵转子的温度方面真正做到变被动为主动： 

a，在离心泵转子的整个母线上我们想冷却哪就可以通过设计，把流道开到哪里冷却流体就流到哪里。 

b，可以主动地加大或减少该流体的流量。 

c，可以主动地加快或减慢该流体的流速。 

3.测量刚从离心泵转子旋转腔体流出来的流体温度就可以监督设备核心部位的精确温度与瞬时温度。这样及时而准确地发现问题，更早采取措施，确保设备安全运行。 

4.不用加大太多的物质投入，与API610和API682标准不冲突也不排斥，利用方案52，方案53a，方案53b，方案53c，方案54以及所有具有双端面机械密封或两组节流机构的现有设备与方案中，都能够跟本发明并联以后同时使用。也可以说这就是本发明的主要应用范围。 

5.真正需要控制温度的转子实现了温度的有效控制。 

6.给生产制造高温离心泵行业，甚至炼油和化工行业提供了发展空间。因为炼油和化工行业必然逐步向更深加工的方向发展，化工残留物越 来越少，工况温度越来越高，如果我们没有手段和技术来控制离心泵的温度，发展就会放慢。 

7.本发明所提供的这种新技术也同样适应适应化工反应釜的搅拌转子和其它带有定子和转子的机械设备例如：透平机、压缩机、风机、电动机、发电机、发动机、内燃机、涡轮机、螺杆泵、齿轮泵等等。 

Claims (6)

1.在离心泵转动着的空心转子(将离心泵转子的轴制作成空心轴)腔体内引入循环流体，这个循环流体可以把转子的热量带走使该转子得到冷却。也可以把外界的热量带来，使该转子得到伴热。其特征是：

(1)把转子的某一部件例如：轴或轴套制作成带有空心腔体结构。

(2)该流体能够在转子的旋转腔内不但与转子同步旋转，而且还沿着转子的轴向流动。

(3)该流体是依靠一套双端面机械密封或两组节流机构并且利用这套双端面机械密封的两组摩擦副之间或两节流机构之间将该流体从静止腔流进转子的旋转腔内，之后又依靠另外一套双端面机械密封或另外两组节流机构并且利用这套双端面机械密封的两组摩擦副之间或两节流机构之间将该流体从该转子的旋转腔内流进另一个静止腔内，然后经过静止管线又流回到这个转子的旋转腔内，形成循环流体。

(4)该流体是循环流动的，流动的动力可以由离心泵以外的动力源提供，也可以由该离心泵转子上旋转着的泵效部件(例如：机械密封上的泵效套、轴套上的泵效套)旋转所产生的压力差提供。

(5)在该循环流体的整个流动路程里串联着热交换器，这个热交换器可能是冷却器也可能是加热器。

(6)该流体可以是液体，也可以是气体。

2.根据权利要求1所述的一种在离心泵转动着的空心转子腔体内引入循环流体，这个循环流体可以把转子的热量带走使该转子得到冷却。也可以把外界的热量带来，使该转子得到伴热的技术。其特征在于：本发明在API610和API682标准中，利用方案52，方案53a，方案53b，方案53c，方案54以及所有具有双端面机械密封或两组节流机构的现有设备与方案中应用本发明，这些方案都能够跟本发明并联以后同时使用。也可以说这就是本发明的主要应用范围。

3.根据权利要求1所述的一种在离心泵转动着的空心转子腔体内引入循环流体，这个循环流体可以把转子的热量带走使该转子得到冷却。也可以把外界的热量带来，使该转子得到伴热的技术。其特征在于：本发明所提供的这种新技术适应离心泵转子的冷却与伴热。

4.根据权利要求1所述的一种在离心泵转动着的空心转子腔体内引入循环流体，这个循环流体可以把转子的热量带走使该转子得到冷却。也可以把外界的热量带来，使该转子得到伴热的技术。其特征在于：在该流体刚从离心泵转子旋转腔体流出来的位置安装一只温度计或温度传感器，就可以监督设备核心部位的精确温度与瞬时温度变化。也就可以及时而准确地发现问题，更早采取措施，确保设备安全运行。

5.根据权利要求1所述的一种在离心泵转动着的空心转子腔体内引入循环流体，这个循环流体可以把转子的热量带走使该转子得到冷却。也可以把外界的热量带来，使该转子得到伴热的技术。其特征在于：本发明所提供的这种新技术也同样适应化工反应釜的搅拌转子。

6.根据权利要求1所述的一种在离心泵转动着的空心转子腔体内引入循环流体，这个循环流体可以把转子的热量带走使该转子得到冷却。也可以把外界的热量带来，使该转子得到伴热的技术。其特征在于：本发明所提供的这种新技术也同样适应其它带有定子和转子的机械设备例如：透平机、压缩机、风机、电动机、发电机、发动机、内燃机、涡轮机、螺杆泵、齿轮泵等等。