CN109681446A - 超临界co2溶剂加压离心泵 - Google Patents

超临界co2溶剂加压离心泵 Download PDF

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田原宇
张金弘
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Abstract

本发明提供超临界CO2溶剂加压离心泵，主要由超临界CO2溶剂进口、超临界CO2溶剂出口、泵体、叶轮、泵轴、组合轴承、密封轴承、尾盖、联轴器、电机等部件构成，泵体前端侧面设置临界CO2溶剂进口，后端侧面临界CO2溶剂出口；泵轴从前端到后端依次组装组合轴承、叶轮和密封轴承，然后将组装好的泵轴从泵体前端装入泵体，泵轴前端的组合轴承与泵体后端直连的尾盖通过镶嵌形成配合，泵轴后端的密封轴承与泵体前端连接；泵轴前端顶部通过与联轴器与电机连接，大大简化了离心泵的结构，便于拆装维护，使用成本低，有效减少超临界二氧化碳或类似高压介质输送过程中的泄漏、润滑油污染和不安全因素，提高了在输送超临界流体中的承压能力和抗汽蚀能力。

Description

超临界CO2溶剂加压离心泵
一、技术领域
本发明涉及机械设备领域，特别地，涉及转动轴的非接触式密封结构。
二、背景技术
超临界流体具有类似气体的扩散性及液体的溶解能力，同时兼具低黏度、低表面张力的特性，使得超临界流体能够迅速渗透进入微孔隙的物质。二氧化碳在超临界状态下，性质会发生变化，其密度近于液体，粘度近于气体，扩散系数为液体的100倍，溶解能力超强，可溶解多种物质，然后提取其中的有效成分，具有广泛的应用前景。加之超临界CO2的临界条件容易达到、化学性质不活泼、无色无味无毒、安全性好、价格便宜、纯度高、容易获得，是目前研究和应用最广泛的超临界流体，用于超临界CO2溶剂输送的泵也将会在其应用中起到重要作用。
超临界CO2溶剂通常是在超高压下制得的强溶解性溶剂，因而在输送过程中易受到泵体润滑油以及密封填料中可溶物的污染。另外泵承受压力较高，如果发生泄漏时后果非常严重，加之超临界CO2发电需要大规模化，因而超临界CO2溶剂输送需要自润滑、大流量、无填充料、强密封性的离心泵。
目前现有的离心泵主要由进水段、出水段、尾盖、叶轮，泵体，泵轴，轴承，密封环，填料函等部件构成，具有结构紧凑、流量和扬程范围宽、流量均匀、运转平稳、振动小、流量大、设备安装、维护检修费用较低等优点，具有满足超临界CO2输送要求的潜力。但在泵的前后端都有填料函，轴承需要润滑剂，密封环极易因高低压交变应力而加剧疲劳破坏；轴端密封采用机械密封，无法承受较大的入口压力，实现密封较为困难。另外泵内高压会产生轴向窜动破坏轴承，泵体动密封点过多也不利于抗泄露。同时超临界CO2溶剂极易汽化造成泵汽蚀，所以泵需要有较好的抗汽蚀性能。因此，如何提供一种超临界CO2溶剂加压离心泵，以提高在输送超临界流体中的承压能力、抗汽蚀和抗污染能力，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。
三、发明内容
本发明的目的就是为了克服现有离心泵技术存在的上述缺陷和不足而提供一种超临界CO2溶剂加压离心泵，通过端面径向迷宫式密封、推力轴承、向心轴承和凸缘法兰组合的密封轴承，简化了泵前端的结构，解决了超临界CO2溶剂高速转动轴的超大压差密封难题；径向迷宫式无接触密封减少了摩擦生热，避免了超临界CO2溶剂极易汽化造成泵汽蚀的难题；尾盖与泵体末端直连以及推力轴承与尾盖镶嵌配合，防止避免形成动密封泄露点，从而进一步提高了离心泵的密封性和承压能力；通过选用自润滑的密封轴承和组合轴承，避免使用润滑剂污染超临界CO2溶剂。
本发明的技术方案：
本发明提供超临界CO2溶剂加压离心泵，主要由超临界CO2溶剂进口、超临界CO2溶剂出口、泵体、叶轮、泵轴、组合轴承、密封轴承、尾盖、联轴器、电机等部件构成，泵体前端侧面设置超临界CO2溶剂进口，后端侧面为超临界CO2溶剂出口；泵轴从前端到后端依次组装组合轴承、叶轮和密封轴承，然后将组装好的泵轴从泵体壳程前端装入，泵轴前端的组合轴承与泵体后端直连的尾盖通过镶嵌形成配合，泵轴后端的密封轴承与泵体前端连接；泵轴前端顶部通过与联轴器与电机连接。
密封轴承主要由端面径向迷宫式密封、推力轴承和向心轴承组成，在T型内圈的前端面外侧沿径向依次设置环形齿的静环和推力轴承，在前端面内侧沿轴向设置着外径不小于前端面直径的向心轴承；П型外圈的后端面内侧沿径向设置环形齿的动环，动环的齿数比静环的齿数多一个；T型内圈和П型外圈装配形成密封轴承，环形齿的静环和动环凹凸配合，构成端面径向迷宫式密封，推力轴承作为端面径向迷宫式密封的限位，向心轴承成为密封轴承的滚动体。
密封轴承的外轮上带有或不带有凸缘法兰，组合轴承由推力轴承和向心轴承T型组合而成。
静环的齿数为3-35，用作叶轮前后的级间密封的齿数为3-6，用作轴端密封的齿数为6～35。
叶轮为开式、半开式或闭式，叶轮的级数不小于1。
泵体推力轴承的背面设有定位固定柱，尾盖设有相同个数的对应盲孔，安装时推力轴承的定位固定柱镶嵌入尾盖上对应的盲孔，定位的同时形成紧密配合固定。
四、附图说明
图1是本发明的超临界CO2溶剂加压离心泵结构示意图。
图2是本发明的超临界CO2溶剂加压离心泵的密封轴承结构示意图。
附图的图面设明如下：1.T型内圈、2.前端面、3.静环、4.推力轴承、5.向心轴承、6.П型外圈、7.后端面、8.动环、9.凸缘法兰、10.超临界CO2溶剂进口、11.超临界CO2溶剂出口、12.泵体、13.叶轮、14.泵轴、15.组合轴承、16.密封轴承、17.尾盖、18.联轴器、19.电机。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做出进一步的说明。
超临界CO2溶剂加压离心泵，主要由超临界CO2溶剂进口(10)、超临界CO2溶剂出口(11)、泵体(12)、叶轮(13)、泵轴(14)、组合轴承(15)、密封轴承(16)、尾盖(17)、联轴器(13)、电机(14)等部件构成，泵体(12)前端侧面设置临界CO2溶剂进口(10)，后端侧面临界CO2溶剂出口(11)；泵轴(14)从前端到后端依次组装组合轴承(15)、叶轮(13)和密封轴承(16)，然后将组装好的泵轴(14)从泵体(12)壳程前端装入，泵轴(14)前端的组合轴承(15)与泵体(14)后端直连的尾盖(17)通过镶嵌形成配合，泵轴(14)后端的密封轴承(16)与泵体(12)前端连接；泵轴(14)前端顶部通过与联轴器(18)与电机(19)连接。
密封轴承(16)主要由端面径向迷宫式密封、推力轴承(4)和向心轴承(5)组成，在T型内圈(1)的前端面(2)外侧沿径向依次设置环形齿的静环(3)和推力轴承(4)，在前端面(2)内侧沿轴向设置着外径不小于前端面(2)直径的向心轴承(5)；П型外圈(6)的后端面(7)内侧沿径向设置环形齿的动环(8)，动环(8)的齿数比静环(3)的齿数多一个；T型内圈(1)和П型外圈(6)装配形成密封轴承，环形齿的静环(3)和动环(8)凹凸配合，构成端面径向迷宫式密封，推力轴承(4)作为端面径向迷宫式密封的限位，向心轴承(5)成为密封轴承的滚动体。
密封轴承(16)的外轮上带有或不带有凸缘法兰(9)，组合轴承(15)由推力轴承和向心轴承T型组合而成。
静环(3)的齿数为3-35，用作叶轮前后的级间密封的齿数为3-6，用作轴端密封的齿数为6～35。
叶轮(13)为开式、半开式或闭式，叶轮(13)的级数不小于1。
泵体推力轴承(15)的背面设有定位固定柱，尾盖(17)设有相同个数的对应盲孔，安装时泵体推力轴承(15)的定位固定柱镶嵌入尾盖(17)上对应的盲孔，定位的同时形成紧密配合固定。
综上所述，本发明提供的一种超临界CO2溶剂加压离心泵，通过自润滑的密封轴承和泵体推力轴承以及尾盖直连，大大简化了泵结构，泵头体积仅为常规泵的1/2—2/3，使用压力高达40MPa以上，温度800℃以上，超临界CO2溶剂泄露量减少50％以上，使用寿命1倍以上，安装拆卸方便、造价也比较低，完全能够满足超临界CO2溶剂输送自润滑、大流量、无填充料、强密封性的需求。

Claims (6)

1.超临界CO2溶剂加压离心泵，其特征在于泵体前端侧面设置超临界CO2溶剂进口，后端侧面为超临界CO2溶剂出口；泵轴从前端到后端依次组装泵体推力轴承、叶轮和密封轴承，然后将组装好的泵轴从泵体壳程前端装入，泵轴前端的泵体推力轴承与泵体后端直连的尾盖通过镶嵌形成配合，泵轴后端的密封轴承与泵体前端连接；泵轴前端顶部通过与联轴器与电机连接。
2.根据权利要求书1所述的超临界CO2溶剂加压离心泵，其特征在于密封轴承主要由端面径向迷宫式密封、推力轴承和向心轴承组成，在T型内圈的前端面外侧沿径向依次设置环形齿的静环和推力轴承，在前端面内侧沿轴向设置着外径不小于前端面直径的向心轴承；П型外圈的后端面内侧沿径向设置环形齿的动环，动环的齿数比静环的齿数多一个；T型内圈和П型外圈装配形成密封轴承，环形齿的静环和动环凹凸配合，构成端面径向迷宫式密封，推力轴承作为端面径向迷宫式密封的限位，向心轴承成为密封轴承的滚动体。
3.根据权利要求书1所述的超临界CO2溶剂加压离心泵，其特征在于密封轴承的外轮上带有或不带有凸缘法兰，组合轴承由推力轴承和向心轴承T型组合而成。
4.根据权利要求书1所述的超临界CO2溶剂加压离心泵，其特征在于静环的齿数为3-35，用作叶轮前后的级间密封的齿数为3-6，用作轴端密封的齿数为6～35。
5.根据权利要求书1所述的超临界CO2溶剂加压离心泵，其特征在于叶轮为开式、半开式或闭式，叶轮的级数不小于1。
6.根据权利要求书1所述的超临界CO2溶剂加压离心泵，其特征在于泵体推力轴承的背面设有定位固定柱，尾盖设有相同个数的对应盲孔，安装时推力轴承的定位固定柱镶嵌入尾盖上对应的盲孔，定位的同时形成紧密配合固定。
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