CN111059065A - 一种海水淡化泵能量回收一体机动态性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海水淡化泵能量回收一体机动态性能测试装置，包括离心泵端回路、透平端回路及水膜轴承部分。离心泵端回路由水罐、两个压力表、电磁流量计、阀门组成。透平端回路由蓄水池、电动机变频器、多级离心泵、两个压力表、电磁流量计、阀门组成。水膜轴承部分由水膜轴承、振动传感器组成。本发明装置解决了海水淡化泵能量回收一体机中水膜轴承烧瓦的现象，保证水润滑轴承转子的稳定运行和安全；透平端流量可调，一体机可以缓慢启动，避免出现振动等不稳定现象，也可以调节一体机的运行工况，进行多种工况下动态性能的测试；采用振动传感器测量一体机的转速，可以简化一体机水力流道设计，使得装置简单、操作方便。

Description

一种海水淡化泵能量回收一体机动态性能测试装置

技术领域

本发明涉及一种海水淡化泵能量回收一体机的动态性能测试装置，属于海水淡化泵一体机测试技术领域。

背景技术

海水淡化泵能量回收一体机是海水淡化工程中，回收高压浓盐水的能量、降低能耗的关键性能量回收设备。其工作原理是采用水力透平原理，能量回收一体机主要包括泵和透平两部分，这两部分在一个壳体中以轴相连同步工作。泵部分是一个单级离心泵，带有叶片，该叶片固定在透平轴上，整个旋转部分是一个动平衡单元，未透过海水淡化膜的高压浓盐水进入能量回收器的透平部分，透平的旋转带动同轴的泵运转，从而将通过泵的低压海水增压。且支承透平与泵的主轴为水润滑轴承。所以，海水淡化泵能量回收一体机的动态性能参数对一体机的稳定运行及运行工况的调整是非常重要的。由于一体机的结构紧凑，转速较高，透平与泵同轴，且主轴采用水润滑轴承，因而测量海水淡化泵能量回收一体机的压力、压差、流量和转速等动态性能参数具有很大的困难。

发明内容

本发明的目的在于提供本一种海水淡化泵能量回收一体机动态性能测试装置。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种海水淡化泵能量回收一体机动态性能测试装置，包括透平叶轮和离心泵叶片，所述透平叶轮和离心泵叶片均安装在同一个透平轴上，所述透平轴安装在水膜轴承内，所述透平叶轮的进口管路上设置有第一压力表和第一电磁流量计，所述透平叶轮的出口管路上设置有第二压力计；所述离心泵叶片的进口管路上设置有第四压力计和第二电磁流量计，所述离心泵叶片的出口管路上设置有第三压力计。

上述方案中，所述离心泵叶片的出口管路和进口管路均与水罐连接，所述所述透平叶轮的进口管路和出口管路均与蓄水池连接。

上述方案中，所述透平叶轮的进口管路上还安装有多级离心泵，所述多级离心泵的驱动电机上安装有电机变频器。

上述方案中，所述多级离心泵和所述蓄水池之间安装有第一阀门，所述离心泵叶片的进口管路和所述水罐之间安装有第二阀门。

上述方案中，所述水膜轴承处安装有振动传感器。

本发明的有益效果：（1）在离心泵叶轮的入口处引入水罐，水罐提供水膜轴承的水源，模拟海水中的环境。由于水膜轴承间隙小，转速特别高，使水膜轴承处于绝对水浸润状态，可以避免出现轴承干磨、散热不良烧毁轴瓦的现象。（2）在离心泵叶轮处的进口管路和出口管路处各装有一个压力计，且在离心泵叶轮处的进口管路装有第二电磁流量计，可测量海水经过离心泵之后压力的增加值以及需进行淡化的海水压力是否达到要求。通过调节离心泵叶轮进口管前的第二阀门可以调节进入离心泵的海水流量大小，由此配合透平端的轴功率使之海水增压达到所需压力。（3）透平叶轮的进口管路处引入多级离心泵模拟工程中未透过淡化膜的高压海水，多级离心泵的电动机装有电机变频器，通过调节电机变频器使离心泵缓慢启动，避免常规电动机启动带来的流量、压力剧烈变化导致的振动、噪音以及一体机的性能不稳定现象，避免出现透平出力和离心泵端带负荷不均匀导致的机组运行不稳定以及轴承断裂的现象。（4）在透平叶轮的进口管路和出口管路处各装有一个压力计，且在透平叶轮的进口管路处装有第一电磁流量计，这样就可以测得海水经过透平之后的压差，用于估测透平出力大小，通过调节第一阀门控制进入透平的流量，使透平出力和离心泵所带负荷相匹配，轴承偏心距达到最小，从而保证海水淡化泵能量回收一体机稳定运行。（5）该海水淡化泵通过在水膜轴承处布置振动传感器，由轴承振动频率推知转子转速，实现一体机转速的测量。该方法将测量装置布置在一体机外壳处，而非一体机内部，从而避免对流道设计的干扰。（6）离心泵端引入水罐，这样可以避免水膜轴承干磨出现轴瓦烧毁的现象。（7）在透平端引入带电机变频器的多级离心泵，以及通过在透平进口管路设置第一阀门、在离心泵进口管路设置第二阀门，可以实现在多种工况下进行测试。

附图说明

图1是海水淡化泵能量回收一体机动态性能测试装置系统示意图；

图2是离心泵端系统示意图；

图3是透平端系统示意图；

图4是水膜轴承示意图；

图5是变频器示意图；

图6是海水淡化泵能量回收装置结构简图。

图中，1.第一阀门，2.多级离心泵，3.电机变频器，4.第一压力计，5.第一电磁流量计，6.第二压力计，7.蓄水池，8.振动传感器，9.透平叶轮，10.水膜轴承，11离心泵叶轮，12.第三压力计，13.第二电磁流量计，14.第四压力计，15.第二阀门，16.水罐。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

请参见附图1和附图6，本实施例提供的一种海水淡化泵能量回收一体机动态性能测试装置，包括透平叶轮9和离心泵叶片11，所述透平叶轮9和离心泵叶片11均安装在同一个透平轴上，所述透平轴安装在水膜轴承10内，所述透平叶轮9的进口管路和出口管路均与蓄水池7连接，所述透平叶轮9的进口管路上设置有第一压力表4、第一电磁流量计5和多级离心泵2，所述多级离心泵2的驱动电机上安装有电机变频器3，所述多级离心泵2和所述蓄水池7之间安装有第一阀门1，所述透平叶轮9的出口管路上设置有第二压力计6；所述离心泵叶片11的出口管路和进口管路均与水罐16连接，所述离心泵叶片11的进口管路上设置有第四压力计14和第二电磁流量计13，所述离心泵叶片11的出口管路上设置有第三压力计12。所述离心泵叶片11的进口管路和所述水罐16之间安装有第二阀门15。所述水膜轴承10处安装有振动传感器8。

运行机理：带有电机变频器3的多级离心泵2缓慢启动，随多级离心泵2转速的变化以及第一压力计4和第二压力计6的变化情况调节第一阀门1使之经过透平叶轮9的流量与透平的出力相匹配，保证一体机的稳定性以及减小噪音。随着透平端出力工况的变化，由离心泵叶轮11端的第三压力表12、第四压力表14和第二电磁流量计13参数调节第二阀门15，使离心泵11的负荷与透平端的出力相平衡，从而保证水膜轴承10的偏心距达到最小，使一体机稳定运行。由于海水淡化泵能量回收一体机的轴承采用水膜支承的轴承，该水膜轴承10与轴瓦之间的距离间隙非常小，转速非常高，为防止水膜轴承温度过高导致轴瓦烧毁的现象，在测试装置启动之前，首先在水罐16中加满水，打开第二阀门15，使水膜轴承处于绝对水浸润状态，从而保证水膜轴承的冷却和润滑。

透平端的启动和流量调节，请参见附图3，使蓄水池中蓄满测试所需水量，打开第一阀门1，启动多级离心泵2并调节变频器3，使多级离心泵的转速至最小状态,待一体机运行稳定之后，观察透平端第一压力计4和出口第二压力计6的示数变化，待示数稳定之后，根据第一电磁流量计5的示数5，调节第一阀门1，调节透平端的流量。

离心泵的调节，请参见附图2，待透平端的流量达到所设定的目标值附近时，缓慢调节第二阀门15，观察离心泵叶轮11侧的第四压力计14和出口第三压力计12，经过单位换算可得出经过离心泵增压的海水是否达到所需压力标准，通过第二电磁流量计13的示数可得出通过离心泵的流量大小。

主轴转速的测量，请参见附图4和附图6，在水膜轴承10壳体外部布置振动传感器8，待透平和离心泵处于平衡状态时，主轴的转速基本处于稳定状态，此时，振动传感器开始采集数据。由于主轴是回转体，所以待一体机运行稳定之后，主轴的振动频谱也是稳定的，将采集到的频谱进行分析即可得到主轴的旋转频率，进而得到一体机的转速。使用振动传感器测量转速的优点是不用改变一体机内部流道的设计，不影响水力性能，测量装置布置简单方便。

请参见附图5，在多级离心泵的电机装有电机变频器3，通过电机变频器3调节多级离心泵2的转速，使得多级离心泵可以缓慢启动，避免由于剧烈启动而导致的机组振动及不稳定现象；通过变频器也可调节多级离心泵的转速，使得一体机可以在多种工况下运行。

Claims (5)

1.一种海水淡化泵能量回收一体机动态性能测试装置，包括透平叶轮（9）和离心泵叶片（11），所述透平叶轮（9）和离心泵叶片（11）均安装在同一个透平轴上，所述透平轴安装在水膜轴承（10）内，其特征在于，所述透平叶轮（9）的进口管路上设置有第一压力表（4）和第一电磁流量计（5），所述透平叶轮（9）的出口管路上设置有第二压力计（6）；所述离心泵叶片（11）的进口管路上设置有第四压力计（14）和第二电磁流量计（13），所述离心泵叶片（11）的出口管路上设置有第三压力计（12）。

2.根据权利要1所述的一种海水淡化泵能量回收一体机动态性能测试装置，其特征在于，所述离心泵叶片（11）的出口管路和进口管路均与水罐（16）连接，所述所述透平叶轮（9）的进口管路和出口管路均与蓄水池（7）连接。

3.根据权利要2所述的一种海水淡化泵能量回收一体机动态性能测试装置，其特征在于，所述透平叶轮（9）的进口管路上还安装有多级离心泵（2），所述多级离心泵（2）的驱动电机上安装有电机变频器（3）。

4.根据权利要求3所述的一种海水淡化泵能量回收一体机动态性能测试装置，其特征在于，所述多级离心泵（2）和所述蓄水池（7）之间安装有第一阀门（1），所述离心泵叶片（11）的进口管路和所述水罐（16）之间安装有第二阀门（15）。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种海水淡化泵能量回收一体机动态性能测试装置，其特征在于，所述水膜轴承（10）处安装有振动传感器（8）。

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