專利名稱：Lng潛液泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種LNG潛液泵。
背景技術(shù)：
LNG是液化天然氣(Liquefied Natural Gas, LNG)的簡稱,常壓下將天然氣冷凍到-162°C左右，可使其變?yōu)橐后w即液化天然氣。它是天然氣經(jīng)過浄化(脫水、脫烴、脫酸性氣體)后，采用節(jié)流，膨脹和外加冷源制冷的エ藝使甲烷變成液體而形成的。LNG的體積約 為其氣態(tài)體積的I / 620。因此液化天然氣是天然氣儲存和運(yùn)輸?shù)挠行Х绞?，近年來得到了迅速的發(fā)展。LNG作為新型汽車燃料在國內(nèi)推廣應(yīng)用，前景是相當(dāng)可觀的。LNG汽車加氣站的主要設(shè)備有LNG儲罐、LNG低溫泵和LNG加氣機(jī)。LNG儲罐是一種雙層真空絕熱容器，目前國內(nèi)技術(shù)成熟，能夠生產(chǎn)50 200m3大小的罐。而LNG低溫泵和LNG加氣機(jī)設(shè)備的開發(fā)，國內(nèi)起步較晩，目前主要依賴進(jìn)ロ。LNG潛液泵是ー種將泵與電機(jī)整體安裝在密封金屬容器內(nèi)，能夠做到零泄漏，避免產(chǎn)生爆炸性環(huán)境，消除引燃條件的輸送液化天然氣及相關(guān)低溫液體的核心動カ輸出設(shè)備，目前自主研制需要解決的關(guān)鍵問題包括LNG潛液泵電氣設(shè)備研究，主要是低溫電絕緣材料和低溫電纜的研究、電氣連接處的密封技術(shù)研究、潛液式電機(jī)的潤滑冷卻技術(shù)研究和電機(jī)低溫工作特性研究幾個方面；LNG潛液泵泵體研究，主要是LNG在泵內(nèi)汽蝕規(guī)律研究，低溫潛液泵葉輪及誘導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化以及LNG潛液泵自平衡機(jī)構(gòu)的研究。LNG潛液泵的最大特點(diǎn)是泵與電機(jī)整體安裝在ー個密封的金屬容器內(nèi)，葉輪直接安裝在電動機(jī)的主軸上，從而成為ー個整體而無需軸封，因此不存在LNG的泄漏問題。由于LNG的低溫和易燃的特性，輸送泵不僅要能承受低溫的性能，而且對泵的氣密性和電氣安全性能要求更高。由于泵的進(jìn)、出口用法蘭結(jié)構(gòu)與輸送管路相連，所以其密封問題就是電氣連接處的密封。此外,低溫LNG中的電機(jī)潤滑和冷卻、泵體中可能發(fā)生的LNG氣化、電機(jī)轉(zhuǎn)子與泵體葉輪共用同一根軸所帶來的平衡性問題等，成為LNG潛液泵不同于一般泵體的主要特點(diǎn)，解決這些問題是研制LNG潛液泵的關(guān)鍵所在。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供ー種LNG潛液泵，其結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，具有良好的密封性、平衡性，在低溫條件長期安全運(yùn)行。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問采用的技術(shù)方案這種LNG潛液泵，包括殼體，殼體上設(shè)有進(jìn)液ロ、進(jìn)氣ロ、排液ロ，殼體內(nèi)設(shè)有泵夾套，殼體與泵夾套之間設(shè)有真空夾層，泵夾套內(nèi)設(shè)有泵體，泵體上的輸液管連接在排液口上，其中殼體上設(shè)有伸入泵夾套內(nèi)的排液管，排液管的底端位于泵夾套的底部。泵體包括泵軸，泵軸安裝在固定板的軸承上，其中固定板上設(shè)有安裝在泵軸外的推力平衡機(jī)構(gòu)，推力平衡機(jī)構(gòu)下方設(shè)有節(jié)流環(huán)，其中推力平衡機(jī)構(gòu)、泵體與節(jié)流環(huán)之間的連接處分別設(shè)有上磨損環(huán)、下磨損環(huán)。對于軸向推力的平衡采用了推力平衡機(jī)構(gòu)TEM(ThrustEqualizing Mechanism)來平衡軸向推力，TEM的上磨損環(huán)直徑大于下磨損環(huán),致使高速轉(zhuǎn)動過程中合力向上，因此泵軸上的所有轉(zhuǎn)動部件向上移動，此時葉輪的節(jié)流環(huán)調(diào)節(jié)縮小它與固定板的間距，限制通過磨損環(huán)的流動，并引起上閘室壓力増加。由于上閘室壓カ的增カロ，此時推力向下，旋轉(zhuǎn)部件又向下移動，因此固定板與葉輪節(jié)流環(huán)間的距離變大，上閘室壓カ減小。經(jīng)過TEM反復(fù)連續(xù)的自調(diào)節(jié)，可以使利用LNG潤滑的球形推力軸承在零軸向推力狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，大大地提高了軸承的可靠性，并延長了 LNG潛液泵的使用壽命。泵體上通向殼體外的電纜，其中殼體上密封安裝有連接電纜的防爆接線盒。由于電機(jī)的動カ電纜需要外接，動カ電纜的對外封裝需要絕對的密封。為了適應(yīng)低溫環(huán)境，電纜采用聚酯帶與聚こ烯復(fù)合紙作為絕緣層，可使其耐低溫，不易老化變形。由殼體外接的動カ電纜部分的密封采用雙O型圈密封、壓緊密封和自緊密封相結(jié)合的特殊密封，確保密封可靠，為減少接線環(huán)節(jié)，定子與殼體之間的連接采取漆包線直接做絕緣處理后卡接在銅接線柱上，有防爆接線盒接在密封裝置后，以防止LNG沿著電纜從連接處泄漏到接線盒遇到火花發(fā)生爆炸，為達(dá)到密封防爆作用，設(shè)計時在外接電纜與接線盒處設(shè)置二道氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)，阻斷LNG可能的泄漏通道。如果第一道N2保護(hù)失效，第二道N2密封系統(tǒng)仍可正常エ作，而第一道N2保護(hù)失效時其壓力有顯著變化，由此向安全監(jiān)測裝置報警。
·[0008]本實(shí)用新型有益的效果是本實(shí)用新型采用離心式結(jié)構(gòu)泵體，轉(zhuǎn)速高、重量輕，設(shè)計的LNG潛液泵工作運(yùn)行過程穩(wěn)定可靠，無泄漏，電機(jī)在低溫環(huán)境下的工作運(yùn)行狀態(tài)良好，動カ電纜的對外密封可靠安全，不存在燃燒爆炸問題，電機(jī)軸承潤滑充分，泵受熱應(yīng)カ的影響小。其結(jié)構(gòu)設(shè)計為屏蔽電機(jī)和泵體全部浸沒在低溫液體中，達(dá)到零泄漏的方式。該泵將滿足流量大，出ロ壓カ高的要求，結(jié)構(gòu)和整體性能良好，可廣泛應(yīng)用于各種低溫エ藝過程中。

圖I為本實(shí)用新型整體的剖視圖；圖2為本實(shí)用新型泵體局部的剖視圖。附圖標(biāo)記說明殼體1，泵夾套2，真空夾層3，泵體4，輸液管4-1，進(jìn)液ロ 5，進(jìn)氣ロ 6，排液ロ 7，防爆接線盒8，電纜9，排液管10，泵軸11，軸承12，固定板13，推力平衡機(jī)構(gòu)14，節(jié)流環(huán)15，上磨損環(huán)16，下磨損環(huán)17。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)ー步說明參照附圖這種LNG潛液泵，包括殼體1，殼體I上設(shè)有進(jìn)液ロ 5、進(jìn)氣ロ 6、排液ロ7，殼體I內(nèi)設(shè)有泵夾套2，殼體I與泵夾套2之間設(shè)有真空夾層3，泵夾套2內(nèi)設(shè)有泵體4，泵體4上的輸液管4-1連接在排液ロ 7上，其中殼體I上設(shè)有伸入泵夾套2內(nèi)的排液管10，排液管10的底端位于泵夾套2的底部。泵體4包括泵軸11，泵軸11安裝在固定板13的軸承12上，其中固定板13上設(shè)有安裝在泵軸4外的推力平衡機(jī)構(gòu)14，推力平衡機(jī)構(gòu)14下方設(shè)有節(jié)流環(huán)15，其中推力平衡機(jī)構(gòu)14、泵體4與節(jié)流環(huán)15之間的連接處分別設(shè)有上磨損環(huán)16、下磨損環(huán)17。泵體4上設(shè)有通向殼體I外的電纜9，其中殼體I上密封安裝有連接電纜9的防瀑接線盒8。I. I低溫潛液電機(jī)的相關(guān)問題解決[0015]由于電機(jī)浸入低溫液體中，就需要保證電機(jī)在低溫液體中不能被擊穿，首先是定子和轉(zhuǎn)子之間不能被擊穿，然后就是匝間線之間不能被擊穿。通過對電機(jī)的矽鋼片間隙做絕緣處理，電纜線圈采用樹脂絕緣漆的漆包線，并通過液氮對樹脂絕緣漆的漆包線進(jìn)行低溫處理，確保電機(jī)絕緣性能，電機(jī)定子空間作低溫膠發(fā)泡處理，防止發(fā)生局部放電和電暈對繞組造成破壞。由于電機(jī)的動カ電纜需要外 接，動カ電纜的對外封裝需要絕對的密封。為了適應(yīng)低溫環(huán)境，電纜采用聚酯帶與聚こ烯復(fù)合紙作為絕緣層，可使其耐低溫，不易老化變形。由殼體外接的動カ電纜部分的密封采用雙O型圈密封、壓緊密封和自緊密封相結(jié)合的特殊密封，確保密封可靠，為減少接線環(huán)節(jié)，定子與殼體之間的連接采取漆包線直接做絕緣處理后卡接在銅接線柱上，有防爆接線盒接在密封裝置后，以防止LNG沿著電纜從連接處泄漏到接線盒遇到火花發(fā)生爆炸，為達(dá)到密封防爆作用，設(shè)計時在外接電纜與接線盒處設(shè)置二道氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)，阻斷LNG可能的泄漏通道。如果第一道N2保護(hù)失效，第二道N2密封系統(tǒng)仍可正常工作，而第一道N2保護(hù)失效時其壓力有顯著變化，由此向安全監(jiān)測裝置報警。1.2 LNG潛液泵的平衡問題解決在設(shè)計LNG潛液泵時須考慮到流體和機(jī)械方面由于カ不平衡所產(chǎn)生的負(fù)面影響，在設(shè)計和制造時，就應(yīng)盡可能的消除非平衡力。由于LNG潛液泵的結(jié)構(gòu)是電機(jī)與葉輪同軸，因此在電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的軸向推力和徑向カ受カ不平衡會直接影響泵和電機(jī)的使用壽命，而且在-196°C的深冷環(huán)境下此深冷環(huán)境下，軸承不能采用潤滑油潤滑，而是引入少量的LNG沖洗以避免軸承發(fā)熱和潤滑的作用，軸向推力和徑向カ影響液膜的狀態(tài)，極易造成嚴(yán)重的磨損。對于軸向推力的平衡采用了推力平衡機(jī)構(gòu)(Thrust Equalizing Mechanism,TEM)來平衡軸向推力，如附圖2所示TEM的上磨損環(huán)直徑大于下磨損環(huán)，致使高速轉(zhuǎn)動過程中合力向上，因此泵軸上的所有轉(zhuǎn)動部件向上移動，此時葉輪的節(jié)流環(huán)調(diào)節(jié)縮小它與固定板的間距，限制通過磨損環(huán)的流動，并引起上閘室壓力増加。由于上閘室壓カ的増加，此時推力向下，旋轉(zhuǎn)部件又向下移動，因此固定板與葉輪節(jié)流環(huán)間的距離變大，上閘室壓カ減小。經(jīng)過TEM反復(fù)連續(xù)的自調(diào)節(jié)，可以使利用LNG潤滑的球形推力軸承在零軸向推力狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，大大地提高了軸承的可靠性，并延長了 LNG潛液泵的使用壽命。徑向カ的平衡采用對稱擴(kuò)散器葉片來實(shí)現(xiàn)，低溫的LNG從葉輪中流出后進(jìn)入軸向的擴(kuò)散器，軸向擴(kuò)散器具有良好的水力対稱性。由于擴(kuò)散器與流體是對稱的，在其流量范圍下具有完美的液壓對稱性。當(dāng)泵達(dá)到設(shè)計流量時，潛液式LNG泵作用在葉輪上的徑向カ理論上為零。1.3氣蝕問題的解決為了防止在泵的吸入ロ產(chǎn)生氣蝕，減少流體在吸入ロ的阻力，在吸入ロ設(shè)置了螺旋狀導(dǎo)流器。整個泵安裝在ー個不銹鋼容器內(nèi)，不銹鋼容器具有氣、液分離作用，按照壓力容器標(biāo)準(zhǔn)制造。泵的吸入ロ位于較低的位置，保證吸入ロ處于液體中。螺旋狀導(dǎo)流器和不銹鋼容器的應(yīng)用，使得LNG泵能夠達(dá)到應(yīng)有的凈吸入壓頭(NPSHR),這有利于改善水利特性，降低泵對凈吸入壓頭的要求，防止在泵的吸入ロ產(chǎn)生氣蝕。1. 4熱應(yīng)カ問題的解決當(dāng)LNG潛液泵啟動時，熱應(yīng)力的作用可能會導(dǎo)致泵出現(xiàn)裂紋和抱死不能轉(zhuǎn)動等現(xiàn)象而損害泵。為了防止這種現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)上可以采用懸壁型，使得在低溫環(huán)境下整體向頂部收縮，泵體配合部位選用熱膨脹系數(shù)相近的材料，避免低溫環(huán)境下收縮程度不同產(chǎn)生抱死裂紋現(xiàn)象；同時通過溫度傳感器實(shí)時監(jiān)控泵出口溫度，根據(jù)出口溫度溫度顯示，調(diào)整泵前后閥門，控制泵預(yù)冷時間，實(shí)驗(yàn)表明這種方法解決熱應(yīng)カ問題時顯得相當(dāng)有效。雖然本實(shí)用新型已通過參考優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行了圖示和描述，但是，本專業(yè)普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，可作形式和細(xì)節(jié)上的各種各樣變化。
權(quán)利要求1.ー種LNG潛液泵，包括殼體(I)，殼體(I)上設(shè)有進(jìn)液ロ(5)、進(jìn)氣ロ(6)、排液ロ(7)，其特征是所述殼體(I)內(nèi)設(shè)有泵夾套(2)，殼體(I)與泵夾套(2)之間設(shè)有真空夾層(3)，泵夾套(2)內(nèi)設(shè)有泵體(4)，泵體(4)上的輸液管(4-1)連接在排液ロ(7)上，所述殼體(I)上設(shè)有伸入泵夾套(2)內(nèi)的排液管(10)，排液管(10)的底端位于泵夾套(2)的底部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LNG潛液泵，其特征是所述泵體(4)包括泵軸(11)，泵軸(11)安裝在固定板(13)的軸承(12)上，所述固定板(13)上設(shè)有安裝在泵軸(4)外的推力平衡機(jī)構(gòu)(14)，推力平衡機(jī)構(gòu)(14)下方設(shè)有節(jié)流環(huán)(15)，所述推力平衡機(jī)構(gòu)(14)、泵體(4)與節(jié)流環(huán)(15)之間的連接處分別設(shè)有上磨損環(huán)(16)、下磨損環(huán)(17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LNG潛液泵，其特征是所述泵體(4)上設(shè)有通向殼體(I)夕卜的電纜(9 )，所述殼體(I)上密封安裝有連接電纜(9 )的防爆接線盒(8 )。
專利摘要一種LNG潛液泵，包括殼體，殼體上設(shè)有進(jìn)液口、進(jìn)氣口、排液口，殼體內(nèi)設(shè)有泵夾套，殼體與泵夾套之間設(shè)有真空夾層，泵夾套內(nèi)設(shè)有泵體，泵體上的輸液管連接在排液口上，其中殼體上設(shè)有伸入泵夾套內(nèi)的排液管，排液管的底端位于泵夾套的底部。本實(shí)用新型采用離心式結(jié)構(gòu)泵體，轉(zhuǎn)速高、重量輕，設(shè)計的LNG潛液泵工作運(yùn)行過程穩(wěn)定可靠，無泄漏，電機(jī)在低溫環(huán)境下的工作運(yùn)行狀態(tài)良好，動力電纜的對外密封可靠安全，不存在燃燒爆炸問題，電機(jī)軸承潤滑充分，泵受熱應(yīng)力的影響小。其結(jié)構(gòu)設(shè)計為屏蔽電機(jī)和泵體全部浸沒在低溫液體中，達(dá)到零泄漏的方式。該泵將滿足流量大，出口壓力高的要求，結(jié)構(gòu)和整體性能良好，可廣泛應(yīng)用于各種低溫工藝過程中。
文檔編號F04D29/42GK202483903SQ20122006774
公開日2012年10月10日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者善盈盈, 張煒, 王循明, 祝勇仁, 鄧勁蓮, 韓澎 申請人:浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院