屏蔽泵簡史簡
屏蔽泵的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。1944年,海沃德、泰勒公司研制成功了濕式屏蔽泵,是世界上第一臺無密封泵,電機為濕式。1947年,第一臺干式屏蔽泵產(chǎn)生于美國。
其實,屏蔽泵的發(fā)展還與核電技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。
20世紀50年代,出于安全考慮,開發(fā)了全封閉運行回路。就在那時,自1914年以來就廣為人知的屏蔽電機的設(shè)計原理得到了實際應(yīng)用。
此后不久,化學工業(yè)認識到這種泵的優(yōu)點。事實上,不斷增長的需求為屏蔽泵的制造創(chuàng)造了廣泛的經(jīng)濟基礎(chǔ)。
到20世紀60年代,屏蔽泵已發(fā)展到標準化的程度。在工業(yè)國家和發(fā)展中國家,人口不斷增長和生活水平不斷提高,需要創(chuàng)新技術(shù)來解決日益緊迫的環(huán)境保護問題。屏蔽泵越來越多地成為選擇的對象。
不可否認,在過去的三十年中,機械軸封領(lǐng)域取得了很大進展。然而,自20世紀70年代中期開始,環(huán)境因素、行業(yè)整合和流程自動化變得越來越重要。正是在這種情況下,在廣泛的流體傳輸過程中,傳統(tǒng)的密封類型要么安全性不足,要么存在無法再容忍的污染和損失問題。
在很多情況下,密封支持和監(jiān)測系統(tǒng)的成本與潛在的成功不成比例。因為只要存在磨損,就一定會出現(xiàn)故障。在某些行業(yè)中,傳統(tǒng)密封的泵會危及人的生命和有形資產(chǎn)。因此,傳統(tǒng)的密封泵并不總是“最佳可選用技術(shù)”。
工作原理
屏蔽泵是一種無密封泵,泵頭和電機都被封閉在一只被泵送介質(zhì)充滿的壓力容器內(nèi),此壓力容器只有靜密封。屏蔽泵的葉輪和電機的轉(zhuǎn)子固定在同一根軸上,利用屏蔽套將電機的轉(zhuǎn)子和定子隔開,轉(zhuǎn)子在被輸送的介質(zhì)中運轉(zhuǎn),其動力通過定子磁場傳遞給轉(zhuǎn)子。
當泵殼體內(nèi)充滿液體時,由于葉輪的高速旋轉(zhuǎn),葉片撥動液體旋轉(zhuǎn),使液體產(chǎn)生離心力,在離心力驅(qū)使下液體沿葉片流道被甩向葉輪外緣,經(jīng)蝸殼流向泵出口。在液體被甩向葉輪外緣的同時,葉輪入口中心處將形成真空,與進口管線中液體之間產(chǎn)生壓差,液體在這個壓差的作用下不斷的補充到泵內(nèi),從而使泵連續(xù)不斷地輸出液體。
結(jié)構(gòu)
屏蔽泵屬于離心泵的一種特殊型式,其泵頭結(jié)構(gòu)與普通離心泵相同,區(qū)別在于驅(qū)動電機。屏蔽泵的電機完全封閉在隔離套或屏蔽套內(nèi),防泄漏主要依靠內(nèi)部的防腐蝕屏蔽套。屏蔽套采用密封焊接,保證定子繞組和轉(zhuǎn)子鐵芯不浸入工作液體。屏蔽泵不用加油潤滑,其軸承是靠泵送介質(zhì)循環(huán)潤滑,這就決定了中心軸為空心軸,以便于潤滑工作液的回流。
屏蔽泵主要由泵體(蝸殼)、葉輪、軸、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子屏蔽套、定子、定子屏蔽套、軸套、軸承、止推環(huán)等零部件組成。
圖1:屏蔽泵結(jié)構(gòu)示意圖
1. 葉輪
它是屏蔽泵內(nèi)傳遞能量給液體的唯一元件,葉輪用鍵固定在軸上,隨軸由原動機帶動旋轉(zhuǎn),通過葉片將原動機的能量傳給液體。葉輪的作用是將原動機的機械能直接傳給液體,以增加液體的靜壓能和動能(主要增加靜壓能)。
2. 軸承
電機內(nèi)腔與泵的內(nèi)腔相通,其中充滿了泵送介質(zhì),而與外界隔絕。因此,屏蔽泵的軸承不同于普通離心泵組的軸承,它需要用泵送介質(zhì)來潤滑。
由于轉(zhuǎn)子較長,屏蔽泵需設(shè)前后兩只滑動軸承。屏蔽泵的滑動軸承較多地采用石墨材質(zhì)。石墨滑動軸承與表面堆焊鎢、鉻、鈷等硬質(zhì)合金或等離子噴涂氮化硅一類硬質(zhì)合金制成的軸套組成摩擦副。
也有些屏蔽泵廠商,采用純燒結(jié)α級碳化硅材質(zhì)或其它材質(zhì)。
圖2:帶外部冷卻器的屏蔽泵
3. 屏蔽套
屏蔽泵通常有兩個屏蔽套,即定子屏蔽套和轉(zhuǎn)子屏蔽套。用來防止工作介質(zhì)浸入定子繞組和轉(zhuǎn)子鐵芯,其厚度一般為0.4~0.7mm。由于屏蔽套的存在,使電機定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙加大,造成屏蔽電機的性能下降,同時在屏蔽套中還會產(chǎn)生渦流,增加了功率損耗。對于屏蔽泵,其屏蔽套應(yīng)選用耐腐蝕性好、強度高的非導(dǎo)磁材料,定子屏蔽套優(yōu)先選用哈氏合金。轉(zhuǎn)子屏蔽套一般選用哈氏合金或奧氏體不銹鋼。
4. 屏蔽泵的類型
根據(jù)被輸送液體的溫度、壓力、有否顆粒和粘度高低等不同要求,屏蔽泵一般可分為基本型(標準型)、逆循環(huán)型、高溫型、高融點型、高壓型、自吸型、液下型、泥漿型、高壓管路型,以及專為船舶、核電站、儲能和吸收制冷裝置用的各種類型屏蔽泵。泵部分可以是單級或多級設(shè)計,泵葉輪(或多級泵上的葉輪)安裝在共用泵和電機軸的懸臂端;安裝方式分為立式和臥式兩種。
圖3:高壓型屏蔽泵
泵保護系統(tǒng)
為提高使用壽命和運轉(zhuǎn)的安全性,屏蔽泵通常都設(shè)有下列保護裝置:
1. 軸承磨損監(jiān)測器
軸承磨損監(jiān)測器有機械式、電氣式、機械電氣式等型式。當屏蔽泵運轉(zhuǎn)時,可以通過軸承磨損監(jiān)測器隨時監(jiān)視軸承的運轉(zhuǎn)情況,當軸承磨損較大時就要停車檢修或更換軸承,在運轉(zhuǎn)時若發(fā)生軸承損壞則立即停車。?
2. 電流保護器??
屏蔽泵在無液情況下空運轉(zhuǎn)時,會造成軸承損壞。當流量大幅度下降時,電流也會大大降低,此時電流保護器可自動動作而停機。同樣,在負載過大時,電流增加較多,電流保護器也會動作,自動切斷電流,使電機停止運轉(zhuǎn),防止事故發(fā)生。?
除以上兩種保護裝置外,如果需要,屏蔽泵還可配熱交換能力監(jiān)測器、液面監(jiān)測器或在電機內(nèi)部裝有內(nèi)壓保護器等,以滿足不同用途屏蔽泵安全保護的需要。
屏蔽泵優(yōu)缺點
與傳統(tǒng)的API 610泵相比,具有很多優(yōu)點:
1) 無泄漏。電機與泵一體化結(jié)構(gòu),全部采用靜密封,使泵完全無泄漏。
2) 低噪聲。電機取消了冷卻風扇、無滾動軸承,泵處于低噪聲(靜音)運行。
3) 無需對中。可像閥門或過濾器一樣安裝于管路上,安裝方便快捷。
4) 不需要加潤滑油。由于無滾動軸承,故不需要加注潤滑油(脂)。
5) 屏蔽泵的設(shè)計允許管口載荷明顯高于同等API 610泵,歐洲屏蔽泵制造商能夠提供三到四倍API 610標準允許的接管載荷。
6) 可以無基礎(chǔ)、無需灌漿。對底板和基礎(chǔ)要求低,歐洲制造商建議不要固定屏蔽泵底板,而允許其隨管道浮動??梢燥@著節(jié)省管道成本。
7) 結(jié)構(gòu)緊湊占地少。電機與泵一體化結(jié)構(gòu),非常緊湊,體積小、重量輕、占地少。
8) 維護成本低。易損件少(無動密封),運行及維護成本低。
9) 安全性高。轉(zhuǎn)子和定子各有一個屏蔽套,使電機轉(zhuǎn)子和定子不與介質(zhì)接觸,即使屏蔽套破裂,也不會產(chǎn)生對外泄漏的危險。
10) 使用范圍廣。對高溫、高壓、低溫、高熔點等各種工況均能滿足要求。
屏蔽泵的缺點:
1) 由于屏蔽泵采用泵送介質(zhì)來潤滑軸承,因此潤滑性差的介質(zhì)不宜采用屏蔽泵輸送。一般適用于屏蔽泵的介質(zhì)粘度為0.1 mPa·s~20 mPa·s。
2) 如果長時間在小流量工況下運行,屏蔽泵的效率較低,會導(dǎo)致發(fā)熱、使液體汽化,而造成泵干轉(zhuǎn),進而損壞滑動軸承。
3) 屏蔽泵的效率通常會低于普通離心泵。
屏蔽泵選用注意事項
選用屏蔽泵時還應(yīng)注意的事項:
1) 對于滑動軸承為石墨材質(zhì)的屏蔽泵,應(yīng)設(shè)軸承磨損監(jiān)測儀表。監(jiān)測儀表的具體形式(機械式、電氣式、機械電氣式等)由買賣雙方共同商定。?
2) 屏蔽泵使用時,應(yīng)定期檢查電流、軸承磨損情況、是否滲漏運行、是否平穩(wěn)、振動和噪聲是否正常等。
3) 買方應(yīng)留意屏蔽泵的排氣問題。重載荷屏蔽泵最好應(yīng)為自排氣型;中、輕載荷屏蔽泵也宜為自排氣型。如果買方有經(jīng)驗,且經(jīng)買方同意,才允許采用手動排氣型。對于手動排氣型無密封離心泵,賣方必須在泵的醒目之處懸掛“警示”標簽,以提醒買方在開車前及維修前后手動排氣。