潜液式LNG泵的结构特点及其应用优势_梁骞VIP专享VIP免费

作者简介:梁骞,1984年生,硕士研究生;主要研究方向为液化天然气的能量综合利用与冷能回收。地址:(710049)陕西省西安市。电话:13700227234。E-mail:lq-xjtu@stu.xjtu.edu.cn潜液式LNG泵的结构特点及其应用优势梁骞厉彦忠谭宏博李欢(西安交通大学制冷与低温工程研究所)梁骞等.潜液式LNG泵的结构特点及其应用优势.天然气工业,2008,28(2):123-125.摘要随着全球LNG工业的迅速发展,LNG接收终端及气化系统的需求量日益增加,安装在密封容器内的潜液式LNG泵得到越来越多的应用。通过详细介绍潜液式LNG泵独特的结构特点,指出其具有普通泵无可替代的应用优势;对潜液式LNG泵广阔的应用范围作了介绍,分析了国产潜液式LNG泵研制中需要解决的关键问题,并对其可行性进行了预测。主题词LNG输送潜液泵结构特性应用20世纪60年代潜液式电动泵首次出现在液化天然气(LNG)领域[1]。从那时起,潜液式LNG泵便开始用于LNG工业中。随着材料科学、密封技术、控制和保护技术的发展以及冷、热加工工艺水平的提高,潜液式LNG泵得到了越来越广泛的应用。目前,国外的很多企业和公司都致力于潜液式LNG泵的研发和制造,美国J.C.Carter公司,法国Cryostar公司、日本的Ebara、Nikkiso、Shinko等公司都相继推出自己的产品,使得潜液式LNG泵的形式更加多样化,大大开拓了其应用领域。一、潜液式LNG泵的结构及特点典型的潜液式LNG泵的结构如图1所示,一般包括电动机、主轴、轴承、叶轮、导流器等,部分产品还装有推力自平衡机构。图1典型潜液式LNG泵的结构图1.电动机与电缆潜液式LNG泵与传统泵不同,其动力电缆需要特殊设计并采用可靠的材料,使其耐低温,不易老化变形,柔韧性好,且还要求具有良好的绝缘性,在-200e条件下仍保持弹性。电缆采用聚酯带与聚乙烯复合纸作为绝缘层[2],其结构如图2所示。图2低温电缆内部结构图由于电动机浸没在LNG中,被其所输送的低温流体直接冷却,因此冷却效果好,电动机效率高,也没有潮湿和腐蚀的影响,其绝缘不会因温度升高而恶化。潜液式LNG泵的电动机转矩与普通泵的电动机有所不同,在低温状态下,其转矩会有较大降低。同样功率的电动机从起动到加速至全速运转,由于电阻和磁力特性的变化使得低温下电动机的电力特性发生改变,因而在低温环境下转矩有较大的降低。若电压降低,起动转矩也会随之大幅降低。2.电气连接处的密封电气连接处的密封装置是影响潜液式LNG泵安全性的关键之一。使用陶瓷气体密封端子(图3)和双头密封结构可以使电气连接端耐高压和电压,保证其可靠性。泵的所有密封装置采用特殊焊接技术;气体密封两端接线柱采用串联方式,串联部分中间空腔内充有氮气,两边密封,气体无法通过。密封#123#第28卷第2期天然气工业储运与集输工程空腔内的氮气压力低于泵内压力,高于环境压力,这样,任何一侧泄漏都可以探测到[3,4]。图3陶瓷气体密封端子图3.潜液式LNG泵的平衡潜液式LNG泵的平衡非常重要,直接影响轴承的使用寿命和泵的大修周期。泵的平衡主要受到径向载荷和轴向载荷的影响。(1)径向力平衡径向力的不平衡会缩短轴承的寿命,因此,在设计潜液式LNG泵时要考虑流体和机械方面由于力的不平衡所产生的负面影响,尽可能地消除非平衡力。低温下的LNG从叶轮中流出后进入轴向的扩散器,扩散器在其流量范围下具有良好的水力对称性。传统泵依靠一个涡形扩散器,不同流量下其径向载荷是变化的。相对于传统涡轮泵,潜液式LNG泵作用于叶轮上的径向力理论上为零[2,4]。(2)轴向推力自平衡为使轴向力达到平衡,减少轴向推力载荷,部分潜液式LNG泵(如日本Nikkiso泵)设计了一套推力自平衡机构,使轴向推力为零。Nikkiso低温泵的推力自平衡机构(图4)可以自动调节压力,从而使推力为零。这是通过一个可变的轴向节流装置来实现的,改变可变节流间隙的开度可以调节平衡鼓上的压力。当出口压力增大至与平衡鼓下方的反作用力相等时,达到平衡状态[3,4]。图4推力自平衡机构图4.导流器潜液式LNG泵的入口处通常设有导流器,允许液体可以在较低的压力和液位下运转,并可以消除/死穴0,减少吸入口的流体阻力,保持其运转的稳定性。同时也可以改善水利特性,降低泵对净吸入压头的要求,防止在泵的吸入口产生气蚀[3,5]。螺旋状导流器的结构如图5所示。图5螺旋状...