單管立式長軸多級熔鹽泵的研發及應用

吳佩國 吳佩忠 關寧

摘 要：從20世紀鍵年代開始，我國大型化工及冶金工程項目中選用的熔鹽泵大都從德國、法國進口，國外立式長軸多級熔鹽泵技術的快速發展給我國工業領域帶來了全新的挑戰。為了滿足行業熔鹽泵的特殊性能的需求，推動高端泵設計制造長足進步，文章對熔鹽泵市場的引進與國產并存的理狀進行了總結，研發了單管立式長軸多級熔鹽泵，選用優質耐高溫材料，對水力模型、軸承潤滑、冷卻系統等進行優化和改進，泵效率高、結構合理、運轉平穩可靠、無故障工作時間長。

關鍵詞：熔鹽泵;多級;單管;長軸;工業

隨著制造技術高速發展，中國泵產業始終長期徘徊在中、低端產品設計制造，而大量高端產品一直依賴進口的局面打破了[1]。通過市場調查，預計在5～10年內，用于冶金行業的熔捻泵會以30%左右的速度發展，用于石化行業的熔鹽泵將以25%左右的速度發展[2-5]。自從江蘇大學于1999年與企業合作研制成功國內第一臺高溫熔鹽泵以來，對熔鹽泵市場的引進與國產并存的理狀進行了總結，發現應用中存在的主要問題是泵效率偏抵、上軸承壽命太短（一般不超過半年）、液下部分的不對稱結構引起不均勻熱變形導致滑動軸承抱死等[6-7]。單管立式長軸多級熔鹽泵，選用優質耐高溫材料，對水力模型、軸承潤滑、冷卻系統等進行優化和改進，泵效率高、結構合理、運轉平穩可靠、無故障工作時間長，主要用于太陽能光熱、三聚氰胺、氧化鋁和片堿等項目中的輸送高溫熔鹽，也可用于其它行業輸送類似的介質。

1? 結構特點

本系列泵屬于立式液下泵，根據不同的使用場合，泵分為雙管泵和單管泵、單級和多級、水冷和風冷、稀油潤滑和脂潤滑幾種形式

1.1? 雙管泵和單管泵

在雙管泵的主支撐管和出液管分開布置，單管泵的出液管套在主支撐管內部，介質在兩娛管組成的環形空間流動，完全避免雙管泵由于兩根管存在溫差。熱膨脹不一致而對泵產生附加力矩造成的危害。該系列泵結構合理，穩定性好、是目前較先進的熔鹽泵。單管泵的徑向力平衡一般采用徑向導葉或空間導葉，箕平衡效果和可靠性優級千雙管泵的雙流道結構。

1.2? 單級和多級

根據用戶對揚程需求的高低，泵分為單級和多級。特別是在氧化鋁、塔式太陽能光熱系統上，泵揚程較高，大多是采用多級泵的形式。

1.3? 水冷和風冷

由于泵輸送的介質溫度較高，為防止熱量沿外殼和泵軸傳到軸承上，必須對軸承進行有效冷卻，常用的冷卻方式有水冷卻和風冷卻。

水冷卻，液上軸承座設有上下兩層冷卻夾套，不管是泵工作時還是停泵時，兩層冷卻系統能有效阻止熔鹽槽中的熱量沿殼體和軸向軸承傳遞，確保泵軸承工作在60C以下。

風冷卻。在泵聯軸器下方裝有和泵同步旋轉的風扇，泵工作時能有效對泵軸承逆行有效冷卻，但在泵不工作時，無法對泵軸承進行冷卻，對軸承和潤滑油會造成不利的影響，該冷卻方式多用在現場無冷卻水或不方便接冷卻水的場合。

1.4? 稀油潤滑和脂潤滑

泵軸承的潤滑方式有稀油潤滑和脂潤滑。稀油潤滑采用的是一種特殊結構，在泵工作時能將油室下方的潤滑油輸送到上方的軸承對其進行潤滑和冷卻，潤滑效果好，軸承便巨壽命長，并且油室采用無接觸式的密封套密封，無油封、0形圈等密封件，密封效果好且無磨損。脂潤滑采用耐高溫潤滑脂，再通過有效的冷卻方式保證泵軸承工作在允許的溫度范圍內。

2? 單管立式長軸多級熔鹽泵的研制

2.1? 立式熔鹽泵結構

立式熔鹽泵結構單管立式長軸多級熔鹽泵的研制，包括進水喇叭、葉輪、空間導葉、泵軸、導軸承、底座、鋸齒密封軸套、水冷腔、石墨軸套、機械密封、深溝球軸承、軸承壓蓋、聯軸器和電機的配合。

2.2? 關鍵結構分析

采用鋸齒密封軸套來密封高溫的熔鹽液體，其采用與泵軸相同的材料制成，并且與泵軸之間采用過盈配合，而不使用額外的固定件，既簡化了結構也避免了對泵軸結構強度的影響。軸套外緣刻有正三角形鋸齒，并且在底座相鄰位置處亦刻有正三角形鋸齒，由于熔鹽介質運行溫度可達700～1000°C，目前沒有機械密封可以承受如此高的溫度，因此機組第一道軸向密封不采用額外密封裝置，而是通過結構的改進來降低泵運行的泄漏量。在軸套與底座的配合處刻鋸齒，通過鋸齒來增加流動阻力，達到降低機組泄漏量的目的。此項設計作為第一道軸封，能對高溫熔鹽起到良好的密封效果，同時能避免高溫熔鹽對泵體零件的破壞。

采用水冷腔來冷卻泵軸、軸套，機械密封、軸承等零件。可通過一側的進水孔向水冷腔加水，并且水冷腔內部設有液位檢測探針。該水冷腔還可以收集微量的從鋸齒密封軸套處泄漏的高溫熔鹽，并將其冷卻至常溫。當水冷腔液位超過警戒位置后，可以通過水冷腔底部的出水孔排水，方便了檢修程序。水冷腔內部的石墨軸套與泵軸采用間隙配合。石墨軸套底部采用軸環定位，軸環與鋸齒密封軸套之間有一定的間距。石墨軸套表面為矩形鋸齒狀，以增加散熱面積達到更好的散熱效果。石墨軸套上端抵住機械密封動環，起到定位作用。

3? 熔鹽系統在化工生產中的應用

在化工生產中，反應是強吸熱的反應，所需熱量由熔鹽系統提供。反應是強放熱的反應，所產生的熱量則由熔鹽系統帶走然后經過熔鹽冷卻器釋放熱量。在反應器內部，中心管與外部空間有一個內循環，循環越好，傳熱效率越高。換熱量與公司生產熔鹽循環泵的流量有關，另外反應物料從反應器底部加進，可以加強內部循環，提高傳熱效果。

4? 結語

隨著世界信息革命席卷全球，再加上中國經濟在新世紀高速發展，中國泵工業的設計制圖技術、冶煉鑄造技術、制造技術和泵測試技術都獲得了巨大進步。單管立式長軸多級熔鹽泵裝置具有結構緊湊，運行平穩、操作簡單、修理便捷、占地面積小、通用化、標準化程度高的優點。吸收了世界發達國家立式長軸泵規劃和制作的先進經驗，可以用來輸送具有腐蝕性的工業液體。

使用結果表明，單管立式長軸多級熔鹽泵達到離心泵的實際性能曲線與要求的性能曲線的一致性。提高盯Y 系列熔鹽泵在指定工況點的效率，使該系列泵達到節能高效、運行平穩、使用壽命長的效果。

參考文獻：

[1]高波，李超，倪丹，周文杰，陳金波.高溫熔鹽泵內部非穩態流動對壓力脈動特性的影響[J].排灌機械工程學報，2021，39（04）：338-344.

[2]閻波，張慶亮.SOP制酸工藝中熔鹽系統存在問題及解決措施[J].山西化工，2020，40（06）：126-127.

[3]金永鑫，張德勝，王子超，張乃舒，施衛東，王道紅.基于VOF模型的高溫熔鹽泵上端密封泄漏分析[J].排灌機械工程學報，2020，38（12）：1209-1214+1220.

[4]金永鑫，張德勝，石磊，施衛東，王道紅.熔鹽物性對熔鹽泵內部流動及圓盤損失特性影響[J].太陽能學報，2020，41（11）：176-184.

[5]操松林，呼核升，操瑞嘉，丁強民，文宏剛，王祥薇，溫超，李雙寧.熔鹽泵現狀與展望[J].流體機械，2019，47（11）：49-55.

[6]劉磊，楊立.高溫熔鹽泵軸承冷卻方案的選擇與應用[J].通用機械，2019（03）：47-49.

[7]楊尚東. 高溫熔鹽實驗臺的設計和運行[D].華北電力大學（北京），2019.

[8]操松林，呼核升，操瑞嘉，丁強民，文宏剛，王祥薇，溫超，李雙寧.熔鹽泵現狀與展望[J].流體機械，2019，47（11）：49-55.