一、前言
我国石油化工、电力等行业正朝着大型化、规模化和国际化方向以一个可持续的速度发展。在国家提出加快振兴装备制造业方针后，通用机械行业不断创新、积极对重大技术攻关，取得了丰硕的成果。通用机械行业的泵行业也取得了很大的进步，但不可否认的现状是产品大都是吸收引进、转化甚至直接用欧美等国家的产品或者还在使用20世纪的老产品，而自我研发的新产品、具有核心技术产品还很少。就现阶段的贸易摩擦、技术封锁和专利纠纷的国际大环境下，国内对知识产权的重视和保护、制造业产品国产化要求以及自主研发创新泵产品将成为工程设计人员的主要责任和行业健康、可持续发展的坚实基础。
现有OH3型立式管道泵，使用温度最高在120℃左右，压力为2.5MPa。在高温、高压工况下现有产品已不能满足使用要求。因此，新设计一种耐高温、高压的OH3型立式高温管道泵以填补该空白。
二、OH3型立式高温管道泵结构及使用特点
该泵设备选用径向剖分立式单级离心泵（结构见图1），具有流量大，扬程高、功率大、采用高效水力模型以及效率高的特点。设计温度压力为5.0 MPa，使用温度可达450℃，主要用于泵送高温、高压清洁或者含有微量颗粒介质。叶轮入口特殊设计，提高NPSHr（必需汽蚀余量）。泵壳采用双蜗壳结构，用于平衡径向力。联轴器采用加长型，不拆卸电动机即可更换轴承与机械密封，检修方便快捷（见图2）。
图1 OH3型立式高温管道泵结构
1.电动机架 2.风扇 3.滚动轴承 4.轴承箱体 5.轴 6.轴承架
7.机械密封 8.滑动轴承 9.口环 10.叶轮
图2 OH3型立式高温管道泵外观
三、结构分析及创新设计
轴承部件设计，设计为一对角接触球轴承与一组滑动轴承组合的结构。由上部角接触球轴承承受轴向力以及径向力，下部靠近叶轮的滑动轴承承受径向力。两轴承之间的距离最大为500mm，符合API610轴导向衬套之间最大距离的要求，且结构更为紧凑。轴承箱体单独设计通过止口定位在轴承架上，联轴器采用加长型膜片联轴器。在检修时，无需拆卸电动机，可直接将轴承箱体连同球轴承一起取出，机械密封也如此，装卸方便。
滑动轴承不仅承受径向力，当泵出口压力较大时还可起到平衡轴向力作用，使得密封腔压力约等于入口压，可使泵设计压力达到5.0MPa。当泵送有杂质颗粒的介质时，可以在滑动轴承（孔W）通入压力大于叶轮背压的不污染介质的清洁外媒，将颗粒物直接冲洗到泵腔，即起到冷却润滑滑动轴承作用，也可以间接保护机械密封无杂质侵入，提高机械密封使用寿命，同时在选择机械密封时可去除颗粒物的考虑，有效降低泵成本。
滚动轴承采用风扇冷却。在轴旋转的同时，风扇能够驱散热量，从而降低对结构和轴承的温度负荷。该方案解决现场无工艺冷却水的工况，减少辅助管路的消耗，节水节能。
在材料选择方面。在高温工况下，泵的壳体和叶轮密封环、轴套和衬套等关键部位全部选用了专有合金材料LEWMET（路美特）合金，可以大大提高高温泵的耐腐蚀性和耐磨性，这是其他材料所不具备的独特优势。其他过流部件材料选用见下表。
材料的许用最高温度表
材料类别 最高温度/℃
碳钢 370
低合金钢 370
马氏体不锈钢 370
奥氏体不锈钢 425
Ni-Cr-Fe 425
Ni-Cu 425
产品智能化方面。不但智能化制造是未来的主要发展目标，而且也需在设计产品时渗入智能化理念。现离心泵轴向力的平衡主要是叶轮设计平衡孔、平衡管以及平衡鼓等方法，其中单级泵多用叶轮设计平衡孔方案。而平衡孔的设计并没有准确的理论计算方法，都是按照叶轮口环间隙的5～8倍来估算，当叶轮口环磨损后，轴向力会增加，平衡孔设计太小会使固定轴承受力太大，损坏滚动轴承。平衡孔设计太大，会有大量流体回流到入口，扰乱入口流动状态，降低效率。因此在这里引入智能化理念，采用平衡管平衡轴向力（P孔）方案。首先，在滚动轴承处设有温度监测传感接口，可远距离实时监测轴承温度。其次在平衡管路上设计智能电动阀门。电动阀门通过电动阀门控制器自动调节时，监测轴承温度，当轴承温度达到规定值（可设上下限）时，电动控制阀门自动开、闭。通过智能化控制，不但可以保护轴承，增加泵寿命，而且可以减少多于的流量损失而有效的额外提高泵效率。
四、运转验证
设计的OH3立式高温管道泵，在产品试验时性能、振动、噪声均符合API要求。试验温度为15℃，运转30min后，轴承温度恒定在23℃，轴承的温升仅为8℃，满足API610标准要求轴承温升不应超过40K的规定。该泵在现场泵送为300℃的导热油，单机、联合试运转合格后，进行负荷运转时，监测到运行平稳、安全可靠。主要指标如流量、扬程、效率、噪声和振动等完全满足合同和标准要求。且轴承温升为仅为14℃，完全解决了高温泵的轴承温升问题。
五、结语
目前，此泵设备已在现场运转1年多，各项性能合格，满足工况需求。此次设计的OH3立式高温管道泵结构设计合理，性能优良，运行平稳，填补了国内设备在该项目的空白，很好地解决了高温时轴承的冷却、节能环保、智能化及设备检修问题。
来源：《通用机械》2019年8期赵奎山、郭春阳、蔡学科
找阀门，要上网，就找全球阀门网！
閱讀更多 閥遍天下 的文章
