旋轉(zhuǎn)噴射泵的應(yīng)用及其性能優(yōu)勢(shì)

劉　赫

摘要:文章介紹了旋轉(zhuǎn)噴射泵在VCM裝置中的應(yīng)用,就旋轉(zhuǎn)噴射泵和多級(jí)泵、高速泵、柱塞泵等極低比轉(zhuǎn)速泵在各方面進(jìn)行性能比較。結(jié)論:經(jīng)過5年的試驗(yàn),旋轉(zhuǎn)噴射泵在2#VCM裝置裂解單元應(yīng)用,性能優(yōu)良,運(yùn)行平穩(wěn),操作簡(jiǎn)單,維護(hù)費(fèi)用低,各項(xiàng)性能指標(biāo)均能達(dá)到工藝流程要求。與其他極低比轉(zhuǎn)速泵相比,旋轉(zhuǎn)噴射泵是一種十分簡(jiǎn)單的新型泵,使用壽命長(zhǎng),維修方便;適用于石油化工等行業(yè)的小流量、高揚(yáng)程介質(zhì)的輸送,是一種具有發(fā)展前途的新型工業(yè)管道用泵。

關(guān)鍵詞:旋轉(zhuǎn)噴射泵;極低比轉(zhuǎn)速泵;VCM裝置;多級(jí)泵;高速泵

中圖分類號(hào):TQ113文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)18-0038-02

一、旋轉(zhuǎn)噴射泵的結(jié)構(gòu)和原理

旋轉(zhuǎn)噴射泵是一種極低比轉(zhuǎn)速(小流量、高揚(yáng)程)、基于離心增壓和滯止沖壓兩個(gè)物理作用而實(shí)現(xiàn)對(duì)流體作功原理的、結(jié)構(gòu)很獨(dú)特的單級(jí)泵。離心增壓的過程是由一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的葉輪,把流體從軸心入口吸入,在離心升力作用下甩到葉輪外緣的徑向出口,使流體壓力得以升高。而滯止沖壓的過程是通過離心增壓升高的流體在包容葉輪的一個(gè)轉(zhuǎn)子內(nèi),繼續(xù)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)被一個(gè)接收管滯止,其旋轉(zhuǎn)速度的動(dòng)能被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為流體的壓力——滯止沖壓作用。因?yàn)榻邮展芸趶叫?所以泵的流量可以設(shè)計(jì)很小,而揚(yáng)程卻很高。

二、旋轉(zhuǎn)噴射泵在VCM裝置的應(yīng)用

旋轉(zhuǎn)噴射泵在2#VCM裝置共使用了三臺(tái),其主要操作參數(shù)如下:流量:68m3/h ,揚(yáng)程:300m,轉(zhuǎn)速:3200r/min。從2004年一直使用至今,先后經(jīng)歷了很多次改動(dòng),以使其更能適應(yīng)工藝生產(chǎn)要求。我們對(duì)泵的電機(jī)通過改造,加了變頻調(diào)節(jié)器,通過變頻來改變泵的轉(zhuǎn)速,從而達(dá)到了改變其流量和揚(yáng)程的目的,更能順應(yīng)工況要求;在維護(hù)方面,該泵采用雙端面機(jī)械密封,白油罐冷卻,為方便維護(hù)和節(jié)約成本,我們對(duì)其進(jìn)行改造,改為單端面機(jī)械密封,物料自身循環(huán)冷卻,從運(yùn)行效果來看,密封壽命最少都在15000小時(shí),長(zhǎng)的達(dá)到了20000小時(shí)。旋轉(zhuǎn)噴射泵在2#VCM裂解單元工況條件下使用,各方面均能達(dá)到要求。

三、旋轉(zhuǎn)噴射泵的性能特點(diǎn)

(一)極低比轉(zhuǎn)數(shù)泵的特點(diǎn)

在化工生產(chǎn)中,經(jīng)常需要用到極低比轉(zhuǎn)數(shù)泵,這種類型的泵有:多級(jí)泵、高速泵、柱塞泵、旋轉(zhuǎn)噴射泵等,他們的特點(diǎn)如下:

1.多級(jí)泵。(1)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,多級(jí)葉輪、導(dǎo)葉串聯(lián)安裝,承受高壓零件多,面積大;(2)兩套機(jī)械密封,高壓端平衡盤、平衡套磨損后,機(jī)械密封承受壓力高;(3)雙支撐結(jié)構(gòu),軸承位于泵的兩端,一旦葉輪腐蝕、磨損或平衡盤、平衡套磨損,軸承受力大;(4)流量小時(shí)效率較低;(5)易損件多,備件量大,費(fèi)用高。而且當(dāng)工藝上需要對(duì)流量揚(yáng)程進(jìn)行大的變化時(shí),需更換新泵。

2.高速泵。(1)承受高壓部位面積大;(2)結(jié)構(gòu)復(fù)雜;(3)效率低;(4)密封壽命短;(5)軸承壽命短;(6)軸承的潤(rùn)滑、冷卻系統(tǒng)復(fù)雜;(7)易損件多,維修費(fèi)用高;(8)維修困難。而且當(dāng)工藝上偏大流量運(yùn)行時(shí),運(yùn)行不穩(wěn)定。

3.柱塞泵。出口有壓力脈動(dòng)、噪聲大、體積大;采用填料密封,不能適用有毒、易燃、易爆的介質(zhì);維修難,費(fèi)用高。

4.旋轉(zhuǎn)噴射泵:(1)泵內(nèi)只有兩個(gè)基本工作部件:一個(gè)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和一個(gè)固定的接收管,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小,因而維修量小,使用壽命長(zhǎng);(2)密封可靠性強(qiáng),僅在低壓進(jìn)口處有機(jī)械密封,在主軸端無密封問題;(3)流量特性曲線平滑,且液體輸出無脈動(dòng),很適合于對(duì)流體輸送要求較平衡的生產(chǎn)崗位;(4)性能的調(diào)節(jié)可以通過簡(jiǎn)單地改變泵的轉(zhuǎn)速或更換不同接收管來實(shí)現(xiàn);(5)具有揚(yáng)程曲線全范圍工作的優(yōu)點(diǎn);(6)效率相對(duì)多級(jí)離心泵、高速離心泵、柱塞泵等較高;(7)軸承潤(rùn)滑采用油浴潤(rùn)滑,有效延長(zhǎng)軸承壽命;(8)旋轉(zhuǎn)噴射泵的旋轉(zhuǎn)體葉輪是開式的,接收管是靜止不動(dòng)的,因此,運(yùn)轉(zhuǎn)中不會(huì)產(chǎn)生軸向力。

二、 極低比轉(zhuǎn)數(shù)泵的效率

旋轉(zhuǎn)噴射泵、多級(jí)泵、高速泵的效率比較見下表:

從表中可以看出,對(duì)于相同流量、揚(yáng)程的旋轉(zhuǎn)噴射泵、高速泵、多級(jí)泵,在流量低于6m3/h的情況下,旋轉(zhuǎn)噴射泵的效率比高速泵高一倍,比多級(jí)泵高20%;在流量6～16m3/h的情況下,旋轉(zhuǎn)噴射泵的效率比高速泵高20%以上,和多級(jí)泵持平。流量大于25m3/h時(shí),效率與多級(jí)泵持平。

(三)旋轉(zhuǎn)噴射泵的密封壽命優(yōu)勢(shì)

密封的壽命在同等的冷卻潤(rùn)滑條件下,主要取決于摩擦副的PV值(P:機(jī)封承受的壓力、V:摩擦副的線速度)。高速泵密封只承受進(jìn)口壓力,轉(zhuǎn)速比旋轉(zhuǎn)噴射泵、多級(jí)泵高得多。多級(jí)泵需采用兩套密封分別對(duì)泵的進(jìn)、出部位進(jìn)行密封,轉(zhuǎn)速低,但出口部位的密封承受比旋轉(zhuǎn)噴射泵、高速泵高得多的壓力。因此旋轉(zhuǎn)噴射泵的PV值遠(yuǎn)低于高速泵、多級(jí)泵,密封預(yù)期壽命25000小時(shí)以上,而高速泵、多級(jí)泵的密封預(yù)期壽命僅8000小時(shí)左右。

(四)旋轉(zhuǎn)噴射泵的軸承壽命優(yōu)勢(shì)

在同等的潤(rùn)滑條件下,軸承的壽命取決于軸承的受力、泵速度、泵本身產(chǎn)生的污染。高速泵軸承的速度高,密封的泄漏(一般有小于每小時(shí)3ml的泄漏,該泄漏為肉眼不可見汽相)進(jìn)入軸承箱,時(shí)間長(zhǎng)齒輪磨損易造成軸承損壞。多級(jí)泵軸承承受較高的軸向力及不平衡徑向力。旋轉(zhuǎn)噴射泵轉(zhuǎn)速低、基本上沒有軸向力,沒有不平衡徑向力,密封、殼體損壞時(shí)介質(zhì)不可能進(jìn)入軸承箱。因此旋轉(zhuǎn)噴射泵的軸承有更長(zhǎng)的使用壽命。

(五)旋轉(zhuǎn)噴射泵效率分析

泵做功的損失主要有:

1.機(jī)械損失:(1)軸承、密封等部位的摩擦損失。這一點(diǎn)旋轉(zhuǎn)噴射泵和高速泵、離心泵基本相同;(2)圓盤磨擦損失。對(duì)殼體不旋轉(zhuǎn)的泵,摩擦損失功率Pm∝n3ra5,而旋轉(zhuǎn)噴射泵只有集液管很少的表面積與液體進(jìn)行摩擦,且這一表面可以拋光成鏡面。所以旋轉(zhuǎn)噴射泵的圓盤磨擦損失要低得多。

2.容積損失:主要是葉輪密封環(huán)的泄漏,多級(jí)泵的級(jí)間泄漏、平衡盤的泄漏等。這一點(diǎn),旋轉(zhuǎn)噴射泵的損失是很小的。

3.水力損失:泵水力損失發(fā)生在整個(gè)泵從進(jìn)口到出口過流部件的水力損失,它由沿程損失、邊界層分離、彎道中的流動(dòng)和二次流等組成。旋轉(zhuǎn)噴射泵的主要損失產(chǎn)生于集液管中的水力損失。

綜上所述,由于旋轉(zhuǎn)噴射泵高的速度頭與壓力頭的轉(zhuǎn)換,低的摩擦損失,所以旋轉(zhuǎn)噴射泵的揚(yáng)程高、效率高。

四、結(jié)論

經(jīng)過5年的試驗(yàn),旋轉(zhuǎn)噴射泵在2#VCM裝置裂解單元應(yīng)用,性能優(yōu)良,運(yùn)行平穩(wěn),操作簡(jiǎn)單,維護(hù)費(fèi)用低,各項(xiàng)性能指標(biāo)均能達(dá)到工藝流程要求。與其他極低比轉(zhuǎn)速泵相比,旋轉(zhuǎn)噴射泵是一種十分簡(jiǎn)單的新型泵,使用壽命長(zhǎng),維修方便;適用于石油化工等行業(yè)的小流量、高揚(yáng)程介質(zhì)的輸送,是一種具有發(fā)展前途的新型工業(yè)管道用泵。