旋转喷射泵的应用及其性能优势

刘　赫

摘要:文章介绍了旋转喷射泵在VCM装置中的应用,就旋转喷射泵和多级泵、高速泵、柱塞泵等极低比转速泵在各方面进行性能比较。结论:经过5年的试验,旋转喷射泵在2#VCM装置裂解单元应用,性能优良,运行平稳,操作简单,维护费用低,各项性能指标均能达到工艺流程要求。与其他极低比转速泵相比,旋转喷射泵是一种十分简单的新型泵,使用寿命长,维修方便;适用于石油化工等行业的小流量、高扬程介质的输送,是一种具有发展前途的新型工业管道用泵。

关键词:旋转喷射泵;极低比转速泵;VCM装置;多级泵;高速泵

中图分类号:TQ113文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)18-0038-02

一、旋转喷射泵的结构和原理

旋转喷射泵是一种极低比转速(小流量、高扬程)、基于离心增压和滞止冲压两个物理作用而实现对流体作功原理的、结构很独特的单级泵。离心增压的过程是由一个高速旋转的叶轮,把流体从轴心入口吸入,在离心升力作用下甩到叶轮外缘的径向出口,使流体压力得以升高。而滞止冲压的过程是通过离心增压升高的流体在包容叶轮的一个转子内,继续高速旋转时被一个接收管滞止,其旋转速度的动能被进一步转化为流体的压力——滞止冲压作用。因为接收管口径小,所以泵的流量可以设计很小,而扬程却很高。

二、旋转喷射泵在VCM装置的应用

旋转喷射泵在2#VCM装置共使用了三台,其主要操作参数如下:流量:68m3/h ,扬程:300m,转速:3200r/min。从2004年一直使用至今,先后经历了很多次改动,以使其更能适应工艺生产要求。我们对泵的电机通过改造,加了变频调节器,通过变频来改变泵的转速,从而达到了改变其流量和扬程的目的,更能顺应工况要求;在维护方面,该泵采用双端面机械密封,白油罐冷却,为方便维护和节约成本,我们对其进行改造,改为单端面机械密封,物料自身循环冷却,从运行效果来看,密封寿命最少都在15000小时,长的达到了20000小时。旋转喷射泵在2#VCM裂解单元工况条件下使用,各方面均能达到要求。

三、旋转喷射泵的性能特点

(一)极低比转数泵的特点

在化工生产中,经常需要用到极低比转数泵,这种类型的泵有:多级泵、高速泵、柱塞泵、旋转喷射泵等,他们的特点如下:

1.多级泵。(1)结构复杂,多级叶轮、导叶串联安装,承受高压零件多,面积大;(2)两套机械密封,高压端平衡盘、平衡套磨损后,机械密封承受压力高;(3)双支撑结构,轴承位于泵的两端,一旦叶轮腐蚀、磨损或平衡盘、平衡套磨损,轴承受力大;(4)流量小时效率较低;(5)易损件多,备件量大,费用高。而且当工艺上需要对流量扬程进行大的变化时,需更换新泵。

2.高速泵。(1)承受高压部位面积大;(2)结构复杂;(3)效率低;(4)密封寿命短;(5)轴承寿命短;(6)轴承的润滑、冷却系统复杂;(7)易损件多,维修费用高;(8)维修困难。而且当工艺上偏大流量运行时,运行不稳定。

3.柱塞泵。出口有压力脉动、噪声大、体积大;采用填料密封,不能适用有毒、易燃、易爆的介质;维修难,费用高。

4.旋转喷射泵:(1)泵内只有两个基本工作部件:一个旋转的转子和一个固定的接收管,结构简单,体积小,因而维修量小,使用寿命长;(2)密封可靠性强,仅在低压进口处有机械密封,在主轴端无密封问题;(3)流量特性曲线平滑,且液体输出无脉动,很适合于对流体输送要求较平衡的生产岗位;(4)性能的调节可以通过简单地改变泵的转速或更换不同接收管来实现;(5)具有扬程曲线全范围工作的优点;(6)效率相对多级离心泵、高速离心泵、柱塞泵等较高;(7)轴承润滑采用油浴润滑,有效延长轴承寿命;(8)旋转喷射泵的旋转体叶轮是开式的,接收管是静止不动的,因此,运转中不会产生轴向力。

二、 极低比转数泵的效率

旋转喷射泵、多级泵、高速泵的效率比较见下表:

从表中可以看出,对于相同流量、扬程的旋转喷射泵、高速泵、多级泵,在流量低于6m3/h的情况下,旋转喷射泵的效率比高速泵高一倍,比多级泵高20%;在流量6～16m3/h的情况下,旋转喷射泵的效率比高速泵高20%以上,和多级泵持平。流量大于25m3/h时,效率与多级泵持平。

(三)旋转喷射泵的密封寿命优势

密封的寿命在同等的冷却润滑条件下,主要取决于摩擦副的PV值(P:机封承受的压力、V:摩擦副的线速度)。高速泵密封只承受进口压力,转速比旋转喷射泵、多级泵高得多。多级泵需采用两套密封分别对泵的进、出部位进行密封,转速低,但出口部位的密封承受比旋转喷射泵、高速泵高得多的压力。因此旋转喷射泵的PV值远低于高速泵、多级泵,密封预期寿命25000小时以上,而高速泵、多级泵的密封预期寿命仅8000小时左右。

(四)旋转喷射泵的轴承寿命优势

在同等的润滑条件下,轴承的寿命取决于轴承的受力、泵速度、泵本身产生的污染。高速泵轴承的速度高,密封的泄漏(一般有小于每小时3ml的泄漏,该泄漏为肉眼不可见汽相)进入轴承箱,时间长齿轮磨损易造成轴承损坏。多级泵轴承承受较高的轴向力及不平衡径向力。旋转喷射泵转速低、基本上没有轴向力,没有不平衡径向力,密封、壳体损坏时介质不可能进入轴承箱。因此旋转喷射泵的轴承有更长的使用寿命。

(五)旋转喷射泵效率分析

泵做功的损失主要有:

1.机械损失:(1)轴承、密封等部位的摩擦损失。这一点旋转喷射泵和高速泵、离心泵基本相同;(2)圆盘磨擦损失。对壳体不旋转的泵,摩擦损失功率Pm∝n3ra5,而旋转喷射泵只有集液管很少的表面积与液体进行摩擦,且这一表面可以抛光成镜面。所以旋转喷射泵的圆盘磨擦损失要低得多。

2.容积损失:主要是叶轮密封环的泄漏,多级泵的级间泄漏、平衡盘的泄漏等。这一点,旋转喷射泵的损失是很小的。

3.水力损失:泵水力损失发生在整个泵从进口到出口过流部件的水力损失,它由沿程损失、边界层分离、弯道中的流动和二次流等组成。旋转喷射泵的主要损失产生于集液管中的水力损失。

综上所述,由于旋转喷射泵高的速度头与压力头的转换,低的摩擦损失,所以旋转喷射泵的扬程高、效率高。

四、结论

经过5年的试验,旋转喷射泵在2#VCM装置裂解单元应用,性能优良,运行平稳,操作简单,维护费用低,各项性能指标均能达到工艺流程要求。与其他极低比转速泵相比,旋转喷射泵是一种十分简单的新型泵,使用寿命长,维修方便;适用于石油化工等行业的小流量、高扬程介质的输送,是一种具有发展前途的新型工业管道用泵。