CN108167195A - 一种超高温熔盐轴封泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超高温熔盐轴封泵，包括：泵体，主法兰作为泵体的安装座与熔盐罐连接，出液套管与聚流环腔连通，在聚流环腔的径向布置独立扬程管，独立扬程管向上穿过主法兰至泵体外；设置于泵体内的转轴，转轴通过电机驱动；与转轴连接的用于将熔盐导入出液套管的水力部件；套设于转轴上并设置于聚流环腔与主法兰之间的热屏装置；以及套设于转轴上并设置于聚流环腔上的高温轴封，高温轴封包括密封座、上填料和下填料，上填料和下填料分别布置于密封座的两端以在密封座和转轴之间形成密封气腔。根据本发明的超高温熔盐轴封泵，结构紧凑，可实现有较严格密封要求、大温度循环波动的超高温工况下保持长时间的连续运转。

Description

一种超高温熔盐轴封泵
技术领域
本发明涉及一种可适用于大温度波动的熔盐泵，更具体地涉及一种超高 温熔盐轴封泵。
背景技术
我国电网现状“谷电”无法消纳问题严重，夜间“赋闲”机组占总装机 容量的近38％。我国水电、风电、光伏发电等清洁能源发电并网消纳问题日 益严重，弃水、弃风、弃光等问题突出；解决电网“谷电”消纳、弃风、弃 水、弃光问题的关键技术之一就是储能。水电、风电和光伏电站，利用“弃 水、弃风、弃光”电力蓄热，在热电需求高峰期替代热电机组进行供电和供 热。通过配置蓄热***可适应光伏无法满足的电网高峰用电需求，在储能、 规模化、与常规能源协同等方面具有显著优势，有望成为大规模替代化石能 源的清洁能源技术之一。
超高温储热具有传热效率高，经济性好等优点，是储热发展的重要方向。 TMSR-MSE启动超高温CSP储热项目，基于TMSR钍基熔盐堆项目技术成果 为基础，开展超高温CSP关键技术和关键设备进行研究和成果转化。超高温 熔盐泵是超高温储热***的心脏设备，根据回路***的要求，熔盐泵须满足 超高温、介质温度波动、介质液位变化、变流量、轴封、高可靠性的要求。
目前现有的高温熔盐泵或CSP用高温熔盐泵温度均在600℃以下，且均 无法实现严格意义的轴封下运转。对于超高温氯盐储能装置，超高温熔盐泵 最高运行温度达730℃，运行温度在520～730℃间波动，熔盐泵的液下深度在 运行中不断变化，且需对介质进行控水控氧，要求熔盐泵要具有严格的轴封， 现熔盐泵方案均无法满足要求。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种超高温熔盐轴 封泵。
本发明所述的超高温熔盐轴封泵，包括：泵体，该泵体包括聚流环腔、 独立扬程管、出液套管和主法兰，其中，主法兰作为泵体的安装座与熔盐罐 连接，出液套管与聚流环腔连通，在所述聚流环腔的径向布置独立扬程管， 所述独立扬程管向上穿过所述主法兰至泵体外；设置于泵体内的转轴，该转 轴通过电机驱动；与转轴连接的用于将熔盐导入出液套管的水力部件；套设 于转轴上并设置于所述聚流环腔与所述主法兰之间的热屏装置；以及套设于 转轴上并设置于所述主法兰的上方的高温轴封，该高温轴封包括密封座、上 填料和下填料，所述上填料和下填料分别布置于密封座的两端以在密封座和 转轴之间形成密封气腔。
根据本发明的超高温熔盐轴封泵，在主法兰下设置聚流环腔，侧面设置 独立扬程管穿过主法兰出液，所述聚流环腔与主法兰之间设置热屏装置屏蔽 热量向上传导，所述主法兰上方设置高温轴封实现泵的气体轴封。而且，上 填料和下填料分别布置于轴封下端面附近的高温区与上端面附近的低温区， 中间密封气腔充惰性气体。
该超高温熔盐轴封泵还包括套设于转轴上并设置于所述聚流环腔下方的 节流装置。因此，通过该节流装置对熔盐进行节流后由排盐管泄压实现熔盐 轴封。
该节流装置由节流轴承、上节流迷宫和下节流迷宫组成，所述上节流迷 宫和下节流迷宫分别串联于节流轴承的两端。节流轴承摩擦副采用螺旋槽结 构，并采用耐磨合金形成。具体地，叶轮的轴向流体先通过前置的迷宫段因 迷宫效应进行一次减压后，泄漏流体进入所述节流轴承，所述节流轴承摩擦 面设计螺旋流道，泄漏流体在旋转轴的带动下，形成向下的泵送效果，同时 耦合轴承的动压效应，阻止流体进一步轴向泄漏，所述旋转流道在静止时有 利于间隙流体的排尽；泄漏的流体进入后置的迷宫段经迷宫效应再次减压，最后由设置在高位的泄压管流回熔盐罐，防止熔盐继续沿轴向上升，从而实 现熔盐的轴封。
该泵体还包括泄压管，该泄压管设置于热屏装置和节流装置之间，并分 别与高温轴封和节流装置连通。
该高温轴封还包括形成迷宫密封的迷宫帽和迷宫座。因此，通过该迷宫 密封对向上泄露的密封气进行密封。具体地，迷宫帽为径向布置迷宫齿，控 制径向泄漏；迷宫座为轴向密封齿，实现轴向迷宫密封。另外，所述的迷宫 帽背部设置调节螺母，可调节迷宫帽与迷宫座形成的径向密封间隙。
在所述迷宫帽的上方设置随转轴旋转的冷却风扇。因此，通过该冷却风 扇实现强冷。
该水力部件包括与转轴连接的叶轮和用于将熔盐导入出液套管的空间导 叶。
该泵体还包括波纹管连接件，所述独立扬程管与所述主法兰通过所述波 纹管连接件连接。因此，通过该波纹管连接件实现隔热及热膨胀补偿。
该热屏装置具有多层隔板，该多层隔板之间形成冷却气通道。利用隔板 间隙层层阻挡高温热辐射传导，增大热阻实现热屏的目的，在多层隔板间设 置交错冷却气通道，通过冷却气降低隔板表面温度，减弱热辐射传热强度， 强化热屏效果。
该转轴由液上支撑轴承组和液下轴承支撑于泵体内。
根据本发明的超高温熔盐轴封泵，结构紧凑，可实现有较严格密封要求、 大温度循环波动的超高温工况下保持长时间的连续运转。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例的超高温熔盐轴封泵的结构示意图；
图2是图1的超高温熔盐轴封泵的聚流环腔部分的局部结构示意图；
图3是图1的超高温熔盐轴封泵的热屏装置的结构示意图；
图4是图1的超高温熔盐轴封泵的节流装置的结构示意图；
图5是图1的超高温熔盐轴封泵的高温轴封装置结构示意图；
图6是图5的高温轴封装置的局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
图1是根据本发明的一个优选实施例的超高温熔盐轴封泵的结构示意图， 包括：水力部件1、转轴2、液下轴承3、节流装置4、泵体5、热屏装置6、 高温轴封7、弹性联轴器8、电机9和液上支撑轴承组10。
电机9置于顶端，由弹性联轴器8与下伸的转轴2连接。该下伸的转轴2 由液上支撑轴承组10和液下轴承3支撑于泵体5内。该转轴2的下伸末端与 水力部件1的叶轮11连接，该叶轮11伸入熔盐罐中，从而通过叶轮11的旋 转带动熔盐沿着水力部件1的空间导叶12沿轴向向上流动。
泵体5包括聚流环腔51、独立扬程管52、波纹管连接件53、出液套管 54、主法兰55和泄压管56。主法兰55作为泵体5的安装座与熔盐罐连接， 其下方高位设置聚流环腔51，在所述聚流环腔51的径向布置独立扬程管52， 所述独立扬程管52向上穿过所述主法兰55至泵体5外，如此，如图2所示， 来自所述叶轮11的轴向流体通过出液套管54经所述聚流环腔51汇聚后由所 述独立扬程管52排出。所述独立扬程管52与所述主法兰55不直接接触，而通过波纹管连接件53连接，防止因主法兰55的发热耗散，导致所述独立扬 程管52冻堵，同时实现所述独立扬程管52的轴向热膨胀补偿。
参见图2，所述聚流环腔51与所述主法兰55之间设置热屏装置6。如图 3所示，热屏装置6主要由隔板61和冷却气通道62组成。在本实施例中，热 屏装置6采用多层隔板61结构，利用隔板间隙层层阻挡高温热辐射传导，增 大热阻实现热屏的目的，在多层隔板间设置交错冷却气通道62，通过冷却气 降低隔板61表面温度，减弱热辐射传热强度，强化热屏效果，控制温度。
参见图2，在所述聚流环腔51下方设置节流装置4。如图4所示，节流 装置4主要由节流轴承41、上节流迷宫42和下节流迷宫43组成。所述上节 流迷宫42和下节流迷宫43分别串联于节流轴承41的两端，上述叶轮11的 轴向流体先通过前置的下节流迷宫段43由迷宫效应进行一次减压，泄漏流体 进入所述节流轴承41，所述节流轴承41的摩擦副411设计螺旋流道412，泄 漏流体在旋转轴2的带动下，形成向下的泵送效果，同时耦合轴承的动压效应，阻止流体进一步轴向泄漏，所述螺旋流道在静止时有利于泄漏的流体沿 轴向排尽；节流轴承41泄漏的流体进入后置的上节流迷宫段42经迷宫效应 再次减压，最后由设置在高位的泄压管56流回熔盐罐，杜绝熔盐继续沿轴向 上升，从而实现熔盐的轴封。
参见图1，所述主法兰55上方设置高温轴封装置7以保证泵转轴的气密 封。如图5所示，高温轴封7由密封座71、上下填料72，73、迷宫帽74和 迷宫座75组成。所述上填料72和下填料73分别布置于密封座71的上、下 两端部，中间形成密封气腔76，所述上下填料72，73为高温耐磨填料，上填 料72与转轴2形成动密封面721，下填料73与转轴2形成动密封面731，下 填料73置于高温区(温度高于泵送介质熔点)，避免熔盐蒸汽粘结于填料密 封面731；所述的中间的密封气腔76，由密封气进气口711充惰性气体，一 方面保护填料72，73不因高温而氧化，另一方面沿上下填料密封面721，731 泄漏并气润滑冷却填料密封面721，731，同时由于空气热导率低，气腔76可 沿轴向构筑大的温度梯度；沿密封面731向下的泄漏气可抑制熔盐蒸汽进入 下填料密封面731，泄漏气最后由下方的泄压管56排出。如图6所示，所述 迷宫座75的上表面751和迷宫帽74的径向下表面741和轴向外表面742设 计成迷宫齿结构，迷宫座75的上表面密封齿751与迷宫帽74的径向下表面 密封齿741构成径向迷宫密封，迷宫座75的迷宫座内表面752与迷宫帽74 的轴系外表面密封齿742形成轴向迷宫密封，所述迷宫帽74的背部设计有调 解螺母77，迷宫座75的上表面迷宫齿751与所述迷宫帽74的径向下表面741 的径向迷宫间隙大小可通过螺母调节，以实现最佳的密封效果同时在静止工 况下，可调解螺母实现一定的静密封，大大节约密封气的成本。向上泄漏的 密封气经轴向迷宫和径向迷宫密封阻止密封气泄漏向大气。回到图5，所述密 封座71的外表面设计成翅片结构，填料密封面731，721摩擦产生的热量及 时传导给密封座71散热，防止填料温度过高烧轴；在所述迷宫帽74上方设 置随轴旋转的冷却风扇21(参见图1)，在密封座71周围形成空气流动，强 化散热效果。
本实例的超高温熔盐轴封泵可实现730℃超高温、520～730℃大温度循环 波动、控氧控水的有严格密封要求的工况下保持长时间连续运转。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围， 本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要 求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利 要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (8)

1.一种超高温熔盐轴封泵，其特征在于，该超高温熔盐轴封泵包括：
泵体(5)，该泵体(5)包括聚流环腔(51)、独立扬程管(52)、出液套管(54)和主法兰(55)，其中，主法兰(55)作为泵体(5)的安装座与熔盐罐连接，出液套管(54)与聚流环腔(51)连通，在所述聚流环腔(51)的径向布置独立扬程管(52)，所述独立扬程管(52)向上穿过所述主法兰(55)至泵体(5)外；
设置于泵体(5)内的转轴(2)，该转轴(2)通过电机(9)驱动；
与转轴(2)连接的用于将熔盐导入出液套管(54)的水力部件(1)；
套设于转轴(2)上并设置于所述聚流环腔(51)与所述主法兰(55)之间的热屏装置(6)；以及
套设于转轴(2)上并设置于所述主法兰(55)的上方的高温轴封(7)，该高温轴封(7)包括密封座(71)、上填料(72)和下填料(73)，所述上填料(72)和下填料(73)分别布置于密封座(71)的两端以在密封座(71)和转轴(2)之间形成密封气腔(76)。
2.根据权利要求1所述的超高温熔盐轴封泵，其特征在于，该超高温熔盐轴封泵还包括套设于转轴(2)上并设置于所述聚流环腔(51)下方的节流装置(4)。
3.根据权利要求2所述的超高温熔盐轴封泵，其特征在于，该节流装置(4)由节流轴承(41)、上节流迷宫(42)和下节流迷宫(43)组成，所述上节流迷宫(42)和下节流迷宫(43)分别串联于节流轴承(41)的两端。
4.根据权利要求2所述的超高温熔盐轴封泵，其特征在于，该泵体(5)还包括泄压管(56)，该泄压管(56)设置于热屏装置(6)和节流装置(4)之间，并分别与高温轴封(7)和节流装置(4)连通。
5.根据权利要求1所述的超高温熔盐轴封泵，其特征在于，该高温轴封(7)还包括形成迷宫密封的迷宫帽(74)和迷宫座(75)。
6.根据权利要求5所述的超高温熔盐轴封泵，其特征在于，在所述迷宫帽(74)的上方设置随转轴(2)旋转的冷却风扇(21)。
7.根据权利要求1所述的超高温熔盐轴封泵，其特征在于，该泵体(5)还包括波纹管连接件(53)，所述独立扬程管(52)与所述主法兰(55)通过所述波纹管连接件(53)连接。
8.根据权利要求1所述的超高温熔盐轴封泵，其特征在于，该热屏装置(6)具有多层隔板(61)，该多层隔板(61)之间形成冷却气通道(62)。
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