CN209925216U - 一种立式低温液体离心泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种立式低温液体离心泵，其特征在于，包括转动轴、处于室温环境的电机组件、处于低温环境的低温绝热防护结构及叶轮组件，所述电机组件包括支撑轴承、动密封结构和真空法兰，通过所述真空法兰隔离室温环境和低温环境，且所述真空法兰处设置所述动密封结构；所述电机组件的支撑轴承与所述转动轴一端配合，用于通过支撑轴承驱动所述转动轴转动；所述转动轴的另一端穿过所述动密封结构和所述真空法兰延伸至低温环境，与所述叶轮组件连接；所述叶轮组件包括叶轮和设置于叶轮前端的诱导轮；所述叶轮组件与所述真空法兰之间的转动轴***设置所述低温绝热防护结构。本实用新型可以实现低漏热、高效率、高可靠性的效果。

Description

一种立式低温液体离心泵

技术领域

本实用新型涉及低沸点的低温液体的输送领域，涉及一种处于真空容器内的立式低温液体离心泵。

背景技术

低温液体主要是指液氮、液氢、液氦等温度低于120K的液化气体，由于沸点低、气化潜热小，所以不易获得及保存，远距离输送消耗较大。输送低温液体一般有加压及机械泵两种方案，通过提高压力来驱动液体输送的方案，要求设备提高承压等级，就会带来成本的增加及整个***流程的改变，机械泵输送方案可以避免上述问题，但是要求机械泵有很好的性能。

现有低温流体离心泵大多应用于空分行业或其他非真空环境的大流量、低扬程，对漏热要求不是很严格的场合。针对低温流体在小流量、高扬程，对漏热要求较高的场合，研发的离心泵较少，而现有的技术中主要存在以下问题：1)整体结构方案的特点导致室温的热量大量进入低温液体中，造成低温液体消耗大，效率低；2)转动轴的支撑轴承置于低温环境，运行过程中机械摩擦产生的热量全部进入低温液体中，对低温液体的消耗较大，同时低温轴承存在寿命短、可靠性低、维护不便、造价高等问题；3)单纯采用部分流型式的叶轮，效率低；4)低温介质单一，适用范围小；5)方案太过笼统，没有进行具体细化结构。

申请公布号为CN106224246A的专利申请，其公开了一种真空冷箱用低漏热小型低温离心泵。此方案转动轴的支撑轴承置于低温环境靠近叶轮的位置，在运行中产生的摩擦热量绝大部分进入低温液体中，带来低温液体的大量消耗，产生大量的低温气体，因在室温与常温的过渡段未采用绝热防护结构，从而低温气体会向上扩散，在顶部真空法兰处有大量的对流换热，同时延伸到低温部分的转动轴采用实心结构，具有较大的传导漏热，在室温的部分会产生结霜与结露等现象，对室温的密封性能产生影响。

申请公布号为CN108716469A的专利申请，其公开了一种超低温的高速微漏热离心泵。此方案同样在低温环境靠近叶轮的地方设置支撑轴承，同样会使摩擦热量绝大部分进行低温液体中，带来低温液体的大量消耗。虽然在室温与常温的过渡段采用绝热防护结构，但是在顶部真空法兰处依然会有大量的低温气体泄漏进入室温电机内，产生对流换热。同时转动轴采用分体设计及金属与非金属材料连接的方案，决定了转动轴的机械稳定性降低。此外，其部分流叶轮型式设计决定了离心泵的效率降低。

因此需要提出一种新的方案来解决这些问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种适用于低温液体在小流量、高扬程的真空环境下，具有低漏热、高效率、高可靠性的立式低温液体离心泵。

本实用新型的技术方案为：

一种立式低温液体离心泵，其特征在于，包括转动轴、处于室温环境的电机组件、处于低温环境的低温绝热防护结构及叶轮组件，所述电机组件包括支撑轴承、动密封结构和真空法兰，通过所述真空法兰隔离室温环境和低温真空环境，且所述真空法兰处设置所述动密封结构；所述电机组件的支撑轴承与所述转动轴一端配合，用于通过支撑轴承驱动所述转动轴转动；所述转动轴的另一端穿过所述动密封结构和所述真空法兰延伸至低温环境，与所述叶轮组件连接；所述叶轮组件包括叶轮和设置于叶轮前端的诱导轮；所述叶轮组件与所述真空法兰之间的转动轴***设置所述低温绝热防护结构。

进一步的，所述低温绝热防护结构包括外套管、内套管以及位于内套管与外套管之间的若干水平防护挡板，各所述水平防护挡板分别与所述内套管连接，且与外套管之间留有缝隙；所述转动轴穿过所述内套管与所述叶轮组件连接。

进一步的，所述叶轮组件包括一蜗壳，所述叶轮、诱导轮位于所述蜗壳内，所述蜗壳与所述低温绝热防护结构的外筒连接，蜗壳的底部垂直位置为进液口、底部水平径向位置为出液口。

进一步的，所述叶轮为全流型式，所述诱导轮为所述叶轮的前级。

进一步的，所述动密封结构包括密封连接的顶盖和底盖板，所述顶盖与底盖板之间设置有底挡板和顶挡板，所述底挡板与顶挡板之间设置有多层交替的中间挡板和碳环密封片；所述动密封结构固定在所述真空法兰上，并与所述电机组件中的电机密封连接。

进一步的，位于室温环境内的一段所述转动轴为实心结构，位于低温环境内的一段所述转动轴为空心结构。

进一步的，位于低温环境内的一段所述转动轴的末端设置带有内螺纹的安装孔，采用螺栓连接的形式固定叶轮及诱导轮，其中内螺纹方向与转动轴的旋转方向相反。

进一步的，所述电机组件中的电机、支撑轴承及动密封结构集成一体，形成封闭的腔体。

进一步的，所述电机组件包括一变频器，用于控制所述电机组件中的电机转速。

本实用新型的立式低温液体离心泵，包括电机组件、叶轮组件、连接于电机与叶轮的转动轴及过渡段的低温绝热防护组件。其中电机与机械滚动支撑轴承及动密封结构集成一体置于室温环境，叶轮、诱导轮及蜗壳组合置于低温液体环境，室温电机与低温叶轮依靠转动轴来连接。

通过采用上述技术方案，离心泵在正常工作时，电机组件部分处于室温环境，叶轮及前置诱导轮浸泡在低温液体中，转动轴的两个支撑轴承均置于室温端，转动轴从室温区域延伸至低温区域，将电机的动力传递于叶轮及前级诱导轮。在室温法兰处设置动密封结构，在过渡段采用低温绝热防护结构，以防止大量挥发气体产生对流、向上扩散进入电机腔体内部。

本实用新型进一步设置为：所述转动轴的两个支撑轴承均置于室温电机内，转动轴从室温区域延伸至低温区域，并与置于低温液体中的叶轮与诱导轮连接，转动轴的室温部分采用实心结构，低温部分采用空心结构。

通过上述技术方案，置于室温的支撑轴承可以减少机械摩擦产生的热量进入液体造成低温液体的消耗，而从提高离心泵的效率和可靠性，转动轴低温部分的空心结构构可以减少导热截面积，延伸设置可以增大导热路径，从而减小热传导漏热。

本实用新型进一步设置为：所述电机的真空法兰处设置动密封结构，同时过渡段采用低温绝热防护结构。

通过采用上述技术方案，防止低温液体挥发产生的低温气体，产生涡旋、向上扰动扩散，大量低温气体进入电机腔体对其造成影响。而极少量的气体通过动密封结构的微小缝隙进入电机，起到冷却的效果，同时电机又是一个封闭腔体，没有泄漏到外界环境。

本实用新型进一步设置为：所述动密封结构采用多层叠片的型式，与所述真空法兰连接。

通过采用上述技术方案，多级串联可以降低气体泄漏率，同时可以防止挥发的低温气体大量进入室温端与外界环境产生剧烈换热，从而在室温部分表面产生结霜结露现象，影响室温的密封性能。

本实用新型进一步设置为：所述低温绝热防护结构的内、外套管采用薄壁管道，内、外套管之间的中间夹层采用若干水平防护挡板。

通过采用上述技术方案，连接室温与低温的内、外筒体通过采用延长导热路径、减小截面积来降低热传导漏热，同时水平挡板可以阻止挥发的大量低温气体向上扩散，减小对流换热。

本实用新型进一步设置为：所述叶轮为全流型式，同时设置诱导轮为前级部分。

通过采用上述技术方案，全流型式叶轮可以避免产生不平衡轴向力，提高效率，同时前级诱导轮的设置更进一步提高吸入性能。

本实用新型进一步设置为：低温离心泵为立式结构，同时转动轴延伸量可以进行优化设计。

通过采用上述技术方案，立式结构可以减小转动轴延伸末端的横向位移，同时延伸长度可以根据低温介质及参数进行优化设计，可以减小低温漏热，提高机械稳定性。

本实用新型进一步设置为：设置变频器来调节电机转速。

通过采用上述技术方案，设置变频器可以根据低温液体负载的变化调节电机转速，达到节能的效果。

综上所述，本实用新型的明显效果在于：

其一，结构型式优势：电机与支撑轴承、动密封结构集成一体置于室温环境，全流型式的叶轮及前级诱导轮置于低温环境，转动轴的两个支撑点处于室温并向低温延伸与叶轮及诱导轮连接，形成垂直“悬臂梁”的支撑方案，这种方案可以实现低漏热、高效率、高可靠性的效果。

其二，低热负荷：转动轴的两个支撑轴承均置于室温，低温液体环境中没有设置支撑轴承，避免运行中摩擦产生的热量进入低温液体中，同时转动轴以空心结构的型式延伸到低温区域，增大导热路径及减小截面积来降低热传导漏热，同时低温绝热防护结构的内、外套管选用薄壁管道进一步降低热传导漏热。室温法兰处的动密封结构与低温绝热防护结构可以避免挥发的低温气体大量向上扩散，形成涡旋现象，减小对流换热。

其三，效率高：全流型式的叶轮与前级诱导轮组合使用，提高运行效率及吸入性能，同时低热负荷使得液体消耗减小，更进一步提高了运行效率。

其四，可靠性高：电机、转动轴的支撑轴承及动密封结构都置于室温环境，没有置于低温液体环境，运行周期长，可靠性高、维护便利。

附图说明

图1为本实用新型低温液体离心泵的剖视图；

图2为低温绝热防护结构图；

图3为叶轮、诱导轮及蜗壳的组装图；

图4为动密封结构图。

其中，1-电机组件，2-转动轴，3-低温绝热防护组件，4-叶轮组件；

11-机械滚动支撑轴承，12-变频器，13-动密封结构，14-真空法兰；

31-外套管，32-内套管，33-水平防护挡板；

41-叶轮，42-诱导轮，43-蜗壳，44-进液口，45-出液口；

131-底挡板，132-碳环密封片，133-中间挡板，134-顶挡板，135-密封圈，136-顶盖，137-螺栓，138-底盖板。

具体实施方式

结合附图和实施例，对本实用新型进行详细描述。

一种立式低温液体离心泵，如附图1、图2、图3所示，包括电机组件1、转动轴2、过渡段低温绝热防护组件3及叶轮组件4。其中电机组件1包括机械滚动支撑轴承11、变频器12、动密封结构13及真空法兰14；低温绝热防护结构3包括外套管31、内套管32及若干水平防护挡板33；叶轮组件4包括叶轮41、诱导轮42及蜗壳43。

如附图1所示，立式低温离心泵在正常工作中，电机、机械滚动支撑轴承及动密封结构集成一体置于室温环境，叶轮、诱导轮及蜗壳组合置于低温液体环境，转动轴将电机的动力传递于叶轮与前级诱导轮。真空法兰隔离外界环境和真空腔体，低温液***于蜗壳内。

如附图1所示，电机的内部运动部件装配完成后，再与机械滚动支撑轴承、转动轴进行组装，最后与电机外部的静止部件进行组装，其中电机的散热翅片结构采用铝合金或者黄铜材料，来强化与外界环境的换热，电机上设置变频器来调节其转速。

如附图4所示，动密封结构13采用多层密封叠片式方案，包括不锈钢底挡板131、中间挡板133、顶挡板134，碳环密封片132、不锈钢顶盖136及底盖板138等组成，特别地与转动轴接触的密封环132采用耐磨损的石墨材料。同时动密封结构通过螺栓连接的形式固定在电机的法兰上，并实现与电机实现密封连接。

如图附1，图3所示，叶轮与前级诱导轮的材料为316L不锈钢或者铝合金，一起组合通过螺栓与转动轴连接。转动轴的材料为316L不锈钢，室温部分采用实心结构，低温部分采用空心结构，两段分别加工后进行组焊，焊接后进行加工来保证其机械精度，在转动轴低温部分的末端设置带有内螺纹的安装孔，采用螺栓连接的形式固定叶轮及前级诱导轮，同时螺纹方向与转动轴的旋转方向相反，达到自锁效果。

如附图2所示，过渡段的低温绝热防护结构的材料采用316L不锈钢，外套管与内套管的壁厚较薄，若干水平防护挡板与内套管进行点焊连接，同时与外套管留有很小的缝隙，便于装配。

如附图3所示，蜗壳的材料为316L不锈钢或者铝合金，与低温绝热防护结构的外筒连接，蜗壳的底部垂直位置为进液口，水平径向位置为出液口，在正常工作时电机带动叶轮旋转，低温液体从进液口吸入，出液口排出。

电机与支撑轴承、动密封机构集成一体置于室温环境，全流型式的叶轮及前级诱导轮置于低温环境，转动轴的两个支撑轴承置于室温，转动轴的一端延伸至低温环境与叶轮及诱导轮连接，形成垂直“悬臂梁”的支撑方案，并且整体垂直放置，这种方案可以实现低漏热、高效率、高可靠性的效果。

低热负荷通过以下方案得以实现：转动轴的支撑轴承全部置于室温，低温液体环境没有设置支撑轴承，避免运行中摩擦产生的热量进入低温液体中，同时转动轴以空心结构的型式延伸到低温区域，增大导热路径及减小截面积来降低热传导值。室温法兰处的动密封结构与低温绝热防护结构可以避免大量挥发的低温气体涡旋扰动，并向上扩散，减小对流换热。

效率高通过以下方案得以实现：全流型式的叶轮与前级诱导轮组合使用，提高运行效率及吸入性能，同时低热负荷使得液体消耗减小，更进一步提高了运行效率。

可靠性高通过以下方案得以实现：电机、转动轴的支撑轴承及动密封结构都置于常温环境，没有置于低温液体环境，运行周期长，可靠性高、维护便利。

当然，本实用新型还可以有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应当属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种立式低温液体离心泵，其特征在于，包括转动轴、处于室温环境的电机组件、处于低温环境的低温绝热防护结构及叶轮组件，所述电机组件包括支撑轴承、动密封结构和真空法兰，通过所述真空法兰隔离室温环境和真空低温环境，且所述真空法兰处设置所述动密封结构；所述电机组件的支撑轴承与所述转动轴一端配合，用于通过支撑轴承驱动所述转动轴转动；所述转动轴的另一端穿过所述动密封结构和所述真空法兰延伸至低温环境，与所述叶轮组件连接；所述叶轮组件包括叶轮和设置于叶轮前端的诱导轮；所述叶轮组件与所述真空法兰之间的转动轴***设置所述低温绝热防护结构。

2.如权利要求1所述的立式低温液体离心泵，其特征在于，所述低温绝热防护结构包括外套管、内套管以及位于内套管与外套管之间的若干水平防护挡板，各所述水平防护挡板分别与所述内套管连接，且与外套管之间留有缝隙；所述转动轴穿过所述内套管与所述叶轮组件连接。

3.如权利要求2所述的立式低温液体离心泵，其特征在于，所述叶轮组件包括一蜗壳，所述叶轮、诱导轮位于所述蜗壳内，所述蜗壳与所述低温绝热防护结构的外筒连接，蜗壳的底部垂直位置为进液口、底部水平径向位置为出液口。

4.如权利要求3所述的立式低温液体离心泵，其特征在于，所述叶轮为全流型式，所述诱导轮为所述叶轮的前级。

5.如权利要求1所述的立式低温液体离心泵，其特征在于，所述动密封结构包括密封连接的顶盖和底盖板，所述顶盖与底盖板之间设置有底挡板和顶挡板，所述底挡板与顶挡板之间设置有多层交替的中间挡板和碳环密封片；所述动密封结构固定在所述真空法兰上，并与所述电机组件中的电机密封连接。

6.如权利要求1所述的立式低温液体离心泵，其特征在于，位于室温环境内的一段所述转动轴为实心结构，位于低温环境内的一段所述转动轴为空心结构。

7.如权利要求6所述的立式低温液体离心泵，其特征在于，位于低温环境内的一段所述转动轴的末端设置带有内螺纹的安装孔，采用螺栓连接的形式固定叶轮及诱导轮，其中内螺纹方向与转动轴的旋转方向相反。

8.如权利要求1所述的立式低温液体离心泵，其特征在于，所述电机组件中的电机、支撑轴承及动密封结构集成一体，形成封闭的腔体。

9.如权利要求1所述的立式低温液体离心泵，其特征在于，所述电机组件包括一变频器，用于控制所述电机组件中的电机转速。

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