油／化Ｉ通确机械 Ｌ Ｎ Ｇ—Ｆ Ｐ Ｓ Ｏ用Ｌ Ｎ Ｇ潜液泵 平衡机构研制 大连深蓝泵业有限公司 （辽宁 １１ ６０３１） 范永超许文超曹天帅 【摘要】轴向力平衡是离心泵结构设计的重要 备需求的平衡机构。 环节，离心泵的结构不同，采用的轴向力平衡方法也不 相同。研究了一套适用ＬＮＧ潜液泵的平衡机构 此平 衡机构能够完全平衡轴向力，使泵转子不会对轴承施加 二，现有轴向力平衡机构分析 泵征上作过 ｔ 为叶轮 ｎ竺ｉｌ．板压力小埘称、 任何轴向力，显著增加轴承使用寿命，此平衡机构结构 简单，安全可靠。在平衡机构设计时，可以精确地计算 出平衡盘与耐磨板在泵运转时的间隙值，还可以计算出 平衡机构的泄漏量，为泵整体结构设计提供理论支持。 液体流过叶轮时 方向改变产 的『ｌ｛·力、轴台千¨轴端引 起的轴向力以肢转ｆ的重量 祟引起的轴 推 ， 叫做轴向力， Ｌ７ ．， ＩＩ Ｄ使转子发，｛ｃ￣ｌ：ｔｌｌ向位移。４ 衡的轴 ＩｈＪ力会加重止推轴承负倚，使４＝Ｉ｝Ｉ承温度升高，』Ｊｌ１快縻 损，缩短使刖辟命，还会使转 轴…窜动，造成叶轮水 力与导流壳水力·｝１ 线不对ｒ．ｆ ，会０【起泉振动，蜷｛“ｉ１ Ｉ 【关键词１ ＬＮＧ潜液泵平衡机构 问隙轴向力 一 前言 环。 ＬＮＧ（液化天然气）是目前全球公认的清洁能 现有的轴Ｉｉｆ］力 衡半衡机构 嗄有：① 小 离 心泵中采用推 滚动轴承直接 懊ｊ轴向 。②化人型离 心泵中可采刖推力盘和止推轴见 衡轴向力。③ｌＪＪ‘采ｆ｛｛ ’ 源，具有 １ Ｊ Ｉ］ ￣、环保、安全、可靠肢经济效益突ｌｊＪ等众 多优点， 家“十Ｊ二五”规划政策鼓励液化天然气开 发和进口。近年来，越来越多的深海气日１、边际小气 …、伴生气…被发现。为解决深海气田的开发与运输问 题，各国 加紧研究浮式液化＿人然气技术，浮式液化天 衡孔或平衡管结构’ 衡轴向力。④可采用 衡鼓结构 衡轴向力。⑤ｕｒ采用平衡盘 ｆ｛Ｊ’平衡轴向力。⑥多级 泉叮采用叶轮对称布置方式平衡轴 。 然气生 存储装置（ＬＮＧ ｌｆｏａｔｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ ｕｎｉｔ，ＬＮＧ ＦＰＳＯ）是集天然气净化、液 三、ＬＮＧ潜液泵结构特点 ＬＮＧ潜液采采用的足潜液 电动机，电动机 化、储存及卸货Ｊ－一－一体的新型装置，可代替陆卜传统的 尺然气液化Ｉ ｒ¨‘，具有水深适应范闱广、可移动、可重 复使 等优点，是目前深海和近海海域天然气 发的最 方案。ＬＮＧ潜液泵作为ＬＮＧｇｌ、输的核心设备，技术 完全浸没 介顷中；泵与电动机采川共轴方 ，深沟 球轴承支撑；叶轮设有前后［】环，减少 漏量，提高效 率；叶轮背而安装仃 衡盘，’卜衡￣：ｔｌｌＩｉｆＪ ；泵ｊ：体采Ｊ１ Ｊ 较高，高度售断在少数几家同外公司手巾。本文就 ＬＮＧ潜液 轴向力平衡方法进行研究，设计·种满足 导流壳结构过流；泵吸入口设仃高一Ｈ－：能诱导轮，提高泵 汽蚀性能。如 １所示。 乳月ｍｉｌｌ￣ＩＩＩｔ 、、、、、、．ｃｔｙｊｘ （ｆｉｌｌ ２０１８￣Ｆ第５期 油／化Ｉ通塌机械（ 盘机构，能够完余 衡轴向力，所以ＬＮＧ潜液泉使用 平衡盥方式平衡轴 力。ＬＮＧ潜液采平衡机１＝；：Ｊ女¨ ２所 ，Ｊ 。 图２平衡机构 １叶轮ｓ平衡船２ｌ¨轮ｌ１¨］环６耐鹏饭３ＩＩ｝ 仑油溢扳８． １＿ＪＥ腔４Ｉｌｆ轮Ｊ１ ｉＩ ： ９Ｊ１｝轮Ｊ 板 ７低ＪＩ 腔ＬＮＧ潜液泉 衡末ｒＬ构采用的足’Ｆ衡盘与叶轮厂Ｊ环 配合的 式 衡轴…力。 先，将叶轮后口环的外径设 置得比 口环人很多，那么在没有 衡盘的情况卜， 个转 的轴向力足阳Ｉ 的，平衡盘篇要产申·个 ｊ向上二 轴向力卡｝｛等的向下推力，即” 他 个转 达到、卜衡状 态。、 衢机构具体的Ｉ：作方 是：从叶轮出【Ｊ…求的带 图１潜液泵结构 Ｉ．１呲人段５．１１ｆ轮２诱 轮３轴衬４啵人段（褴流） ８电动机壳体 １２轴承 ６轴承辅体（１ ） ７导流壳彳丁 的液体，经叶轮后Ｌ＝Ｉ环Ｌｊ导流壳ＬＩ环的 减流人 平衡髓Ｉｊｉ『面的水室ｒｔＩ，使水审处干高 状态。高ＪＩ 水宅 的液体，通过平衡盘 耐磨板的ｒｆ｛】隙流人 衡 ：Ｊ 面的 低 水 中，低 水 与泵外侧卡ｆＪ迮，其 力近似泵入 Ｉ】 。高 水率的介质作 叶轮后盖板Ｌ，姚产 ９Ｉ 动 Ｌ￥々 １０电动机定ｉ＇－Ｉ１轴１３轴承辅体（上） １４…ｌ Ｊ段 从ＬＮＧ潜液泵结构【ｌ『以看出，泵轴承浸没征介顷 中。泉运转过程巾，轴承｝｛能依靠泵送介质一１６４￣ＣＬＮＧ 进行涧卅、ｆ【｝Ｊ洗。但是ＬＮＧ的汽化温度低，润滑性能 差。当泉运转时轴承发热，ＬＮＧ就会升温汽化，完食 失去润滑作ＪＩｊ，所以任永整体结构没计时要最大努 地 减小轴承负付，防Ｉ 十 损坏。本义ｉｌｆ论一种能够完 衡轴向力的＇平衡机构，他轴承不承受轴向力的影 】， 增加轴承他川寿命。 了向Ｉ 的轴向平衡力。轴向平衡力的人小随转 轴向位 移的变化即平衡盘 ｊ 磨板的轴 隙 变化，从而达 到 衡轴向力的Ｅ｛的。当叶轮的轴 推力人Ｊ：作Ⅲ在叶 轮后盖板的平衡川忖，泵转子就会…电动机ｆｌ４ｌ】移动，并 １．１赞 的作刚，这种移动并 会 即停 ， 衡位置 隙过 卜，ｌｎｉ是要趟Ⅲ限度，引起 衡艇 ｊ而寸垮板轴 量减小，使泄漏量减少，平衡盘前 腔的压力５１‘高，于 是作川 叶轮后盖板ｌ 平衡力增加，并超过叶轮的轴向 四、ＬＮＧ潜液泵轴向力平衡机构选用 往前 介绍的平衡机构当中，①、②号 衡方式 都是使ＩｆＪ轴承来平衡轴向力的，ＬＮＧ潜液泵／ｆ：适用； ③、④号’ 衡机构， 衡扎与 衡鼓／ｆ：能完全 衡轴… 力，都践 需要轴承抵消的轴向力，ＬＮＧ潜液泵小通 用；⑥号 Ｆ 机构适刚 ｌ卜轮级数为偶数的多级泵， 推 ，把转千推向人¨ｆｌＪ！ｌ】。这个过 是自动的，／ｆ 断重 复。住采工作时，转 始终是化某·平｛９｝＝＝位置Ｉ Ｉ 窜动 着，不过窜动 极小，从外观很难舌出柬。 五、ＬＮＧ潜液泵平衡盘计算 、Ｌ１ＬＮＧ潜液泵’卜衡机构确认之后，需婴对Ｊ 寸及 泄漏蛩进行详细计算，确定最优的方案。将、ＩＺｉ￣／Ｌ构划 ＬＮＧ潜液采 级叶轮，小适用；⑤号 衡机构为’ 衡 通用蛳麓 ２０１ ８年第５期Ｗ＊Ａ、、．ｔ＇Ｉ、１ ．（ｔ＇ｌｌｌ 分４个区域（Ａ ～Ａ ）分别进行分析（见图３），以下计 式中ｐ ——入口压（ＬＮＧ潜液泵取零）。 石Ⅲ 算公式为ＬＮＧ潜液泵的计算方法。 ：察耋 ｒ＾ ６．作用在平衡盘上内径 与平衡盘外径尺 之间 （ＨＩ］Ａ，处）的平衡力 Ｆ３＝一 （１一 ） （Ｒ 一Ｒ ）（１／３Ｒ ＋２／３Ｒ ）（６） 通 厢 ７．作用在平衡盘内径尺 与叶轮前轮毂ｒ 之间（即 Ａ４处）的作用力 ＝一７Ｔｐ６（尺 一ｒｈ ） （７） 税 式中 ——平衡盘背面压力。 ８．作用在转子上的总轴向力Ｆ １＿Ｆ反＋Ｇ转＋ 浮＋ＦＩ＋ ＋Ｆ３＋ （８） 当ＬＮＧ船用潜液泵稳定运转时，平衡机构达到平 图３计算参考 衡状态，即总轴向力，为０。使用反算方法可以计算出 平衡状态下叶轮后口环处、平衡盘与耐磨板处的间隙 图３中，尺 为平衡盘内半径； 为平衡盘外半径； 尺 为叶轮后口环半径；ｒｈ为轮毂半径；Ｒ 为叶轮前口环 半径； 为叶轮半径； 为平衡盘与耐磨板间隙；６为 叶轮后口环间隙；Ｌ为叶轮后１：３环宽度。 值。合理的调整间隙，可以设计出符合ＬＮＧ船用潜液 泵平衡机构的最优方案。 ９．平衡盘泄漏量校核 后口环和平衡盘的总压差 ： （１） ２一Ｐ６ （９） １．叶轮动反力引起的轴￣９＂ＪＦ度 Ｆ ＝Ｑ ｖ（ｕ ｍ０一ｔ） ２ＣＯＳ ２）／ｇ 式中 Ｑ。——泵理论流量，单位为ｍ ／ｓ； ｙ——介质重度，单位为Ｎ／ｍ ； 。——式中ｐ ——平衡盘背面压力，取＝总扬程Ｘ ６％。 平衡机构前后总压差 ＝４０。＋ ： 式中 —液体进入叶轮叶片前的轴面速度，单位为 ｍ／ｓ； （１０） ——叶轮后口环压降； —／３ ——液体流出叶轮后的轴面速度，单位为 ｍ／ｓ； ——平衡盘径向间隙两端压差。 当平衡机构达到平衡状态时 ＝４０。将泄漏量ｑ带 入前面的计算公式，采用逼近法，使计算公式满足 ＝轴面速度／３ 与叶轮轴线间夹角。 ２－转子重力引起的轴向力Ｇ转子 Ｇ转予＝Ｇ轴＋Ｇ口｝＿轮＋Ｇ诱导轮＋Ｇ电动机转手＋Ｇ其他 （２） ０，则可以准确计算出平衡机构的泄漏量ｑ。４ 六、结语 本文根据ＬＮＧ船用潜液泵的结构特点，参考常规 平衡盘结构，设计一种新型平衡机构。此平衡机构由叶 ３．转子浮力Ｆ浮 ＝ｙ Ｖ （３） 式中 转子的体积，单位为ｍ’。 ４．作用在叶轮后口环尺 和叶轮前口环尺 之间（Ｉ］ＯＡ 处）的作用力 ＦＩ＝（Ｐ：一Ｐ，）Ａ＝Ａｏ Ａ 式中Ａ——受压面积，单位为ｃｍ ； 【轮口环与平衡盘互相配合使用，能够完全平衡轴向力。 可以准确计算出整机轴向力及平衡机构泄漏量，根据计 算结果设计各零件尺寸，合理安排各零件间隙，能够 （４） 大幅提高轴承使用寿命，降低ＬＮＧ船用潜液泵维修频 率。ＧＭ 叶轮后口环压降，单位为ｐａ。 （收稿１３期：２０１８／０２／２５） ５．作用在平衡盘外径尺 和前口环尺 之间（即Ａ 处）的作用力 Ｆ２＝（Ｒｍ２２一 。）Ⅱ（Ｐ４－Ｐ ） （５） ２４ 。 年籼