CN112682358B - 一种安全稳定型耐高温热水循环泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全稳定型耐高温热水循环泵系统，其包括热水循环泵、机械密封、压力控制阀(9)、微型汽轮机(10)、螺纹泵(11)、热交换器(14)、射流装置(16)，其特征在于：热水循环泵的出口部通过第一管线与螺纹泵相连接，螺纹泵通过管线与热交换器相连接，热交换器通过管线与射流装置相连接，螺纹泵的驱动轴与微型汽轮机相连接，微型汽轮机通过管线与第一管线相连接，微型汽轮机与第一管线之间连接有压力控制阀，微型汽轮机通过管线与射流装置相连接，射流装置通过第二管线与机械密封相连接。其主要在停机待机时，机封冷却水还在循环，保证机封处于允许的工作温度下不受损坏；另外，能够提高叶轮出口处的压力稳定性，从而提高热水循环泵的输出压力稳定性。

Description

一种安全稳定型耐高温热水循环泵系统

技术领域

本发明涉及热水循环泵系统技术领域，具体涉及一种安全稳定型耐高温热水循环泵系统。

背景技术

现有技术的热水循环泵机械密封设计时均只考虑到运行时进行机封腔的冷却，当停机处于待机状况时，机封循环冷却水系统停止工作，机封腔的介质温度与离心泵组的温度相同，当介质温度≥220℃时，容易造成机械密封件的损坏。

现有的热水循环泵在应用时通常会对机封腔温度监控及预警，通过设置合理的检测措施监测机封是否泄漏，以避免当出现问题时才进行补救时容易造成人员伤亡、生产线停产等安全事故。现有技术中通过远程网络控制、APP或物联网等工具实时监控热水循环泵系统实时运行状况，例如，包括监控流量、压力、温度、机封工作状态、泵轴承箱温度、振动等，对热水循环泵/离心泵运行参数进行监控并报警处理等。

另外，现有的热水循环泵在供应时，存在一定的压力波动的情况，从而导致热水循环泵的压力不稳，影响使用终端的使用效果。

针对上述情况及需求，本发明设计了一种安全稳定型耐高温热水循环泵系统，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种安全稳定型耐高温热水循环泵系统，主要在停机待机时，机封冷却水还在循环，保证机封处于允许的工作温度下不受损坏，同时针对输送温度≥200℃的热水介质时开发的能够实时监测泵及机封的运行状况，机封的泄漏情况。另外，本发明通过叶轮的结构设计，能够降低离心泵叶轮出口处的压力波动，从而提高叶轮出口处的压力稳定性，从而提高热水循环泵的输出压力稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种安全稳定型耐高温热水循环泵系统，其包括热水循环泵(1)、机械密封、压力控制阀(9)、微型汽轮机(10)、螺纹泵(11)、热交换器(14)、射流装置(16)，其特征在于：热水循环泵的出口部通过第一管线(A)与螺纹泵相连接，螺纹泵通过管线与热交换器相连接，热交换器通过管线与射流装置相连接，螺纹泵的驱动轴与微型汽轮机相连接，微型汽轮机通过管线与第一管线相连接，微型汽轮机与第一管线之间连接有压力控制阀，微型汽轮机通过管线与射流装置相连接，射流装置通过第二管线(B)与机械密封相连接。

进一步地，所述热水循环泵为离心泵，热水循环泵具有吸入管(2)，吸入管上设置有温度传感器、压力传感器，热水循环泵的出口部上连接有压力传感器、出口中间管(6)，出口中间管与出口接管(8)之间通过流量计(7)相连接。

进一步地，所述螺纹泵与热交换器之间的管线上设置/连接有压力传感器、温度传感器，热交换器的冷却水出口上连接有温度传感器，热交换器的冷却水进口上连接有温度传感器，热交换器与射流装置之间的管线上连接有温度计，第二管线上连接有压力传感器。

进一步地，所述机械密封上连接有温度传感器，机械密封的下方设置有储液箱(26)，储液箱内设置有液位传感器(25)，热水循环泵通过轴承箱、联轴器与电机相连接，轴承箱上设置有一个或多个振动-温度一体化传感器；还包括数据采集及传输DTU、控制柜，数据采集及传输DTU上设置有无线控制端。

进一步地，所述热水循环泵为离心泵，离心泵包括蜗壳、叶轮，叶轮包括前盘(101)、后盘(102)、叶片(103)，多个叶片沿周向均匀连接于前盘与后盘之间，叶片具有前缘(104)，前缘包括依次连接的第一弧形凸部(105)、第二弧形凸部(106)，第一弧形凸部的凸起方向为朝向叶轮的径向内侧，第二弧形凸部的凸起方向为朝向叶轮的径向外侧，第一弧形凸部与第二弧形凸部的凸起方向相反。

进一步地，还包括分流环(107)，分流环与每一个叶片相连接，且叶片上设置有连接槽部，分流环结合于连接槽部内；分流环平行于后盘设置。

进一步地，，所述分流环(107)的上游端设置有导流部(108)，导流部为大体上圆形或椭圆形导流部。

进一步地，所述第一弧形凸部具有最大第一曲率(110)，第二弧形凸部具有最大第二曲率(111)，最大第一曲率等于2.5-5倍的最大第二曲率。

进一步地，所述第一弧形凸部与第二弧形凸部的连接处具有分隔点(109)，分隔点在轴向上的位置与分流环的位置大体上相等；分流环具有径向长度R2、叶轮具有半径R1，R1＝(2-5)R2。

进一步地，所述微型汽轮机(10)用于驱动螺纹泵的运转，压力控制阀(9)用于控制微型汽轮机的旋转或停止。

本发明的停机工况下的机械密封腔介质的自循环过程：

由于热水循环泵系统处于备用停机状态，一般状况下机封腔的温度与泵腔内的温度相同，影响着机封的正常使用，为了改变这种状况，本发明设计了停机状况下的介质自循环系统，其主要由压力控制阀、微型汽轮机、螺纹泵及射流装置组成。当热水循环泵处于停机/备用状态时，离心泵泵腔内的高压水介质经过压力释放产生蒸汽，推动微型汽轮机带动螺纹泵运转，从而使介质循环，经热交换器冷却后，使机封腔内的介质保证在允许的工作温度范围内。当热水循环泵转为工作状态时，压力控制阀关闭，微型汽轮机停止工作，此时螺纹泵仅为流体通道，高温高压液体从此通过，直接进入热交换器，然后进入机械密封腔。

本发明的一种安全稳定型耐高温热水循环泵系统，主要在停机待机时，机封冷却水还在循环，保证机封处于允许的工作温度下不受损坏，同时针对输送温度≥200℃的热水介质时开发的能够实时监测泵及机封的运行状况，机封的泄漏情况。另外，本发明通过叶轮的结构设计，能够降低离心泵叶轮出口处的压力波动，从而提高叶轮出口处的压力稳定性，从而提高热水循环泵的输出压力稳定性。

附图说明

图1为本发明安全稳定型耐高温热水循环泵系统结构示意图；

图2为本发明热水循环泵/离心泵叶轮结构示意图；

图3为本发明热水循环泵/离心泵叶轮结构示意图；

图4为本发明安全稳定型耐高温热水循环泵系统控制原理图。

图中：热水循环泵1(离心泵)、吸入管2、温度传感器3、压力传感器4、压力传感器5、出口中间管6、流量计7、出口接管8、压力控制阀/调节阀9、微型汽轮机10、螺纹泵11、压力传感器12、温度传感器13、热交换器14、温度计15、射流装置16、压力传感器17、数据采集及传输DTU18、控制柜19、连接管线20、温度传感器21、温度传感器22、振动-温度一体化传感器23、振动-温度一体化传感器24、液位传感器25、储液箱26、温度传感器27；前盘101、后盘102、叶片103、前缘104、第一弧形凸部105、第二弧形凸部106、分流环107、导流部108、分隔点109、第一曲率110、第二曲率111。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种安全稳定型耐高温热水循环泵系统，其包括热水循环泵1、机械密封、压力控制阀9、微型汽轮机10、螺纹泵11、热交换器14、射流装置16，其特征在于：热水循环泵1的出口部通过第一管线A与螺纹泵11相连接，螺纹泵11通过管线与热交换器14相连接，热交换器14通过管线与射流装置16相连接，螺纹泵11的驱动轴与微型汽轮机10相连接，微型汽轮机10通过管线与第一管线A相连接，微型汽轮机10与第一管线A之间连接有压力控制阀9，微型汽轮机10通过管线与射流装置16相连接，射流装置16通过第二管线B20与机械密封相连接。

热水循环泵1为离心泵，热水循环泵1具有吸入管2，吸入管2上设置/连接有温度传感器3、压力传感器4，热水循环泵1的出口部上连接有压力传感器5、出口中间管6，出口中间管6与出口接管8之间通过流量计7相连接。

螺纹泵11与热交换器14之间的管线上设置/连接有压力传感器12、温度传感器22，热交换器14的冷却水出口上连接有温度传感器13，热交换器14的冷却水进口上连接有温度传感器21，热交换器14与射流装置16之间的管线上连接有温度计15，第二管线B20上连接有压力传感器17。

机械密封上连接有温度传感器27，机械密封的下方设置有储液箱26，储液箱26内设置有液位传感器25，热水循环泵1通过轴承箱、联轴器与电机相连接，轴承箱上设置有一个或多个振动-温度一体化传感器23、24。还包括数据采集及传输DTU18、控制柜19，数据采集及传输DTU18上设置有无线控制端。

本发明的停机工况下的机械密封腔介质的自循环过程：

由于热水循环泵系统处于备用停机状态，一般状况下机封腔的温度与泵腔内的温度相同，影响着机封的正常使用，为了改变这种状况，本发明设计了停机状况下的介质自循环系统，其主要由压力控制阀9、微型汽轮机10、螺纹泵11及射流装置16组成。当热水循环泵处于停机/备用状态时，离心泵泵腔内的高压水介质经过压力释放产生蒸汽，推动微型汽轮机10带动螺纹泵11运转，从而使介质循环，经热交换器14冷却后，使机封腔内的介质保证在允许的工作温度范围内。当热水循环泵转为工作状态时，压力控制阀9关闭，微型汽轮机10停止工作，此时螺纹泵11仅为流体通道，高温高压液体从此通过，直接进入热交换器14，然后进入机械密封腔。

本发明的一种安全稳定型耐高温热水循环泵系统，主要在停机待机时，机封冷却水还在循环，保证机封处于允许的工作温度下不受损坏，同时针对输送温度≥200℃的热水介质时开发的能够实时监测泵及机封的运行状况、机封的泄漏情况。

如图2-3所示，热水循环泵1为离心泵，离心泵包括蜗壳、叶轮，叶轮包括前盘101、后盘102、叶片103，多个叶片103沿周向均匀连接于前盘101与后盘102之间，叶片103具有前缘104，前缘104包括依次连接的第一弧形凸部105、第二弧形凸部106，第一弧形凸部105的凸起方向为朝向叶轮的径向内侧，第二弧形凸部106的凸起方向为朝向叶轮的径向外侧，即，第一弧形凸部105与第二弧形凸部106的凸起方向相反。

进一步地，还包括分流环107，分流环107与每一个叶片103相连接，且叶片103上设置有连接槽部，分流环107结合于连接槽部内；分流环107平行于后盘102设置。

进一步地，分流环107的上游端设置/具有导流部108，导流部108为大体上圆形或椭圆形导流部。

本发明通过叶轮的结构设计，能够降低离心泵叶轮出口处的压力波动，从而提高叶轮出口处的压力稳定性，从而提高热水循环泵的输出压力稳定性。

进一步地，第一弧形凸部105具有最大第一曲率110，第二弧形凸部106具有最大第二曲率111，最大第一曲率110等于3.5-4.5倍的最大第二曲率111，优选地4倍。

进一步地，第一弧形凸部105与第二弧形凸部106的连接处具有分隔点109，分隔点109在轴向上的位置与分流环107的位置大体上相等/相同。分流环107具有径向长度R2、叶轮具有半径R1，R1＝(3-4)R2，优选地3.5。分流环107的外径与叶轮的外径相同。

本发明通过叶轮的结构设计，能够进一步降低离心泵叶轮出口处的压力波动，从而提高叶轮出口处的压力稳定性，从而提高热水循环泵的输出压力稳定性。

如图4所示，本发明的机械密封工作环境及运行状况的实时监控及预警：

1)主要是对机封腔的介质的温度进行监控及预警，包括从泵出口的介质进入热交换器进口的压力传感器12和温度传感器22，经热交换器14冷却后进入机封腔的介质温度传感器27，热交换器14的冷却水进水温度传感器21和出水温度传感器13。

2)设计了储液池26，安装了液位传感器27，对机械密封的运行泄漏情况进行了实时监控及预警。

3)热水循环泵系统流量、压力、介质温度、泵轴承温度，振动、电机电流、电压等运行参数的采集及实时展示，进行泵运行工作状态的监控及预警。

本发明主要是对运行时泵进口温度、压力，出口压力，流量，泵轴承箱的振动、轴承温度、电机运行电流进行实时监控及预警。设计了现场监控及运行数据的实时传输云模块。

本发明主要监控参数：

泵运行参数：泵吸入口压力、出口压力、介质温度、流量、轴承温度，轴承箱振动。

机械密封：换热器前温度、压力、换热后温度，机封腔温度；换热器冷却水进温度、换热器冷却水出温度；机械密封泄漏信号。

电动机：电流、电压、电动机三相绕组温度、轴承温度，接线柱温度。

控制参数、电动机启停、趋势异常预警及处理。

当监视参数超出设定范围时呈现不规律状况时，给予报警，提示处理，当出现明显故障时，自动作停机处理。

本发明的一种安全稳定型耐高温热水循环泵系统，主要在停机待机时，机封冷却水还在循环，保证机封处于允许的工作温度下不受损坏，同时针对输送温度≥200℃的热水介质时开发的能够实时监测泵及机封的运行状况，机封的泄漏情况。另外，本发明通过叶轮的结构设计，能够降低离心泵叶轮出口处的压力波动，从而提高叶轮出口处的压力稳定性，从而提高热水循环泵的输出压力稳定性。

上述实施方式是对本发明的说明，不是对本发明的限定，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种安全稳定型耐高温热水循环泵系统，其包括热水循环泵(1)、机械密封、压力控制阀(9)、微型汽轮机(10)、螺纹泵(11)、热交换器(14)、射流装置(16)，其特征在于：热水循环泵的出口部通过第一管线(A)与螺纹泵相连接，螺纹泵通过管线与热交换器相连接，热交换器通过管线与射流装置相连接，螺纹泵的驱动轴与微型汽轮机相连接，微型汽轮机通过管线与第一管线相连接，微型汽轮机与第一管线之间连接有压力控制阀，微型汽轮机通过管线与射流装置相连接，射流装置通过第二管线(B)与机械密封相连接；所述微型汽轮机(10)用于驱动螺纹泵的运转，压力控制阀(9)用于控制微型汽轮机的旋转或停止；

所述热水循环泵为离心泵，离心泵包括蜗壳、叶轮，叶轮包括前盘(101)、后盘(102)、叶片(103)，多个叶片沿周向均匀连接于前盘与后盘之间，叶片具有前缘(104)，前缘包括依次连接的第一弧形凸部(105)、第二弧形凸部(106)，第一弧形凸部的凸起方向为朝向叶轮的径向内侧，第二弧形凸部的凸起方向为朝向叶轮的径向外侧，第一弧形凸部与第二弧形凸部的凸起方向相反；还包括分流环(107)，分流环与每一个叶片相连接，且叶片上设置有连接槽部，分流环结合于连接槽部内；分流环平行于后盘设置，所述分流环(107)的上游端设置有导流部(108)，导流部为大体上圆形或椭圆形导流部；所述第一弧形凸部具有最大第一曲率(110)，第二弧形凸部具有最大第二曲率(111)，最大第一曲率等于2.5-5倍的最大第二曲率，所述第一弧形凸部与第二弧形凸部的连接处具有分隔点(109)，分隔点在轴向上的位置与分流环的位置大体上相同。

2.如权利要求1所述的一种安全稳定型耐高温热水循环泵系统，其特征在于，热水循环泵具有吸入管(2)，吸入管上设置有温度传感器、压力传感器，热水循环泵的出口部上连接有压力传感器、出口中间管(6)，出口中间管与出口接管(8)之间通过流量计(7)相连接。

3.如权利要求2所述的一种安全稳定型耐高温热水循环泵系统，其特征在于，所述螺纹泵与热交换器之间的管线上设置有压力传感器、温度传感器，热交换器的冷却水出口上连接有温度传感器，热交换器的冷却水进口上连接有温度传感器，热交换器与射流装置之间的管线上连接有温度计，第二管线上连接有压力传感器。

4.如权利要求3所述的一种安全稳定型耐高温热水循环泵系统，其特征在于，所述机械密封上连接有温度传感器，机械密封的下方设置有储液箱(26)，储液箱内设置有液位传感器(25)，热水循环泵通过轴承箱、联轴器与电机相连接，轴承箱上设置有一个或多个振动-温度一体化传感器；还包括数据采集及传输DTU、控制柜，数据采集及传输DTU上设置有无线控制端。

5.如权利要求1所述的一种安全稳定型耐高温热水循环泵系统，其特征在于，分流环具有径向长度R2、叶轮具有半径R1，R1＝(2-5)R2。

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