海水淡化高压增压泵的设计与应用.pdf

2 0 1 4年第 4 2卷第 6期 流体机械 4 7 文章编号 1 0 0 5 0 3 2 9 2 0 1 4 0 6 0 0 4 7 0 3 海水淡化高压增压泵的设计与应用 肖功槐 杨怀武 董美玉 上海凯泉泵业 集团 有限公司 上海市2 0 1 8 0 4 摘要 介绍了反渗透海水淡化技术和高压增压泵的设计 选材和应用情况 解决了在进 口高压下轴向力和密封问 题 结果表明该泵国产化成功 是国内在反渗透海水淡化高压增压泵设计研发领域的进步 关键词 反渗透 高压增压泵 轴向力 密封 国产化 中图分类号 T H 3 文献标志码 A d o i 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 5 0 3 2 9 2 0 1 4 0 6 0 1 0 De s i g n a n d Ap p li c a t io n o f Hig h Pr e s s u r e Bo o s t e r Pu mp f o r S e a wa t e r De s a fi n a fi o n XI AO G o n g h u a i YAN G Hu a i w u DONG Me i y u S h a n g h a i K a i q u a n P u m p G r o u p C o L t d S h a n g h a i 2 0 1 8 0 4 C h i n a Ab s t r a c t T h e r e v e r s e o s mo s is s e a w a t e r d e s a l i n a t i o n t e c h n o l o g y a n d t h e d e s i g n ma t e r i a l s e l e c t i o n an d a p p l i c a t io n s i t u a t i o n o f H i gh p r e s s u r e b o o s t e r p u m p i n t r o d u c e d T h e p m e m o f a x i a l f o r c e a n d s e a l u n d e r h i gh p r e s s u r e in t h e i n l e t i s s o l v e d T h e ms t s s h o w t h a t s u c c e s s f u l of l o c a l iz a t i o n p u mp i s the r e v e rse o s mo s i s d e s a l in a t io n p r o g r e s s in t h e fi e l d of d e s i gn and d e v e l o p me n t of h i 一p r e s s u r e b o o s t e r p u mp Ke y wo r d s rev e re o s mo s is h ig h p r e s s u r e b o o s t e r pu mp a x ial f o r c e s e al l o c aliz a t io n l 前言 目前海水淡化 的方法主要有蒸馏法 电渗析 法和反渗透法 其中反渗透法以其耗能少 设备相 对简单 效率高 建造周期短 易于大规模使用而 迅速发展 反渗透法之所 以耗能少是因为对反渗 透系统高压浓海水 的能量进行了回收再利用 对 等量的低压新鲜海水进行增压 由于在能量的交 换过程中存在损失 经能量回收装置增压的新鲜 海水压力低于渗透压 增压泵的作用就是补充能 量回收装置压力损失 让新鲜海水也能完成淡化 由此可见 增压泵是反渗透海水淡化系统 中必不 可少的核心设备之一 而 目前增压泵主要依赖进 口 要实现反渗透海水淡化系统 S WR O 装备的 国产化 高压增压泵 的国产化迫在眉睫u 收稿 日期 2 0 1 4 0 2 2 0 修稿 日期 2 0 1 4 0 5 0 3 2 技术要求分析 反渗透海水淡化工艺流程如图 1所示 图 1 反渗透海水淡化 工艺 流程示 意 在反渗透海水淡化工艺中 待处理的原海水 经过高压泵加压后 进入反渗透膜组件 经过反渗 透膜的水为所需要的淡水 即产水 剩余未透过膜 的部分水为浓度较高的海水 即浓海水 这部分 具有高压力能 的浓海水通过P X能量 回收装置将 2 0 1 4年第 4 2卷第 6期 流体机械 4 9 会引起转子往 电机端窜动 造成轴 向定位轴承磨 损或温度过高损坏 以下进行轴向力计算 1 叶轮前后盖板 不对称产生 的轴 向力 此力指向叶轮进 口 T I y n p 海 水 一 心 1 1 0 5 0 X耵X 9 8 0 0 2 2 8 一 0 0 2 3 1 4 1 0 0 2 2 2 8 Q 2 8 2 5 0 0 2 2 7 N 1 式中R R 叶轮 口环半径 叶轮外半径 叶轮轮毂半径 u 叶轮出口圆周速度 叶轮势扬程 2 动反力 此力指 向叶轮后面 p Q 一 C O S O 1 0 5 0 4 3 6 00 X0 68 0 8 N 2 式中Q 泵理论扬程 叶片进口 稍前 出口稍后的轴面速度 a 叶轮轴 面速度 与轴线方 向 的夹 角 此处为 9 0 3 叶轮轴头吸入压力和大气压力不同引起 的轴向力 此力指 向叶轮后面 P 一 P A 6 0 1 X 5 7 2 2 6 5 3 3 7 6 4 N 3 式中P P 泵进 口压力 大气压力 A 机械密封处的轴径受压面积 4 转子的重力 此力指 向叶轮进 口 7 4 5 0 4 N 4 5 总轴向力 T 一 3 2 3 6 1 N 5 可见总轴 向力 T 3 2 3 6 1 N 必须 由用联轴 器传递到电机轴通过推力轴承进行承载 电机轴 向定位和推力轴承安装在 电机顶端 常规电机承 受不住这么大力 故对电机经过专门定制 加大轴 径来保证泵轴 的刚度和强度 调整轴承的承载规 格 驱动端采用圆柱滚子径向轴承 非驱动端采用 高轴向承载能力的圆锥滚子推力轴承 J 4 2轴向密封的选择与配置 因输送的介质为6 0 M P a 高压带颗粒海水 可 致密封端面严重磨损 轴封频繁失效 严重影响系 统的正常运行 所 以要求增压泵中机械密封必须 稳定可靠 本泵使用的机械密封具有以下特点 1 耐高压型机械密封 由专业高压机封厂 家提供 采用平衡型 流体动压 内装 单作用机械 密封 能满足 6 0 MP a压力 2 摩擦 副为高强度浸锑 石墨 碳 化硅 静 环采用高强度浸锑石墨 刚性好 同时内孔用加强 圈解决浸锑石墨的机械强度问题 动环采用碳化 硅 表面光洁度高 硬对硬的磨擦面避免 了颗粒物 对动静环的刮伤失效 3 在泵轴上设置 台肩 用阻挡圈阻挡轴 向 力 抵消部分轴向力 4 橡胶密封件采用优质氟橡胶 5 动环座 弹簧 传动套 螺钉等金属件采 用 3 1 6 L不锈钢 其他金属件均为 3 0 4不锈钢 5 结语 该泵已在杭州水处理技术研究开发 中心承建 的浙江某海水淡化装置使用 6年 运行平稳 振动 小 噪声低 故水处理 中心后续又定制了 2台 该 泵巧妙的结构设计 圆满地解决 了海水淡化增压 泵轴头力过大的问题 完全满足工况使用要求 参考文献 1 肖功槐 杨怀武 赵永伟 海水淡化工艺及关键泵技 2 3 4 5 6 术发展综述 J 化工装备技术 2 0 1 4 3 5 2 5 9 6 5 王福军 计算流体动力学分析 C F D软件原理与应 用 M 北京 清华大学出版社 2 0 0 4 关醒凡 现代泵技术手册 M 北京 宇航出版社 1 9 9 8 刘玉莹 李仁年 李琪飞 等 双流道转轮水力透平 机的全流道数值模拟 J 流体机械 2 0 1 2 4 0 1 31 3 4 赵钦新 郭元亮 史进渊 等 锅炉全生命周期安全 高效运行和节能减排 J 压