气提液涡轮泵

摘要

一种气提液涡轮泵，包括泵体和安装在泵体内的主轴，在泵体的两侧安装有提液进口和提液出口，在泵体的两端安装有轴密封装置，在泵体内设置多个腔室，主轴依次穿过多个腔室，在相邻的腔室之间的主轴上设有平衡装置，相邻的腔室之间相互连通；在每个所述的腔室内均设置轮叶，相邻腔室通过连接管路连通，所述提液进口与其中一个腔室连通，所述提液出口与另一个腔室连通。本发明的优点在于，能将尿素生产过程中的提出液的液压力及其类似的高压液体进行减压，同时能将其所产生的压差势能转化为动能。

权利要求

1.一种气提液涡轮泵，包括泵体（1）和安装在泵体（1）内的主轴（4），在泵体（1）的两侧安装有提液进口（6）和提液出口（7），在泵体（1）的两端安装有轴密封装置（10），其特征在于：在泵体（1）内设置多个腔室，主轴（4）依次穿过多个腔室，在相邻的腔室之间的主轴（4）上设有平衡装置，相邻的腔室之间相互连通；

在每个所述的腔室内均设置轮叶，相邻腔室通过连接管路连通，所述提液进口（6）与其中一个腔室连通，所述提液出口（7）与另一个腔室连通。

2.根据权利要求１所述的一种气提液涡轮泵，其特征在于：在泵体（1）内设置有保温通道。

3.根据权利要求１所述的一种气提液涡轮泵，其特征在于：所述连接管路上安装有气液分离器（15）。

4.根据权利要求１所述的一种气提液涡轮泵，其特征在于：所述平衡装置包括设置在泵体（1）内相邻腔室之间平衡腔室（52），及设置在所述平衡腔室（52）内主轴（4）上的平衡盘（5），平衡腔室（52）通过平衡气管道（59）与位于泵体（1）外的平衡气出口（51）相连通；

所述的平衡腔室（52）二侧分别通过提出液体输送通道与相邻的二个腔室分别连通；

平衡盘（5）二侧受气压面积不相等，平衡盘（5）气压大侧，其受气压面积小，平衡盘（5）气压小侧，其受气压面积大。

5.根据权利要求２所述的一种气提液涡轮泵，其特征在于：所述保温通道包括设在泵体（1）内的蒸汽通道，蒸汽通道与蒸汽进口连通。

6.根据权利要求４所述的一种气提液涡轮泵，其特征在于：在所述平衡盘（5）二侧各设一个节流环，节流环截面积为平衡盘（5）受气压面积；

在平衡腔室（52）的两侧面上分别设有与节流环相对应的凸起。

7.根据权利要求４所述的一种气提液涡轮泵，其特征在于：所述平衡盘（5）通过滑动轴（16）连接在主轴（4）上，滑动轴（16）能相对主轴（4）滑动。

8.根据权利要求１所述的一种气提液涡轮泵，其特征在于：所述平衡装置包括设置在泵体（1）内相邻腔室之间平衡腔室（52），及设置在所述平衡腔室（52）内主轴（4）上的平衡盘（5），所述平衡盘（５）包括与主轴（４）固定连接的固定盘（17），固定盘（１７）外侧边缘设有滑动槽（19），滑动盘（18）中间设有固定孔，固定孔边缘嵌入滑动槽（19）中，固定孔边缘的厚度小于滑动槽（19）内的宽度；

平衡盘（5）二侧受气压面积不相等，平衡盘（5）气压大侧，其受气压面积小，平衡盘（5）气压小侧，其受气压面积大。

说明书

气提液涡轮泵

技术领域

[0001] 本发明涉及流体输送设备领域，涉及利用高压液体的气提液涡轮泵。

背景技术

[0002] 在化工生产过程中，经常会产生高压液体，例如，我国内大部分尿素生产工艺采用CO2汽提工艺，该工艺中汽提塔提出液的出液压力高达14.6MPa，而一般精馏塔承压小于0.4MPa，这就要求对提出液进行减压，当减压至0.3MPa左右后方可进入精馏塔后进行蒸发循环；现有技术中，减压过程一般是通过高压调节阀及节流管进行减压；压差势能未能得到利用。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种气提液涡轮泵，能将尿素生产过程中的提出液的液压力及其类似的高压液体进行减压，同时还能将其所产生的压差势能转化为动能，本发明还有另一个优点，可以适用于将蒸汽转化为动能。

[0004] 为了解决上述问题，本发明的技术方案为： 一种气提液涡轮泵，包括泵体和安装在泵体内的主轴，在泵体的两侧安装有提液进口和提液出口，在泵体的两端安装有轴密封装置，在泵体内设置多个腔室，主轴依次穿过多个腔室，在相邻的腔室之间的主轴上设有平衡装置，相邻的腔室之间相互连通；

[0005] 在每个所述的腔室内均设置轮叶，相邻腔室通过连接管路连通，所述提液进口与其中一个腔室连通，所述提液出口与另一个腔室连通。

[0006] 进一步讲，在泵体内设置有保温通道。

[0007] 进一步讲，连接管路上安装有气液分离器。

[0008] 进一步讲，平衡装置包括设置在泵体内相邻腔室之间平衡腔室，及设置在所述平衡腔室内主轴上的平衡盘，平衡腔室通过平衡气管道与位于泵体外的平衡气出口相连通；

[0009] 所述的平衡腔室二侧分别通过提出液体输送通道与相邻的二个腔室分别连通；

[0010] 平衡盘二侧受气压面积不相等，平衡盘气压大侧，其受气压面积小，平衡盘气压小侧，其受气压面积大。

[0011] 进一步讲，保温通道包括设在泵体内的蒸汽通道，蒸汽通道与蒸汽进口连通。

[0012] 还可以，在平衡盘二侧各设一个节流环，节流环截面积为平衡盘受气压面积；

[0013] 在平衡腔室的两侧面上分别设有与节流环相对应的凸起。

[0014] 还可以，提出液体输送通道为泵体与主轴构成的径向间隙，且在该径向间隙内设置有迷宫式非接触式密封结构。

[0015] 还可以，平衡盘通过滑动轴连接在主轴上，滑动轴能相对主轴滑动。

[0016] 进一步讲，平衡装置包括设置在泵体内相邻腔室之间平衡腔室，及设置在所述平衡腔室内主轴上的平衡盘，所述平衡盘包括与主轴固定连接的固定盘，固定盘外侧边缘设有滑动槽，滑动盘中间设有固定孔，固定孔边缘嵌入滑动槽中，固定孔边缘的厚度小于滑动槽内的宽度；

[0017] 平衡盘二侧受气压面积不相等，平衡盘气压大侧，其受气压面积小，平衡盘气压小侧，其受气压面积大。

[0018] 采用本发明的技术效果为：利用液力透平原理，尿素气的高压势依次经过多个腔室内的轮叶后，轮叶将尿素气的高压势能转换成机械能推动主轴旋转，以达到减压和利用尿素提液压差势能的技术效果，达到能力回收利用的目的。

[0019] 在每个腔室内的轮叶在能量消耗过程中，会将尿素提液进行一次降温，进而会产生过多的液体，其中管道中设置的分离器将会对其气体和液体进行一次初步的分离，使其符合进入下一级腔室的技术要求，并且在从泵体出口流出的气提液不会掺杂过多的液体成分。

[0020] 平衡装置的作用的在于防止主轴左右过量位移，相邻的二个腔室，当其中一个腔室内的气压高于另一个腔室气压时，通过预先设置平衡盘二侧受气压的面积，使相邻二个腔室气压作用在平衡盘相等，使其平衡盘两侧受到的尿素提出液推动压力始终处于平衡状态，可以在防止主轴磨损的同时，还可以防止主轴左右过量位移的技术效果。

[0021] 平衡盘通过滑动轴连接在主轴上，滑动轴能相对主轴滑动，通过滑动轴的滑动可以改变平衡盘与平衡腔室内壁之间间距，工作时，相邻二个腔室内的气压出现异常波动时，平衡盘二边的受力不相等时，平衡盘会向受力小侧移动，即受力大侧的平衡盘与平衡腔室内壁间距大，其多余的气体会通过平衡气出口排出，异常波动结束后，平衡盘受力反向移动，使平衡盘二侧与平衡腔室内壁间距相等。

[0022] 保温通道的作用在于起到保证尿素提出液的产生的势能能够有效的输出，例如：高温高压气提液体进入到温度较低的泵体内，那么泵体会吸收尿素气提液的部分热能，因此尿素提出液中的气体部分会在腔室内形成凝结成液体，其液体会阻碍一级轮叶做功，进而影响整个泵的工作效率，通过设置保温通道，使不同腔室内的温度接近。

附图说明

[0023] 下面结合附图对本发明做进一步的说明：

[0024] 图1为气提液涡轮泵的剖视图。

[0025] 图2为气提液涡轮泵平衡装置的剖视图。

[0026] 图3为气提液涡轮泵在使用时的主视图。

[0027] 图4为气提液涡轮泵优选实施例剖视图。

[0028] 图5为气提液涡轮泵优选平衡装置的剖视图。

[0029] 图6为滑动轴的剖视图。

[0030] 图7为平衡装置优选结构图。

[0031] 图8为图7中平衡盘剖视图。

[0032] 图9为滑动盘主视图。

[0033] 如图中，泵体1、一级轮叶2、二级轮叶3、主轴4、平衡盘5、提液进口6、提液出口7、第一蒸汽通道8、第二蒸汽通道9、轴密封装置10、联轴器11、第一轴承座12、止推轴承13、管道14、气液分离器15、滑动轴16、固定盘17、滑动盘1８、滑动槽1９、电机20、一级腔室21、垫块2２、二级腔室31、平衡气出口51、平衡腔室52、第二节流环53、第一节流环54、第一凸起55、第二凸起56、第二提出液体输送通道57、第一提出液体输送通道58、平衡气管道59、第一蒸汽进口81、第一蒸汽出口82、第二蒸汽进口91、第二蒸汽出口92、第二轴承座121、低压受气环２０
１、高压受气环２０２、固定孔１８１。

具体实施方式

[0034] 如图1所示，一种气提液涡轮泵，包括泵体1和安装在泵体1内的主轴4，在泵体1的两端安装有轴密封装置10，在泵体1内设置二个腔室，分别为一级腔室21和二级腔室31，轮叶包括一级轮叶2、二级轮叶3，一级轮叶2位于一级腔室21内，二级轮叶3位于二级腔室31，主轴4依次穿过一级腔室21和二级腔室31，一级轮叶2、二级轮叶3连接在主轴4上，提液进口6设在第一腔室21上，提液出口7设在第二腔室31上；

[0035] 优选的，轴密封装置10选用二氧化碳干气密封装置。

[0036] 在泵体1内设置有保温通道，优选的，保温通道包括设在泵体1内的第一蒸汽通道8和第二蒸汽通道9，且第一蒸汽通道8和第二蒸汽通道9分别位于透平装置的两侧；在第一蒸汽通道8上安装有第一蒸汽进口81、第一蒸汽出口82，在第二蒸汽通道9上安装有第二蒸汽进口91、 第二蒸汽出口92。进一步优选的，第一蒸汽通道8的截面的面积大于第二蒸汽通道9的截面的面积，且第一蒸汽通道8位于透平装置中靠近一级轮叶2的一侧，第二蒸汽通道9位于透平装置中靠近二级轮叶3的一侧。

[0037] 工作时，当高温高压尿素气提液体进入到温度较低的泵体1内时，那么泵体1会吸收尿素气提液的部分热能，因此尿素提出液中的气体部分会在一级腔室21内形成凝结成液体，其液体会阻碍一级轮叶2做功，进而影响整个泵的工作效率，并且在进入一级腔室21的尿素提液的温度要高于二级腔室31，所以靠近一级腔室21的第一蒸汽通道8的截面积要大于第二蒸汽通道9的截面积。

[0038] 一级腔室21和二级腔室31通过管道14连通，在管道14上安装有气液分离器15。

[0039] 工作时，在驱动一级轮叶2的能量消耗过程中，会将尿素提液进行一次降温，进而会产生过多的液体，其中管道14中设置的气液分离器15将会对其气体和液体进行一次初步的分离，使其符合进入二级腔室31的技术要求，并且在从泵体1出口流出的气提液不会掺杂过多的液体成分，使得二级腔室31排出的尿素提气符合进入下一个工作单元的进气标准。

[0040] 如图2中，平衡装置包括设置在泵体1内、一级腔室21和二级腔室31之间平衡腔室52，及设置在所述平衡腔室52内主轴4上的平衡盘5，平衡腔室52通过平衡气管道59与位于泵体1外的平衡气出口51相连通；

[0041] 平衡腔室52分别通过第一提出液体输送通道58与一级腔室21连通，通过第二提出液体输送通道57与二级腔室31通过。

[0042] 在平衡盘5靠近一级轮叶2的端面上设有第一节流环54，在平衡盘5靠近二级轮叶3的端面上设有第二节流环53，且第二节流环53的直径大于第一节流环54的直径。

[0043] 在平衡腔室52的两侧的泵体1上分别设有与第一节流环54和第二节流环53相对应的第一凸起55和第二凸起56。

[0044] 工作时，理想状态，一级腔室21内的气压P乘平衡盘5第一节流环54面积的推力值等于二级腔室31内的气压P乘平衡盘5第二节流环53面积的推力值，以使平衡盘5二边所受推力相等，一级腔室21与二级腔室31内的气压出现波动时，其产生的二边力差不超过主轴4被持力，侧主轴4不会产生位移，确保气提液涡轮泵的安全。

[0045] 优选的，第一提出液体输送通道58和第二提出液体输送通道57为泵体1与主轴4构成的径向间隙，且在该径向间隙内设置有迷宫式非接触式密封结构。

[0046] 如图5所示，平衡盘5通过滑动轴16连接在主轴上，滑动轴16能相对主轴4滑动，如图6所示，滑动轴16包括壳体，及设在壳体内的二个环形螺旋弹簧，环形螺旋弹簧套在主轴4上、且一端固定在主轴4上，在二个环形螺旋弹簧之间设有滑动块，滑动块活动套在主轴4上，环形螺旋弹簧另一端分别连接在滑动块上，平衡盘5设在滑动块上。

[0047] 工作时，一级腔室21内的高压尿素提出液压力波动，且大于预设的工作值时，其压力沿着第一提出液体输送通道58移动至平衡腔室52内，在平衡盘5的作用下，推动滑动轴16上平衡盘5的向二级叶轮3方向移动，当移动后，第一节流环54与第一凸起55分开、第二节流环53与第二凸起56贴合，使得平衡腔室52上的第一节流环54围成的空腔与平衡出口连通，第一节流环54与第一凸起55围成的腔室此时迅速减压，至平衡盘5二边的推力相等；

[0048] 相反，二级腔室31内的高压尿素提出液压力波动，且大于预设的工作值时，尿素提出液沿着第二提出液体输送通道57移动至平衡腔内，由于此时第二节流环53与第二凸起56相分离，第一节流环54与第一凸起55相贴合，此时第二节流环53围成的腔室与平衡出口连通，平衡腔室52迅速减压，至平衡盘5二边的推力相等。

[0049] 如图3所示，在主轴4的一个端部依次安装有联轴器11和第一轴承座12，在另一个端部安装有第二轴承座121，在第二轴承座121上安装有止推轴承。

[0050] 泵体1、主轴4、一级轮叶2、二级轮叶3、平衡盘5和气液分离器15是采用双相不锈钢制成。

[0051] 优选的，泵体1为轴向剖分式泵体。

[0052] 主轴4采用第一轴承座12和第二轴承座121支撑，确保了运转中的同轴度，减轻主轴4的径向跳动；同时涡轮泵两个轮叶中间的平衡盘5平衡轴向受力，另外在其尾端设有止推轴承13，消除了轴向力而导致设备运行不稳定的情况，使设备运行更加稳定；与液气接触的材料选用双相不锈钢，该材料不受高压尿素气的腐蚀，进而防止尿素气对轮叶的冲蚀，提高了设备的使用寿命；泵体1采用轴向剖分式，方便拆卸或安装；本发明可以降低尿素装置的运行成本及能耗，起到减压效果的同时，还可以为其他设备提供机械能。

[0053] 使用方法，如图1和3所示：1、首先向第一蒸汽进口81和第二蒸汽进口91通入高温蒸汽，高温蒸汽从第一蒸汽通道8和第二蒸汽通道9中通过，将热量传递至泵体1后，高温蒸汽从第一蒸汽出口82和第二蒸汽出口92排出；当泵体1加热到适当温度后，再将主轴4通过驱动装置驱动主轴4转动，其中驱动装置可以是连接在主轴4一侧的电机20。

[0054] 2、通过提液进口6向泵体内通入尿素气提液，尿素气提液经过管道14和气液分离器15从提液出口7排出。

[0055] 3、当主轴4在电机20的驱动下运转到一定转速后，关闭电机，让主轴4在尿素气提液的驱动下旋转，主轴4向外做功。

[0056] 4、经过减压后的尿素气提液与平衡气出口51排出的液体一并输送至下一工作位置30。

[0057] 如图4中，一种气提液涡轮泵，包括泵体1和安装在泵体1内的主轴4，在泵体1的两侧安装有提液进口6和提液出口7，在泵体1的两端安装有轴密封装置10，在泵体1内从左至右依次设置三个腔室，主轴4依次穿过三个腔室，在相邻的腔室之间的主轴4上设有平衡装置，相邻的腔室之间相１７互连通；

[0058] 在三个腔室内均设置轮叶，相邻腔室通过连接管路连通,在连通管路上设有气液分离器15，提液进口6与最右侧腔室连通，提液出口7与最左侧腔室连通。

[0059] 如图2中，平衡装置包括设置在泵体1内相邻腔室之间平衡腔室52，及设置在所述平衡腔室52内主轴4上的平衡盘5，平衡腔室52通过平衡气管道59与位于泵体1外的平衡气出口51相连通；

[0060] 平衡腔室52二侧分别通过提出液体输送通道与相邻的二个腔室分别连通；

[0061] 平衡盘5二侧受气压面积不相等，平衡盘5气压大侧乘以受气压面积的推力值等于平衡盘5气压小侧乘以受气压面积的推力值，以使平衡盘5二侧所受推力相等。

[0062] 如图7中，平衡装置包括设置在泵体1内相邻腔室之间平衡腔室，及设置在所述平衡腔室内主轴4上的平衡盘5，平衡盘５包括与主轴４固定连接的固定盘17，如图8中，固定盘１７外侧边缘设有滑动槽1９，如图9中，滑动盘1８中间设有固定孔１８１，固定孔１８１边缘嵌入滑动槽1９中，固定孔１８１边缘的厚度小于滑动槽１９内的宽度，优选的，固定孔边缘与滑动槽１９内壁之间设有胶橡垫，滑动盘1８二侧分别设有低压受气环201、高压受气环202，低压受气环
201面积大于高压受气环202面积，在理论工作气压下，滑动盘1８二侧受力相等，优选的，在平衡腔室52内壁上与低压受气环201、高压受气环202对应位置设置垫块２２。

[0063] 工作时，平衡盘５二侧气压发生波动，会使滑动盘１８二侧受力发生变化，从而使滑动盘１８相对固定盘１７滑动，滑动盘１８会在滑动槽１９的限位下滑动，向滑动盘１８受力小侧方向滑动，使受力大侧的气体从平衡气出口51排出，以使滑动盘１８二侧受力重新保持平衡，如果平衡盘５同一侧面上下受力不均时，滑动盘１８会发生偏转，二侧的气体均可以通过平衡气出口51排出。