LNG潜液泵设计说明书
LNG潜液泵设计说明书
LNG潜液泵设计目录第一章 LNG潜液泵设计概述 (1)1.1泵的结构和性能特点 (1)1.2 泵的主要零部件 (1)1.2.1 叶轮 (1)1.2.2 吸水室 (2)1.2.3 压出室 (2)1.2.4 密封环 (2)1.2.5 轴向力平衡机构 (3)1.3 泵的水力设计方法 (3)1.3.1 模拟设计法 (3)1.3.2 变型设计法 (3)1.3.3 速度系数设计法 (4)1.4关键问题的解决 (4)1.4.1气蚀问题的解决 (4)1.4.2热应力问题的解决 (4)第二章 LNG潜液泵的设计技术指标 (5)第三章 LNG潜液泵的基本设计与计算 (5)3.1泵的基本参数的确定 (5)3.1.1泵进出口流道直径的确定 (5)3.1.2泵的出口直径的确定 (6)3.1.3泵转速的确定 (6)3.1.4泵比转速n s的计算 (8)3.1.5计算泵的效率[6] (8)3.2叶轮主要参数的选择和计算 (9)3.2.1轴径和轮毂直径的计算 (10)3.2.2确定叶轮进口速度v s (11)3.2.3确定叶轮进口直径D s (12)3.2.4确定叶轮出口直径D s (13)3.2.5确定叶轮出口宽度b s (14)3.2.6确定叶片厚度 S (14)3.2.7 确定叶轮出口圆周速度 (15)3.2.8 确定叶轮叶片数 z (15)3.2.9 确定叶片的出口安放角s2 (16)3.2.10 确定叶片包角φ (16)3.2.11 叶片绘型[9] (16)3.3 压水室的水力设计 (19)3.3.1 压水室概述 (19)3.3.2 压水室的设计 (20)3.4吸水室的水力设计 (22)3.4.1概述 (22)3.4.2 吸水室的设计 (23)第四章泵的轴向力、径向力计算及平衡 (24)4.1 轴向力的计算及平衡 (24)4.1.1 轴向力的产生 (24)4.1.2 轴向力的计算 (25)4.1.3轴向力的平衡 (28)4.2径向力的计算及平衡 (28)4.2.1径向力的计算 (29)4.2.2径向力的平衡 (30)第五章低温潜液泵电机的选择 (30)5.1低温潜液泵电机的相关问题解决 (30)5.2电机的选择 (31)5.3电缆的选择 (32)5.4电气连接处的密封 (32)第六章泵主要零部件的强度计算 (33)6.1 叶轮强度计算 (33)6.1.1 叶轮盖板 (33)6.1.2 叶片厚度 (34)6.2 轴承的选择 (35)第七章泵的各零部件材料的设计 (35)7.1奥氏体不锈钢 (35)7.2镍基硬质合金 (36)7.3等离子堆焊技术 (36)7.4深冷处理 (37)7.5冲击试验 (37)7.6拉伸试验 (38)参考文献 (38)第一章 LNG潜液泵设计概述1.1泵的结构和性能特点作为整个LNG加气站的动力装置，LNG低温泵其性能要求最主要是耐低温且绝热效果好，以及承受出口高压。
3.2LNG潜液泵
泵主要功能是在储罐
不能靠自身压力加注 LNG液时潜液泵启动把 LNG从储罐输送到车用 储罐。
LNG潜液泵
泵体和电机完全浸没在LNG中，减少了LNG的损失，并保证了泵的快速
启动。潜液泵泵壳大大减少管路系统的冷损，并保证了泵的良好运行条件;
直立型的设计可使泵运转稳定，寿命更长。LNG液体“低进高出”。
LNG潜液泵-小节
1
2
潜液泵作用
潜液泵结构
3
潜液泵操作要求及注意事项
谢谢
计压力为1.6MPa，整个结构无密封组 件，结构紧凑，便于安装和维护，预冷时间短，可在短时间内启动。低温 泵池具有以下特点： ① 设计了泵池盖隔冷结构，泵池绝热性能显著提高； ②进出液管一体化真空管路设计，既提高了绝热性能又优化了管路布置，
整体效果十分美观；
LNG潜液泵
LNG的泵体结构一般包括 电机、主轴、轴承、叶轮、导
流器等，而泵池一般为双层真
空保温结构，泵池内一般设有 温度传感器、液位传感器以及
压力传感器，泵池上主要接口
有进液口、回气口、出液口， 附属接口有压力传感器信号引 6
出线接口、液位传感器引出线
接口、温度传感器引出线接口 及泵池内电器电源线接口等。
预冷原则：预冷时，设备和管道温度要逐步降低，禁止急冷，
以防温度骤降对设备和管件造成毁伤，一般采用低温气体预冷或微开液 相阀实现。
预冷的目的：保护和检验（工艺、设备、材料、施工连接）
LNG潜液泵-操作规范要求
离心泵气蚀
离心泵气蚀简单讲就是液体在一定压力下由液态变为气态，是由于 在叶轮和泵的进口处形成真空，压力低于该液体的饱和蒸气压而形成的， 是最严重的损害泵的一种现象，低温液化气介质的泵更容易发生。 预防措施 （1）保持泵进口有满足泵正常运行的正静压头； （2）泵启动前先进行泵预冷，控制起泵温度，该温度值设置应低于饱和温 度-8℃～0℃。 （3）关注泵出口压力，若存在波动，及时放空泵池直至压力稳定。 （4）泵池真空绝热指标符合标准规范的要求； （5）泵进口管线绝热良好； （6）进口管设计安装合理，不产生气阻现象。
3.2LNG潜液泵
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LNG潜液泵
LNG低温泵选用进口产品——美国ACD公司或法国Cryostar
公司的TC34型二级或者四级潜液泵。
二级泵技术参数 最大流量：340L/min（20000L/H）（液态） 进出口压力差：0.6-0.7MPa（LNG） 最大扬程：250m 设计扬程：190m 电机功率：11KW 四级泵技术参数 最大流量： 340L/min（20000L/H）（液态）进 出口压力差：1.8MPa（LNG） 最大扬程：488m 设计扬程：366m 电机功率：18.5KW 卧罐出液口距离泵的吸入口距离大于1m。
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LNG潜液泵
1.进口压力及NPSH: 泵运行时所需的净正压力（用液体高度表示）应大于泵进口处的液体
蒸汽压力，即使进口压力很高，NPSH仍会不够。NPSH仅仅是指液体实际压 力高于液体蒸汽压力的差值。
2.液化天然气操作中安全惰化处理
为使浸没的电机泵安全运行，对于泵送液化天然气或任何其他液化碳 氢化合物气体的泵机组，有必要在预冷和启动前，对整个装置，特别是泵 池和泵/马达装置进行安全惰化处理，将所含有含氧物质（包括空气）都 清除出系统。
预冷原则：预冷时，设备和管道温度要逐步降低，禁止急冷， 以防温度骤降对设备和管件造成毁伤，一般采用低温气体预冷或微开液 相阀实现。
预冷的目的：保护和检验（工艺、设备、材料、施工连接）
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LNG潜液泵-操作规范要求
离心泵气蚀 离心泵气蚀简单讲就是液体在一定压力下由液态变为气态，是由于
（2）置换泵体和管路系统，确保系统内无水气和其它异物。 (首用) 确定置换完成，然后慢慢打开进口阀和回气阀。预冷约15分钟，观 察回气测点温度，确定泵预冷完成。
LNG低温潜液泵的结构设计浅析
LNG低温潜液泵的结构设计浅析
首先，泵壳是LNG低温潜液泵的外部结构，一般采用不锈钢材料制造。
泵壳内部有入口和出口，入口通过吸入LNG，出口将LNG输送给需要的地方。
泵壳的内腔应满足流体流动的需求，通常采用多级叶轮结构，以增加
泵的扬程。
其次，叶轮是泵壳内部的核心组件，用于将LNG从入口吸入并排出至
出口。
为了减小振动和噪音，叶轮的设计应尽量避免流体流动中的湍流和
旋涡。
叶轮的材料通常选择不锈钢或钛合金，以保证其耐腐蚀性和强度。
轴承是支撑叶轮转动的部件，其设计应满足低温环境下的工作要求。
通常采用滚动轴承或滑动轴承，其中滚动轴承能够承受较高的转速和载荷，但在低温环境下需要特殊的润滑剂；滑动轴承则较为简单，但转速和载荷
能力较低。
密封是防止液体泄漏的关键组件。
由于LNG低温潜液泵工作环境的特
殊性，常规的机械密封无法满足要求。
因此，常采用金属波纹管密封或磁
力密封。
金属波纹管密封通过金属波纹管与静态密封环的配合实现密封效果；磁力密封则通过磁力驱动实现纯密封，避免了液体泄漏的隐患。
最后，传动装置用于将电动机的转动传递给泵轴，使泵轴和叶轮一起
转动。
常用的传动装置包括联轴器和变频器。
联轴器通过连接电动机和泵轴，传递转动力矩；变频器则通过调整电动机的转速，实现对泵的流量和
扬程的精确控制。
综上所述，LNG低温潜液泵的结构设计涉及泵壳、叶轮、轴承、密封、传动装置等多个方面。
通过合理设计和选用合适的材料，能够保证该泵在
低温环境下能够稳定、高效地运行，实现对液化天然气的输送和储存。
LNG潜液泵说明
A pump is a pump,right? No t exactly,given all the variations on thetheme. Take, for example thosepumps primarily used for trans-fer of liquefied natural gas (LNG)and o ther liquefied gases. They’rereally in a class unto themselves.Over the years, various methods oftransferring LNG fro m ship to tankstorage for transfer later to a send-outsystem, or transfer directly from shipinto a regasificatio n o r send-o ut sys-tem have been studied, and some arealready in detailed design o r underco nstructio n. This article fo cuses o nthe use of submerged, electric motorpumps (SEMPs) fo r these types o fservices.Multistage LNG send-out pumpafter removal from test stand Submerged Motor32MAY 2004 PUMPS & SYSTEMSAlong with the rapid growth of the global LNG market has c ome an esc alating demand for additional LNG receiving termi-nals and regasific ation systems around the world. Suc h termi-nals, whether on- or offshore,contain gas send-out systems that utilize SEMPs for LNG transfer and pressurization. These pumps typically feature an integral shaft with the entire motor, bearings and all other c omponents c om-pletely flooded with LNG. SafetySubmerged motor pump tec hnology was first applied in LNG applic ations in the early 1960s. Sinc e that time, SEMPS have been used in almost all LNG rec eiving terminals. The main reason for their popularity is their inherently safe design ompared to that of external motor type pumps with dynamic shaft seals.The motor and hydraulic sections of the SEMP are directly c oupled with a c ommon shaft,submerged in the liquid, with no oxygen present. This means the motor is not located in the atmo-sphere in the hazardous area, and no rotating seals are required.The design almost c ompletely eliminates the possibility of leak-age of flammable gas into the atmosphere.In addition to the safety aspe c ts, as no coupling is required between the motor and pump sec tions, there are no alignment problems normally assoc iated with pumps that use ouplings. Furthermore, sinc e the c omplete assembly is sub-merged in liquid that ac ts as effec tive sound insulation, these pumps operate very quietly.Basic DesignIn a traditional, land-based LNG receiving terminal, the sys-tem c onsists of a storage tankthat contains retractable (remov-able) or in-tank type pumps, and a send-out system, whic h c on-tains vessel-mounted type high-pressure LNG pumps and vapor-izers. This type of terminal also inc ludes a jetty where the LNG carrier would dock and discharge its LNG into the onshore storage tanks.The pumps used in the onshore storage tanks are sub-merged motor, retractable types,as shown in Figure 1. For a typi-c al rec eiving terminal, this type pump, sometimes also referred to as a “primary” pump, will have a flow rate of approximately 200 to over 400 m 3/h. This pump would normally only require one or two impeller stages, as it only needs to transfer the LNG out of the tank and into the secondary sys-tem.For vaporizer-feed duty, a relatively high pressure is required due to the high-pressure drop ac ross the vaporizer. For this application, a multistage ves-sel-mounted type pump (see Figure 2) that can produce pres-sures up to approximately 140kg/cm 2is used.For primary transfer pumps,the motor voltage is normally 400 to 480 volts, three phase, but also can be made at higher volt-ages, depending on the site power supply. The sec ondary vaporizer-feed pumps are nor-mally higher power, whi c h require from 4160 to 6600 volts.Both types of pumps c an be manufactured for either 50 or 60Hz power, depending on site requirements.The primary pump is installed into the storage tank through a disc harge “c olumn”mounted inside the tank. At the base of the c olumn is a suc tion valve that is opened by the pump itself. As the pump is lowered into the tank, the valve opens,allowing the LNG to flow intothe inlet of the pump. The pump has a seal loc ated near its base,which allows the discharge liquid to be pumped out the top of the pump and out the top of the dis-charge column.Sinc e the primary pump is installed in the storage tank,which is already provided with a vent system, no other venting c onnec tion at the headplate or olumn is required (although venting of the column to equal-ize pressure to the main tank area is required prior to start-up). The heat from the pump primarily is transferred to the pumped fluid,with only a small amount of heat being transferred back to the liq-uid in the storage tank.The high-pressure secondary pump is installed in its own self-ontained suc tion vessel, withPUMPS & SYSTEMS MAY 200433Figure 1.Diagram of submerged motor,retractable (removable) ty pe pumpused simply to transfer the LNG to Array the send-out system. Normally, twoor three primary pumps are used,depending on total flow require-ments and the need for backup orredundancy. From a pump designstandpoint, there is no particularspacing requirement between thepump columns. Normally, the col-umn spacing will be dictated by thetank design and spacing of the pip-ing, valves, etc, at the tank top.Care should be tak en in thetank design for the location of theinlet piping to the tank. If the inletpipe is placed too close to the pumpcolumns, the warmer liquid enter-ing the tank can affect the NPSHRof the pumps when filling the tanksduring lower-level operation.Another requirement is theneed for column venting prior tostart-up. Most columns will havedischarge piping that can be ventedto the tank top to equalize pressurebetween the tank and column; it iscrucial to ensure there are no lowspots that could trap liquid orprevent proper venting. ThisFigure 2.Multistage vessel-mounted pump design for vaporizer-feed duty.PUMPS & SYSTEMSealso is critical to recognize proper v nting. Sinc th s condary pumps normally hav much higher motor power, it is particu-larly important to take care of any heated LNG or vapor. Vent line s should always be rising as the y le ave the pump ve sse l and provide good ve nting back to a low-pre ssure space. Many prob-lems with secondary pumps over the years have been attributed to poor vent-system design.In the se condary pump sys-tem, a phase separator, or recon-de nse r, is normally installe d in the suction area. This tank is typ-ically used to allow the liquid to se ttle long e nough to allow any vapor to be ve nte d, and is also used to introduce LNG from the boil-off gas syste m to try and re cove r as much of the LNG as possible. The de sign of the sys-te m in this are a should also be tre ate d care fully to e nsure that the LNG temperature is still wellinto the liquid phase as it entersthe pump suction.MotorsWith the re ce nt inte re st in offshore or remote send-out sys-te ms, an important topic is the electrical supply used to start the high-pre ssure se nd-out pumps.Since the motors in these pumps are typically from 1000 to as much as 2300 kW, a large start-ing syste m is re quire d. A cryo-ge nic motor is a unique de sign,and the starting current required is approximately 61⁄2times the full load curre nt. It is difficult to re duce this value be cause of the amount of torque re quire d for starting a cryogenic motor.To re duce the starting cur-rent, soft starters, autotransform-ers and variable frequency drives can be use d with SEMPs—and have been used very successfully in many applications. Howe ve r,proper set-up of starting parame-ters in any current reduction type starting system is critical. T o pre-v nt probl ms, consult your pump manufacturer.In some offshore or re mote locations, using the LNG carrier as the primary system delivering the LNG dire ctly to the se c-ondary pumps has be n dis-cussed. It appears as though the biggest obstacle in this type sys-te m is the ve nting and boil-off from the send-out system during operation. Using the boil-off gas to feed local gas turbine genera-tors for powe r, or pre ssurizing the gas using compre ssors and feeding into the downstream gas syste m appe ar to be popular alternatives.Monitor & ProtectBoth primary and secondary SEMPs can have monitoring sys-tems installed to trend vibration.These systems typically consist of a piezoelectric type accelerometerPUMPS & SYSTEMS MAY 2004 35C i r c l e 226o n R e a d e r S e r v i c e C a r dMAY 2004 PUMPS & SYSTEMS36■Operation at flow rates away fr om the r ated or best effi-ciency point fo extended periods of time.■Debr is or contamination in the liquid.Since LNG systems are nor-mally clean, the first two points seem to be the main causes of failur e. To ensur e r eliable send-out systems, the designer s and oper ator s of these systems need to be well tr ained and awar e of the important issues surrounding design and operation.Mo r eove r, it is especially impor tant to consult with the SEMP manufacturer during ini-tial design or FEED stages, aswell as when wr iting specifica-tions for equipment. As with any application, p r ope rsystem design should r esult in a safe,simple, r eliable and r easonably priced installation. P&SReferences1. D. Cullen, J. Madison, HighPressure T echnology, Hydro-carbon Asia, July/August 2001.2. G. Louis Weisser, ModernSubmersible Pumps for Cryogenic Liquids, World Pumps, January 1994.3. D. Cullen, S. Rush, J. Madison,Radial and Axial Diffusers for S ubmerged Electric Motor-Driven Pumps, World Pumps,September 2000.Steve Rush is the Vice President of S ales and Service for the Cryodynamics Division of Ebara International Corp (EIC).Headquartered in Sparks, NV, he’s worked with this division for more than 23 years in the design, devel-opment, testing, service and sales of submerged motor cryogenic pumps and liquid expanders. The author of several papers and articles on various subjects related to liquefied gas pump equipment manufac-tured by EIC/Cryodynamics, Rush based this article on a presentation he delivered for the 2004 AIChE Spring National Meeting, T opical Conference on Natural Gas Utili-zation, in New Orleans, LA, April 27th. Contact him directly at:srush@PUMPS & SYSTEMS MAY 2004 37C i r c l e 248o n R e a d e r S e r v i c e C a r d。
LNG加气站潜液泵操作规程(标准版)
LNG加气站潜液泵操作规程(标准版)The safety operation procedure is a very detailed operation description of the work content in the form of work flow, and each action is described in words.( 安全管理 )单位：______________________姓名：______________________日期：______________________编号：AQ-SN-0512LNG加气站潜液泵操作规程(标准版)（一）目的为确保操作及管理人员安全的使用本设备，保证加气站的安全运行。
（二）适应范围本LNG加注设施区域内的LNG潜液泵及泵体附属设备。
（三）操作规程（1）开机前的检查：a)检查所有的管路、配件、螺栓和电路接线是否准备就绪。
b)检查所有管路接头部位的密封情况是否达到要求。
c)检查储罐液位与泵吸入口是否有足够的液位差。
（2）启动：a)按照潜液泵的预冷程序，缓慢地对泵进行冷却。
b)预冷完成后，泵壳内充满液体。
当泵池温度测点温度低于设定值之后，变频器按照给定频率启动电机。
c)如果泵发出异常的声音，或排出管路有较大震动，应立即停泵，查找出原因后，重新启动。
（3）停泵：a)切断泵的变频输出，关闭进液阀，导通加气机回流管线。
b)常开回气阀门，确保回气畅通。
（4）注意事项：a)必须密切关注泵的气蚀问题，即良好控制启泵温度，关注泵出口压力，避免严重气蚀给现场操作人员带来人身伤害或给设备带来损害。
b)当泵不起压时，首先判断泵是否转动，若泵不转，先查找动力电源及变频器问题，若正常，则考虑泵本体机械发生故障。
若判断泵转动，则根据泵运行声音正常与否，判断是否为液体原因或是电源因素，若均正常，则考虑泵本体机械发生故障。
当泵起压后压力不平稳，起伏波动时，先判断管路管阻是否发生变化（即进、出口阀门和加气机阀门是否正常开启），若均正常，则先考虑变频器频率是否恒定，最后考虑泵本体机械发生故障。
一说LNG潜液泵
一说LNG潜液泵期号：TD020 2016-1-14一、介绍LNG潜液泵是一种浸没式两级离心泵，整体浸入泵池中，无密封件，所有运动部件由低温液体冷却和润滑。
由于与传统泵有不同的结构特点，LNG潜液泵在LNG行业中具有非常大地优点：①泵体完全浸没在液体中，工作噪声非常小；②不含转动轴封，泵内有封闭系统使电机和导线与液体隔绝；③电动机不受潮湿、腐蚀的影响，其绝缘不会因为温度变化而恶化；④消除了可燃气体与空气接触的可能，保证了安全性；⑤将电机与叶轮设计在同一个轴上，省去了联轴器和对中的需要；⑥平衡机构的设计使轴承的使用寿命和泵的大修周期延长；⑦叶轮和轴承通过液体自身润滑，不需要附加的润滑系统；⑧无需使用防爆电动机。
如果低温潜液泵在操作时没有完全预冷就开车，泵虽然能够起压，但密封接触面没有形成润滑液膜，机械密封在短时间内可能磨坏而影响泵的可靠运行，因此用户在使用潜液泵进行卸车或为LNG车辆加液时必须使泵预冷充分；介质为LNG时，潜液泵的允许最小净压头为0.8m，潜液泵工作时必须保证其进口压力不得小于最低净压头的要求。
进口净压头是指液体实际压力与液体的饱和蒸汽压力的差值。
因此储罐内必须保留有足够量的LNG液体，即最低液位不得低于相应的设定值。
为达到满意的运行效果和较长的使用寿命，在运行时应随时对泵进行检查，倾听有无异常噪音或振动，如有则及时停机并通知相关人员进行维护。
LNG低温泵由一台变频器控制，由变频调速电机驱动，其额定功率为11~15KW。
潜液泵即可以作为LNG加液泵为LNG加气机提供LNG液体，也可以作为卸车泵为LNG槽车卸车。
潜液泵安装在泵池中，泵池的设计压力为1.6MPa，整个结构无密封组件，结构紧凑，便于安装和维护，预冷时间短，可在短时间内启动。
低温泵池具有以下特点：① 设计了泵池盖隔冷结构，泵池绝热性能显著提高；②进出液管一体化真空管路设计，既提高了绝热性能又优化了管路布置，整体效果十分美观；③ 在泵池盖上加装了压力、温度传感器和泵池气相管的实用装置；④ 泵池有足够的保冷性能，泵体的真空外壳和上盖在运行过程中没有结霜现象，24小时内低温液体蒸发≤30％.⑤ 泵池设计易于维修，更换低温泵易损件时间不超过8小时。
LNG潜液泵设计资料
LNG潜液泵设计目录第一章 LNG潜液泵设计概述 (1)1.1泵的结构和性能特点 (1)1.2 泵的主要零部件 (1)1.2.1 叶轮 (1)1.2.2 吸水室 (2)1.2.3 压出室 (2)1.2.4 密封环 (3)1.2.5 轴向力平衡机构 (3)1.3 泵的水力设计方法 (3)1.3.1 模拟设计法 (3)1.3.2 变型设计法 (3)1.3.3 速度系数设计法 (4)1.4关键问题的解决 (4)1.4.1气蚀问题的解决 (4)1.4.2热应力问题的解决 (5)第二章 LNG潜液泵的设计技术指标 (5)第三章 LNG潜液泵的基本设计与计算 (5)3.1泵的基本参数的确定 (5)3.1.1泵进出口流道直径的确定 (6)3.1.2泵的出口直径的确定 (6)3.1.3泵转速的确定 (6)3.1.4泵比转速n s的计算 (8)3.1.5计算泵的效率[6] (8)3.2叶轮主要参数的选择和计算 (10)3.2.1轴径和轮毂直径的计算 (10)3.2.2确定叶轮进口速度v o (12)3.2.3确定叶轮进口直径D j (12)3.2.4确定叶轮出口直径D2 (13)3.2.5确定叶轮出口宽度b2 (14)3.2.6确定叶片厚度 S (14)3.2.7 确定叶轮出口圆周速度 (15)3.2.8 确定叶轮叶片数 z (15)3.2.9 确定叶片的出口安放角β2 (16)3.2.10 确定叶片包角φ (16)3.2.11 叶片绘型[9] (16)3.3 压水室的水力设计 (19)3.3.1 压水室概述 (19)3.3.2 压水室的设计 (20)3.4吸水室的水力设计 (22)3.4.1概述 (22)3.4.2 吸水室的设计 (23)第四章泵的轴向力、径向力计算及平衡 (24)4.1 轴向力的计算及平衡 (24)4.1.1 轴向力的产生 (24)4.1.2 轴向力的计算 (25)4.1.3轴向力的平衡 (27)4.2径向力的计算及平衡 (28)4.2.1径向力的计算 (28)4.2.2径向力的平衡 (29)第五章低温潜液泵电机的选择 (30)5.1低温潜液泵电机的相关问题解决 (30)5.2电机的选择 (31)5.3电缆的选择 (32)5.4电气连接处的密封 (32)第六章泵主要零部件的强度计算 (33)6.1 叶轮强度计算 (33)6.1.1 叶轮盖板 (33)6.1.2 叶片厚度 (33)6.2 轴承的选择 (34)第七章泵的各零部件材料的设计 (35)7.1奥氏体不锈钢 (35)7.2镍基硬质合金 (35)7.3等离子堆焊技术 (36)7.4深冷处理 (37)7.5冲击试验 (37)7.6拉伸试验 (38)参考文献 (38)第一章LNG潜液泵设计概述1.1泵的结构和性能特点作为整个LNG加气站的动力装置，LNG低温泵其性能要求最主要是耐低温且绝热效果好，以及承受出口高压。
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LNG潜液泵设计目录第一章 LNG潜液泵设计概述 (1)1.1泵的结构和性能特点 (1)1.2 泵的主要零部件 (1)1.2.1 叶轮 (1)1.2.2 吸水室 (2)1.2.3 压出室 (2)1.2.4 密封环 (2)1.2.5 轴向力平衡机构 (3)1.3 泵的水力设计方法 (3)1.3.1 模拟设计法 (3)1.3.2 变型设计法 (3)1.3.3 速度系数设计法 (4)1.4关键问题的解决 (4)1.4.1气蚀问题的解决 (4)1.4.2热应力问题的解决 (4)第二章 LNG潜液泵的设计技术指标 (5)第三章 LNG潜液泵的基本设计与计算 (5)3.1泵的基本参数的确定 (5)3.1.1泵进出口流道直径的确定 (5)3.1.2泵的出口直径的确定 (6)3.1.3泵转速的确定 (6)3.1.4泵比转速n s的计算 (8)3.1.5计算泵的效率[6] (8)3.2叶轮主要参数的选择和计算 (9)3.2.1轴径和轮毂直径的计算 (10)3.2.2确定叶轮进口速度v s (11)3.2.3确定叶轮进口直径D s (12)3.2.4确定叶轮出口直径D s (13)3.2.5确定叶轮出口宽度b s (14)3.2.6确定叶片厚度 S (14)3.2.7 确定叶轮出口圆周速度 (15)3.2.8 确定叶轮叶片数 z (15)3.2.9 确定叶片的出口安放角s2 (16)3.2.10 确定叶片包角φ (16)3.2.11 叶片绘型[9] (16)3.3 压水室的水力设计 (19)3.3.1 压水室概述 (19)3.3.2 压水室的设计 (20)3.4吸水室的水力设计 (22)3.4.1概述 (22)3.4.2 吸水室的设计 (23)第四章泵的轴向力、径向力计算及平衡 (24)4.1 轴向力的计算及平衡 (24)4.1.1 轴向力的产生 (24)4.1.2 轴向力的计算 (25)4.1.3轴向力的平衡 (28)4.2径向力的计算及平衡 (28)4.2.1径向力的计算 (29)4.2.2径向力的平衡 (30)第五章低温潜液泵电机的选择 (30)5.1低温潜液泵电机的相关问题解决 (30)5.2电机的选择 (31)5.3电缆的选择 (32)5.4电气连接处的密封 (32)第六章泵主要零部件的强度计算 (33)6.1 叶轮强度计算 (33)6.1.1 叶轮盖板 (33)6.1.2 叶片厚度 (34)6.2 轴承的选择 (35)第七章泵的各零部件材料的设计 (35)7.1奥氏体不锈钢 (35)7.2镍基硬质合金 (36)7.3等离子堆焊技术 (36)7.4深冷处理 (37)7.5冲击试验 (37)7.6拉伸试验 (38)参考文献 (38)第一章 LNG潜液泵设计概述1.1泵的结构和性能特点作为整个LNG加气站的动力装置，LNG低温泵其性能要求最主要是耐低温且绝热效果好，以及承受出口高压。
其次是气密性和电气方面的安全性能要求比普通泵高很多。
低温泵必须有足够的压力和流量范围，以适应不同级别的汽车LNG储存系统; 要尽可能减少运行时产生的热量，以防止引发LNG气化；不可出现两相流，否则会造成泵的损坏。
LNG汽车加气站用潜液泵主要由泵、泵夹套和电机组成，其结构如图1所示。
采用离心式结构体，转速高、重量轻，这种高速离心式LNG潜液泵采用屏蔽电机一体轴配装泵体、叶轮、导流器、诱导轮等部件，通过变频控制器控制电机的转速。
其结构设计为屏蔽电机和泵体全部浸没在低温液体中，达到零泄漏的方式。
图1-1 LNG汽车加气站用潜液泵结构图1.2 泵的主要零部件1.2.1 叶轮叶轮是将来自原动机的能量传递给液体的零件，液体流经叶轮后能量增加。
叶轮一般由前盖板、后盖板、叶片和轮毂组成。
图1—2a所示，这种叶轮叫闭式叶轮；如果叶轮没有前盖板，就叫半开式叶轮，如图1—1b所示。
没有前盖板、也没有后盖扳的叶轮叫开式叶轮，开式叶轮在一般情况下很少采用。
图1-2 叶轮a)闭式叶轮 b)半开式叶轮1.2.2 吸水室吸水室的作用是使液体以最小的损失均匀地进入叶轮。
吸水室主要有三种结构型式，锥形管吸水室、圆环形吸水室和半螺旋形吸水室。
1.2.3 压出室压水室的作用是以最小的损失，将从叶轮中流出的液体收集起来，均匀地引至泵的吐出口或次级叶轮,在这个过程中，还将液体的一部分动能转变为压力能。
压水室主要有以下几种结构型式：螺旋形涡室、环形压水室、径向导叶、流道式导叶和扭曲叶片式导叶等。
离心泵的叶轮、吸水室、压水室以及泵的吸入口和吐出口称为泵的过流部件。
过流部件形状和材质的好坏是影响泵性能、效率和寿命的主要因素之一。
1.2.4 密封环由于叶轮旋转时将能量传递给液体，所以在离心泵中形成了高压区和低压区。
为了减少高压区液体向低压区流动，在泵体和叶轮上分别安装了两个密封环。
装在泵体上的叫泵体密封环，装在叶轮上的叫叶轮密封环。
密封环磨损后应能很容易地更换。
1.2.5 轴向力平衡机构泵在运行中由于作用在转子上的力不对称就产生了轴向力。
一般离心式单级泵主要采用平衡孔或平衡管平衡轴向力；多级泵一般用平衡鼓或平衡盘平衡轴向力。
本设计中，轴向推力的平衡采用了推力平衡机构(thrust equalizing mechanism，TEM) 来平衡轴向推力，径向力的平衡采用对称扩散器叶片来实现。
1.3 泵的水力设计方法在工程上，离心泵的设计基本上应用一元流动模型等设计方法。
一下简述离心泵的水力设计几种常用的方法，这些设计方法均基于一元流动的假设。
1.3.1 模拟设计法这是一种根据相似理论而推导出的设计方法。
基于欧拉方程，对于两个几何相似的离心泵，其性能完全相似的充分必要条件是两个相似数相等。
对于粘性流动来说，还需要雷诺数相等。
例如，相似准则为：s sp=s sm=s√s ss34⁄（1−1）λ=s ss s=√s vps vm=√(s ss s)2sss s（1−2）式中，D 为特征直径，s s为体积流量，H为扬程，n为转速。
下标m为模型泵，p 为原型泵。
在具有优良的水利模型条件下，这是一种简单可靠的方法。
1.3.2 变型设计法这是一种变型的模拟设计法，是对现有的性能优良的泵，通过局部改变其几何参数，取得所需要泵的性能。
典型的几何改变有：1）改变入口几何参数，例如进口直径，以改变流量特性；2）改变叶片出口角及叶片数，以改变扬程；3）改变叶轮盖板间的出口宽度，以改变流量；4）改变涡壳式多级泵导叶喉部面积，以改变流量特性；5）切割叶轮外径，以改变扬程及流量等；6）修正叶片进口端机出口端等。
1.3.3 速度系数设计法速度系数设计法其实质也是一种相似设计法。
所不同的是相似换算法是以一台模型泵为基础，而速度系数法则以一系列相似泵为基础。
以现有性能较好的产品为基础统计出来的各种流速的速度系数图。
设计时按n选取速度系数，作为计算水力尺寸的依据，这种设计方法叫速度系数设计法。
Stepanoff早于1948年就提出了利用比转速规律进行水力设计的设计系数法，在统计大量实测资料的基础上提出了著名的Stepanoff速度图，国内于80年代初曾对部分优秀模型进行了统计，90年代初，张俊达和何希杰等对近年来的优秀模型进行了重新统计，提出了一些系数和规律。
用速度系数法设计产品时，虽然设计计算比较简便，但是产品只能保持原有的水平。
因此，在采用速度系数设计法设计产品时，应结合模型实验，不断创造新的优秀的模型，并将这些模型的速度系数充实到速度系数曲线中去，才能不断提高产品技术水平。
1.4关键问题的解决1.4.1气蚀问题的解决气蚀问题的解决为了防止在泵的吸入口产生气蚀，减少流体在吸入口的阻力，在吸入口设置了螺旋状导流器。
整个泵安装在一个不锈钢容器内，不锈钢容器具有气、液分离作用，按照压力容器标准制造。
泵的吸入口位于较低的位置，保证吸入口处于液体中。
螺旋状导流器和不锈钢容器的应用，使得LNG泵能够达到应有的净吸入压头，有利于改善水利特性，降低泵对净吸入压头的要求，防止在泵的吸入口产生气蚀。
1.4.2热应力问题的解决LNG潜液泵启动时，热应力的作用可能会导致泵出现裂纹和抱死不能转动等现象而损害泵。
为了防止这种现象，结构上可以采用悬壁型，使得在低温环境下整体向顶部收缩，泵体配合部位选用热膨胀系数相近的材料，避免低温环境下收缩程度不同产生抱死裂纹现象；同时通过温度传感器实时监控泵出口温度，根据出口温度温度显示，调整泵前后阀门，控制泵预冷时间，实验表明这种方法解决热应力问题时显得相当有效。
第二章 LNG潜液泵的设计技术指标用于LNG汽车加气站的液化天然气泵一种潜液式LNG多级离心泵。
该泵将满足流量大，出口压力高的要求，结构和整体性能良好，可广泛应用于各种低温工艺过程中如LNG 液化天然气汽车加气站、LNG接收站、管道输送、充装LNG运输槽车和液氮、液氩的输送系统等。
液化天然气泵主要设计技术指标如下:类型: 潜液式低温离心泵设计温度:-196℃电机参数: 380V/50Hz 三相电机功率:11kW设计流量: 12s3∕h( 折合液态流量)设计扬程: 220m工作转速:1500r/min~6000 r/min级数:2级NPSHR:1~4m输送介质: 使用状态为LNG，试验状态为液氮外形尺寸：615mm×470mm×1294mm（泵夹套长×宽×高）。
第三章 LNG潜液泵的基本设计与计算3.1泵的基本参数的确定3.1.1泵进出口流道直径的确定泵的进口直径D1由进口速度v s确定，即s1=√4s sss s（3−1）式中：s s——泵的设计流量，s3∕h；s s——泵的入口速度，m/s，可取3m/s左右，对于高汽蚀性能要求的泵，进口流速可以取到1.0-2.2m/s，或按下表取值。
表3-1 泵进口流速的选择进口直径 40 50 65 80 100 150 200 250 300 400单级s s 1.375 1.77 2.1 2.76 3.53 2.83 2.15 2.83s s 6.25 12.5 25 50 100 180 300 500多级s s 1.375 1.77 2.1 2.54 3 2.44 2.48 2.54 2.84 3.42 s s 6.52 12.5 25 46 85 155 280 450 720 1500代入数据计算得：s1=49mm取s1=50mm，计算实际进口流速s s=1.7m/s3.1.2泵的出口直径的确定泵的出口直径s2可取与s1相同，或小于s1,即s2=(0.7~1.0)s1（3−2）式中：s2——为泵出口直径，mm。
故s2=0.7×50=35mm3.1.3泵转速的确定1．确定泵转速 n 应考虑以下因素：泵的转速高，体积小，质量轻，离心泵应向高转速方向发展；2．转速与比转速s s成正比,为提高效率，应选择合适的比转速s s，从而可以确定合理的转速；3.计算空化比转速 C∁=5.62s√s sssss s34⁄（3−3）式中: ssss s为泵的必要空化余量。