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屏蔽泵选型要点:无泄漏要求下的功率核算与温升边界

来源:原创 栏目:行业动态 · 发布日期:2026/10/21 10:01:36

上海蓝海泵业制造有限公司在 2026 年 10 月收到的无泄漏工况询价中,屏蔽泵与磁力泵的选择占比持续上升。屏蔽泵依靠屏蔽电机与定转子屏蔽套,把电机腔与输送介质纳入同一封闭空间,取消轴封后实现工艺侧无动密封。选型阶段容易出现两类偏差:一是只按泵的水力功率配电机,忽略屏蔽套涡流损耗与循环回路热量,二是只核对介质温度,未核算循环液在电机腔内的温升。无泄漏要求下的屏蔽泵选型,需要把功率修正与温升边界两件事一起算清。

一、屏蔽泵的结构特点决定其无泄漏能力

屏蔽泵属于离心泵的一种结构形式,它的差异不在叶轮水力设计,而在驱动与被驱动部分被包进同一个压力边界内。无动密封是屏蔽泵的核心特征,也是它进入易燃、易爆、有毒、贵重与强渗透性介质场合的根本原因。理解这套结构,后续的功率核算与温升核算才有依据。

1. 屏蔽电机与定转子屏蔽套

屏蔽泵采用屏蔽电机驱动。定子绕组与转子铁芯之间设置定子屏蔽套,转子外表面包覆转子屏蔽套,两套之间的间隙即电机气隙。屏蔽套由非磁性材料制成,常见材质包括 316L 不锈钢、哈氏合金与钛材,壁厚通常在 0.2 mm 至 0.5 mm 区间内取值,具体由制造厂按承压与工艺能力确定。

屏蔽套的作用是隔开电机绕组与介质,同时保持磁力线穿过。介质在电机腔内流动,同时充当电机冷却介质与滑动轴承的润滑剂。屏蔽套一旦破损,介质即进入定子腔并损伤绕组绝缘,这类失效在结构上不具备现场修复条件,需要整体返厂处理。

2. 无动密封不等于整机零泄漏点

屏蔽泵取消了轴封,但机壳结合面仍存在静密封点。无泄漏要求应明确为动密封点为零、静密封点数量有限且可监控,而不应理解为整机零泄漏。

  • 动密封点为零:泵轴不外伸,取消填料密封与机械密封
  • 静密封点仍在:机壳结合面、循环管路接头、仪表接口需按压力等级配置垫片
  • 泄漏监测位置:电机腔与接线盒应设置泄漏检测或绝缘监测手段
  • 压力边界完整:屏蔽套与机壳共同承压,耐压试验口径应在技术协议中写明

3. 滑动轴承承担转子定位与轴向力

屏蔽泵转子由两道滑动轴承支撑,轴承依靠介质本身润滑,没有外加润滑油系统。轴承材质按介质润滑性与含固量选择,常见配置为石墨对碳化硅或碳化硅对碳化硅,具体配对由制造厂按介质条件确定。

轴向力由推力盘或平衡机构承担,残余轴向力仍由滑动轴承的端面承受。由于滑动轴承的承载力依赖介质形成的液膜,任何造成液膜中断的工况都会直接转化为轴承损伤,这是屏蔽泵对运行条件敏感的结构根源。

二、屏蔽套涡流损耗与电机功率修正

屏蔽泵选型中最容易被忽略的一项功率支出,来自屏蔽套的涡流损耗。旋转磁场切割导电的屏蔽套,在套壁上感应出涡流并转化为热量,这部分功率不参与做功,却必须由电机提供。忽略该项会同时造成电机功率配小与机内温度算低两个后果。

1. 涡流损耗把电机效率拉低

普通三相异步电机的气隙为空气,屏蔽电机在气隙中插入金属屏蔽套,涡流损耗随之产生。屏蔽电机效率通常低于同规格普通电机数个百分点,损耗随屏蔽套材质电阻率下降、壁厚增加与转速升高而增大。

因此屏蔽泵的效率应区分为泵本体效率与机组效率两个口径。泵本体效率只计入水力部分,机组效率则包含屏蔽电机的涡流损耗与循环回路的附加功耗。对外提交效率数据时必须写明口径,否则同一台泵会出现两组相差明显的效率值。

2. 功率修正系数的取法

电机功率核算应在泵水力功率基础上叠加屏蔽电机的附加损耗。工程上的处理方式是:由制造厂给出屏蔽电机效率曲线或附加损耗值,按介质密度、转速与运行温度对应的取值计算轴功率,再叠加传动与储备系数确定电机功率。

  • 先按实际介质密度与工况流量算出泵的水力功率,不能用清水密度替代
  • 再除以屏蔽电机效率得到输入侧功率口径,效率值一律取制造厂数据
  • 然后按工况波动叠加功率储备,储备量由峰值流量与介质密度上限决定
  • 最后核对电机功率系列向上取档,并核对电源条件下的启动与运行电流

3. 转速与屏蔽套材质是两项可调变量

转速上升会同时抬高涡流损耗与循环回路的发热量,屏蔽泵选型时应避免以提转速换取扬程的思路。在需要相同扬程时,优先调节叶轮直径或改用多级结构,由制造厂按效率与温升核算结果给出方案。

屏蔽套材质方面,电阻率较高的材质涡流损耗较低,但必须同时满足介质腐蚀性与承压要求。材质应由介质成分、温度与压力共同决定,不应单纯为降低涡流损耗而更换材质。

4. 介质密度与温度对功率的二次修正

介质密度与水不同时,轴功率按密度比例变化,屏蔽泵在输送有机溶剂与液化气体时经常出现这一偏差。有机溶剂密度低于水,轴功率随之下降,但循环量也会因压差变化而改变,温升核算仍需单独进行。

介质温度对功率的影响通过两个路径实现:一是温度改变介质密度与粘度,二是温度改变屏蔽套材料的电阻率并影响涡流损耗。两项都应按实际运行温度取值,而不是按常温条件估算。

  • 轴功率按工况温度下的实际密度计算,不按常温密度取值
  • 粘度上升会抬高内循环阻力,电机负荷随之上升
  • 屏蔽套材料电阻率随温度变化,涡流损耗在高温下不等于常温值
  • 启动阶段的低温介质粘度高,应核对启动时电机电流是否在允许范围

三、循环液回路:内循环、外循环与温升边界

屏蔽泵依靠循环液带走电机与轴承的热量,循环回路的形式直接决定温升核算的口径。内循环与外循环的选择,取决于介质本身的清洁度、温度与汽化倾向。

1. 内循环回路

内循环把泵出口的一部分介质引入电机腔,流经轴承与电机腔后回到入口侧或叶轮进口。内循环不需要外部管路与外加液源,系统简单,适用于清洁且润滑性较好的介质。

内循环的流量由泵自身压差驱动,因此循环量随工况变化。流量偏低时循环量不足,电机腔内温度上升,这是屏蔽泵偏离额定工况运行时温升风险上升的直接原因。

2. 外循环回路

外循环从外部引入清洁的循环液,适用于介质含固体颗粒、易结焦、易结晶或温度较高的场合。外循环液应与被输送介质相容,且不得污染工艺侧介质或破坏其配方。

外循环的代价是增加一套外部管路、冷却与过滤设施,并引入外部液体消耗。选型时应一并评估外循环液的来源、品质、消耗量与后续处理成本,而不是只比较泵本体的价格。

3. 介质温度与温升核算

循环液在电机腔内吸收电机与轴承的热量后温度上升,进出口温差即为温升。温升核算的核心,是把电机损耗功率、循环液流量与介质比热三项放在一起计算,再核对循环液出口温度是否仍低于该压力下的汽化温度。

  • 温升由电机损耗功率、循环液质量流量与介质比热三项共同决定
  • 循环液出口温度必须低于该处压力对应的汽化温度,并留出过热裕度
  • 介质温度超过常规型的适用区间后,应改用高温型并配置冷却夹套或外冷却器
  • 粘度较高的介质内循环阻力大、循环量下降,温升核算应按实际粘度取值

常温型屏蔽泵通常按介质温度不超过 100 ℃ 设计,超出该区间需选用带冷却夹套的高温型或改配外循环冷却,具体温度上限以制造厂样本为准。介质温度同时影响汽化压力与材料许用应力,选型时三项应一起核对。

4. 易汽化介质需要反向循环

输送液化石油气、液氨与低温液化气体等易汽化介质时,常规内循环路径上循环液进入电机腔前已接近饱和状态,吸收热量后会汽化,形成气阻并中断轴承润滑。这类介质应采用反向循环结构,使循环液先经冷却再进入电机腔。

  • 入口过冷度:在技术协议中写明介质入口的过冷度要求与汽化压力基准
  • 循环路径:确认循环液取自冷却后的部位,而不是直接取自出口高温侧
  • 排气措施:启动前完成电机腔排气,残留气相会造成轴承瞬时缺液
  • 保温要求:吸入管路与循环管路保温不到位会放大汽化风险

四、干转、低流量与 TRG 监测

屏蔽泵的失效高度集中在轴承与屏蔽套两处,这两处的共同风险来源是液膜中断。干转与长期低流量是液膜中断的两类典型诱因,TRG 轴承磨损监测器则把这一风险转化为可判读的信号。

1. 干转的危害

滑动轴承依赖介质形成液膜,干转时金属与石墨或碳化硅直接接触,摩擦热在极短时间内使局部温度急升。干转会造成轴承烧损、屏蔽套变形与转子擦芯,通常不具备现场修复条件。

屏蔽泵严禁干转。启动前必须确认泵腔与吸入管路已充满介质、入口阀门处于开启状态、排气阀已完成排气。对易汽化介质,还需确认入口过冷度满足要求后才能启动。

2. 低流量与下限连续流量

流量偏低时,泵内水力损失转化的热量无法被足够介质带走,内循环量也随压差下降而减少,电机腔温度随之升高。长期在下限流量以下运行,会出现汽蚀、振动上升与轴承磨损加速三类并发问题。

  • 连续运行流量下限:低于该值后温升与汽蚀风险同时上升,应设回流或旁通
  • 关死点运行:出口阀关闭状态下长时间运转等同于干转,应设低流量联锁
  • 回流管路:自出口引回流至入口或回流罐,回流管上的阀门不应完全关死
  • 温差监测:在循环液进出口设置测温点,温差异常上升即提示循环量不足

3. TRG 轴承磨损监测器的判读

TRG 轴承磨损监测器用于在线反映滑动轴承的磨损量,其原理是检测转子在轴承间隙中的位置变化。随着轴承磨损,转子偏离初始位置的量增大,监测器指示随之移动。

工程上的判读口径是:指示器在绿区表示轴承间隙处于正常范围,进入黄区提示磨损量已接近许用范围并开始安排检修,进入红区表明间隙已达许用上限,应立即停机处理。具体分区界定与刻度以制造厂说明为准。

  • 巡检记录:把 TRG 指示值纳入日常记录形成趋势曲线,不只看单次读数
  • 关联工况:指示值突变应与流量、入口压力、介质温度变化一并分析
  • 电源核对:监测器需接入可靠电源,断电状态下的读数不能作为依据
  • 检修门槛:红区停机后应一并检查屏蔽套与推力盘,不能只换轴承

4. 屏蔽泵的联锁保护配置

屏蔽泵对液膜中断的容忍度很低,保护的可靠性直接决定设备寿命。选型时应把保护配置作为技术条件的一部分提出,而不是留给现场后补。

  • 干转保护:入口压力低或出口流量低于下限时报警并延时停机
  • 低流量联锁:通过回流管路保证下限连续流量,回流阀不应被误关
  • 温度保护:电机腔与循环液出口设测温点,温差超限时报警
  • 冷却水联锁:高温型的冷却水流量低时应与停机条件衔接
  • 绝缘监测:电机腔进介质后绝缘电阻下降,应配置在线监测或定期测量

五、适用介质、粘度边界与磁力泵的适用差异

1. 适用介质与清洁度要求

屏蔽泵适用于清洁、润滑性较好的液体,包括冷热水、导热油、有机溶剂、液化气体与部分腐蚀性介质。介质中的固体颗粒会磨损滑动轴承与屏蔽套,并可能在窄流道内沉积。

  • 固体颗粒:含颗粒介质应改用外循环或前置过滤,并核对过滤精度与压差
  • 易结晶介质:停机后介质结晶会卡住转子,需配置保温、冲洗或伴热
  • 磁性颗粒:铁磁性颗粒会被磁场吸附在屏蔽套表面,加速磨损
  • 润滑性差的介质:部分低粘度溶剂需单独核对轴承配对材质的许用范围

2. 粘度边界

介质运动粘度上升会同时抬高内循环阻力、降低循环量与增大电机负荷。当运动粘度达到数十 mm-/s 量级时,应按粘度修正方法对扬程、流量与效率做修正,并重新核算电机功率。

粘度更高时应改用外循环、加大循环通道或改选容积式泵。粘度取值应按实际运行温度下的粘度,而不是按常温粘度,这一点在高温导热油与冷却后的重质介质上差别明显。

3. 与磁力泵的适用差异

屏蔽泵与磁力泵都能实现无动密封,但两者隔离介质的位置与失效方式不同,适用条件并不重合。

  • 隔离位置:屏蔽泵用屏蔽套隔离电机绕组,磁力泵用隔离套隔离内外磁转子
  • 损耗归属:屏蔽泵的涡流损耗计入电机效率,磁力泵的磁涡流损失在联轴器上
  • 电机配置:屏蔽泵为专用屏蔽电机,磁力泵可配普通标准电机,检修更方便
  • 过载表现:磁力泵过载时可能滑磁脱耦,屏蔽泵过载直接进入电机绕组发热
  • 介质清洁度:两者都依赖介质润滑,含颗粒工况同样要先解决清洁度问题
  • 维修方式:屏蔽泵电机故障需整体拆装返厂,磁力泵可单独处理电机与联轴器

选型上的判断依据是:介质温度高、介质清洁、要求结构紧凑的场合,屏蔽泵具备明显优势;介质含颗粒或需要频繁检修电机的场合,磁力泵更便于维护。

六、高温型与低温型的型式划分与冷却配置

按介质温度划分型式,是屏蔽泵选型中先于参数计算的一步。型式选错,后续功率与温升核算都建立在错误前提上。

1. 高温型的冷却配置

高温型屏蔽泵在电机腔外侧设置冷却夹套,通入冷却水带走电机与循环液的热量,使电机绕组温度维持在绝缘等级的允许范围内。冷却夹套的水路应独立设置,不与工艺介质混用。

冷却水的流量、温度与水质需要在选型阶段一并确定。冷却水中断等同于切断电机散热通道,应在控制系统中设置冷却水流量低报警,并与泵的停机联锁条件相衔接。

2. 低温型的保冷与介质状态

低温型屏蔽泵用于液氧、液氮、液化天然气等低温介质,结构上需要考虑材料低温脆性与冷缩量,运行时需要保冷。低温介质进入电机腔前的过冷度,是防止循环液汽化的关键参数。

  • 保冷范围:泵体、吸入管路与循环管路的保冷应连续,避免局部漏冷结露
  • 预冷操作:启动前完成预冷,热态直接进液会造成汽化与热冲击
  • 材料核对:低温工况下应核对壳体、屏蔽套与紧固件的低温冲击韧性
  • 仪表接口:低温侧的测温与测压元件需按低温条件选型并留出检修空间

3. 型式选择与后续核算的顺序

  • 先按介质温度区间确定常温型、高温型或低温型
  • 再按型式对应的冷却方式核算循环液进出口温差与出口温度
  • 然后按介质密度与屏蔽电机效率核算轴功率与电机功率
  • 最后核对材料在该温度与压力下的许用范围与耐压试验压力

七、选型核对清单与 GB 19762—2025 能效语境

1. 能效标准语境下的口径问题

GB 19762—2025《离心泵能效限定值及能效等级》于 2026 年 3 月 1 日起实施,其中能效限定值为强制性指标,适用于离心泵。屏蔽泵属于离心泵的结构形式之一,其能效考核口径需要先行明确。

由于屏蔽泵电机与泵共轴且屏蔽套产生附加损耗,泵本体效率与机组效率之间存在明显差值。选型时应与制造厂确认能效按哪一个口径判定,并在技术协议中写明效率值的测试依据与包含范围,避免验收阶段产生分歧。

2. 选型核对清单

  • 介质条件:成分、密度、粘度、温度区间、汽化压力、含固量与粒径分布
  • 功率核算:按介质密度算水力功率,叠加屏蔽电机附加损耗,再取功率储备
  • 循环方式:内循环还是外循环,外循环液的来源、品质与消耗量
  • 温升核算:循环液进出口温差,以及出口温度对汽化温度的裕度
  • 轴承材质:石墨或碳化硅的配对方式,与介质润滑性及含固量匹配
  • 保护措施:干转保护、低流量联锁、TRG 监测器与温度测点
  • 能效口径:按泵本体效率还是机组效率考核,依据 GB 19762—2025 确认
  • 协议条款:屏蔽套材质与壁厚、耐压试验压力、性能验收的介质基准

清单核对完成后,还需要把口径落到纸面。建议把介质密度、循环方式与温升裕度三项写入技术协议的工况条款,作为后续性能验收与售后判定的共同依据。

八、常见误区

屏蔽泵选型的失误集中在几处反复出现的位置,提前规避可以明显降低返工率。

  • 只按清水参数配电机,未叠加屏蔽套涡流损耗与介质密度修正
  • 只核对介质温度,不核算循环液在电机腔内的温升与出口汽化裕度
  • 把无动密封理解为整机零泄漏点,忽略机壳结合面的静密封配置
  • 为抬高扬程而提高转速,同时抬高涡流损耗与循环回路发热量
  • 用常温粘度核算高温导热油工况,循环量取值明显偏大
  • 低流量时只靠关小出口阀调节,未设置回流或低流量联锁
  • TRG 指示进入黄区后继续观察运行,检修窗口被拖到红区之后
  • 屏蔽套破损后只更换轴承,未一并检查定子绕组绝缘状态

九、常见问题

问:屏蔽泵和磁力泵在无泄漏要求下该怎么选?

介质清洁、温度高、要求结构紧凑时选屏蔽泵,介质含颗粒或需要频繁检修电机时选磁力泵。依据是屏蔽泵把电机纳入同一压力边界,磁力泵的电机在外部且可配普通标准电机,两者的失效位置与维修方式不同。

问:屏蔽泵选型时电机功率为什么不能按清水参数配?

因为屏蔽套涡流损耗会额外消耗一部分电机功率,且这部分损耗不参与做功。正确做法是先用实际介质密度算水力功率,再按制造厂给出的屏蔽电机效率折算输入侧功率,最后叠加功率储备并向上取电机功率档。

问:内循环和外循环的分界条件是什么?

介质清洁、润滑性好且温度不高时用内循环,介质含颗粒、易结晶、易结焦或温度较高时改用外循环。外循环需要外部液源与冷却过滤设施,选型时应一并核算外循环液的来源、消耗量与处理成本。

问:屏蔽泵能不能干转几十秒?

不能,滑动轴承依靠介质形成液膜,干转时摩擦接触会让局部温度在极短时间内急升。干转可能造成轴承烧损、屏蔽套变形与转子擦芯,这类损伤通常不具备现场修复条件,启动前必须确认泵腔已充满介质。

问:TRG 监测器到了黄区要不要停机?

黄区阶段不必立即停机,但应立即安排检修计划并加密监测频次。黄区表示轴承磨损量已接近许用范围,红区表示间隙已达许用上限应停机处理,具体分区界定以制造厂说明为准。

问:粘度较高的介质还能不能用屏蔽泵?

运动粘度在数十 mm-/s 量级内可以做粘度修正后使用,超过之后应改用外循环、加大循环通道或改选容积式泵。粘度取值必须按实际运行温度下的粘度,常温粘度会显著低估循环阻力。

问:屏蔽泵要不要按 GB 19762—2025 核算能效?

需要核算,但先要明确口径。GB 19762—2025《离心泵能效限定值及能效等级》自 2026 年 3 月 1 日起实施,屏蔽泵属于离心泵的结构形式之一,其泵本体效率与机组效率差值明显,应在技术协议中写明按哪一个口径判定。

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