LNG泵的平衡非常重要，直接影響軸承的使用壽命和泵的大修周期。影響泵的平衡主要有徑向載荷和軸向載荷，不平衡主要由機(jī)械構(gòu)件不平衡或流體流動不均勻或流體產(chǎn)生的壓差所引起。

1. 徑向力平衡

LNG泵在設(shè)計時，就要考慮到流體和機(jī)械方面由于力不平衡所產(chǎn)生的負(fù)面影響。在設(shè)計和制造時，應(yīng)盡可能地消除非平衡力。從葉輪中出來的低溫流體進(jìn)入軸向?qū)Я髌?。軸向?qū)Я髌鲬?yīng)有良好的水力對稱性。對于傳統(tǒng)的具有渦殼的泵，達(dá)到設(shè)計流量時，作用在葉輪上的徑向力理論上為零。流量高于或低于設(shè)計流量時，非平衡狀態(tài)影響蝸殼內(nèi)部的壓力分布，容易產(chǎn)生徑向作用力。因此，設(shè)計需要考慮泵的機(jī)械平衡和水力學(xué)方面的平衡。

2. 軸向推力的平衡

為了使軸向力達(dá)到平衡，減少軸向推力載荷，有的LNG泵設(shè)計了一種自動平衡機(jī)構(gòu)，通過一個可變的軸向節(jié)流裝置來完成，使軸向推力為零。

3. LNG泵的效率

影響LNG泵效率的關(guān)鍵因素主要有兩個方面：一是流體在葉輪流道中加速時的水力學(xué)性能；二是流體在擴(kuò)壓器中能量轉(zhuǎn)換時的水力性能。每個葉輪的水力特性應(yīng)該是對稱的，流體在流道中的流動必須是平滑的。擴(kuò)壓器主要用于將流體的動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ堋U(kuò)壓器的設(shè)計應(yīng)確保在能量轉(zhuǎn)換過程中，使流體流動的不連續(xù)性和渦流現(xiàn)象減少到最低程度。有些低溫泵采用風(fēng)向標(biāo)式的擴(kuò)壓器，使能量轉(zhuǎn)換更加對稱和平滑。水力對稱性越好，就越有利于消除徑向不平衡引起的載荷。

研究證明，由于水力性能方面的故障，可以引起泵的性能惡化。例如：軸向擴(kuò)壓器內(nèi)被阻塞，在徑向葉輪和軸向擴(kuò)壓器入口之間的幾何形狀不理想等，會導(dǎo)致泵的流量性能曲線發(fā)生變化，甚至使效率降到最低的情況。測試結(jié)果表明：當(dāng)故障產(chǎn)生在擴(kuò)壓器內(nèi)，葉輪周圍存在不對稱的壓力分布。在圓周方向產(chǎn)生徑向力，擴(kuò)壓器周圍可能有液體下落，使軸的載荷增加，不僅降低泵的效率，還會降低其使用壽命。

在軸向擴(kuò)壓器中，控制流體流出葉輪時出口角度和流入擴(kuò)壓器時的進(jìn)口角度，可以消除水力學(xué)特性方面的問題和產(chǎn)生的低頻振蕩力。關(guān)鍵是徑向擴(kuò)壓器的間隙處于最佳狀態(tài)時，能改善泵的水力性能和機(jī)械強(qiáng)度。

非潛液式低溫泵采用立式無軸封電動泵，由于這種電動泵的電動機(jī)的機(jī)殼和泵的殼體是通過密封結(jié)構(gòu)連接在一起的，因此沒有軸封的泄漏問題。電動機(jī)的殼體與泵體是連通的。兩者之間只需要靜密封，而不需要動密封，使泵對工作環(huán)境的適應(yīng)性大為增加，因此很適用于輸送LNC,類的可燃低溫流體。

葉輪直接安裝在電動機(jī)的主軸上。在排出口處引一小股低溫流體，對電動機(jī)進(jìn)行冷卻。泵與電動機(jī)之間設(shè)計有大的翅片，避免電動機(jī)溫度過低。為了建立氣相與液相之間的平衡，設(shè)計有迷宮結(jié)構(gòu)，使下軸承處于適當(dāng)?shù)臏囟?。由于有先進(jìn)的設(shè)計理念和新的工藝技術(shù)這種泵即使在無液體的千式狀態(tài)運(yùn)行，也不會損壞。

1. LNG泵的冷卻

對于安裝在儲罐外面的LNG泵，在正式輸送液體之前，對整個泵及管路系統(tǒng)先要進(jìn)行充分的冷卻，即預(yù)冷。這個過程非常重要，否則由于系統(tǒng)溫度過高，引起LNG氣化，產(chǎn)生氣液兩相流，會使泵無法運(yùn)行。一般安裝在儲罐外面的LNG泵，在管路系統(tǒng)都應(yīng)考慮有預(yù)冷所需要的管路。

LNG在儲罐內(nèi)壓力和液柱重力的作用下，流經(jīng)LNG泵，流動過程中LNG吸熱氣化，泵與管路系統(tǒng)被冷卻。氣化的蒸氣通過回氣管路返回儲罐內(nèi)，當(dāng)LNG完全被冷卻下來，可轉(zhuǎn)換到液體輸送管路，啟動LNG泵。鋁合金制造的泵熱容量小，冷卻和復(fù)溫所需要的時間短，因而減少了冷卻所損失的低溫LNG。

2. 狀態(tài)監(jiān)控

采用振動監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)控LNG泵的運(yùn)行狀態(tài)。安裝在泵內(nèi)的壓電傳感器，體積非常小，直接固定在軸承座上，測量振動加速度，通過信號轉(zhuǎn)換，提供速度和位移等數(shù)據(jù)；據(jù)此分析確定內(nèi)部零件的狀態(tài)和耗損程度j用渦流位移表可以測量主軸的軸向移動。在啟動和停機(jī)時，儀表可監(jiān)視軸承的磨損情況和軸的移動，有利于改進(jìn)操作和延長泵的使用壽命。利用這些信息，在泵發(fā)生故障時，可以幫助診斷，改善保養(yǎng)方法，對增加泵的運(yùn)行可靠性，降低運(yùn)行成本都有利。狀態(tài)監(jiān)控使得維護(hù)更有計劃，運(yùn)行更加可靠，效率更為提高。

利用天然氣能量推動膨脹機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，氣體在降壓、降溫的同時，在葉輪軸上輸出外功，這種機(jī)械稱為透平膨脹機(jī)。由于透平膨脹機(jī)具有體積小，質(zhì)量小，氣體處理量大，運(yùn)行效率高等特點(diǎn)，比容積型膨脹機(jī)優(yōu)點(diǎn)明顯，因而在天然氣工業(yè)中，廣泛使用透平膨脹機(jī)獲取冷量。采用膨脹制冷工藝的天然氣液化裝置也使用透平膨脹機(jī)制冷。

在膨脹機(jī)軸的另一端裝有吸收膨脹機(jī)輸出軸功率的壓縮機(jī)，稱制動壓縮機(jī)，用膨脹機(jī)輸出的能量帶動壓縮機(jī)為天然氣增壓，膨脹機(jī)和壓縮機(jī)構(gòu)成機(jī)組。圖3-24為膨脹機(jī)和壓縮機(jī)機(jī)組示意圖。機(jī)組由三部分組成：膨脹機(jī)、壓縮機(jī)、兩者間的軸承和機(jī)座。機(jī)組中部的徑向和止推軸承常用青銅制造，潤滑油用輕質(zhì)透平油(40℃黏度為40mPa·s)。為防止天然氣泄漏和潤滑油進(jìn)入工藝氣流區(qū)，膨脹機(jī)迷宮軸封處應(yīng)注入壓力高于工藝氣壓力約340kPa的密封氣。密封氣應(yīng)從干氣引入，以防潤滑油稀釋。

膨脹機(jī)出口和壓縮機(jī)入口的氣體壓力不同，所產(chǎn)生的軸向推力施加于止推軸承上，止推軸承通常能承受140kPa左右的壓差。為防止推力過大，在每個止推軸承后裝有壓力計，指示與軸承荷載成正比的潤滑油膜壓力。推力平衡盤后的油膜也有壓力計，指示平衡盤后的油膜壓力，該壓力有推力控制閥控制，防止止推軸承過載。

?

?

通常膨脹機(jī)等熵效率為75%～85%，壓縮機(jī)效率為65%～80%。有些高壓透平膨脹機(jī)的等熵效率可達(dá)91.5%。

按照氣流通過膨脹機(jī)葉輪時的流動方向，透平膨脹機(jī)可分為徑流、徑軸流和軸流幾種形式。天然氣工業(yè)中，徑流反作用式膨脹機(jī)使用較多。這種膨脹機(jī)，氣流由徑向流入葉輪并由葉輪流道轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向流出，也稱為向心徑軸流式膨脹機(jī)。工質(zhì)在葉輪內(nèi)的膨脹程度稱為反作用度，具有一定反作用度的膨脹機(jī)稱反作用式膨脹機(jī)?，F(xiàn)對常用的徑流反作用式膨脹機(jī)結(jié)構(gòu)作一簡單介紹。

膨脹機(jī)的氣體流通部分由蝸殼、噴嘴環(huán)(或稱導(dǎo)翼環(huán))、葉輪和擴(kuò)壓器等組成。蝸殼將氣體均勻地分配至每個噴嘴，使葉輪均勻進(jìn)氣。噴嘴的角度一般可以調(diào)節(jié)，改變氣流方向和噴嘴流道面積，以適應(yīng)原料氣流量和壓力的變化并控制膨脹機(jī)出口壓力。若噴嘴流道面積已達(dá)到最大，仍不能滿足氣體流量要求時，壓力控制閥將自動開啟膨脹機(jī)的旁通閥(J-T閥)。

如圖3-25所示，氣體進(jìn)入葉輪流道后，推動葉輪旋轉(zhuǎn)，氣體先向徑向流動，后經(jīng)另一組導(dǎo)向葉片使氣體軸向流出葉輪。葉輪有開式、半開式和閉式三種。半開式常用于中小型膨脹機(jī)，閉式用于大型膨脹機(jī)。擴(kuò)壓器為流道面積逐漸增大的圓管，將氣體的動能變?yōu)閴耗堋?/div>