對(duì)于潛液式電動(dòng)泵，電氣連接的密封裝置是影響安全性的關(guān)鍵因素之一。電氣接線端設(shè)計(jì)成可經(jīng)受高壓和電壓的沖擊。使用陶瓷氣體密封端子和雙頭密封結(jié)構(gòu)，可確保其可靠性。對(duì)于安裝在容器內(nèi)的電動(dòng)泵，所有的引線密封裝置不是焊接就是用特殊的焊接技術(shù)進(jìn)行連接。陶瓷氣體密封原是為原子能裝置的密封結(jié)構(gòu)所研制的。氣體密封采用兩段接線柱串聯(lián)的方式。串聯(lián)部分安裝在一個(gè)充有氮?dú)獾姆忾]空間內(nèi)。兩邊的密封都不允許氣體通過接線柱。密封空間內(nèi)氮?dú)獾膲毫Φ陀诒脙?nèi)的壓力，但高于環(huán)境大氣壓力。任何一邊的漏泄都能輕易地進(jìn)行探測(cè)。
所有的電纜連接密封組件都要經(jīng)過壓力測(cè)試和氦質(zhì)譜檢漏。美國(guó)生產(chǎn)的潛液式電動(dòng)泵，應(yīng)符合美國(guó)國(guó)家電氣標(biāo)準(zhǔn)(U.S.National Electric Code)和美國(guó)國(guó)家消防協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(NFPA 59A)中，關(guān)于電力引入液化氣體容器的相關(guān)要求。
低溫泵的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與普通空氣冷卻的電動(dòng)機(jī)不同，轉(zhuǎn)矩與速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系和電流與速度的關(guān)系曲線類似。在低溫狀態(tài)下，轉(zhuǎn)矩會(huì)有較大的降低。因而，一臺(tái)泵從啟動(dòng)到加速至全速運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于同樣功率的電動(dòng)機(jī)來說，低溫條件下的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)大大減少(圖3-21a)。這是由于電阻和磁力特性的變化，電動(dòng)機(jī)的電力特性在低溫下會(huì)發(fā)生改變，使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩在低溫下會(huì)有較大的降低。如果電壓降低，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也會(huì)大幅度地降低(圖3-21b)。
工作溫度狀態(tài)下的電動(dòng)機(jī)特性非常重要。需要了解和掌握電動(dòng)機(jī)在工作溫度狀態(tài)下、最低供電電壓和最大負(fù)荷條件下的啟動(dòng)特性。低溫潛液式電動(dòng)泵啟動(dòng)電流很大，大約是滿負(fù)載工作電流的7倍。通過一些措施可以減少啟動(dòng)電流。主要有如下方法：
(1) 雙速電動(dòng)機(jī)?？梢越档蛦?dòng)電流，凈吸入壓頭特性更好、抽吸性能好，減少液錘現(xiàn)象。但需要雙倍的電纜，成本增加。
(2) 軟啟動(dòng)系統(tǒng)。通過控制電流或電壓，限制加速時(shí)的轉(zhuǎn)矩，減少啟動(dòng)電流和液擊。但需要增加啟動(dòng)裝置，因此成本也有所增加。
(3) 調(diào)節(jié)頻率?？蓪?shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，抽吸特性好，減少液擊。但調(diào)頻系統(tǒng)復(fù)雜，使成本增加。
(4) 中壓?jiǎn)?dòng)(3300V)?？蓽p少全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)租啟動(dòng)時(shí)的電流。但電動(dòng)機(jī)的成本較高。
(二) 潛液式電動(dòng)泵的應(yīng)用
在LNG泵的應(yīng)用中，潛液式電動(dòng)泵是應(yīng)用特別廣泛的一種，尤其是在LNG船和大型的LNG儲(chǔ)罐，都使用潛液式電動(dòng)泵。將整個(gè)泵安裝在液艙或儲(chǔ)罐的底部，完全浸在LNG液體中。
1. 船用泵
船用潛液式電動(dòng)泵的基本形式有兩種；固定安裝型和可伸縮型?？缮炜s型的泵與吸入閥(底部閥)分別安裝在不同的通道內(nèi)，即使在儲(chǔ)罐充滿液體的情況下，也可以安全地將發(fā)生故障的泵取出進(jìn)行修理或更換。
船用LNG泵安裝在液艙的底部，直接與液體管路系統(tǒng)連接和支承。通過特殊結(jié)構(gòu)的動(dòng)力供電電纜和特殊的氣密方式，將電力從甲板送到電動(dòng)機(jī)。現(xiàn)代典型的潛液式電動(dòng)泵具有下列特點(diǎn)：
(1) 潛液電動(dòng)機(jī)、泵的元件及轉(zhuǎn)動(dòng)部件，都固定在同一根軸上，省去了聯(lián)軸器和密封等部件。
(2) 單級(jí)或多級(jí)葉輪都具有推力平衡機(jī)構(gòu)(TEM)。
(3) 用所輸送的介質(zhì)潤(rùn)滑軸承。
(4) 采用螺旋型導(dǎo)流器。
安裝泵的容器和泵的元件是用鋁合金材料制造，使泵的質(zhì)量小，而且經(jīng)久耐用。推力平衡機(jī)構(gòu)可以確保作用在軸承的推力載荷小到可以忽略不計(jì)，延長(zhǎng)軸承的使用壽命，使泵在額定的工作范圍內(nèi)有非常高的可靠性。潤(rùn)滑軸承和冷卻電動(dòng)機(jī)的流體是各自獨(dú)立的系統(tǒng)，由葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的靜壓，推動(dòng)流體經(jīng)過潤(rùn)滑回路和冷卻回路，最后返回到需要輸送的流體(一般是安裝泵的容器內(nèi))。泵的葉輪安裝在電動(dòng)機(jī)主軸上。制造主軸用的材料，一般采用在低溫下性能穩(wěn)定的不銹鋼。主軸由抗摩擦的軸承支撐。軸承的潤(rùn)滑介質(zhì)就是被輸送的LNG流體。盡管LNG是非常干凈的流體，但為了防止一些大顆粒進(jìn)入軸承，引起軸承過早的失效，因此對(duì)進(jìn)入軸承的流體需要經(jīng)過過濾。進(jìn)入底部軸承的流體，需要經(jīng)過一個(gè)旋轉(zhuǎn)式的過濾器，而經(jīng)過上部軸承的流體，則用簡(jiǎn)單的自清潔型網(wǎng)絲過濾器。LNG泵的電動(dòng)機(jī)定子由硅鋼片與線圈繞組構(gòu)成，繞組分別用真空和壓力的方法注入環(huán)氧樹脂。
2. 汽車燃料泵
當(dāng)LNG作為汽車燃料時(shí)；LNG的轉(zhuǎn)運(yùn)和加注都需要用泵輸送。汽車燃料加注泵也是一種潛液泵。結(jié)構(gòu)緊湊，立式安裝，特別適用于汽車燃料加注和低溫罐車轉(zhuǎn)運(yùn)LNG。由于采用了安全的潛液電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)和泵都浸沒在流體中，因此不需要普通泵必須具有的軸封。此外，在吸入口還增加了導(dǎo)流器，減少流體在吸入口的阻力，防止在泵的吸入口產(chǎn)生氣蝕。整個(gè)泵安裝在一個(gè)不銹鋼容器內(nèi)，不銹鋼容器具有氣、液分離作用，按照壓力容器標(biāo)準(zhǔn)制造。泵的吸入口位于較低的位置，保證吸入口處于液體中。導(dǎo)流器和不銹鋼容器的應(yīng)用，是使LNG泵能夠達(dá)到應(yīng)有的凈吸入揚(yáng)程(NPSHR)。
LNG燃料加注泵的電源也有三相和單相之分，具有變頻調(diào)速功能，能適應(yīng)不同的流量范圍。根據(jù)有關(guān)規(guī)定，LNG泵的電氣元件必須安裝在具有防爆功能的接線盒及其罩殼內(nèi)。
3. LNG高壓泵
LNG高壓泵的結(jié)構(gòu)如圖3-22所示。這種泵用于液化天然氣儲(chǔ)罐向外輸出LNG，例如向氣化器或運(yùn)輸罐車輸送LNG。這種泵的結(jié)構(gòu)形式有安裝在專用容器內(nèi)的潛液式電動(dòng)泵，也有普通外形的離心泵或活塞泵。
安裝潛液式泵的容器，按照壓力容器規(guī)范制造，泵與電動(dòng)機(jī)整體裝在容器內(nèi)。容器相當(dāng)于是泵的外殼，通過進(jìn)出口法蘭與輸配管道相連。安裝簡(jiǎn)單，工作安全。整個(gè)泵由吸口噴嘴、電纜引入管、電動(dòng)機(jī)葉輪、推力平衡機(jī)構(gòu)、螺旋式導(dǎo)流器和排氣噴嘴組成。這種泵質(zhì)量小、安裝和維護(hù)簡(jiǎn)單、噪聲低。推力平衡機(jī)構(gòu)系統(tǒng)是低溫泵獨(dú)特的特征，以平衡軸承的軸向力，允許軸承在零負(fù)荷和滿負(fù)荷條件下工作。
因?yàn)樾枰呐懦鰤毫Ρ容^高，通常采用多級(jí)泵。、大型的高壓泵流量可達(dá)5000m3/h，揚(yáng)程達(dá)2000m。
4. 大型儲(chǔ)罐的罐內(nèi)泵
大型的LNG儲(chǔ)罐與外面管路的連接部位一般比樣比較安全，即使連接部位產(chǎn)生漏泄，也只是氣體的漏泄，不會(huì)引起大量的LNG外溢。對(duì)于這種儲(chǔ)罐，向外輸出LNG時(shí)，必須采用潛液泵。潛液泵通常安裝在儲(chǔ)罐的底部。對(duì)于大型LNG儲(chǔ)罐的泵需要考慮維修的問題。如將泵安裝在儲(chǔ)罐底部，由于不可能將儲(chǔ)罐內(nèi)大量的LNG挪到別處再進(jìn)行維修。因此，大型LNG儲(chǔ)罐的潛液泵與電動(dòng)機(jī)組件的安裝有特殊的結(jié)構(gòu)要求。常見的方法是為每一個(gè)泵設(shè)置一豎管，稱之為泵井。LNG泵安裝在泵井的底部，儲(chǔ)罐與泵并通過底部一個(gè)閥門隔開。泵的底座位于閥的上面，當(dāng)泵安裝到底座上以后，依靠泵的重力作用將閥門打開。泵井與LNG儲(chǔ)罐連通，LNG泵井內(nèi)充滿LNG。如果將泵取出維修，閥門就失去了泵的重力作用，在彈簧的作用力和儲(chǔ)罐內(nèi)靜壓的共同作用下，使閥門關(guān)閉，起到了將儲(chǔ)罐空間與泵井空間隔離的作用。
泵井不僅在安裝時(shí)可以起導(dǎo)向的作用，在泵需要檢修時(shí)，可以將泵從泵井里取出。另外，泵井也是泵的排出管，與儲(chǔ)罐頂部的排液管連接。
如圖3-23所示，泵的提升系統(tǒng)可以將LNG泵安全地取出。在將LNG泵取出時(shí)，泵井底部的'密封閥能自動(dòng)關(guān)，使泵井內(nèi)與儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG液體隔離。然后排出泵井內(nèi)的可燃?xì)怏w，惰性氣體置換后，整個(gè)泵和電纜就能用不銹鋼絲繩一起取出管外，便于維護(hù)和修理。
