屏蔽泵

屏蔽泵（canned motor pump），又称无填料泵或全封闭泵，是一种静密封泵。该设备采用“水泵+电机”一体化结构设计，是驱动系统介质流动的关键动力部件，主要用于高温高压、易燃易爆、有毒有害等环境，在石油化工、光伏及热电等领域应用广泛。^[1][2][3]

屏蔽泵属离心式无密封泵，泵和驱动电动机连在一起并被封闭在一个被泵送介质充满的压力壳体内，电动机的转子和泵的叶轮固定在同一根轴上，利用屏蔽套将电动机的转子和定子隔开，转子在被输送的介质中运转，其动力通过定子磁场传递给转子。^[4]1888年，苏联多里沃·多勃罗沃尔斯基获得了屏蔽电传动的专利权，但当时只是一种概念，只有少量的试验研究。1930年，由于原子能工业对泵的无泄漏的要求，才加速面的该方面的研究工作。1944年，哈依瓦德·泰勒公司研制了第一台高温、高压锅炉水循环湿定子型屏蔽泵。1947年，美国化工泵公司研制了世界最初的化工用屏蔽泵。1956年，日本机械计装株式会社从美国化工泵公司引进屏蔽泵的技术，并于1958年制成了第一台屏蔽泵。^[5][6]1964年，中国研制出第一台高温高压屏蔽电泵机组。^[7]2018年，中国首台600℃高温液态金属屏蔽泵研制成功。^[8]2025年4月，中国成功研制出口欧洲的高端屏蔽泵。^[3]

屏蔽泵与传统的机械密封设备相比，具有“零泄漏、长寿命、高可靠性”等优点。^[2]随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展，屏蔽泵在未来呈现技术创新、绿色环保、多元化应用等发展趋势。^[9]

1888年，苏联多里沃·多勃罗沃尔斯基就获得了屏蔽电传动的专利权，但当时只是一种概念，只有少量的试验研究。直到1930年，由于原子能工业对泵的无泄漏的要求，才加速面的该方面的研究工作。^[5][6]

1940年，美国开始针对将泵装入电动机内、使泵与电动机组成一个整体并在液体中旋转以传递运动的方法，确立了具体的研究计划。1947年，美国化工泵公司成功研制出世界上首台最初化工用的屏蔽泵，该泵通过将电动机的定子线圈置于薄金属圆筒容器内，实现了其与处理液体的隔离。但该结构的屏蔽泵叶轮直径因定子内径的局限而在尺寸上受到限制。为此，该公司又对结构进行了改进，并于1948年制造了将叶轮移至电动机外面、泵与电动机组合成一体的屏蔽泵，这样为制造大型泵提供了可能。这种屏蔽泵在美国研制初期就作为化学工业用流程泵，同时，为了满足原子能工业的大型化要求，美国威斯汀豪斯公司发展了这种泵，并制造了用于原子能潜水艇的原子炉放射性一次冷却循环泵。而后，又制造了用于高温高压锅炉的循环泵。进入20世纪60年代以来，美国发展更快。据统计，美国从1960年至1966年，约有20万台以上的屏蔽泵在使用。^[6]

在英国，初期的无泄漏泵是作为潜水泵而发展起来的。从二十世纪初开始，用于从井内扬水的离心泵取代了往复泵，但当时把电动机设置在地面上，用垂直长轴驱动井底的离心泵。到1930年后，开始把电动机放到井底，并同泵直接装成一体，成为潜水泵。这种泵的电动机定子线圈用耐水绝缘电线缠绕，并在浸水状态下使用，因而，又称湿定子型潜水泵。根据该原理，哈依瓦德-泰勒公司于1944年完成了第一台用作锅炉高温高压水循环的大型湿定子型屏蔽泵。之后，该公司为了满足原子能工业的需要，开始制造屏蔽泵。^[6]

在日本，二次世界大战前后曾试图制造屏蔽泵，但由于制造技术的不成熟而失败。20世纪50年代中期，为了发展石油化学工业，日本采用引进外国屏蔽泵的措施，来填补该技术空白。1956年，日本机械计装株式会社（简称日机装）从美国化工泵公司引进屏蔽泵的技术，并于1958年制成了第一台屏蔽泵。随后，富士电机制造株式会社（旧川崎工场）从英国哈依瓦德·泰勒公司引进这项技术，并制造了锅炉循环用大型高温高压屏蔽泵。酉岛制作所也从西德克莱因·前次林·柏克公司引进屏蔽泵。由于日本不断地从国外引进屏蔽泵的技术，从而使其发展迅速，并很快建立了自己的系列。据1957年统计，日本石油化学工业用耐腐蚀泵月产约3亿日元，而其中屏蔽泵约占20%。从1957年至1966年的十年中，在日本约有1万台屏蔽泵在运转。^[6]

相较于欧美国家，中国起步稍晚。1963年，中国研制出第1台屏蔽电机。1964年，中国研制出第一台高温高压屏蔽电泵机组，填补了中国屏蔽电机、电泵领域空白。^[7]2018年，中国首台600℃高温液态金属屏蔽泵在兰州理工大学研制成功。^[8]同年，中国首台国产化AP1000屏蔽主泵制造成功。^[10]2025年4月，东方电气集团东方电机有限公司自主研制的匈牙利宝思德化学公司相关项目首台（套）屏蔽泵顺利完工，并通过工厂测试试验。同时，标志着中国首次成功研制出口欧洲的高端屏蔽泵。^[3]

屏蔽泵，又称无填料泵或全封闭泵，是一种静密封泵，采用“水泵+电机”一体化结构设计，水泵部分和驱动电机连通为整体，待输送介质被密封在泵和电机内，与传统的机械密封设备相比，具有“零泄漏、长寿命、高可靠性”等优点。^[1][2]屏蔽泵是驱动系统介质流动的关键动力部件，主要用于高温高压、易燃易爆、有毒有害等环境，在石油化工、光伏及热电等领域应用广泛，开发技术复杂，研制难度极大，是驱动系统安全稳定运行和产出的“心脏”设备。^[3]

屏蔽泵属离心式无密封泵，泵和驱动电动机连在一起并被封闭在一个被泵送介质充满的压力壳体内，此壳体内只有静密封。电动机的转子和泵的叶轮固定在同一根轴上，利用屏蔽套将电动机的转子和定子隔开，转子在被输送的介质中运转，其动力通过定子磁场传递给转子。该结构取消了传统离心泵具有的旋转轴密封装置，能做到完全无泄漏。^[4]

与有密封泵相比，省去了维修和更换密封的麻烦，也省去了联轴器，零件数量少（只有机械密封泵的30%左右），可靠性高。无滚动轴承和电机的风扇，不需要加润滑油，且运转平稳、噪音低[一般为60~65dB（A）]。可配置轴承磨损监视器，检测轴承的磨损情况。^[11]结构紧凑，占用空间小，对底座和基础的要求低，没有联轴器的对中问题，安装容易且费用低。日常维修工作量少，维修费用低。^[11]能在真空系统或“真空”与“正压”交替运行的情况下正常运转而无泄漏。可以在高真空度情况下直接从真空槽中把物料送至其他容器中。使用范围广，对于高温、高压、极低温、高熔点等各种工况均能满足要求。^[11]

由于采用滑动轴承，且用被输送的介质润滑，故对润滑性差的介质就不适宜采用屏蔽泵输送。一般适合于屏蔽泵的介质粘度范围为0.1~20cP。^[11]屏蔽泵的效率通常低于有密封的离心泵。但在中、小功率的情况下，与双端面密封泵相比，后者由于增加了冷却和冲洗系统的功率消耗，故总效率相差不大。^[11]离心泵运行时，要求流量应高于最小连续流量。对屏蔽泵这点尤为重要，因为在小流量情况下，泵效率较低且会导致发热，使流体蒸发而造成泵干转，引起滑动轴承的损坏。^[11]

屏蔽泵主要由泵体、叶轮、过滤器、定子、定子屏蔽套、转子、转子屏蔽套、轴、轴承室等组成。^[12]按叶轮型式分离心式和旋涡式：按叶轮数分单级和多级；按轴的配置位置分卧式和立式。^[1]

屏蔽泵的液力部件可以采用和有密封泵相同的型式，即可用有密封泵的液力端与屏蔽电动机组合构成屏蔽泵，将一般离心泵的叶轮、蜗壳和进出口法兰的结构用在屏蔽泵上。^[11]

屏蔽泵大多用在中、小流量和功率不大的工况下。在小流量范围内（0.1~6m³/h），有很多种规格的产品能很好地满足使用要求，在这种小流量范围内，却较难选到合适的离心泵。^[11]

屏蔽泵的扬程一般为10m~150m，再高的扬程也可以达到。根据所需扬程不同，可以做成单级或多级。^[11]

屏蔽泵的性能曲线与一般离心泵类似，只是泵的效率略低些，因从泵出口处需引一股液体冷却电机和润滑轴承。为了降低泵所要求的汽蚀余量，在叶轮进口处通常可装上诱导轮，使NPSHr降低到0.3m。^[11]

屏蔽泵通常采用滑动轴承，由被输送介质来润滑。轴承常采用耐腐性强、耐磨性好、有自润滑性的石墨制成，它与表面堆焊钨、铬、钴等硬质合金或等离子喷涂氮化硅一类硬质合金制成的轴套组成摩擦副，此种石墨型的轴承使用寿命约为一年以上。有些制造厂采用硬对硬的摩擦副，例如：硬铬对氧化锆、碳化硅对碳化硅。采用硬质摩擦副材料可使轴承的使用寿命增至2年以上。有的制造厂在碳化硅轴承表面上复盖一层石墨，使轴承可以承受短时间的干运转而不致损坏。^[11]

被输送介质的粘度和润滑性对轴承的使用寿命有很大影响，一般，粘度低的介质润滑性差，但如果粘度过高，液体与转动件摩擦生热太大。通常情况下，介质粘度在0.1~20cP之间都是可以接受的，若粘度再高（达到140~150cP），需要特殊设计。因为屏蔽泵的轴承不用润滑油润滑，所以它只能承受较小的径向载荷和轴向载荷。设计时，要采用各种办法减小轴承的负荷。^[11]

参考资料：^[11]

屏蔽泵通常有两个屏蔽套，即定子屏蔽套和转子屏蔽套，用来防止工作介质浸入定子绕组和转子铁芯。由于屏蔽套的存在，使电动机定子和转子之间的间隙加大，造成屏蔽电动机的性能下降，同时在屏蔽套中还会产生涡流，增加了功率损耗。^[11]

为了减少因屏蔽套存在所引起的损耗，在设计时必须注意屏蔽电动机定子的内径要小、屏蔽套的厚度要薄、屏蔽套的材料应为非导磁材料。所以屏蔽电动机一般都采用细长的结构，即铁心长度和内径的比值比较大。屏蔽套的材料选用耐腐蚀性好、强度高的非导磁材料，如304、304L、316、316L不锈钢、哈氏B、哈氏C钛等。其中哈氏合金材料产生的涡流损失较小，但因成本较高，使用受到限制。有时也用非金属材料来做屏蔽套。^[11]

屏蔽套的厚度，一般为0.2~1mm，厚的屏蔽套可以提供较坚固的结构，但引起的能量损失也大，实际设计时，往往选用既有足够安全性又不致造成太大损失的折中方案。^[11]

为提高使用寿命和运转的安全性，屏蔽泵通常都设有轴承磨损监测器和电流保护器等保护装置。此外，有的屏蔽泵还装有热交换能力监测器、液面监测器或在电动机内部装有内压保护器，以满足不同用途屏蔽泵安全保护的需要。^[11]

轴承磨损监测器有机械式、电气式、机械电气式等型式。当屏蔽泵运转时，可以通过轴承磨损监测器随时监视轴承的运转情况，当轴承磨损较大时就要停车检修或更换轴承，在运转时若发生轴承损坏则立即停车。^[11]

屏蔽泵在无液情况下空运转时，会造成轴承损坏。当流量大幅度下降时，电流也会大大降低，此时电流保护器可自动动作而停车。同样，在负载过大时，电流增加较多，电流保护器也会动作，自动切断电流，使电机停止运转，防止事故发生。^[11]

根据被输送液体的温度、压力、有否颗粒和粘度高低等不同要求，屏蔽泵可分为基本型（标准型）、逆循环型、高温型、高融点型、高压型、自吸型。此外，尚有液下型、泥浆型、高压管路型以及专为船舶、核电站和吸收制冷装置用的各种类型屏蔽泵。按不同分类方法，还可以分为立式、卧式、在线式以及单级、多级等不同类型。^[11]

输送介质温度不超过120℃，扬程不超过100m。^[11]

逆循环型式的屏蔽泵，其轴承润滑、冷却和电动机冷却的液体流动方向与基本型正好相反。逆循环型泵的主要特点是不易产生汽蚀，适合输送易汽化的液体，有时也称之为易汽化型。^[11]

输送介质温度可高达450℃。通常在屏蔽电机外增加冷却水套和在外部循环管加冷却套管，将高温循环液冷却以降低电机和轴承温度。在功率不大的场合，有的制造厂不采用冷却液，而是在电动机外部设置散热翅片和用特殊绕组来适应高温工况，其使用温度一般不能超过400℃。^[11]

在泵的液力端和电动机侧均带有夹套，夹套中可通入蒸汽或一定温度的液体防止高融点液体产生结晶。泵的外部循环管也要加保温（加热）夹套。^[11]

屏蔽泵的外壳是一个高压容器，使泵能承受很高的系统压力。为了支承处于内部高压下的屏蔽套，可以由定子线圈本身用作承受压力。也可以做成在高温、高压下运转的屏蔽泵。^[11]

泵的吸入口比叶轮中心线要高很多，在停泵后，当吸入管路中没有液体时，叶轮和加大的泵室内始终充满液体，再起动时不必灌水，泵就可以工作。自吸型泵特别适合于从地下容器中抽取液体。^[11]

屏蔽泵适用于输送腐蚀性、易燃易爆、剧毒、有放射性的及极为贵重的液体；还适宜输送高压、高温、低温和高熔点等液体。由于屏蔽泵可以保证绝对不泄漏，所以在国防、石油化工、光伏及热电等领域应用广泛。^[13][3]

绝缘电阻的检查：用500V兆欧表测定线圈对地及线圈之间的绝缘电阻，绝缘电阻值应在5MΩ以上（新品出厂时为100MΩ以上）；^[14]三相直流电阻值的测定：三相直流电阻的不平衡度达5%以上时电机绝对不能启动，应查明不平衡的原因并消除后，方可启动；^[14]明确电源的相序旋转方向：三相电流应正确连接到电机的接线柱，使电动机的旋转方向从泵侧看应为逆时针方向。屏蔽泵绝对不能逆转1min以上。^[14]

慢慢打开出口阀，进行10-20s运转后，关闭出口阀，停止泵运转。再次进行点动运转，充分排出泵内部的气体。排气结束后，再次启动，检查启动前的压力表是否在规定压力，并慢慢打开出口阀，使排出量达到工作点流量为止，并注意泵运转声是否正常，电机的电流值是否正常。^[14]

正常运转中，对以下各项至少作1日1次的巡视检查：^[14]

出口压力表示的数值有无异常；^[14]电流值是否过载；^[14]有无异常声音和振动；^[14]对有轴承监视器的泵，要观察监视器指针的指示范围。指示带可分为绿区、黄区和红区。绿区为正常，黄区为轴承已有较多磨损但可继续使用，红区为轴承磨损已达极限值，有可能造成定子、转子屏蔽套相擦，必须立即停车进行拆检；^[14]检查泵各部位的温度，有无异常发热的部位；^[14]察看有无液体泄漏的地方。^[14]

屏蔽泵要每年定期解体检查一次，不可因运转正常顺利而2年、3年也不拆检，而一直连续运转。为了避免和减少屏蔽泵的突然损坏事故，屏蔽泵需要定期解体检查。屏蔽泵大多使用在长期连续运行的装置上，其定期检查也只有在装置计划停车时方能进行。对大多数屏蔽泵一年拆检一次即可。^[14]

屏蔽泵定期检查的方法是：将屏蔽泵进行解体，对各零部件先进行必要的清理，再对它们作表观检查，是否有异常。然后对关键零部件的关键部位的尺寸进行测量。对电机绕组也要作必要的电气检查。^[14]

轴承和轴套检查。先观察两者相配合面的粗糙度，如粗糙度已不符合使用要求，则应更换新件。然后测轴承孔径和轴套轴径，两者的配合间隙不得超过检修标准的规定：0.55~1kW配合间隙，直径差为0.4mm；15~45kW配合间隙，直径差为0.5mm，如超出规定值须更换新件（大多需更换轴承）；^[14]测量检查叶轮的前、后止口和与它们相配合的口环及泵座内径的尺寸，这两个配合间隙应在检修标准规定的范围内，如超差时须调换零件或采取其它措施（如：堆焊、镶套等）使配合间隙达到规定要求。否则将影响泵的性能、流量、扬程、轴向力平衡等，使泵不能正常工作；^[14]观察检查定、转子屏蔽套的表观情况，尤其要注意焊缝处有无异常情况，必要时应作探伤、检漏检查；^[14]动平衡检查：经过长期运行后，转动部分的平衡状况可能有变化。因此，有必要将转子连同叶轮等旋转零件组装在一起校正动平衡。^[14]

检查绝缘电阻和三相直流电阻，如不符合要求时，应进一步查明原因并予以处理。绝缘电阻一般可达到100MΩ以上，如低于5MΩ时需分析原因，绝缘是否受潮，或屏蔽套是否有泄漏点等，如经定子屏蔽套检漏无问题，则纯属绝缘受潮，需进行干燥处理。三相直流电阻不平衡度超差时，主要应检查定子绕组所有焊接点焊接接触情况有何变化。^[14]

某厂输送高纯度无水氢氟酸屏蔽泵均采用碳化硅轴承。碳化硅轴承具有优良的耐化学腐蚀性能，不与氢氟酸反应．缺点是材料较脆，受冲击力作用容易碎裂。输送含氟有机物也可使用石墨轴承，石墨轴承的性能与浸渍树脂有关。一般有浸渍酚醛树脂、环氧树脂和呋喃树脂：酚醛树脂有较好的耐酸性，环氧树脂有较好的耐碱性，呋喃树脂耐酸和耐碱性均较好，缺点是使用中容易磨损出颗粒，污染物料。因此，在对输送物料纯度要求较高的场合，建议采用纯碳化硅轴承。^[15]

屏蔽泵的安装需要注意以下几点：

轴承与轴套之间的间隙。一般轴承与轴承套都是配套提供，但在对屏蔽泵检修时，需对轴承与轴套之间的间隙进行重新检查测量，才可安装或者更换。一般轴承与轴套间的单边间隙为0.05~0.5mm，电机功率越大，间隙越大。^[15]转子轴向窜动量。根据电机功率大小，转子的轴向允许窜动量为0.7~3.4mm，功率越大，允许窜动量也越大。在泵体完成组装后，都要进行轴向窜动的检查测量。若超过标准，可以对轴承压盖垫片或者叶轮壳体垫片进行厚度上的调整。^[15]转子对中度。转子的对中度由轴承的安装精度决定，一般径向跳动量≤0.02mm即可，同时也说明轴承安装间隙控制良好。定转子有效间隙。屏蔽泵的定转子有效间隙一般应控制在0.5~1mm，间隙过小容易磨损屏蔽套，间隙过大则会影响电机工作效能。^[15]检修环境。屏蔽泵在检修时，应置于干净的检修台上，下垫橡胶垫，防止零部件跌落损伤。回装时一定要清洗干净各部件，避免金属碎屑进入泵体内部，导致开车时增加轴承的磨损。^[15]

屏蔽泵因其结构具有使用维护方便的优点，但其操作及日常检查、定期检修需注意以下几点：

在启动前必须将泵腔灌满，不能空载运行，尤其在切换机泵时要特别注意，运转前必须把泵体内空气全部排出后方可启泵。由于润滑方式的原因，屏蔽泵依靠与泵出口连通的循环管输送液体润滑，在泵启动时，若轴承处于干磨状态，加上设备定期维护频繁切换机泵，都会加速轴承磨损。^[15]应注意泵体温度不能过高。若过高，可能是循环液管路堵，或者滤网破损，有杂质进入泵体内，造成轴承磨损。^[15]防止泵抽空，物料断流持续运转不得超过30s，小于最小流量时，不应运转。^[15]

随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展，屏蔽泵在未来将呈现以下发展趋势。^[9]

通过不断的技术创新和优化，提高屏蔽泵的性能和可靠性，降低制造成本，拓宽应用领域。对于前文所述的滑动轴承适应性问题，目前也有较多解决方案。主要分为两个方面：①泵前过滤器在保证过滤精度的同时增加流通面积，减少清网频率，防止发生因清网不及时导致泵损坏的情况。②优化内部结构，采用清洁介质内循环等结构功能提高对含颗粒介质的适应性。^[9]

将智能控制技术应用于屏蔽泵中，实现远程监控、故障诊断和自动调整等功能，提高设备的运行效率和维护便利性。^[9]

继续推动屏蔽泵的节能环保设计，降低能耗和排放，减少对环境的影响。^[9]

在现有应用领域的基础上，进一步拓展屏蔽泵在新能源、航空航天等高端领域的应用。^[9]