江苏海珐机械制造有限公司

在高温熔盐输送系统中，熔盐泵一直是装置能否长期稳定运行的关键设备。我们过去做化工流程泵、尿素熔融泵、高温导热油泵、高温高压流程泵时，已经遇到过很多类似问题：介质温度高、腐蚀性强、热膨胀明显、密封风险大、轴承温升敏感、停机后介质容易结晶或凝固。到了熔盐泵，尤其是氯化物熔盐回路和高温储能系统，这些问题会被进一步放大。

传统熔盐泵常见的思路，是采用润滑脂润滑轴承，同时通过冷水或冷却夹套把轴承区温度降下来。这种方案在一定温度范围内可以使用，结构也相对容易理解。但从长周期运行来看，它有几个问题：第一，润滑脂本身不适合长期处在高温热辐射环境下；第二，冷水冷却会造成轴承区和泵体高温区之间形成较大的温度梯度；第三，不同材料热膨胀不一致时，轴系同心度、密封间隙和轴承间隙都会变化；第四，一旦冷却水中断或润滑脂老化，轴承温升和振动会很快反映出来。

所以我们现在讨论第四代熔盐泵设计时，核心思路不是简单把原来的轴承做大、冷却水加多，而是从结构路线、轴承润滑方式、密封方式、电机布置、热应力控制和在线诊断几个方面重新考虑。我的理解是，第四代熔盐泵要解决的不是单一零件问题，而是整个高温泵系统的可靠性问题。

一、熔盐泵的发展路线：从悬臂式到第四代高温一体化结构

从工程使用角度看，熔盐泵大致可以理解为几个发展阶段。

第一代熔盐泵多采用悬臂式结构。它的优点是结构相对简单，维修方便，制造难度不算太高，适合一些温度、流量、扬程要求不极端的工况。但悬臂式结构的轴伸较长，轴承和密封区需要远离高温熔盐，往往依赖空气隔热、冷水冷却和润滑脂润滑。随着温度提高、泵轴变长、振动要求提高，这种结构就容易受到轴挠度、热变形和轴承寿命的限制。

第二代、第三代熔盐泵开始更多采用磁力耦合式结构。磁力耦合泵的优势是可以取消传统旋转轴封，减少熔盐或覆盖气体泄漏风险。对于高温、有毒、有腐蚀性或者需要严格气氛控制的熔盐系统，磁耦合密封结构有很大意义。它既能通过内外磁转子传递扭矩，又可以用隔离套把介质侧和大气侧分开，减少旋转密封带来的泄漏点。

但磁力耦合式结构也不是没有难点。高温下磁钢退磁风险、隔离套涡流发热、扭矩传递能力、内转子冷却、转子稳定性、维修拆装都需要计算和验证。对于小流量试验装置，磁力耦合比较容易实现；对于大流量、大扭矩、商业化熔盐系统，磁耦合结构就要重点考虑扭矩裕量和热管理。

第四代熔盐泵，我们更倾向于把它理解为“高温一体化、无泄漏、少维护、可诊断”的研发方向。它可能采用电磁悬浮轴承，也可能采用灌装电机配合高温湿润轴承，还可能采用磁力耦合密封与熔盐润滑轴瓦的组合结构。不同项目不一定完全一样，但方向是一致的：减少外部润滑和冷却依赖，减少旋转密封泄漏点，让轴承、转子、电机、热应力和监测系统都围绕高温熔盐工况来设计。

二、为什么要取代“润滑脂润滑+冷水冷却轴承”的老方案

传统方案把轴承区温度控制在润滑脂能承受的范围内，这是一个比较直接的办法。但在熔盐泵上，冷却并不总是好事。泵体下部是高温熔盐，上部轴承箱又用冷水降温，中间形成很长的温度过渡区。泵轴、轴套、轴承座、联接架、密封腔使用的材料不同，热膨胀率也不同。冷态安装时对中良好，不代表热态运行后仍然保持良好。

更麻烦的是，熔盐介质有凝固点。局部温度过低，可能造成盐析、结晶或凝固。冷却水如果布置不合理，反而会在某些过渡部位形成冷点。熔盐一旦在轴套、密封腔、间隙或排气死角处沉积，后续启动和维护就会变得很困难。

因此我们在第四代熔盐泵设计中，希望尽量减少润滑脂和外部冷却水对核心轴承系统的依赖。对于能够采用电磁悬浮的结构，轴承不再依靠传统接触摩擦承载，理论上可以明显减少磨损和润滑问题。对于采用高温湿润轴承的结构，则让轴承材料和轴瓦直接适应熔盐环境，利用熔盐介质本身形成润滑和冷却条件，但这对材料、间隙、摩擦系数、磨损率和盐化学控制提出了更高要求。

三、第四代熔盐泵的核心：电磁悬浮、湿润轴承与灌装电机

电磁悬浮熔盐泵的关键，是通过主动磁轴承或电磁支承方式，使转子在运行时尽量减少机械接触。它的优势很明显：没有传统滚动轴承的润滑脂老化问题，也可以减少高温下轴承磨损和维护频率。对于长周期连续运行的熔盐循环系统，这一点很有吸引力。

但电磁悬浮不是简单装一个磁轴承就可以。高温熔盐泵的转子长、温差大、介质密度和粘度随温度变化，启动、停机、升温、降温过程都可能出现不同的转子动力学状态。我们在设计时必须考虑临界转速、转子刚度、热弯曲、备用保护轴承、传感器耐温、控制系统冗余以及失电工况下的安全降落方式。

另一条路线是灌装电机，也就是把电机和泵体做成更紧凑的密封结构，减少长轴和外部密封环节。第四代熔盐泵如果采用高温灌装电机，需要解决三个问题：高温电机绕组、绕组绝缘材料、内部湿润轴承。普通电机绕组和绝缘系统无法长期承受熔盐泵附近的高温环境，所以必须采用适合高温环境的绕组材料、绝缘结构和热管理方案。

高温湿润轴承是另一个重点。过去我们习惯用油或润滑脂来保护轴承，现在要让轴瓦在熔盐环境中工作，就必须重新验证材料的摩擦和磨损。轴瓦、轴套、叶轮轮毂、节流衬套等零件，既要耐高温，又要耐熔盐腐蚀，还要有稳定的摩擦副性能。对于浸盐式轴瓦，我们会重点关注材料配对、表面硬度、涂层结合力、间隙热膨胀、启动低速阶段磨损和颗粒污染影响。

四、盘片摩擦系数和大规模轴承摩擦试验，是第四代熔盐泵绕不开的验证

熔盐泵不能只看材料牌号。材料在常温空气中的性能好，不代表在 550℃、650℃甚至 700℃以上的熔盐中仍然可靠。我们做第四代熔盐泵时，更重视在真实熔盐环境中的摩擦系数、磨损率和腐蚀磨损耦合效应。

例如盘片摩擦系数试验，也就是类似 Pin-on-Disk 的摩擦测试，可以观察不同轴瓦材料、轴套材料和涂层在高温熔盐中的摩擦变化。通过调节载荷、转速、温度和盐成分，可以初步判断哪一组材料更适合做湿润轴承。

但小试验不能完全代表真实泵。真正的熔盐泵轴承承受的是径向力、轴向力、热变形、转子不平衡和流体扰动共同作用。所以还需要更大规模的轴承摩擦试验台，用接近真实尺寸的轴瓦、轴套和转速条件进行验证。我们会重点看轴承起停磨损、稳定运行温升、盐膜形成情况、间隙变化、材料剥落和长期腐蚀情况。只有经过这样的试验，第四代熔盐泵的湿润轴承设计才有工程依据。

五、材料选择：高镍合金和耐熔盐涂层是基础

熔盐泵材料不能只按普通化工泵选材逻辑来做。氯化物熔盐对材料腐蚀更敏感，温度越高，材料选择越谨慎。我们在设计时会考虑高镍合金，例如因科镍625、哈氏合金、镍基合金，以及耐磨耐腐蚀涂层材料。对于叶轮、泵壳、轴套、轴瓦、节流衬套、隔离套等不同部位，材料要求并不完全一样。

叶轮长期浸泡在熔盐中，既要承受流体冲刷，又要承受热应力和腐蚀。轴瓦和轴套则更重视摩擦副性能。隔离套需要兼顾耐腐蚀、耐压、热疲劳和低涡流损耗。泵轴要考虑强度、刚度和高温蠕变风险。不同材料组合在一起，还要核算热膨胀率差异，否则热态间隙会偏离设计值。

我们通常不会简单说“全泵都用一种高级合金”就解决问题。真正合理的方案，是根据每个零件的工作温度、受力状态、是否接触熔盐、是否摩擦、是否承压来分区选材。这样既保证可靠性，也能控制制造成本。

六、磁耦合密封结构在熔盐泵中的优势

熔盐泵最怕泄漏，尤其是高温熔盐与空气、水分或覆盖气体系统发生不受控接触时，会带来结晶、腐蚀和安全风险。传统机械密封在常规化工泵上应用成熟，但在高温熔盐泵中，密封端面、弹性元件、辅助密封圈和冷却冲洗系统都会面临很大挑战。

磁力耦合泵的优势，是可以取消旋转轴封。外磁转子由电机带动，内磁转子带动叶轮旋转，中间通过隔离套实现静密封。这样既能传递所需扭矩，又能减少旋转密封泄漏点。对于需要覆盖气体保护的熔盐系统，密封性优异的磁耦合泵还有一个好处，就是可以降低覆盖气体流量，减少气相泄漏和化学控制压力。

当然，磁耦合也要做热设计。高温下磁钢性能、隔离套温升、涡流损耗、扭矩衰减和冷却路径都要计算。对于大流量熔盐泵，磁耦合的扭矩能力是必须提前验证的关键。如果扭矩裕量不够，磁耦合结构在启动、升温或高负荷工况下可能出现失步风险。

七、热应力设计：不能只按常温图纸看间隙

熔盐泵的热应力设计非常重要。不同材料的热膨胀率不一样，泵壳、轴、轴套、叶轮、轴瓦、隔离套、电机壳体在升温过程中变形不同。如果只按常温装配尺寸设计，热态运行后可能出现间隙变小、转子擦碰、轴承偏载或密封变形。

我们的设计方法一般会把冷态安装、升温过程、稳定运行、停机降温几个状态分开分析。泵体需要考虑热膨胀方向，支撑结构要避免约束过强造成热应力集中。长轴结构要考虑轴向伸长，垂直涡轮和垂直混流结构要考虑轴系悬垂长度、导轴承支撑间距和热弯曲。对于灌装电机结构，还要同时考虑电机壳体、绕组、转子和泵体之间的热耦合。

高温泵不是把壁厚做厚就安全。壁厚过大，热梯度反而更明显，启动升温时间更长，热疲劳风险也可能增加。合理的热应力设计应该让温度场、应力场和结构变形都处在可控范围内。

八、氯化物熔盐回路设计与盐泵回路试验

氯化物熔盐回路比普通硝酸盐熔盐回路更敏感。对于太阳能热发电、储能、高温实验回路或先进反应堆辅助系统，熔盐的含水量、氧含量、杂质含量、覆盖气体成分、温度控制和材料腐蚀都会影响泵寿命。

所以第四代熔盐泵不能只在清水试验台上验证。清水试验可以看水力性能、振动和基本装配质量，但不能代表高温熔盐环境。真正有价值的是盐泵回路试验，也就是在真实熔盐或模拟盐环境下进行升温、保温、启动、连续运行、停机、排盐和再启动验证。

盐泵回路试验要观察的不只是流量和扬程，还包括轴承温度、振动、转子位移、密封区域温度、覆盖气体流量、盐化学成分变化、材料腐蚀、盐沉积和排盐效果。对于浸盐式轴瓦，还要在试验后拆检轴瓦表面，看是否有拉伤、点蚀、涂层剥落或异常磨损。

九、垂直涡轮和垂直混流结构更适合部分熔盐应用

熔盐泵常见的安装方式是立式安装，泵端浸入熔盐罐或熔盐池中，电机和驱动部分布置在上部。这种结构有利于解决高温介质与外部驱动装置之间的隔离问题，也方便泵从熔盐罐顶部安装和检修。

对于大流量、中低扬程熔盐循环工况，垂直混流设计是很有价值的路线。它可以在较大流量下保持较好的水力效率，同时降低泵级数和轴向长度。对于需要更高扬程的系统，则可以考虑垂直多级涡轮结构，通过多级叶轮提高扬程。

我司现有 API-VS5/VS6-HVSD 系列立式多级离心泵，流量范围可达 2~15000m³/h，扬程可达 1000m，设计压力可达 15MPa。虽然常规产品适用温度范围与高温熔盐泵不完全相同，但它在立式长轴、多点支撑、导叶压出室、汽蚀控制、深液位输送和监控系统配置方面，为熔盐泵结构设计提供了很好的工程基础。

十、结合江苏海珐现有API610泵平台做熔盐泵研发

江苏海珐机械制造有限公司长期生产 API610 化工流程泵，现有产品平台覆盖 OH1、OH2、OH3、OH6、BB1、BB2、BB3、BB4、BB5、VS 系列等结构。对于熔盐泵研发来说，我们不是从零开始，而是在现有高温化工泵、高温熔融尿素泵、立式多级泵、磁力泵和耐腐蚀泵基础上继续深化。

例如我司 API610-HES(U) 超低碳不锈钢高质熔融尿素泵，采用 API610-OH2 技术参数，流量范围 2~2600m³/h，扬程范围约 300m，适用温度 -80~450℃，设计压力 2.5MPa~26MPa。该产品面对的是高温、易结晶、腐蚀性和工况波动介质，设计重点包括轴向力控制、防结晶、保温和密封可靠性。这些经验对熔盐泵研发有直接参考意义。

我司 API610-OH2-HES(X) 小流量化工流程泵，流量范围 0.8~12.5m³/h，扬程范围 12~125m，适用温度 -80~450℃，设计压力约 2.5MPa，适合小流量高扬程和特殊流道工况。对于实验级熔盐回路、小流量熔盐循环、材料测试回路来说，小流量高扬程泵的水力设计经验也可以作为基础。

对于更大规模装置，立式泵平台更重要。我司 API-HVSD 系列立式多级离心泵，采用 API610 VS5/VS6 结构思路，具备长轴、多级、深液位、高扬程和多点支撑特点。未来如果研发垂直涡轮式或垂直混流式熔盐泵，可以在该类结构基础上重新设计高温材料、浸盐轴瓦、热膨胀补偿、电机隔热和在线诊断系统。

十一、第四代熔盐泵需要先进的高温诊断系统

熔盐泵一旦投入连续运行，不能等到出现泄漏、卡涩或轴承损坏后再处理。第四代熔盐泵必须配置更先进的高温诊断系统。

我们认为至少应监测以下数据：轴承温度、泵体温度、熔盐入口温度、熔盐出口温度、振动、转子位移、电机电流、扭矩变化、覆盖气体压力、密封区温度、冷却或保温系统状态。对于电磁悬浮结构，还要监测磁轴承电流、转子轨迹、控制系统状态和备用轴承接触风险。对于磁耦合结构，要监测磁耦合区温升和失步风险。对于湿润轴承结构，要通过振动、温度和功率变化判断轴瓦磨损趋势。

这些数据如果只显示在现场仪表上，价值还不够。更好的方式是建立运行趋势，把启动、升温、稳定运行、降负荷、停机、排盐的数据都记录下来。这样才能判断泵的状态变化，提前发现热变形、轴承磨损、盐沉积和工艺波动问题。

十二、我们的设计目标：无泄漏、少维护、可验证、可放大

第四代熔盐泵的研发目标，不是为了做一个概念名称，而是要解决现场长期运行问题。我的理解可以概括为四句话：

第一，减少泄漏点。通过磁力耦合密封、灌装电机或无旋转轴封结构，降低高温熔盐和覆盖气体泄漏风险。

第二，减少传统润滑依赖。通过电磁悬浮、高温湿润轴承、浸盐式轴瓦和耐磨耐腐蚀材料，取代润滑脂润滑加冷水冷却轴承的老方案。

第三，控制热应力和热膨胀。通过材料分区、间隙热态校核、有限元热应力分析和合理支撑结构，避免热态擦碰、轴承偏载和密封失效。

第四，必须经过盐泵回路试验验证。熔盐泵不能只靠理论计算，也不能只靠清水试验。材料、摩擦副、轴瓦、密封、电机绕组、诊断系统都需要在真实或接近真实的熔盐环境中验证。

结语

熔盐泵未来的发展方向，一定是高温化、密封化、少维护和智能诊断化。第一代悬臂式结构解决了基础输送问题，第二代、第三代磁力耦合结构解决了部分泄漏问题，而第四代熔盐泵需要进一步解决轴承润滑、热应力、高温电机、材料摩擦和在线诊断问题。

作为江苏海珐机械制造有限公司的技术人员，我们更愿意从工程角度看待这件事。熔盐泵不是单纯把普通化工泵材料换成高镍合金，也不是简单把泵做得更厚、更重。真正可靠的第四代熔盐泵，应当把高温湿润轴承、电磁悬浮、磁力耦合密封、灌装电机、垂直涡轮或垂直混流水力设计、氯化物盐回路试验和热应力设计结合起来。

只有这样，熔盐泵才能从实验装置走向更大规模的工业应用，服务于熔盐储能、太阳能热发电、高温化工循环、先进能源系统和特殊高温介质输送场景。