LNG泵的平衡非常重要，直接影响轴承的使用寿命和泵的大修周期。影响泵的平衡主要有径向载荷和轴向载荷，不平衡主要由机械构件不平衡或流体流动不均匀或流体产生的压差所引起。

1. 径向力平衡

LNG泵在设计时，就要考虑到流体和机械方面由于力不平衡所产生的负面影响。在设计和制造时，应尽可能地消除非平衡力。从叶轮中出来的低温流体进入轴向导流器。轴向导流器应有良好的水力对称性。对于传统的具有涡壳的泵，达到设计流量时，作用在叶轮上的径向力理论上为零。流量高于或低于设计流量时，非平衡状态影响蜗壳内部的压力分布，容易产生径向作用力。因此，设计需要考虑泵的机械平衡和水力学方面的平衡。

2. 轴向推力的平衡

为了使轴向力达到平衡，减少轴向推力载荷，有的LNG泵设计了一种自动平衡机构，通过一个可变的轴向节流装置来完成，使轴向推力为零。

3. LNG泵的效率

影响LNG泵效率的关键因素主要有两个方面：一是流体在叶轮流道中加速时的水力学性能；二是流体在扩压器中能量转换时的水力性能。每个叶轮的水力特性应该是对称的，流体在流道中的流动必须是平滑的。扩压器主要用于将流体的动能转变为压力能。扩压器的设计应确保在能量转换过程中，使流体流动的不连续性和涡流现象减少到最低程度。有些低温泵采用风向标式的扩压器，使能量转换更加对称和平滑。水力对称性越好，就越有利于消除径向不平衡引起的载荷。

研究证明，由于水力性能方面的故障，可以引起泵的性能恶化。例如：轴向扩压器内被阻塞，在径向叶轮和轴向扩压器入口之间的几何形状不理想等，会导致泵的流量性能曲线发生变化，甚至使效率降到最低的情况。测试结果表明：当故障产生在扩压器内，叶轮周围存在不对称的压力分布。在圆周方向产生径向力，扩压器周围可能有液体下落，使轴的载荷增加，不仅降低泵的效率，还会降低其使用寿命。

在轴向扩压器中，控制流体流出叶轮时出口角度和流入扩压器时的进口角度，可以消除水力学特性方面的问题和产生的低频振荡力。关键是径向扩压器的间隙处于最佳状态时，能改善泵的水力性能和机械强度。

非潜液式低温泵采用立式无轴封电动泵，由于这种电动泵的电动机的机壳和泵的壳体是通过密封结构连接在一起的，因此没有轴封的泄漏问题。电动机的壳体与泵体是连通的。两者之间只需要静密封，而不需要动密封，使泵对工作环境的适应性大为增加，因此很适用于输送LNC,类的可燃低温流体。

叶轮直接安装在电动机的主轴上。在排出口处引一小股低温流体，对电动机进行冷却。泵与电动机之间设计有大的翅片，避免电动机温度过低。为了建立气相与液相之间的平衡，设计有迷宫结构，使下轴承处于适当的温度。由于有先进的设计理念和新的工艺技术这种泵即使在无液体的千式状态运行，也不会损坏。

1. LNG泵的冷却

对于安装在储罐外面的LNG泵，在正式输送液体之前，对整个泵及管路系统先要进行充分的冷却，即预冷。这个过程非常重要，否则由于系统温度过高，引起LNG气化，产生气液两相流，会使泵无法运行。一般安装在储罐外面的LNG泵，在管路系统都应考虑有预冷所需要的管路。

LNG在储罐内压力和液柱重力的作用下，流经LNG泵，流动过程中LNG吸热气化，泵与管路系统被冷却。气化的蒸气通过回气管路返回储罐内，当LNG完全被冷却下来，可转换到液体输送管路，启动LNG泵。铝合金制造的泵热容量小，冷却和复温所需要的时间短，因而减少了冷却所损失的低温LNG。

2. 状态监控

采用振动监视系统监控LNG泵的运行状态。安装在泵内的压电传感器，体积非常小，直接固定在轴承座上，测量振动加速度，通过信号转换，提供速度和位移等数据；据此分析确定内部零件的状态和耗损程度j用涡流位移表可以测量主轴的轴向移动。在启动和停机时，仪表可监视轴承的磨损情况和轴的移动，有利于改进操作和延长泵的使用寿命。利用这些信息，在泵发生故障时，可以帮助诊断，改善保养方法，对增加泵的运行可靠性，降低运行成本都有利。状态监控使得维护更有计划，运行更加可靠，效率更为提高。

利用天然气能量推动膨胀机叶轮旋转，气体在降压、降温的同时，在叶轮轴上输出外功，这种机械称为透平膨胀机。由于透平膨胀机具有体积小，质量小，气体处理量大，运行效率高等特点，比容积型膨胀机优点明显，因而在天然气工业中，广泛使用透平膨胀机获取冷量。采用膨胀制冷工艺的天然气液化装置也使用透平膨胀机制冷。

在膨胀机轴的另一端装有吸收膨胀机输出轴功率的压缩机，称制动压缩机，用膨胀机输出的能量带动压缩机为天然气增压，膨胀机和压缩机构成机组。图3-24为膨胀机和压缩机机组示意图。机组由三部分组成：膨胀机、压缩机、两者间的轴承和机座。机组中部的径向和止推轴承常用青铜制造，润滑油用轻质透平油(40℃黏度为40mPa·s)。为防止天然气泄漏和润滑油进入工艺气流区，膨胀机迷宫轴封处应注入压力高于工艺气压力约340kPa的密封气。密封气应从干气引入，以防润滑油稀释。

膨胀机出口和压缩机入口的气体压力不同，所产生的轴向推力施加于止推轴承上，止推轴承通常能承受140kPa左右的压差。为防止推力过大，在每个止推轴承后装有压力计，指示与轴承荷载成正比的润滑油膜压力。推力平衡盘后的油膜也有压力计，指示平衡盘后的油膜压力，该压力有推力控制阀控制，防止止推轴承过载。

 

 

通常膨胀机等熵效率为75%～85%，压缩机效率为65%～80%。有些高压透平膨胀机的等熵效率可达91.5%。

按照气流通过膨胀机叶轮时的流动方向，透平膨胀机可分为径流、径轴流和轴流几种形式。天然气工业中，径流反作用式膨胀机使用较多。这种膨胀机，气流由径向流入叶轮并由叶轮流道转变为轴向流出，也称为向心径轴流式膨胀机。工质在叶轮内的膨胀程度称为反作用度，具有一定反作用度的膨胀机称反作用式膨胀机。现对常用的径流反作用式膨胀机结构作一简单介绍。

膨胀机的气体流通部分由蜗壳、喷嘴环(或称导翼环)、叶轮和扩压器等组成。蜗壳将气体均匀地分配至每个喷嘴，使叶轮均匀进气。喷嘴的角度一般可以调节，改变气流方向和喷嘴流道面积，以适应原料气流量和压力的变化并控制膨胀机出口压力。若喷嘴流道面积已达到最大，仍不能满足气体流量要求时，压力控制阀将自动开启膨胀机的旁通阀(J-T阀)。

如图3-25所示，气体进入叶轮流道后，推动叶轮旋转，气体先向径向流动，后经另一组导向叶片使气体轴向流出叶轮。叶轮有开式、半开式和闭式三种。半开式常用于中小型膨胀机，闭式用于大型膨胀机。扩压器为流道面积逐渐增大的圆管，将气体的动能变为压能。

膨胀机适用于以下场合：

(1) 原料气与产品气之间有较大的压差可以利用。入口和出口的压比(膨胀比)一般小于3～4。膨胀比过大，会降低膨胀机效率，应考虑采用二级或三级膨胀；

(2) 要求操作弹性大。膨胀机可借助于可调的喷嘴流道面积，在设计流量50%～130%范围内，机组都能保持较高的效率；

(3) 要求占地少，布置紧凑的场合；

(4) 相对而言，透平膨胀机所需的水电供应量少，因此适合在水电等公用事业费用价格较高的地区使用。

膨胀机安装时应注意：

(1) 膨胀机入口气流内不应存在固体和液体杂质，液体在低温分离器内分出，固体(冰、CO₂、氨、重油等)用细目滤网除去。为防止气流在膨胀机内温度降低析出水分而结冰，可在膨胀机上游注甲醇；

(2) 密封气(特别在启动阶段)应为洁净、干燥、经脱酸处理并满足压力要求的气体；

(3) 安装振动监测仪表，以及时发现运行异常。