具有氣囊式均壓軸封的全乾式潛水電泵的製作方法
2023-09-10 11:01:30 2
專利名稱：具有氣囊式均壓軸封的全乾式潛水電泵的製作方法
技術領域：
非變容式泵(F04D)。
潛水電泵用於水井中，是井泵的一種，目前主要有長軸深井泵和潛水電泵二類，而潛水電泵又分成溼式、屏蔽套式和油浸式三種，其中溼式是電機全部在水中工作，效率低、電機可靠性很差，特別是國內，年返修率近10％；屏蔽套式是將電機繞組用不鏽鋼套封起來，該式效率低、工藝要求高，國外有個別國家(如西德等)生產，國內無此技術。油浸式是將電機浸在油中，以求繞組壽命可延長，但效率更低，且水常會侵入油腔，使電機失效。至於長軸泵，由於機件複雜，重量大，同時工作也不可靠，常會壓塌井壁，很不受用戶歡迎。因此，迫切需要一種安全可靠的潛水電泵新品種。
本發明的目的是使潛水電泵的電機繞組無需屏蔽罩卻能夠在完全乾燥的條件下工作，而且製造成本低，工藝要求不高，卻能夠大大延長電機的壽命。
本實用新型的工作原理是利用機組內原有的空氣在電機潛下水面後保護電機室不進水。電機定位於機組的最上部，機組上半部完全密封，特別是電纜入口也是絕對密封的，以保證原先在機組內的那部分空氣無法漏走。當電泵潛入水下，例如30米時，機內空氣被壓縮到原有體積的四分之一，這時，仍能保證機內水面在電機室以下。但在電泵運行時，電機室與下方的壓力有很大的波動(當泵潛水深度為30米時達到三個大氣壓)。本實用新型採用氣囊式均壓軸封使軸封兩端的壓力始終相等，保證了流體軸封的安全可靠工作。
如附圖
一所示，(1)是電機，(2)是轉軸，(3)是氣囊式均壓軸封，(4)是水泵。
氣囊式均壓軸封的結構如附圖二所示，(5)是隔板，(6)是均壓孔，(7)是密封圈，(8)是隔離筒，(9)是分隔液，(10)是隔離片，(11)是斜鍵，(12)是持環，(13)是均壓膜，(14)是內壁，(15)是氣室，(16)是護圈。
隔板(5)與隔離片(10)必須焊接並保證焊縫氣密。隔板(5)與內壁(14)間採用多層「O」形密封圈(7)以保證氣密。持環(12)與均壓膜(13)之間也須加密封膠。
此外，電機的三相電纜導線必須在進入泵體處中斷，將它與密封在泵體上的，灌注在絕緣材料中而且保證氣密的接線端子相連接，接線端子的另一端與機內電機繞組端部連接，以免電機室中的空氣經由電纜線管逃逸掉。電機室中的剩餘空間用合適的固體材料充填，以保證最終剩餘的用來產生磁隙及通風必需的空間總體積不大於均壓室(即均壓膜(13)脹滿時的空間體積)空間容積的n倍，n為潛水的動水位深度除以10米的商數。
分隔液(9)可採用揮發性最小的油性液體，粘性也以小為好。例如可選用透平或錠子油。
均壓膜(13)可採用厚度為0.3毫米的橡膠膜(醫用橡皮手套材料)，也可用透氣係數最小的聚偏二氯乙烯薄膜(厚度0.06毫米)，推薦用聚乙烯十鋁箔(＞0.06毫米)＋聚乙烯組成的三層層壓薄膜，因為它是一種無孔洞的透氣係數幾乎為零的隔溼性材料。按常用井內潛水電泵的均壓膜面積計算，這種薄膜在常溫下每1000小時的透汽量小於0.3克。
電機室內可放入一定數量的高效乾燥劑，以保證電泵在井下長期的運行。
氣囊式均壓軸封在乾式潛水電泵中的工作情況是當潛水電泵臥倒貯放時，隔離筒(8)上端的倒U形結構使分隔液(9)不致外流。電泵入水時，空氣室中的壓力由一個絕對氣壓增大至好幾個絕對氣壓。例如，當井內動水位低於靜水位30米時，為了正常出水，按裝電泵時，必須將它放到靜水面以下30米處，隨著按裝過程中電泵徐徐朝水面以下潛入時，空氣室中的壓力就由一個絕對大氣壓增加到最後放在水面下30米處的四個絕對大氣壓。如果沒有均壓膜(13)，單靠分隔液(9)是無法阻擋飽含水汽的相當於原電機室內空氣容積的三倍的溼空氣進入電機室的，這些溼汽進入後便會形成液滴，使電機迅速損壞。本設計的新穎之點便是採用了與分隔液(9)協同工作的均壓膜(13)，使電機室與空氣室中的壓力始終處在平衡狀態之下，電機室中的壓力增高，靠的是原先貯放在均壓膜(13)上方的乾燥空氣。由於均壓膜(13)面積較大，很小的膜兩側壓力差，便能促使膜的運動。因此分隔液面的波動是很少的。
當電泵下潛到規定深度上，均壓膜(13)向上運動到接近隔板(5)的位置處，由於電泵不再繼續下潛，均壓膜(13)便停止運動。事先設計均壓膜(13)的行程，就應考慮動水位深度。
電泵開動後，井水面徐徐下降至動水位，這時空氣室中的壓力由原先的高壓(4個絕對壓力)逐漸降至約一個絕對大氣壓，這時均壓膜(13)下方的壓力下降，電機室中的壓力高於空氣室，均壓膜(13)便隨著水面下降而下降，最後回復到初始狀態，考慮到電機室內溫度比冷態時稍高，事先設計均壓膜(13)下行位置應計及溫度升高的因素。
電泵停機後，井水面又要向上回升，空氣室中的壓力又要漸漸增高，這時重複下井時的過程，電機室內又充入開動泵時排出的乾燥空氣，在此水位變化過程中，由於均壓膜(13)兩側的壓力基本平衡，所以反映電機室與空氣室壓力差的分隔液(9)液面差也是很小的。
電泵運行時，因為隔離筒(8)的高速旋轉，使分隔液(9)在自身離心力作用下緊緊壓向隔離筒(8)的側壁上，保證分隔片(靜止不動)兩側都有高壓的分隔液(9)把電機室與空氣室完全隔開來，水汽分子一般無法通過分隔液(9)來往於兩室之間。這說明在電泵運行時，軸封的阻隔作用只有更可靠。此外，由於隔離筒(8)旋轉時，隔離片(10)與分隔液(9)的接觸面減小，大大減少了隔離片(10)與分隔液(9)之間的流體摩擦力，使這種結構具有節能特點。
隔離筒(8)與隔離片(10)的具體設計尚可有若干種變型，圖三所示有節省分隔液(9)的特點，實際上還可有多種變型設計以適應不同的要求。同樣，均壓膜(13)結構也可採用摺疊式(皮老虎式)囊形結構或下部添加輕質剛性環形板等等結構。重要的是這種密封技術中，協同的雙方即均壓氣囊和液體軸封是相互依賴，缺一不可的。
這種具有氣囊式均壓軸封的潛水電泵可完全阻隔水汽侵入電機內部以保證電機在完全乾燥下運行。降低了電機的材料與製造要求，延長了電機使用壽命，工作可靠。此外，這種潛水電泵還具有以下明顯優點
1.節省材料，降低成本，它不需要長軸，也不用高強度高絕緣性能的漆包線材料；2.節省能耗，消除了長軸造成的能量損耗，避免了電機效率的下降；3.裝卸便利，沒有長軸泵那樣複雜的安裝與調整要求；4.適應性強，長軸泵不能在彎度稍大的井中使用，溼式潛水電泵不宜在含砂量較高的深井中應用，本型泵既可在彎度大的井中用，也可適用在含砂量大的井中而不被磨壞；5.結構簡單，製造工藝要求一般；6.使用合理。長軸泵無法串聯使用，現有溼式潛水電泵的電機都裝在底部，進水從泵中段側面四周進入，所以也無法串聯起來使用。而串聯使用乃是深井提水最合理的科學的方法，它可大大降低成本和延長使用壽命。本泵專門設計成可串聯的結構形式。
本發明的全乾式潛水電泵推廣後可為國內帶來每年節約幾百萬度電和省去幾千萬元井泵返修費用的巨大經濟效益；它可以取代現有其他類型的深井泵。
權利要求1.一種潛水電泵，其特徵在於採用氣囊式均壓軸封(2)阻隔水汽侵入電機(1)內部。
2.根據權利要求1所述的潛水電泵，其特徵在於氣囊式均壓軸封的結構是由隔板(5)，均壓孔(6)，密封圈(7)，隔離筒(8)，分隔液(9)，隔離片(10)，持環(12)，均壓膜(13)，護圈(16)所組成。
專利摘要本實用新型是一種具有氣囊式均壓軸封的全乾式潛水電泵。氣囊式均壓軸封是藉助隔溼氣囊，使軸封兩側壓力始終大致平衡，從而無須電機屏蔽罩，卻能夠完全阻止水汽侵入電機內部，使電機在完全乾燥下運行。本實用新型製造成本低，運行可靠，工藝要求一般，結構合理，機組效率高，使用方便，利於在工農業生產中推廣。
文檔編號F04D13/06GK2043285SQ87208560
公開日1989年8月23日 申請日期1987年5月27日 優先權日1987年5月27日
發明者陸逢升 申請人:西安交通大學