礦山排水用多級潛水電泵的製作方法

2023-05-22 05:07:01

專利名稱：礦山排水用多級潛水電泵的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種潛水電泵，特別涉及千米超深礦井搶險排水用的大功率、高揚程的多級潛水電泵。
背景技術：
目前，我國礦山普遍採用的排水系統的基本方式是預先開設水倉和泵房，在泵房內設置水泵、電機、防爆開關，敷設電纜和管路等排水設備。由於當前的排水系統普遍使用中、小功率和中揚程的井用潛水電泵，當礦井發生突水事故時，瞬間湧水量往往大幅度超過泵房的最大排水能力，造成井下湧水不能及時排出，水位上升，甚至泵房被淹，排水系統癱瘓，發生淹井事故。而礦井基建投資較大，而且恢復困難，一旦被淹損失巨大。同時，隨著煤炭資源多年的高強度開發，我國的煤礦，特別是中東部地區的礦山開採深度需速延伸，一些礦井已經超過1000米。由於開採深度的增加，水壓越來越大，此時傳統的水災防治措施，如水閘門逐漸失去效果，需要採取抗災性能更強的大功率潛水泵作為防治水災的主力措施。 此外，新的煤礦設計規範規定，大水礦井必須配備大功率潛水電泵。因此，迫切需要研製一種既能夠解決生產排水問題，又具備較強抗水災能力的大流量、高揚程、大功率的礦用潛水電泵，解決千米礦井搶險救災排水技術難題。
發明內容本實用新型的目的正是針對以上技術問題而提供一種大功率、高揚程的多級潛水電泵。本實用新型可通過下述技術措施來實現本實用新型的礦山排水用多級潛水電泵包括潛水電機、潛水泵、泵機聯接體、泵機聯軸套及其緊固件；所述潛水電機是由電機軸、電機殼、定子組件、轉子組件、上導軸承、下導軸承、止推軸承、冷卻器等主要部件組成，電機軸穿入到電機殼內部並由上導軸承、下導軸承和止推軸承支撐，軸密封採用機械密封裝置結構，轉子組件固定在電機殼內部的電機軸上，定子組件固定在電機殼內壁；所述潛水泵是由上泵、下泵、泵軸、軸承、上葉輪、下葉輪、導葉等組成，上泵和下泵通過聯軸器相連接，泵軸由軸承支撐並穿入在泵殼內部，上葉輪和下葉輪固定在內部的泵軸上；潛水電機和潛水泵由泵機聯接體相連接構成一個整體， 潛水電機位於潛水泵下部，並通過泵機聯軸套、鍵和定位銷等進行傳動連接。所述潛水電機的最大外徑為960mm，潛水電機額定頻率50Hz，額定轉速1480r/ min ；潛水電機設計額定電壓為6000V或1000V，該電壓等級下的國內潛水繞組線性能可靠， 使用壽命長且無電暈產生，能夠保證運行安全；潛水電機額定輸出功率160kW 4400kW，為配套潛水泵留有充分的裕量；潛水電機額定容量時效率90%，功率因數88%，能耗指標合理；潛水電機的結構設計符合礦用一般型電氣設備標準。所述潛水電機前部電機軸的伸出端採用機械密封裝置來密封電機內腔，機械密封裝置前部並設置有特殊的甩砂環結構，特別適合於礦井含砂水質使用，可以承受20MI^水壓；傳統大功率潛水電機因推力軸承熱交變的影響，產生了大量推力軸承盤碎裂、龜裂等嚴重故障，甚至不能完成復礦排水的任務，本實用新型重新設計了推力軸承的結構， 所述潛水電機的底部設置有新型的水力推力軸承，該水力推力軸承和推力盤形成一對摩擦副，本發明採用銅合金自向心扇形塊與軟基金屬複合材料組成水力摩擦副，最大承載力 160kN，可以承受由於電機軸的偏置而產生的徑向拉力，保證了礦用潛水電機長期可靠運行；所述潛水電機前部和後部分別設置有新型導向軸承，導向軸承和電機軸形成一對摩擦副，本發明採用碳纖維基金屬複合材料與硬質金屬複合層組成摩擦副，可以滿足電機立式和臥式兩種運行方式。所述潛水電機在電磁設計上充分考慮了礦山搶險的特殊情況，採用優質矽鋼片和電磁線，同時輔以特殊的軸瓦材料，保證潛水電機立、臥兩種方式使用(臥用時採用加強軸瓦支撐結構)；潛水電機內部即使再經清洗也難免存在不同雜質，其中以鐵為基礎的雜質佔65% 以上，且多為硬顆粒。所述過濾器安裝於潛水電機底部，過濾器中設置有永磁體，排水過程中大量雜質吸附在永磁體上，從而不會磨損水潤滑軸承，包括推力軸承及導軸承，極大地提高了推力軸承的可靠性。所述潛水電機採用強制內水循環冷卻系統設計，該強制內水循環冷卻系統包括冷卻水道和冷卻器，潛水電機定子組件上設置有若干冷卻水槽，冷卻水道是冷卻水槽與電機殼拼合形成的，冷卻器加裝在潛水電機的底部，冷卻器是由若干內水管道形成，內水管道一端與冷卻水道相連通，另一端與潛水電機的底座連接，並與潛水電機內部相通，潛水電機的底座設置的調節囊可以保持電動機內外壓力平衡，本實用新型採用冷卻器的結構增加了潛水電機內部水循環面積，提高了散熱功能，潛水電機電機軸上設置的小葉輪進一步促進內部水循環流動，在潛水電機潛入水中工作情況下，潛水電機內部的水被迫從電機轉子組件與定子組件之間的間隙下端進入，並從上端流出，上端流出的水經冷卻水道自上而下流向潛水電機的下部，回到底座，同時，在冷卻水道內自上而下流動的水流將熱量傳遞給潛水電機外部的水流，從而實現潛水電機的散熱，該冷卻系統保證了潛水電機的安全可靠運行，散熱效果好，可使溫升穩定在36°c以下。所述潛水電機的軸伸採用特殊刷鍍工藝增加軸伸抗腐蝕能力(軸伸直徑160 200mm可選)，潛水電機的內腔進行特殊防鏽處理，延長潛水電機使用壽命；潛水電機設有六芯控制電纜，採用雙動力纜引出，允許採用星三角起動，可以適應各種不同的礦山搶險條件；由多年生產礦用潛水電機的經驗得出，潛水電機的常見故障是潛水電機內缺水， 缺水會引起導軸承、推力軸承嚴重損壞。本實用新型所述的潛水電機前部增設了貧水傳感器，用以監控潛水電機內腔水位參數，達到及早發現故障、排除故障，保障電機的安全運行。所述潛水泵為雙吸或單吸多級導葉式離心泵，由上下泵體組成，上下泵葉輪對稱安裝，二者產生的軸向力相互抵消，使導葉在運轉過程中的徑向力平衡為零。這一結構不僅提高了潛水泵的效率，且更重要的是糾正了傳統潛水泵在使用過程中大量導葉斷裂的這一致命中缺陷。所述潛水泵採用單級揚程達90m、額定流量為500 1000m3/h的水力模型，從而減少葉輪級數。潛水泵的葉輪和導葉各為1 12隻，即潛水泵為1 12級串聯或並聯。潛水電機驅動的潛水泵的級數為1 12級，與目前同類型產品相比大大減少了級數，並且潛水泵總長為8. 57米，比目前同類型產品短大約2. 72米。由於潛水泵粗短，因此潛水泵的剛度、強度大大提高，更適合於礦山的粗搬運、粗安裝。同時，由於剛度的提高，該潛水泵不僅可以立式使用，而且可以臥式使用。本實用新型的潛水電泵由電纜連接地面控制櫃實現控制，當潛水電機通過泵機聯結套帶動泵軸一起轉動時，被輸送液體由吸水罩經過潛水電機表面進入潛水泵的上吸水口和下吸水口，在旋轉上葉輪和下葉輪的作用下，通過多級葉輪傳送，壓力能和速度能同時增加，上下兩股液體在吐出段匯合，而後通過上泵中段的外層流道經過聯結法蘭、逆止閥流入揚水管排出。該潛水電泵的機械密封裝置可以防止爆炸性氣體和其他物質進入電動機內部，使電動機具備防爆功能。本實用新型的有益效果如下採用本實用新型，潛水泵單級揚程增加，大大減少了相同揚程的泵的級數，壓縮了機泵長度，減輕了機泵重量，節約了生產及維修成本；上下泵葉輪對稱安裝，二者產生的軸向力相互抵消；本實用新型系列的潛水化設計極大地豐富了我國潛水電泵系列，有效解決了我國千米礦井的搶險排水難題。

圖1為本實用新型的整體結構示意圖；圖2為本實用新型的潛水電機結構示意圖；圖3為本實用新型的潛水電機冷卻結構示意圖；圖4為本實用新型的潛水泵結構示意圖；圖中標記為1 潛水電機；2 :潛水泵；3 泵機聯接體；4 泵機聯軸套；5 :電機軸；6 :電機殼；7 定子組件；8 轉子組件；9 上導軸承；10 下導軸承；11 止推軸承；12 冷卻器；13 機械密封裝置；14 甩砂環；15 推力盤；16 過濾器；17 冷卻水道；18 冷卻水槽；19 底座；20 調節囊；21 小葉輪；22 上泵；23 下泵；24 泵軸；25 軸承；26 上葉輪； 27 下葉輪；28 導葉；29 聯軸器；30 上吸水口 ；31 下吸水口 ；32 吐出段；33 吸水罩； 34 貧水傳感器。
具體實施方式
本實用新型的礦山排水用多級潛水電泵包括潛水電機1、潛水泵2、泵機聯接體3、 泵機聯軸套4及其緊固件；所述潛水電機2是由電機軸5、電機殼6、定子組件7、轉子組件 8、上導軸承9、下導軸承10、止推軸承11、冷卻器12等主要部件組成，電機軸5穿入到電機殼6內部並由上導軸承9、下導軸承10和止推軸承11支撐，軸密封採用機械密封裝置13結構，轉子組件8固定在電機殼6內部的電機軸5上，定子組件7固定在電機殼6內壁；所述潛水泵是2由上泵22、下泵23、泵軸M、軸承25、上葉輪沈、下葉輪27、導葉28等組成，上泵22和下泵23通過聯軸器四相連接，泵軸M由軸承25支撐並穿入在泵殼內部，上葉輪 26和下葉輪27固定在內部的泵軸M上；潛水電機1和潛水泵2由泵機聯接體3相連接構成一個整體，潛水電機1位於潛水泵2下部，並通過泵機聯軸套4、鍵和定位銷等進行傳動連接。[0024]所述潛水電機1的最大外徑為960mm，設計額定電壓為6000V或10000V，該電壓等級下的國內潛水繞組線性能可靠，使用壽命長且無電暈產生，能夠保證運行安全；潛水電機 1的額定輸出功率為160kW 4400kW，為配套潛水泵2留有充分的裕量；潛水電機1的定額為連續工作制，潛水電機1額定頻率為50Hz，額定轉速為1480r/min ；所述潛水電機1的結構設計應符合礦用一般型電氣設備標準，適用介質水溫不高於40°C ；所述潛水電機1前部電機軸5的伸出端採用機械密封裝置13來密封電機內腔，所述機械密封裝置13前部並設置有特殊的甩砂環結構14，可以承受20MI^水壓，適合於礦井含砂水質使用；傳統大功率潛水電機因推力軸承熱交變的影響，產生了大量推力軸承盤碎裂、龜裂等嚴重故障，甚至不能完成復礦排水的任務，本實用新型重新設計了推力軸承的結構，所述潛水電機的底部設置有新型的水力止推軸承11，該水力止推軸承11和推力盤15形成一對水力摩擦副，本實用新型採用銅合金自向心扇形塊與軟基金屬複合材料組成水力摩擦副，最大承載力160kN，可以承受由於電機軸的偏置而產生的徑向拉力，保證了礦用潛水電機長期可靠運行；所述潛水電機1的上導軸承9和下導軸承10採用新型導向軸承設計， 每個導向軸承與電機軸5形成一對摩擦副，本發明採用碳纖維基金屬複合材料與硬質金屬複合層組成摩擦副，可以滿足電機立式和臥式兩種運行方式；所述潛水電機1在電磁設計上充分考慮了礦山搶險的特殊情況，採用優質矽鋼片和電磁線，同時輔以特殊的軸瓦材料， 保證潛水電機立、臥兩種方式使用，應當說明的是，潛水電機1臥用時採用加強軸瓦支撐結構；潛水電機1內部即使再經清洗也難免存在不同雜質，其中以鐵為基礎的雜質佔 65%以上，且多為硬顆粒，潛水電機1的底部設置有過濾器16，所述過濾器16中設置有永磁體，排水過程中大量雜質吸附在永磁體上，從而不會磨損水潤滑軸承，包括止推軸承及導向軸承，極大地提高了推力軸承的可靠性。所述潛水電機1採用強制內水循環冷卻系統設計，該強制內水循環冷卻系統包括冷卻水道17和冷卻器12，潛水電機定子組件7上設置有若干冷卻水槽18，冷卻水道17是冷卻水槽18與電機殼拼合形成的，冷卻器12加裝在潛水電機1的底部，冷卻器12是由若干內水管道18形成，內水管道18 —端與冷卻水道17相連通，另一端與潛水電機1的底座19 連接，並與潛水電機1內部相通，潛水電機1的底座19設置的調節囊20可以保持電動機內外壓力平衡，本實用新型採用冷卻器12的結構增加了潛水電機1內部水循環面積，提高了散熱功能，潛水電機1電機軸5上設置的小葉輪21進一步促進內部水循環流動，在潛水電機1潛入水中工作情況下，潛水電機1內部的水被迫從電機轉子組件8與定子組件7之間的間隙下端進入，並從上端流出，上端流出的水經冷卻水道17自上而下流向潛水電機1的下部，回到底座，同時，在冷卻水道17內自上而下流動的水流將熱量傳遞給潛水電機1外部的水流，從而實現潛水電機1的散熱，該冷卻系統保證了潛水電機1的安全可靠運行，散熱效果好，可使溫升穩定在36°C以下。由多年生產礦用潛水電機的經驗得出，潛水電機的常見故障是潛水電機內缺水， 缺水會引起導軸承、止推軸承嚴重損壞，本實用新型所述的潛水電機1的前部內設了貧水傳感器34，用以監控潛水電機1內腔水位參數，達到及早發現故障、排除故障，保障電機的安全運行。[0030]所述潛水泵2是由上泵22和下泵23兩部分組成，上、下泵的上葉輪沈和下葉輪 27對稱安裝，由於兩泵的規格和結構相同，二者產生的軸向力相互抵消，使導葉觀在運轉過程中的徑向力平衡為零，這一結構提高了潛水泵2的效率，糾正了傳統潛水泵在使用過程中大量導葉斷裂的這一致命中缺陷。所述潛水泵2採用單級揚程達90m、額定流量為500 1000m3/h的水力模型，從而減少葉輪的級數。潛水泵2的葉輪和導葉各為1 12隻，即潛水泵2為1 12級串聯或並聯。潛水電機1驅動的潛水泵2的級數為1 12級，與目前同類型產品相比大大減少了級數，並且潛水泵2總長為8. 57米，比目前同類型產品短大約2. 72米。由於潛水泵2粗短， 因此潛水泵2的剛度、強度大大提高，更適合於礦山的粗搬運、粗安裝。同時，由於剛度的提高，該潛水泵2不僅可以立式使用，而且可以臥式使用。本實用新型的潛水電泵由電纜連接地面控制櫃實現控制，當潛水電機1通過泵機聯結套4帶動泵軸M —起轉動時，被輸送液體由吸水罩33經過潛水電機1表面進入潛水泵2的上吸水口 30和下吸水口 31，在旋轉上葉輪沈和下葉輪27的作用下，通過多級葉輪傳送，壓力能和速度能同時增加，上下兩股液體在吐出段32匯合，而後通過上泵中段的外層流道經過聯結法蘭、逆止閥流入揚水管排出。該潛水電泵的機械密封裝置可以防止爆炸性氣體和其他物質進入電動機內部，使電動機具備防爆功能。本實用新型的有益效果如下採用本實用新型，潛水泵單級揚程增加，大大減少了相同揚程的泵的級數，壓縮了機泵長度，減輕了機泵重量，節約了生產及維修成本；上下泵葉輪對稱安裝，二者產生的軸向力相互抵消；本實用新型系列的潛水化設計極大地豐富了我國潛水電泵系列，有效解決了我國千米礦井的搶險排水難題。
權利要求1.礦山排水用多級潛水電泵，包括潛水電機(1)、潛水泵O)、泵機聯接體(3)、泵機聯軸套⑷及其緊固件，所述潛水電機⑵是由電機軸(5)、電機殼(6)、定子組件(7)、轉子組件(8)、上導軸承(9)、下導軸承(10)、止推軸承(11)、冷卻器(12)組成，電機軸(5)穿入到電機殼(6)內部並由上導軸承(9)、下導軸承(10)和止推軸承(11)支撐，軸密封採用機械密封裝置(1 結構，轉子組件(8)固定在電機殼(6)內部的電機軸( 上，定子組件(7)固定在電機殼(6)內壁，所述潛水泵是O)由上泵(22)、下泵(23)、泵軸(M)、軸承(25)、上葉輪(26)、下葉輪(27)、導葉(28)組成，上泵(22)和下泵(23)通過聯軸器(29)相連接， 泵軸04)由軸承05)支撐並穿入在泵殼內部，上葉輪06)和下葉輪07)固定在內部的泵軸04)上，潛水電機(1)和潛水泵O)由泵機聯接體C3)相連接構成一個整體，潛水電機(1)位於潛水泵( 下部，並通過泵機聯軸套G)、鍵和定位銷等進行傳動連接，其特徵在於潛水電機(1)的額定頻率50Hz，額定轉速1480r/min，額定電壓為6000V或10000V，額定輸出功率160kW 4400kW。
2.如權利要求1所述的礦山排水用多級潛水電泵，其特徵在於所述機械密封裝置 (13)上設置有甩砂環結構(14)。
3.如權利要求1所述的礦山排水用多級潛水電泵，其特徵在於止推軸承(11)與推力盤(1 之間採用銅合金自向心扇形塊與軟基金屬複合材料組成水力摩擦副。
4.如權利要求1所述的礦山排水用多級潛水電泵，其特徵在於上導軸承(9)與電機軸(5)的軸套之間和下導軸承(10)與電機軸(5)的軸套之間均採用碳纖維基金屬複合材料與硬質金屬複合層組成摩擦副。
5.如權利要求1所述的礦山排水用多級潛水電泵，其特徵在於潛水電機(1)底部安裝有過濾器(16)，過濾器(16)中設置有永磁體。
6.如權利要求1所述的礦山排水用多級潛水電泵，其特徵在於潛水電機(1)驅動的潛水泵⑵的葉輪和導葉各為1 12隻，即潛水泵⑵為1 12級串聯或並聯。
專利摘要本實用新型的礦山排水用多級潛水電泵，包括潛水電機(1)、潛水泵(2)、泵機聯接體(3)、泵機聯軸套(4)及其緊固件，潛水電機(1)和潛水泵(2)由泵機聯接體(3)相連接構成一個整體，潛水電機(1)位於潛水泵(2)下部，並通過泵機聯軸套(4)、鍵和定位銷等進行傳動連接；所述潛水電機(1)額定頻率50Hz，額定轉速1480r/min，額定電壓為6000V或10000V；所述潛水泵(2)單級揚程達90m，單級流量達500～1000m3/h，潛水電機(1)驅動的潛水泵(2)的級數為1～12級。本實用新型大大減少了相同揚程的泵的級數，壓縮了機泵長度，減輕了機泵重量，便於礦山安裝運行和維護。
文檔編號F04D13/10GK202108748SQ20112011452
公開日2012年1月11日 申請日期2011年4月19日 優先權日2011年4月19日
發明者馮立傑, 孫國亮, 張家娥, 李國景, 李朝輝, 李維熙, 楊武洲, 翟雪琪, 鄧珺, 鍾華珂 申請人:鄭州大學