專利名稱：礦山排水用多級潛水電泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)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(shù)：
目前，我國礦山普遍采用的排水系統(tǒng)的基本方式是預(yù)先開設(shè)水倉和泵房，在泵房內(nèi)設(shè)置水泵、電機、防爆開關(guān)，敷設(shè)電纜和管路等排水設(shè)備。由于當前的排水系統(tǒng)普遍使用中、小功率和中揚程的井用潛水電泵，當?shù)V井發(fā)生突水事故時，瞬間涌水量往往大幅度超過泵房的最大排水能力，造成井下涌水不能及時排出，水位上升，甚至泵房被淹，排水系統(tǒng)癱瘓，發(fā)生淹井事故。而礦井基建投資較大，而且恢復(fù)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(fā)，我國的煤礦，特別是中東部地區(qū)的礦山開采深度需速延伸，一些礦井已經(jīng)超過1000米。由于開采深度的增加，水壓越來越大，此時傳統(tǒng)的水災(zāi)防治措施，如水閘門逐漸失去效果，需要采取抗災(zāi)性能更強的大功率潛水泵作為防治水災(zāi)的主力措施。 此外，新的煤礦設(shè)計規(guī)范規(guī)定，大水礦井必須配備大功率潛水電泵。因此，迫切需要研制一種既能夠解決生產(chǎn)排水問題，又具備較強抗水災(zāi)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(zāi)排水技術(shù)難題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的正是針對以上技術(shù)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(shù)措施來實現(xiàn)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(lián)接體、泵機聯(lián)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(zhuǎn)子組件、上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)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(nèi)部并由上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承和止推軸承支撐，軸密封采用機械密封裝置結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子組件固定在電機殼內(nèi)部的電機軸上，定子組件固定在電機殼內(nèi)壁；所述潛水泵是由上泵、下泵、泵軸、軸承、上葉輪、下葉輪、導(dǎo)葉等組成，上泵和下泵通過聯(lián)軸器相連接，泵軸由軸承支撐并穿入在泵殼內(nèi)部，上葉輪和下葉輪固定在內(nèi)部的泵軸上；潛水電機和潛水泵由泵機聯(lián)接體相連接構(gòu)成一個整體， 潛水電機位于潛水泵下部，并通過泵機聯(lián)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(zhuǎn)速1480r/ min ；潛水電機設(shè)計額定電壓為6000V或1000V，該電壓等級下的國內(nèi)潛水繞組線性能可靠， 使用壽命長且無電暈產(chǎn)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(shù)88%，能耗指標合理；潛水電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計符合礦用一般型電氣設(shè)備標準。所述潛水電機前部電機軸的伸出端采用機械密封裝置來密封電機內(nèi)腔，機械密封裝置前部并設(shè)置有特殊的甩砂環(huán)結(jié)構(gòu)，特別適合于礦井含砂水質(zhì)使用，可以承受20MI^水壓；傳統(tǒng)大功率潛水電機因推力軸承熱交變的影響，產(chǎn)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(fù)礦排水的任務(wù)，本實用新型重新設(shè)計了推力軸承的結(jié)構(gòu)， 所述潛水電機的底部設(shè)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(fā)明采用銅合金自向心扇形塊與軟基金屬復(fù)合材料組成水力摩擦副，最大承載力 160kN，可以承受由于電機軸的偏置而產(chǎn)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后部分別設(shè)置有新型導(dǎo)向軸承，導(dǎo)向軸承和電機軸形成一對摩擦副，本發(fā)明采用碳纖維基金屬復(fù)合材料與硬質(zhì)金屬復(fù)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(shè)計上充分考慮了礦山搶險的特殊情況，采用優(yōu)質(zhì)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(臥用時采用加強軸瓦支撐結(jié)構(gòu))；潛水電機內(nèi)部即使再經(jīng)清洗也難免存在不同雜質(zhì)，其中以鐵為基礎(chǔ)的雜質(zhì)占65% 以上，且多為硬顆粒。所述過濾器安裝于潛水電機底部，過濾器中設(shè)置有永磁體，排水過程中大量雜質(zhì)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(dǎo)軸承，極大地提高了推力軸承的可靠性。所述潛水電機采用強制內(nèi)水循環(huán)冷卻系統(tǒng)設(shè)計，該強制內(nèi)水循環(huán)冷卻系統(tǒng)包括冷卻水道和冷卻器，潛水電機定子組件上設(shè)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(nèi)水管道形成，內(nèi)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，并與潛水電機內(nèi)部相通，潛水電機的底座設(shè)置的調(diào)節(jié)囊可以保持電動機內(nèi)外壓力平衡，本實用新型采用冷卻器的結(jié)構(gòu)增加了潛水電機內(nèi)部水循環(huán)面積，提高了散熱功能，潛水電機電機軸上設(shè)置的小葉輪進一步促進內(nèi)部水循環(huán)流動，在潛水電機潛入水中工作情況下，潛水電機內(nèi)部的水被迫從電機轉(zhuǎn)子組件與定子組件之間的間隙下端進入，并從上端流出，上端流出的水經(jīng)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(nèi)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(xiàn)潛水電機的散熱，該冷卻系統(tǒng)保證了潛水電機的安全可靠運行，散熱效果好，可使溫升穩(wěn)定在36°c以下。所述潛水電機的軸伸采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(nèi)腔進行特殊防銹處理，延長潛水電機使用壽命；潛水電機設(shè)有六芯控制電纜，采用雙動力纜引出，允許采用星三角起動，可以適應(yīng)各種不同的礦山搶險條件；由多年生產(chǎn)礦用潛水電機的經(jīng)驗得出，潛水電機的常見故障是潛水電機內(nèi)缺水， 缺水會引起導(dǎo)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(shè)了貧水傳感器，用以監(jiān)控潛水電機內(nèi)腔水位參數(shù)，達到及早發(fā)現(xiàn)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(dǎo)葉式離心泵，由上下泵體組成，上下泵葉輪對稱安裝，二者產(chǎn)生的軸向力相互抵消，使導(dǎo)葉在運轉(zhuǎn)過程中的徑向力平衡為零。這一結(jié)構(gòu)不僅提高了潛水泵的效率，且更重要的是糾正了傳統(tǒng)潛水泵在使用過程中大量導(dǎo)葉斷裂的這一致命中缺陷。所述潛水泵采用單級揚程達90m、額定流量為500 1000m3/h的水力模型，從而減少葉輪級數(shù)。潛水泵的葉輪和導(dǎo)葉各為1 12只，即潛水泵為1 12級串聯(lián)或并聯(lián)。潛水電機驅(qū)動的潛水泵的級數(shù)為1 12級，與目前同類型產(chǎn)品相比大大減少了級數(shù)，并且潛水泵總長為8. 57米，比目前同類型產(chǎn)品短大約2. 72米。由于潛水泵粗短，因此潛水泵的剛度、強度大大提高，更適合于礦山的粗搬運、粗安裝。同時，由于剛度的提高，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柜實現(xiàn)控制，當潛水電機通過泵機聯(lián)結(jié)套帶動泵軸一起轉(zhuǎn)動時，被輸送液體由吸水罩經(jīng)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(zhuǎn)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，而后通過上泵中段的外層流道經(jīng)過聯(lián)結(jié)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(zhì)進入電動機內(nèi)部，使電動機具備防爆功能。本實用新型的有益效果如下采用本實用新型，潛水泵單級揚程增加，大大減少了相同揚程的泵的級數(shù)，壓縮了機泵長度，減輕了機泵重量，節(jié)約了生產(chǎn)及維修成本；上下泵葉輪對稱安裝，二者產(chǎn)生的軸向力相互抵消；本實用新型系列的潛水化設(shè)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(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的潛水電機結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型的潛水電機冷卻結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型的潛水泵結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標記為1 潛水電機；2 :潛水泵；3 泵機聯(lián)接體；4 泵機聯(lián)軸套；5 :電機軸；6 :電機殼；7 定子組件；8 轉(zhuǎn)子組件；9 上導(dǎo)軸承；10 下導(dǎo)軸承；11 止推軸承；12 冷卻器；13 機械密封裝置；14 甩砂環(huán)；15 推力盤；16 過濾器；17 冷卻水道；18 冷卻水槽；19 底座；20 調(diào)節(jié)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(dǎo)葉；29 聯(lián)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(lián)接體3、 泵機聯(lián)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(zhuǎn)子組件 8、上導(dǎo)軸承9、下導(dǎo)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(nèi)部并由上導(dǎo)軸承9、下導(dǎo)軸承10和止推軸承11支撐，軸密封采用機械密封裝置13結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子組件8固定在電機殼6內(nèi)部的電機軸5上，定子組件7固定在電機殼6內(nèi)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(dǎo)葉28等組成，上泵22和下泵23通過聯(lián)軸器四相連接，泵軸M由軸承25支撐并穿入在泵殼內(nèi)部，上葉輪 26和下葉輪27固定在內(nèi)部的泵軸M上；潛水電機1和潛水泵2由泵機聯(lián)接體3相連接構(gòu)成一個整體，潛水電機1位于潛水泵2下部，并通過泵機聯(lián)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(shè)計額定電壓為6000V或10000V，該電壓等級下的國內(nèi)潛水繞組線性能可靠，使用壽命長且無電暈產(chǎn)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(xù)工作制，潛水電機1額定頻率為50Hz，額定轉(zhuǎn)速為1480r/min ；所述潛水電機1的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)符合礦用一般型電氣設(shè)備標準，適用介質(zhì)水溫不高于40°C ；所述潛水電機1前部電機軸5的伸出端采用機械密封裝置13來密封電機內(nèi)腔，所述機械密封裝置13前部并設(shè)置有特殊的甩砂環(huán)結(jié)構(gòu)14，可以承受20MI^水壓，適合于礦井含砂水質(zhì)使用；傳統(tǒng)大功率潛水電機因推力軸承熱交變的影響，產(chǎn)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(fù)礦排水的任務(wù)，本實用新型重新設(shè)計了推力軸承的結(jié)構(gòu)，所述潛水電機的底部設(shè)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，本實用新型采用銅合金自向心扇形塊與軟基金屬復(fù)合材料組成水力摩擦副，最大承載力160kN，可以承受由于電機軸的偏置而產(chǎn)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(dǎo)軸承9和下導(dǎo)軸承10采用新型導(dǎo)向軸承設(shè)計， 每個導(dǎo)向軸承與電機軸5形成一對摩擦副，本發(fā)明采用碳纖維基金屬復(fù)合材料與硬質(zhì)金屬復(fù)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(shè)計上充分考慮了礦山搶險的特殊情況，采用優(yōu)質(zhì)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(yīng)當說明的是，潛水電機1臥用時采用加強軸瓦支撐結(jié)構(gòu)；潛水電機1內(nèi)部即使再經(jīng)清洗也難免存在不同雜質(zhì)，其中以鐵為基礎(chǔ)的雜質(zhì)占 65%以上，且多為硬顆粒，潛水電機1的底部設(shè)置有過濾器16，所述過濾器16中設(shè)置有永磁體，排水過程中大量雜質(zhì)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(dǎo)向軸承，極大地提高了推力軸承的可靠性。所述潛水電機1采用強制內(nèi)水循環(huán)冷卻系統(tǒng)設(shè)計，該強制內(nèi)水循環(huán)冷卻系統(tǒng)包括冷卻水道17和冷卻器12，潛水電機定子組件7上設(shè)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(nèi)水管道18形成，內(nèi)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，并與潛水電機1內(nèi)部相通，潛水電機1的底座19設(shè)置的調(diào)節(jié)囊20可以保持電動機內(nèi)外壓力平衡，本實用新型采用冷卻器12的結(jié)構(gòu)增加了潛水電機1內(nèi)部水循環(huán)面積，提高了散熱功能，潛水電機1電機軸5上設(shè)置的小葉輪21進一步促進內(nèi)部水循環(huán)流動，在潛水電機1潛入水中工作情況下，潛水電機1內(nèi)部的水被迫從電機轉(zhuǎn)子組件8與定子組件7之間的間隙下端進入，并從上端流出，上端流出的水經(jīng)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(nèi)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(xiàn)潛水電機1的散熱，該冷卻系統(tǒng)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(wěn)定在36°C以下。由多年生產(chǎn)礦用潛水電機的經(jīng)驗得出，潛水電機的常見故障是潛水電機內(nèi)缺水， 缺水會引起導(dǎo)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(nèi)設(shè)了貧水傳感器34，用以監(jiān)控潛水電機1內(nèi)腔水位參數(shù)，達到及早發(fā)現(xiàn)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，由于兩泵的規(guī)格和結(jié)構(gòu)相同，二者產(chǎn)生的軸向力相互抵消，使導(dǎo)葉觀在運轉(zhuǎn)過程中的徑向力平衡為零，這一結(jié)構(gòu)提高了潛水泵2的效率，糾正了傳統(tǒng)潛水泵在使用過程中大量導(dǎo)葉斷裂的這一致命中缺陷。所述潛水泵2采用單級揚程達90m、額定流量為500 1000m3/h的水力模型，從而減少葉輪的級數(shù)。潛水泵2的葉輪和導(dǎo)葉各為1 12只，即潛水泵2為1 12級串聯(lián)或并聯(lián)。潛水電機1驅(qū)動的潛水泵2的級數(shù)為1 12級，與目前同類型產(chǎn)品相比大大減少了級數(shù)，并且潛水泵2總長為8. 57米，比目前同類型產(chǎn)品短大約2. 72米。由于潛水泵2粗短， 因此潛水泵2的剛度、強度大大提高，更適合于礦山的粗搬運、粗安裝。同時，由于剛度的提高，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柜實現(xiàn)控制，當潛水電機1通過泵機聯(lián)結(jié)套4帶動泵軸M —起轉(zhuǎn)動時，被輸送液體由吸水罩33經(jīng)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(zhuǎn)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，而后通過上泵中段的外層流道經(jīng)過聯(lián)結(jié)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(zhì)進入電動機內(nèi)部，使電動機具備防爆功能。本實用新型的有益效果如下采用本實用新型，潛水泵單級揚程增加，大大減少了相同揚程的泵的級數(shù)，壓縮了機泵長度，減輕了機泵重量，節(jié)約了生產(chǎn)及維修成本；上下泵葉輪對稱安裝，二者產(chǎn)生的軸向力相互抵消；本實用新型系列的潛水化設(shè)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(quán)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(lián)接體(3)、泵機聯(lián)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(zhuǎn)子組件(8)、上導(dǎo)軸承(9)、下導(dǎo)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(nèi)部并由上導(dǎo)軸承(9)、下導(dǎo)軸承(10)和止推軸承(11)支撐，軸密封采用機械密封裝置(1 結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子組件(8)固定在電機殼(6)內(nèi)部的電機軸( 上，定子組件(7)固定在電機殼(6)內(nèi)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(dǎo)葉(28)組成，上泵(22)和下泵(23)通過聯(lián)軸器(29)相連接， 泵軸04)由軸承05)支撐并穿入在泵殼內(nèi)部，上葉輪06)和下葉輪07)固定在內(nèi)部的泵軸04)上，潛水電機(1)和潛水泵O)由泵機聯(lián)接體C3)相連接構(gòu)成一個整體，潛水電機(1)位于潛水泵( 下部，并通過泵機聯(lián)軸套G)、鍵和定位銷等進行傳動連接，其特征在于潛水電機(1)的額定頻率50Hz，額定轉(zhuǎn)速1480r/min，額定電壓為6000V或10000V，額定輸出功率160kW 4400kW。
2.如權(quán)利要求1所述的礦山排水用多級潛水電泵，其特征在于所述機械密封裝置 (13)上設(shè)置有甩砂環(huán)結(jié)構(gòu)(14)。
3.如權(quán)利要求1所述的礦山排水用多級潛水電泵，其特征在于止推軸承(11)與推力盤(1 之間采用銅合金自向心扇形塊與軟基金屬復(fù)合材料組成水力摩擦副。
4.如權(quán)利要求1所述的礦山排水用多級潛水電泵，其特征在于上導(dǎo)軸承(9)與電機軸(5)的軸套之間和下導(dǎo)軸承(10)與電機軸(5)的軸套之間均采用碳纖維基金屬復(fù)合材料與硬質(zhì)金屬復(fù)合層組成摩擦副。
5.如權(quán)利要求1所述的礦山排水用多級潛水電泵，其特征在于潛水電機(1)底部安裝有過濾器(16)，過濾器(16)中設(shè)置有永磁體。
6.如權(quán)利要求1所述的礦山排水用多級潛水電泵，其特征在于潛水電機(1)驅(qū)動的潛水泵⑵的葉輪和導(dǎo)葉各為1 12只，即潛水泵⑵為1 12級串聯(lián)或并聯(lián)。
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(lián)接體(3)、泵機聯(lián)軸套(4)及其緊固件，潛水電機(1)和潛水泵(2)由泵機聯(lián)接體(3)相連接構(gòu)成一個整體，潛水電機(1)位于潛水泵(2)下部，并通過泵機聯(lián)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(zhuǎn)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(qū)動的潛水泵(2)的級數(shù)為1～12級。本實用新型大大減少了相同揚程的泵的級數(shù)，壓縮了機泵長度，減輕了機泵重量，便于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(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者馮立杰, 孫國亮, 張家娥, 李國景, 李朝輝, 李維熙, 楊武洲, 翟雪琪, 鄧珺, 鐘華珂 申請人:鄭州大學(xué)