CN1012202B - 具有协同密封系统的全干式潜水电泵 - Google Patents

Abstract

本发明是一种具有协同密封系统的全干式潜水电泵。所用的气囊式均压轴封是借助隔湿气囊，使轴封两侧压力始终大致平衡，从而无须电机屏蔽罩，却能够完全阻止水汽侵入电机内部，使电机在完全干燥下运行。本发明制造成本低，运行可靠，工艺要求一般，结构合理，机组效率高，使用方便，利于在工农业生产中推广。

Description

本发明涉及一种非变容式潜水电泵（F04D），包括一个安装在一个电机室内的电机，一个被电机驱动的竖直的转轴和与转轴连接在一起的水泵装置，一个位于电机室和水泵装置之间的空气室，一个在电机室和空气室之间设置的径向的气密的隔板，隔板上开有一中心孔用于通过所述转轴和一个位于隔板下方围绕中心孔布置的密封装置，其包括一个转轴的流体密封装置其中与转轴同心布置有可作相对旋转运动的一个隔离筒和一个杯，杯中盛有一定量的分隔液。

潜水电泵主要用于水井中。目前所用的井泵有长轴深井泵和潜水电泵二类，而潜水电泵又分成湿式、屏蔽套式和油浸式三种，其中湿式是电机全部在水中工作，效率低、电机可靠性很差，特别是国内，年返修率超过50%;屏蔽套式是将电机绕组用不锈钢套封起来，该式效率低、工艺要求高，国外有个别国家（如：西德等）生产，国内无此技术。油浸式是将电机浸在油中，以求绕组寿命可延长，但效率更低，且水常会侵入油腔，使电机失效。至于长轴泵，由于机件复杂，重量大，同时工作也不可靠，常会压塌井壁，很不受用户欢迎。因此，迫切需要一种安全可靠的潜水电泵新品种。

在公开号为“WO    83/00364”的文献中公开了一种为游泳池换水系统配备的潜水电泵。作为转轴的密封，采用了油作为中间密封介质。这种密封装置在泵潜入水下稍深的装置时，由于轴封两侧 压力不平衡，油液将无法稳定在不变的位置上起到阻挡饱含水汽的湿空气进入电机室，从而完全失去密封功能。且当转轴开始旋转后，油杯内的油将完全离开中心区域而压向杯71的侧壁。因此该结构中的油的密封作用是没有保证的。

本发明的目的在于提供一种能解决上述现有技术中潜水电泵转轴密封失效问题的全干式潜水电泵，这种潜水电泵的电机绕组无需屏蔽罩就能保证水和湿空气不能侵入电机，而使电机在完全干燥的条件下工作，而且电泵制造成本低，工艺要求不高，电机寿命延长。

本发明的特征在于密封系统还包括一均压装置，均压装置包括一个气囊、气囊的设置使得其外表面暴露于空气室的压力下，而其内腔只与电机室连通，还在于上述流体密封装置的隔离筒的下端连接有一环形挡板，环形挡板的外缘靠近杯的内壁，而挡板的下端靠近杯的底部。

本发明的工作原理是利用机组内原有的空气在电机潜下水面后保护电机室不进水。电机定位于机组的最上部，机组上半部完全密封，特别是电缆入口也是绝对密封的，以保证原先在机组内的那部分空气无法漏走。当电泵潜入水下，例如30米时，机内空气被压缩到原有体积的四分之一，这时，仍能保证机内水面在电机室以下。但在电泵运行时，电机室与下方的压力有很大的波动（当泵潜水深度为30米时达到三个大气压）。本发明采用气囊式均压轴封使轴封两端的压力始终相等，保证了流体轴封的安全可靠工作。

图1是本发明的具有协同密封系统的全干式潜水电泵的主剖视图。

图2是本发明中的潜水电泵的协同密封系统的一个实施例的局部 剖视图。

图3是本发明中潜水电泵的协同密封系统的转轴的流体密封装置的另一个实施例的局部剖视图。

如图1所示，电机（1）位于机组最上部，机组的上半部完全密封封，特别是电缆入口必须是绝对密封的，三相电缆导线进入泵体与密封在泵体上灌注在绝缘材料中的接线端子连接，接线端子另一端与机内电机绕组端部连接以免电机室中空气经由电缆管线逃逸掉。

在泵装置（4）的上部，电机室的下部有一空气室（15），在空气室和电机室之间设置一径向的气密的隔板（5）。隔板（5）和泵的内壳体（14）固定连接在一起。隔板（5）上开有密封槽用以加入多个弹性的密封环（7）以保证隔板（5）和泵壳（14）之间气密，隔板（5）上开有一个中心孔，用以通过所述转轴（2）和安装转轴（2）的流体密封装置。隔板上（5）还开有均压孔（6）并安装有均压装置（3）。

本发明的一个重要特征是采用了气囊式均压装置（3）和转轴的流体密封装置构成一个协同密封系统保证水汽无法侵入电机内部。

图2是按照本发明的一个全干式潜水电泵的协同密封系统的具体结构的一个实施例。一个与转轴（2）同心布置的杯（8）的底部有一中心孔，该孔的内径与所述转轴（2）的外径紧密配合并用键（11）和转轴联接以便与轴同步旋转，杯中盛有分隔液（9）。分隔液（9）可采用挥发性最小的不含水液体，如油，一般选用透平或锭子油等非易燃性油。一个隔离筒（10）其上端与所述隔板（5）固定连接在一起，下端伸入所述与转轴连接在一起的杯（8）的分隔液（9）中，且沿径向向外延伸出一与隔离筒连为一体的环形挡板部分 （20）。所述环形挡板（20）的外缘（20a）靠近所述杯的圆柱形的筒的内壁，而挡板（20）的下端靠近杯的底部。

杯（8）的顶端沿径向向内延伸出一环形顶部（18）。顶部（18）和一个内径略大于所述隔离筒（10）之外径的，长度为所述杯（8）的高度的1/4-1/3的，与转轴同心的圆柱筒体（19）连接在一起。这样结构使得当杯（8）平放或倒置时，杯内的分隔液（9）不致外溢，当电泵旋转时，所述杯（8），隔离筒（10）和分隔液（9）构成一个流体轴封系统。因为当杯（8）高速旋转时分隔液在自身离心力的作用下，紧紧压向杯（8）的侧壁，和所述隔离筒（10）脱离接触而此时所述隔离筒（10）的环形挡板部分（20）阻止了水汽分子由隔离筒筒壁外侧空间通向隔离筒筒壁内侧空间的去路，从而把电机室与空气室完全隔开来。

电泵入水时，空气室（15）中的压力由一个绝对气压增大至好几个绝对气压。例如，当井内动水位低于静水位30米时，为了正常出水，安装电泵时，必须将它放到静水面以下30米处，随着安装过程中电泵徐徐朝水面以下潜入时，空气室（15）中的压力就由一个绝对大气压增加到最后放在水面下30米处的四个绝对大气压。如果没有均压装置（3），单靠分隔液（9）是无法阻挡饱含水汽的相当于原电机室内空气容积的三倍的湿空气进入电机室的，这些湿汽进入后便会形成液滴，使电机（1）迅速损坏。本发明的新颖之点便是采用了与分隔液（9）协同工作的均压装置（3），使电机室与空气室中的压力始终处在平衡状态之下。

均压装置（3）在图2中的实施例中采用了气囊（13）、护圈（16）和夹持环（12）。所述气囊（13）在本实施例中是一个 袋形结构，气囊（13）是用气密的柔性材料制成的，可以是耐油橡胶材料，也可以用聚偏二氯乙烯薄膜材料薄膜，在常温下的每1000小时的透气量小于0.3克，在本实施例中是一层聚乙烯薄膜和一层铝箔紧密贴合的复合材料制成的，所述护圈（16）为圆柱筒状结构，护圈（16）的上端与所述隔板（5）固定连接，下端通过夹持环（12）与所述袋形气囊（13）的开口端连接在一起。并加上密封胶粘合牢固。在电机室（11）和空气室（15）之间设置的隔板（5）上开有均压孔（6），所述护圈（16）环绕所述均压孔（6）安装在隔板（5）上，使得所述气囊的内腔（40）通过所述隔板（5）上的均压孔（6）只与电机室的内部空间连通。在本实施例中一共采用了六个环绕转轴（2）均布的均压装置（3）。

当电泵下潜到规定深度时，气囊（13）向上运动到接近隔板（5）的位置处，使电机室内的压力升高由于电泵不再继续下潜，气囊（13）便停止运动。

电泵开动后，井水面徐徐下降至动水位，这时空气室中的压力由原先的高压（4个绝对压力）逐渐降至约一个绝对大气压，这时气囊（13）下方的压力下降，电机室中的压力高于空气室，气囊（13）便随着水面下降而下降，最后回复到初始状态，考虑到电机室内温度比冷态时稍高，事先设计气囊（13）下行位置应考虑温度升高的因素。

电泵停机后，井水面又要向上回升，空气室中的压力又要渐渐增高，这时重复下井时的过程，电机室内又充入开动泵时排出的干燥空气，在此水位变化过程中，由于气囊（13）两侧的压力基本平衡，所以反映电机室与空气室压力差的分隔液（9）的波动也是很小的。

由于气囊（13）的表面面积较大，所以膜两侧很小的压力差便能促使膜的运动。

还必须注意，电机室中的剩余空间用合适的固体材料充填，以保证最终剩余的用来产生磁隙及通风必需的空间总体积不大于均压（即气囊（13）胀满时的空间体积）空间容积的n倍，n为潜水的动水位深度除以10米的商数。

杯（8）与隔离筒（10）的具体设计尚可有若干种变型，图3所示有节省分隔液（9）的特点，实际上还可有多种变型设计以适应不同的要求。护圈采用与转轴同心的内、外两层圆筒状结构，其上端与隔板连接，气囊（13）可由夹持环来固定在护圈上。夹持环是两个圆柱环体，分别与护圈的内、外圆柱尺寸相配合，并塞装在护圈下端的内圆柱筒外侧和外圆柱筒的内侧，以固定气囊（13）。气囊（13）结构可采用柔性袋形气囊结构或折叠式（皮老虎式）囊形结构。重要的是这种密封技术中，协同的双方即均压气囊和液体轴封相互依赖，缺一不可。

这种具体气囊式均压轴封的潜水电泵可完全阻隔水汽浸入电机内部以保证电机在完全干燥下运行。降低了电机的材料与制造要求，延长了电机使用寿命，工作可靠。此外，这种潜水电泵还具有以下明显优点。

1.节省材料，降低成本，它不需要长轴，也不用高强度高绝缘性能的漆包线材料;

2.节省能耗，消除了长轴造成的能量损耗，避免了电机效率的下降;

3.装卸便利，没有长轴泵那样复杂的安装与调整要求;

4.适应性强，长轴泵不能在弯度稍大的井中使用，湿式潜水电泵不宜在含砂量较高的深井中应用，本型泵既可在弯度大的井中用，也可适用在含砂量大的井中而不被磨坏;

5.结构简单，制造工艺要求一般;

6.使用合理。长轴泵无法串联使用，现有湿式潜水电泵的电机都装在底部，进水从泵中段侧面四周进入，所以也无法串联起来使用。而串联使用乃是深井提水最合理的科学的方法，它可大大降低成本和延长使用寿命。本泵专门设计成可串联的结构形式。

本发明的全干式潜水电泵推广后可节约大量电能和省去现有井泵返修所需消耗的大量人力和物力;它可以取代现有其他类型的深井泵。

Claims (11)

1、一种具有协同密封系统的全干式潜水电泵，包括一个安装在一个电机室内的电机，一个被电机驱动的竖直的转轴和与转轴连接在一起的水泵装置，一个位于电机室和水泵装置之间的空气室，一个在所述电机室和空气室之间设置的径向的气密的隔板，隔板上开有一中心孔用于通过所述转轴，和一个位于隔板下方围绕中心孔布置的密封系统，其包括一个转轴的流体密封装置，其中与转轴同心布置有可作相对旋转运动的一个隔离筒和一个杯，杯中盛有一定量的分隔液，其特征在于：所述隔离筒的下端连接有一环形档板，环形挡板的外缘靠近杯的内壁，而挡板的下端靠近杯的底部，还在于所述密封系统还包括一均压装置，均压装置包括一个气囊，气囊的设置使得气囊的外表面暴露于空气室的压力之下，而其内腔只与所述电机室连通。

2、根据权利要求1所述的潜水电泵，其特征是，所述气囊是柔性袋形气囊结构或可折叠的波纹管结构（皮老虎式）。

3、根据权利要求1所述的潜水电泵，其特征是，所述气囊是用气密的柔性材料制成的。

4、根据权利要求3所述的潜水电泵，其特征是气囊是用耐油橡胶材料制成的。

5、根据权利要求3所述的潜水电泵，其特征是气囊是用聚偏二氯乙烯薄膜材料制成的。

6、根据权利要求3所述的潜水电泵，其特征是气囊是用一层聚乙烯薄膜和一层铝箔紧密贴合的复合材料制成的。

7、根据权利要求1所述的潜水电泵，其特征在于，所述杯是底部有一孔，该孔与转轴紧密配合的回转圆筒，所述杯的顶端沿径向向内延伸出一环形顶部，此顶部和一个内径略大于所述隔离外径的，长度为所述杯的高度的1/4-1/3的，与转轴同心的圆柱筒体连接，使得所述杯平放或倒置时，杯内的分隔液不致外溢。

8、根据权利要求1所述的潜水电泵，其特征在于所述隔离筒是与隔板中心孔内缘连接的薄壁圆柱筒体结构。

9、根据权利要求1所述的潜水电泵，其特征在于所述隔板上开有均压孔，所述气囊的内腔通过所述均压孔只与电机室内部空间连通。

10、根据权利要求2所述的潜水电泵，其特征在于，所述袋形气囊通过至少一上护圈和夹持环安装在所述隔板上，所述护圈为圆柱筒状结构，护圈的上端与所述隔板固定连接，下端通过夹持环与所述气囊的开口端连接在一起。

11、根据权利要求10所述的潜水电泵，其特征在于所述夹持环是两个圆柱环体，分别与所述护圈的内、外圆柱尺寸相配合，并塞装在护圈下端的内圆柱外侧和内圆柱的外侧。

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