CN102868249B - 井用潜水电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种井用潜水电机，属于机械工程技术领域。它解决了现有的井用潜水电机转轴转动稳定性及使用寿命短的问题。本井用潜水电机，包括转轴、转子、定子和具有内腔与外腔的壳体组件；转轴位于内腔中且转轴的上端穿出壳体组件；转轴的上端部和下端部与壳体组件之间均通过陶瓷石墨径向载荷轴承组件定位连接；所述的转轴下端部和壳体组件之间还通过陶瓷石墨轴向载荷轴承组件定位连接。本井用潜水电机因采用陶瓷石墨轴承、使内腔中水循环增加冷却效果以及设置单向阀避免内外压差过大等措施，由此具有转轴转动平稳、性能稳定和使用寿命长的优点。

Description

井用潜水电机

技术领域

本发明属于机械工程技术领域，涉及一种潜水电泵，特别是一种井用潜水电机。

背景技术

潜水电泵是泵体叶轮和驱动叶轮的电机都潜入水中工作的一种水泵。潜水电泵用的电动机有干式（电机全部密封）、半干式（电机的定子密封，而转子在水中运转）、充油式（电机内部充油以防水分侵入绕组）和湿式（电机内部充水，定子和转子都在水中运转）等类型。关于潜水电泵的文献如中国专利文献公开的一种充水式潜水电泵电机转轴之支撑装置【申请号：200820003903.5；公告号：CN201159192Y】，转轴和下轴承内盖与上轴承套件之间均通过推力球轴承相连接，转轴下端和壳体之间通过向心球轴承相连接。由于该电机属于充水式，因此当轴承密封不严密时水进入轴承内便影响轴承地正常运行，同时也存在着随轴承工作时间延长，润滑油失效，因无法更换润滑油而导致轴承失效。由此该潜水电泵电机存在着使用性能不稳定及使用寿命低的问题。

电泵工作时电机会产生热量，因为是潜水作业，电机只能通过周围水传导散热冷却。而电机和周围水热传导率是固定的，当产热量大于散热量时，电机温度会急剧上升进而可能导致电机烧毁。为了解决上述存在的问题，人们设计出了不同的解决技术方案。如中国专利文献记载的一种强制冷却的潜水电泵【申请号：200820003901.6；公告号：CN201159179Y】，包括有电机和水泵，电机的第一外壳之外设置有相距一定间隙的第二外壳，第一外壳与第二外壳形成相对密封的腔室，在水泵的离心叶轮腔内的高水压处设置有进水孔并通过导管连通至腔室的上部，在水泵的离心叶轮腔内的低水压处设置有可使腔室内的水返回水泵的离心叶轮内或水泵的出水口处的回水孔。又如，中国专利文献记载的一种内循环冷却式潜水排污泵【申请号：200920190999.5；公告号：CN201474996U】和一种自冷却导叶下吸式潜水泵【申请号：201010585450.3；公告号：CN102003396A】。上述三种潜水电泵均通过泵产生的水流经过电机外侧，进而增大电机外侧水流流速来保证电机的温度。本方案虽然能够实现上述类型井用潜水电机冷却，但也会不适用某些类型的潜水电泵。如申请人申请的一种井用潜水电泵【申请号：200920120004.8；授权公告号：CN201401345Y】。因为电机位于泵的下方和电机外侧无法布置封闭腔室或环形导流水道；所以上述方案并不适用本井用潜水电泵。由此，目前还没有解决本井用潜水电泵电机工作时温度会过高的方案。

在自然界中，越深处水压强越大，每下潜10米约增加一个大气压；显然，电机下潜深度越大会导致电机内外压力越大。为了克服电机内外压差增大产生效果使电机能正常运动，为此人们曾设计出了不同的方案，如国家专利文献记载的潜水电泵电机腔气体平衡器【申请号：02256519.1；公告号:CN2569431Y】，在井用潜水电机外壁安装一个进出气体的橡胶囊，通过连接器与电机内部连通。当电机工作时温度升高，气体膨胀，因此橡胶囊变形膨胀的阻力远小于轴封的密封阻力，膨胀气体自然进入橡胶囊内，使橡胶囊膨胀而不向轴封外泄漏，当潜水电机停止运行时，电机内部温度下降，橡胶囊内的气体自然地回到电机腔内。又如，中国专利文献记载的潜水泵注油电机内、外压力平衡器【申请号：201020279365.X；公告号：CN201781355U】，在壳体内壁安装油囊，油囊与壳体密封连接。当内压增大时，油囊薄壁向内压缩，顶部向下挤压，油腔体积增大，降低了内压。当外压增大时，油囊薄壁向四周伸展，顶部向上挤压，油腔体积变小，降低了外压，保护电机内密封机构。上述两种电机虽然能够实现电机内腔压力平衡，但由于油囊或橡胶囊伸缩能力非常有限；即导致调节电机内外压力差值有限。若通过增强油囊或橡胶囊的厚度则会导致变形阻力增大，影响形变。当电机下潜深度过深时便造成油囊或橡胶囊破裂，杂质随水进入电机内，进而导致电机损坏。综上所述，目前的方案还不能解决电机内外压差过大而产生的不利影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种转轴转动稳定及使用寿命长的井用潜水电机。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种井用潜水电机，包括转轴、转子、定子和具有内腔与外腔的壳体组件；所述的转轴位于内腔中且转轴的上端穿出壳体组件；其特征在于，所述的转轴的上端部和下端部与壳体组件之间均通过陶瓷石墨径向载荷轴承组件定位连接；所述的转轴下端部和壳体组件之间还通过陶瓷石墨轴向载荷轴承组件定位连接。

石墨和陶瓷滑动摩擦具有摩擦系数小及无需润滑油等物质辅助润滑，上述两种材料均极为耐磨及耐热，由此转轴和壳体组件之间采用陶瓷石墨轴承组件定位具有使转轴转动稳定且使用寿命长的优点。

在上述的井用潜水电机中，所述的陶瓷石墨径向载荷轴承组件包括轴套、石墨套和轴承座体，所述的轴套套设在转轴上；轴承座体固定在壳体组件上；所述的轴套外侧面固连有陶瓷涂层，所述的石墨套套设在轴套上，石墨套与轴承座体固定连接，所述的石墨套内侧面与陶瓷涂层间隙配合。

在上述的井用潜水电机中，所述的陶瓷石墨轴向载荷轴承组件包括轴承体、陶瓷块和石墨块；所述的陶瓷块和石墨块位于转轴下侧，所述的轴承体与转轴固定连接；所述的石墨块固定在壳体组件上；所述的陶瓷块与轴承体固定连接，所述的陶瓷块下端面与石墨块上端面相抵靠。

在上述的井用潜水电机中，所述的石墨块由至少三块呈扇形的石墨子块，所有石墨子块沿转轴旋转方向排列呈圆形。该结构可以通过更换石墨子块或排列顺序等方式保证陶瓷块和石墨块之间产生的径向作用力尽可能地小，即有效地保证转轴转动的稳定性。

在上述的井用潜水电机中，所述的壳体组件内设有调节座，所述的调节座位于石墨块下方，所述的壳体组件上连接能使调节座上下运动的调节螺栓，所述的壳体组件和调节座之间设有导向结构。通过旋拧调节螺栓调整转轴轴向推力，避免陶瓷块和石墨块快速磨损，即提高陶瓷块和石墨块使用寿命。

在上述的井用潜水电机中，所述的导向结构包括套设在调节座外侧的导向套，导向套和调节座的截面均呈非圆形；所述的导向套和调节座间隙配合，所述的导向套与壳体组件固定连接。

在上述的井用潜水电机中，所述的导向结构包括套设在调节座外侧的导向套，所述的导向套上沿轴向开有至少三条导向槽，每个所述的导向槽内均穿设有导向杆，所述的导向杆与调节座固定连接。

在上述的井用潜水电机中，所述的转轴内开有将内腔的陶瓷石墨轴向载荷轴承组件处和相对于转轴上端部的陶瓷石墨径向载荷轴承组件处相连通的连通通道一；所述的转轴和内腔侧壁之间具有将内腔的陶瓷石墨轴向载荷轴承组件处和相对于转轴上端部的陶瓷石墨径向载荷轴承组件处相连通的连通通道二。

本水电泵机筒腔室的内腔填充有水。电机工作时转子和定子切割磁感线发热，导致水相对于内腔轴向的温度不同，即转子处温度较高，其余区域相对较低；于是水具有形成对流趋势。由于设置了连通通道一和连通通道二使内腔形成一循环通道，由此使水能沿着连通通道一和连通通道二循环地对流，即通过增大水的流动性，降低转子区域水温度，提高其他区域水温度，进而提高电机散热效果；解决本潜水电泵电机工作时温度会过高的问题。

在上述的井用潜水电机中，所述的陶瓷块呈环形，所述的连通通道一下端口与陶瓷块的空腔相连通。电机工作时带动陶瓷块转动，进而带动水旋转，使水具有向上作用力；由此陶瓷块内侧的水进入连通通道一并向上运动进入连通通道二。该结构使水对流流动更加有序，进而提高了散热效果。

在上述的井用潜水电机中，所述的连通通道二包括位于内腔侧壁和对应部件之间间隙、位于石墨块内的过液通道。

在上述的井用潜水电机中，所述的壳体组件内设有进水单向阀，进水单向阀的进口与外界相连通，出口与内腔相连通。壳体组件包括机筒、上固定座、下固定座、屏蔽套和水囊等部件。随着潜水电泵不断地向深处沉降时，外界的压强越来越大，则电机内腔和外界的压力越来越大，当压差大于进水单向阀开启压差时，进水单向阀自动打开，外界地水自动地经过进水单向阀补入内腔中；当压差小于进水单向阀开启压差后，进水单向阀自动关闭；由此使电机内腔和外界压力小于进水单向阀开启压差，进水单向阀开启压差小于水囊能够压差；由此在电机上述设置本内腔压力平衡装置后杜绝了壳体组件因压差过大而变形和破裂等现象发生，尤其是水囊。本内腔压力平衡装置尤其适用于冲水式潜水电泵。

在上述的井用潜水电机中，所述的进水单向阀的开启压力差值为0.02～0.07MPa。

在上述的井用潜水电机中，所述的壳体组件内设有排水单向阀，排水单向阀的进口与内腔相连通，出口与外界相连通。

在上述的井用潜水电机中，所述的排水单向阀的开启压力差值为0.02～0.07MPa。随着潜水电泵从深处不断地向底面提起时，外界的压强越来越小，则电机内腔和外界的压力越来越大，当压差大于排水单向阀开启压差时，排水单向阀自动打开，内腔中水自动经过排水单向阀排至外界；当压差小于排水单向阀开启压差后，排水单向阀自动关闭；由此使电机内腔和外界压力小于排水单向阀开启压差，避免壳体组件因压差过大而变形和破裂等现象发生。

与现有技术相比，本井用潜水电机因采用陶瓷石墨轴承、使内腔中水循环增加冷却效果以及设置单向阀避免内外压差过大等措施，由此具有转轴转动平稳、性能稳定和使用寿命长的优点。

附图说明

图1是本井用潜水电机上端部剖视结构示意图。

图2是本井用潜水电机下端部剖视结构示意图。

图3是图1中局部结构放大示意图。

图4是本井用潜水电机排水单向阀除剖剖视结构示意图。

图中，1、转轴；2、转子；3、定子；4、壳体组件；4a、内腔；4b、外腔；4c、机筒；4d、上固定座；4e、下固定座；4f、下支撑座；4g、屏蔽套；4h、水囊；4i、底座；5、陶瓷石墨轴向载荷轴承组件；5a、轴承体；5b、陶瓷块；5c、石墨块；6、陶瓷石墨径向载荷轴承组件；6a、轴套；6b、石墨套；6c、轴承座体；7、机械密封组件；8、调节座；9、支撑板；10、调节螺栓；11、导向套；11a、导向槽；12、导向杆；13、连通通道一；14、过液通道；15、通孔；16、进水单向阀；17、进水通道；18、排水单向阀；19、排水通道；20、过滤网一；21、过滤网二。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1和图2所示，本井用潜水电机包括转轴1、转子2、定子3和具有内腔4a与外腔4b的壳体组件4。

壳体组件4包括机筒4c、上固定座4d、下固定座4e、下支撑座4f、屏蔽套4g、水囊4h和底座4i等部件。

上固定座4d与机筒4c上端固定且密封连接，下固定座4e与机筒4c下端固定且密封连接。屏蔽套4g位于机筒4c内，屏蔽套4g的上下两端分别与上固定座4d和下固定座4e固定且密封连接；由此屏蔽套4g将壳体组件4空腔分割呈内腔4a与外腔4b。

下支撑座4f的上端部与下固定座4e固定且密封连接；水囊4h封盖下支撑座4f的下端部，底座4i位于水囊4h的外侧，底座4i固定在下支撑座4f上且同时使水囊4h与下支撑座4f固定且密封连接。底座4i上具有进水孔。

定子3位于外腔4b中且与机筒4c固定连接。转轴1位于内腔4a中且转轴1的上端穿出壳体组件4，转子2套设在转轴1上且与转轴1固定连接。

转轴1与壳体组件4之间从下至上依次为：转轴1下端部和壳体组件4之间通过陶瓷石墨轴向载荷轴承组件5定位连接。转轴1下端部与壳体组件4之间通过陶瓷石墨径向载荷轴承组件6定位连接。转轴1上端部与壳体组件4之间通过陶瓷石墨径向载荷轴承组件6定位连接。转轴1上端部与壳体组件4之间通过机械密封组件7密封。

具体来说，陶瓷石墨轴向载荷轴承组件5包括轴承体5a、陶瓷块5b和石墨块5c；陶瓷块5b和石墨块5c位于转轴1下侧，轴承体5a与转轴1固定连接；石墨块5c固定在壳体组件4的下支撑座4f上；陶瓷块5b与轴承体5a固定连接，陶瓷块5b下端面与石墨块5c上端面相抵靠。石墨块5c由至少三块呈扇形的石墨子块，所有石墨子块沿转轴1旋转方向排列呈圆形。本实施例给出的石墨子块数量为4块，根据不同的工况要求可灵活地设置石墨子块数量。本陶瓷石墨轴向载荷轴承组件5可采用以下方案替换：同上述陶瓷石墨轴向载荷轴承组件的结构及原理基本相同，不一样的地方在于：陶瓷块固定在壳体组件的下支撑座上；石墨块与轴承体固定连接，石墨块呈环形。

石墨块5c与下支撑座4f之间固定连接方式可采用以下方案替换，壳体组件4的下支撑座4f内设有调节座8，调节座8位于石墨块5c下方，下支撑座4f下端口处固定连接有支撑板9，支撑板9上螺纹连接有调节螺栓10，调节螺栓10的头部与调节座8底面相抵靠，通过旋拧调节螺栓10能使调节座8上下运动。为了提高调节座8定位稳定性及运动稳定性，在下支撑座4f和调节座8之间设有导向结构。导向结构包括套设在调节座8外侧的导向套11，导向套11上沿轴向开有至少三条导向槽11a，每个所述的导向槽11a内均穿设有导向杆12，导向杆12与调节座8固定连接。导向结构可根据实现机型采用以下方案替换：导向结构包括套设在调节座8外侧的导向套11，导向套11和调节座8的截面均呈非圆形；导向套11和调节座8间隙配合，导向套11与壳体组件4的下支撑座4f固定连接。

陶瓷石墨径向载荷轴承组件6包括轴套6a、石墨套6b和轴承座体6c，轴套6a套设在转轴1上；轴套6a外侧面固连有陶瓷涂层，石墨套6b套设在轴套6a上，石墨套6b与轴承座体6c固定连接，石墨套6b内侧面与陶瓷涂层间隙配合。转轴1下端部与壳体组件4之间的陶瓷石墨径向载荷轴承组件6中的轴承座体6c固定在壳体组件4的下固定座4e上。转轴1上端部与壳体组件4之间的陶瓷石墨径向载荷轴承组件6中的轴承座体6c固定在壳体组件4的上固定座4d上。本陶瓷石墨径向载荷轴承组件5可采用以下方案替换：同上述陶瓷石墨径向载荷轴承组件的结构及原理基本相同，不一样的地方在于：石墨套套设在转轴上，陶瓷涂层直接固定在轴承座体上。

陶瓷块5b呈环形，转轴1内开有连通通道一13，连通通道一13的下端轴向贯通且与陶瓷块5b的空腔相连通。连通通道一13的上端轴向延伸至转轴1的上端部，更具体来说，连通通道一13的上端口位于机械密封组件7和转轴1上端部与壳体组件4之间陶瓷石墨径向载荷轴承组件6中的轴套6a之间。由此连通通道一13将内腔4a的陶瓷石墨轴向载荷轴承组件5处和相对于转轴1上端部的陶瓷石墨径向载荷轴承组件6处相连通。

转轴1和内腔4a侧壁之间具有将内腔4a的陶瓷石墨轴向载荷轴承组件5处和相对于转轴1上端部的陶瓷石墨径向载荷轴承组件6处的连通通道二。连通通道二包括位于内腔4a侧壁和对应部件之间间隙、位于石墨块5c内的过液通道14、位于轴承座体6c上的通孔15。上述的对应部件对于说明书附图记载的电机来说从上至下是轴承座体6c、转轴1、转子2、轴承座体6c、轴承体5a和陶瓷块5b等部件。

本水电泵机筒4c腔室的内腔4a填充有水。电机工作时带动陶瓷块5b转动，进而带动此处水旋转，使此处水具有向上作用力；由此陶瓷块5b内侧的水进入连通通道一13并向上运动进入连通通道二的上端。连通通道二内的水从上向下流动，经过内腔4a侧壁和对应部件之间间隙、轴承座体6c上的通孔15和石墨块5c内的过液通道14，最后进入陶瓷块5b的空腔，由此使水能沿着连通通道一13和连通通道二沿着说明书附图箭头所示的方向有序地循环对流，即通过增大水的流动性，降低转子2区域水温度，提高其他区域水温度，进而提高电机散热效果；解决本潜水电泵电机工作时温度会过高的问题。

如图3和图4所示，壳体组件4的上固定座4d内开有连通外界与内腔4a的进水通道17，进水通道17内串联有进水单向阀16，使进水单向阀16的进口与外界相连通，出口与内腔4a相连通。进水单向阀16的开启压力差值为0.02～0.07MPa。进水单向阀16的开启压力差值根据不同地机型可灵活地选择，如0.02MPa、0.04MPa、0.05MPa、0.07MPa。

壳体组件4的上固定座4d内还开有连通外界与内腔4a的排水通道19，排水通道19内串联有排水单向阀18，使排水单向阀18的进口与内腔4a相连通，出口与外界相连通。排水单向阀18的开启压力差值为0.02～0.07MPa。选择的排水单向阀18的开启压力差值与进水单向阀16的开启压力差值相同。

为了避免杂质进入内腔4a，在进水单向阀16的进口处设置过滤网一20，在排水单向阀18的出口处也设置过滤网二21。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种井用潜水电机，包括转轴(1)、转子(2)、定子(3)和具有内腔(4a)与外腔(4b)的壳体组件(4)；所述的转轴(1)位于内腔(4a)中且转轴(1)的上端穿出壳体组件(4)；其特征在于，所述的转轴(1)的上端部和下端部与壳体组件(4)之间均通过陶瓷石墨径向载荷轴承组件(6)定位连接；所述的转轴(1)下端部和壳体组件(4)之间还通过陶瓷石墨轴向载荷轴承组件(5)定位连接；所述的转轴(1)内开有将内腔(4a)的陶瓷石墨轴向载荷轴承组件(5)处和相对于转轴(1)上端部的陶瓷石墨径向载荷轴承组件(6)处相连通的连通通道一(13)；所述的转轴(1)和内腔(4a)侧壁之间具有将内腔(4a)的陶瓷石墨轴向载荷轴承组件(5)处和相对于转轴(1)上端部的陶瓷石墨径向载荷轴承组件(6)处相连通的连通通道二。

2.根据权利要求1所述的井用潜水电机，其特征在于，所述的陶瓷石墨径向载荷轴承组件(6)包括轴套(6a)、石墨套(6b)和轴承座体(6c)，所述的轴套(6a)套设在转轴(1)上；轴承座体(6c)固定在壳体组件(4)上；所述的轴套(6a)外侧面固连有陶瓷涂层，所述的石墨套(6b)套设在轴套(6a)上，石墨套(6b)与轴承座体(6c)固定连接，所述的石墨套(6b)内侧面与陶瓷涂层间隙配合。

3.根据权利要求1所述的井用潜水电机，其特征在于，所述的陶瓷石墨轴向载荷轴承组件(5)包括轴承体(5a)、陶瓷块(5b)和石墨块(5c)；所述的陶瓷块(5b)和石墨块(5c)位于转轴(1)下侧，所述的轴承体(5a)与转轴(1)固定连接；所述的石墨块(5c)固定在壳体组件(4)上；所述的陶瓷块(5b)与轴承体(5a)固定连接，所述的陶瓷块(5b)下端面与石墨块(5c)上端面相抵靠。

4.根据权利要求3所述的井用潜水电机，其特征在于，所述的石墨块(5c)由至少三块呈扇形的石墨子块，所有石墨子块沿转轴(1)旋转方向排列呈圆形。

5.根据权利要求3所述的井用潜水电机，其特征在于，所述的壳体组件(4)内设有调节座(8)，所述的调节座(8)位于石墨块(5c)下方，所述的壳体组件(4)上连接能使调节座(8)上下运动的调节螺栓(10)，所述的壳体组件(4)和调节座(8)之间设有导向结构。

6.根据权利要求3或4或5所述的井用潜水电机，其特征在于，所述的陶瓷块(5b)呈环形，所述的连通通道一(13)下端口与陶瓷块(5b)的空腔相连通。

7.根据权利要求3或4或5所述的井用潜水电机，其特征在于，所述的连通通道二包括位于内腔(4a)侧壁和对应部件之间间隙、位于石墨块(5c)内的过液通道(14)。

8.根据权利要求1至5中的任意一项所述的井用潜水电机，其特征在于，所述的壳体组件(4)内设有进水单向阀(16)，进水单向阀(16)的进口与外界相连通，出口与内腔(4a)相连通；所述的进水单向阀(16)的开启压力差值为0.02～0.07MPa。

9.根据权利要求1至5中的任意一项所述的井用潜水电机，其特征在于，所述的壳体组件(4)内设有排水单向阀(18)，排水单向阀(18)的进口与内腔(4a)相连通，出口与外界相连通；所述的排水单向阀(18)的开启压力差值为0.02～0.07MPa。