CN1034792A - 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 能够完全阻止水汽浸入电机内部，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

所属技术领域：非变容式泵（F04D）

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。

本发明的目的是在潜水电泵的电机绕组无需屏蔽罩却能够在完全干燥的条件下工作，而且制造成本低，工艺要求不高，却能够大大延长电机的寿命。

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）。本发明采用气囊气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。

如附图一所示，（1）是电机，（2）是转轴，（3）是气囊式均压轴封，（4）是水泵。

气囊式均压轴封的结构如附图二所示，（5）是隔板，（6）是均压孔，（7）是密封圈，（8）是隔离筒，（9）是分隔液，（10）是隔离片，（11）是斜键，（12）是持环，（13）是均压膜，（14）是内壁，（15）是气室，（16）是护圈。

隔板（5）与隔离片（10）必须焊接并保证焊缝气密。隔板（5）与内壁（14）间采用多层“O”形密封圈（7）以保证气密。持环（12）与均压膜（13）之间也须加密封胶。

此外，电机的三相电缆导线必须在进入泵体处中断，将它与密封在泵体上的，灌注在绝缘材料中而且保证气密的接线端子相连接，接线端子的另一端与机内电机绕组端部连接，以免电机室中的空气经由电缆线管逃逸掉。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    （即均压膜（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。

分隔液（9）可采用挥发性最小的不含水液体，如油、水银等，也可选用透平或锭子油。

均压膜（13）可采用厚度为0.06毫米以上的橡胶膜（医用橡皮手套材料等），也可用透气系数最小的聚偏二氯乙烯薄膜（厚度为0.06毫米以上），或用聚乙烯+铝箔+聚乙烯组成的隔湿薄膜，其每层厚度都大于0.06毫米。因为它是一种无孔洞的透气系数几乎为零的隔湿性材料，所以按常用井内潜水电泵的均压膜面积计算，这种薄膜在常温下每1000小时的透汽量小于0.3克。

电机室内可放入一定数量的高效干燥剂，以保证电泵在井下长期的运行。

气囊式均压轴封可以阻隔水汽侵入电机内部，它在干式潜水电泵中的工作情况是：

当潜水电泵卧倒贮放时，隔离筒（8）上端的倒U形结构使分隔液（9）不致外流。电泵入水时，空气室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，按装电泵时，必须将它放到静水面以下30米处，随着按装过程中电泵徐徐朝水面以下潜入时，空气室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。如果没有均压膜（13），单靠分隔液（9）是无法阻挡包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）协同工作的均压膜（13），使电机室与空气室中的压力始终处在平衡状态之下，电机室中的压力增高，靠的是原先贮放在均压膜（13）上方的干燥空气。由于均压膜（13）面积较大，所以膜两侧很小的压力差，便能促使膜的运动。因此分隔液面的波动是很少的。

当电泵下潜到规定深度时，均压膜（13）向上运动到接近隔板（5）的位置处，由于电泵不再继续下潜，均压膜（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，这时均压膜（13）下方的压力下降，电机室中的压力高于空气室，均压膜（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，事先设计均压膜（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，由于均压膜（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）液面差也是很小的。

隔离筒是底部有一个孔，该孔并与电机转轴紧密配合的迥转园筒，其顶部用一环形板，将一个与转轴同心，并与尺寸为迥转园筒 1/4 ～ 1/3 的小规则园柱体连接而成。隔离筒、隔离片和其间的分隔液所构成了一个电泵旋转时的液态轴封系统。隔离片是与隔板中心轴孔内缘所连接的规则园柱薄壁筒状结构，该筒顶端边缘连有一块环形板。

电泵运行时，因为隔离筒（8）的高速旋转，使分隔液（9）在自身离心力作用下紧紧压向隔离筒（8）的侧壁上，保证分隔片（静止不动）两侧都有高压的分隔液（9）把电机室与空气室完全隔开来，水汽分子一般无法通过分隔液（9）来往于两室之间。这使电泵运行时，轴封的阻隔作用更可靠。此外，由于隔离筒（8）旋转时，隔离片（10）与分隔液（9）的接触面减小，大大减少了隔离片（10）与分隔液（9）之间的流体摩擦力，使这种结构具有节能特点。

隔离筒（8）与隔离片（10）的具体设计尚可有若干种变型，图三所示有节省分隔液（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、外两层园柱筒状结构，其上端与隔板连接。均压膜（13）可由持环来固定在护圈上。护环是两个园柱环体，分别与护圈的内、外园柱尺寸相配合，并塞装在护圈下端的内园柱筒外侧和外园柱筒的内侧，以固定均压膜（13）。均压膜（13）结构也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 (13)

1、一种由电机(1)、转轴(2)、和水泵(4)组成的具有协同密封系统的全干式潜水电泵。其特征在于采用气囊式均压轴封(3)阻隔水汽侵入电机(1)内部。气囊式均压轴封(3)是由隔板(5)、均压孔(6)、密封圈(7)、隔离筒(8)、分隔液(9)、隔离片(10)、特环(12)、均压膜(13)、护圈(16)等所组成。

2、根据权利要求1所述的具有协同密封系统的全干式潜水电泵，其特征是所说的分隔液（9）可采用挥发性最小的不含水液体，如油、水银等。

3、根据权利要求1或2所述的具有协同密封系统的全干式潜水电泵，其特征是所说的均压膜可用柔性袋形气囊结构或折叠式囊形结构（皮老虎式）。

4、根据权利要求1或2所述的具有协同密封系统的全干式潜水电泵，其特征是所说均压膜（13）可用橡胶膜，这种橡胶膜可是医用橡皮手套材料等，其厚度大于0.06毫米，也可用透气系数最小的聚偏二氯乙烯薄膜，其厚度大于0.06毫米或两层聚乙烯薄膜之间加一层铝箔的隔湿薄膜，其每层厚度大于0.06毫米。

5、根据权利要求3所述的具有协同密封系统的全干式潜水电泵，其特征是所说的均压膜可用橡胶膜，这种橡胶膜是医用橡皮手套材料等;其厚度大于0.06毫米，也可用透气系数最小的聚偏二氯乙烯薄膜，其厚度大于0.06毫米或用两层聚乙烯薄膜之间加一层铝箔的隔湿薄膜，其每层厚度大于0.06毫米。

6、根据权利要求1或2所述的具有协同密封系统的全干式潜水电泵，其特征是所说的隔离筒是底部有一孔，该孔并与转轴紧密配合的迥转园筒，其顶部用一环形板，将一个与转轴同心，并与尺寸为迥转园筒 1/4 ～ 1/3 的小规则园柱体连接而成。

7、根据权利要求3所述的具有协同密封系统的全干式潜水电泵，其特征是所说的隔离筒是底部有一孔，该孔并与转轴紧密配合的迥转园筒，其顶部用一环形板将一个与转轴同心，并与尺寸为迥转园筒 1/4 ～ 1/3 的小规则园柱体连接而成。

8、根据权利要求1或2所述的具有协同密封系统的全干式潜水电泵，其特征在于所说的隔离片是与隔板中心轴孔内缘所连接的规则园柱薄壁筒状结构，该筒顶端边缘连有一块环形板。

9、根据权利要求3所述的具有协同密封系统的全干式潜水电泵，其特征在于所说的隔离片是与隔板中心轴孔内缘所连接的规则园柱薄壁筒状结构，该筒顶端边缘连有一块环形板。

10、根据权利要求6所述的具有协同密封系统的全干式潜水电泵，其特征在于所说的隔离片是与隔板中心轴孔内缘所连接的规则园柱薄壁筒状结构，该筒顶端边缘连有一块环形板。

11、根据权利要求7所述的具有协同密封系统的全干式潜水电泵，其特征在于所说的隔离片是与隔板中心轴孔内缘所连接的规则园柱薄壁筒状结构，该筒顶端边缘连有一块环形板。

12、根据权利要求1或2所述的具有协同密封系统的全干式潜水电泵，其特征在于所说的护圈是与转轴同心的内、外两层园柱筒状结构，其上端与隔板连接。

13、根据权利要求3所述的具有协同密封系统的全干式潜水电泵，

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