CN104235049A - 保证潜水泵电机不进水的弹性可变容积式可调压保压器 - Google Patents

Abstract

把一种弹性可变容积式可调压的保压器安装配置在潜水泵的泵壳上，可以抵抗来自水深的压力，并且让潜水泵储油腔里的压力永远大于水压，确保潜水泵电机不会进水。该弹性可变容积式可调压保压器受压发生变形以后的恢复力就构成了潜水泵储油腔里的初始压力。如果储油腔里的油漏走一部分，这个弹性可变容积式可调压保压器的容积立刻变小把油挤到储油腔里来补充泄漏走的那一部分空间，继续保持油压大于水压。这也就让潜水泵里的双端面机械密封符合API682标准里密封布置3所规定的阻隔液压力大于机械密封的介质压力。

Description

保证潜水泵电机不进水的弹性可变容积式可调压保压器

一.技术领域：潜水泵电机的防水技术领域。从而派生到深水容器内部和外部的压力平衡以及航空航天中因为空气稀薄而气压降低时容器内部和外部的压力平衡领域。 

二.背景技术：潜水泵的结构特点是泵和电机制作成一体，使用的时候把泵连同电机一起放到水底(见摘要附图，图一)，仅仅把出水管的末端和电源电缆的电源端露出水面，这种结构使用起来既方便灵活又经济实惠。 

现有技术：

但是这种结构遇到最大的问题就是电机容易进水，一旦电机进水就造成电路短路，烧了电机不说还可能把整根的电源电缆烧毁，甚至造成火灾。除此之外，由于泵处在很深的水底，有可能空间受到限制；也可能在提升泵的过程中通道狭窄而且弯曲，根本无法让泵体通过，如果把泵拿不上来会造成整个深井都会报废，把泵拿到水面上来代价太大，提升费用可能远远超过泵的本身，所以保证电机不进水、提高泵的使用寿命至关重要。到现在为止多大数的技术都是解决电机一旦进水，泵就马上断电。这些技术虽然烧毁不了设备，也不会造成火灾。但是泵坏了总是需要把它拿出水面进行修复，修好了以后用不了几天又坏了。因此，能让潜水泵长时间免维护地在水下工作是我们今天要解决的问题。到目前为止，使用双端面机械密封的潜水泵还没有主动的，在任何时候都能让泵的储油腔维持高于环境水压的保压机构(为什么保压和如何保压我们在后面：五.附图说明.中加以详细叙述)，储 油腔是一个刚性容器，他的容积永远固定不变，一旦漏油储油腔的压力马上降低，原因是液体不可压缩，液体流走以后没有其它物质填补进来；而形成真空，这就无法保证储油腔的压力高于该潜水泵所处水的环境压力。该潜水泵就会越漏越大，直至烧毁电机。因此潜水泵的使用寿命总是达不到理想效果，尤其是在深水或深井里使用的潜水泵更是如此。 

三.发明内容：

把一种的弹性可变容积式可调压保压器安装配置在潜水泵的泵壳上，可以抵抗来自水深的压力，并且让潜水泵储油腔里的压力永远大于水压，确保潜水泵电机不会进水。 

四.具体实施方式：

不用改变过多潜水泵的原有设计与结构只要在潜水泵原有的储油腔壳体上安装本发明的这种保证潜水泵电机不进水的弹性可变容积式可调压保压器的同时将储油腔的注油孔安装一单向阀之后就完成了本发明的实施过程。 

五.附图说明：

图1中表示的是潜水泵在水下工作时的示意图，图中序号表示：1.泵的吸入管；2.泵的出水管；3.水面；H.潜水泵的潜水深度；从图中可以看出潜水泵是在水下工作，出水管的末端和电源电缆的电源端露出水面其余部分都在水下。潜水泵潜水越深泵壳受到的水压越大(H＝100米时泵壳所受的的压强大约等于1MPa；H＝1000米时泵壳所受的的压强大约等于10MPa；)，而潜水泵的泵壳就是储油腔壳体，如何让潜水泵储油腔内的油压大于该泵壳外面的水压就是本发明要解决的问题。 

图2是现有技术制造出来的潜水泵，图中序号表示：1.泵的吸入管；2.泵的出水管；4.叶轮；5.机械密封；6.电机定子外壳，也是轴承座；7.潜水泵外壳，同时也是储油腔外壳；8.电机定子；9.潜水泵转子，同时也是电机转子；10.储油腔；12.注油孔；从图二可以看出油可能泄漏到两个地方：一是泄漏到转子腔里，也就是往电机腔里泄漏二是泄漏到水里，我们且不说油漏到哪里，先说油漏走以后储油腔里就出现多余的空间，因为液体不可压缩，也不能膨胀，所以储油腔里的压力突然骤降，而外面的水压又大，此时对该泵极其不利，此时外面那套本来处于完好状态的机械密封也会强迫自己泄漏让外面的水进到储油腔里来填补那多余的空间，去消除储油腔与外界水之间的压力差。这样就可能带来下列问题：a.污染了油；b.破坏了机械密封工作姿态以后靠它自己很难再恢复正确的工作姿态，也就是说从此以后这套机械密封就失效了。c.破坏了机械密封摩擦副之间膜体的物质构成，甚至于根本形成不了膜体，从而破坏了平面度和摩擦状态，加剧机械密封失效。d.脏水、硬颗粒、各种纤维等杂物都会进到储油腔里和机械密封的两端面之间进一步起破坏作用，最后导致电机进水而烧毁。 

图3中件11就是本发明的那个弹性可变容积式可调压保压器，图三是在图二所示的潜水泵原来结构不变的基础上改进两处：a.加装部件11；b.在注油孔12上安装一个单向阀，让油只能进不能出。然后往储油腔里灌油，灌满油以后再用压力油抢依靠单向阀继续往储油腔里灌带有压力的油(因为此时本发明的那个弹性可变容积式可调压保压器受压以后发生变形，变形以后的恢复力就构成了储油腔里的初始压力。)一直灌到油窗所要求的位置为止。完成上述的改进之后再把改进 之后的潜水泵放到水下，此时无论水有多深，水压有多大，该潜水泵的储油腔里的油压总是大于外面的水压，大出的部分就是储油腔里的初始压力部分。此时如果油漏走一部分本发明的那个弹性可变容积式可调压保压器的容积立刻变小把油挤到储油腔里来补充泄漏走的那一部分空间，继续保持油压大于水压。我们从压力法则得知：如果发生泄漏也是高压处向低压处泄漏，泄漏方向不可能相反。这样就保证了a.储油腔里的油永远保持清洁；b.永远保持机械密封准确的工作姿态；c.机械密封摩擦副之间膜体的物质构成始终是油，摩擦副之间一直存在着油膜，因此摩擦力小、寿命长；d.脏水、硬颗粒、各种纤维等杂物都处于低压位置，不可能泄漏到处于高压位置的储油腔里。因此电机永远进不了水。 

图4所示是一双端面机械密封的具体结构图，图中1.介质端静环；2.介质端静环密封圈；3.介质端动环；4.介质端动环密封圈；5.弹簧；6.电机端静环；7.电机端静环圈；8.电机端动环；9.电机端动环圈；10.潜水泵泵体外的水压；11.潜水泵储油腔的油压；12.电机端压力。当潜水泵安装上本发明的那个弹性可变容积式可调压保压器以后储油腔11内的压力永远大于水的位置10和电机位置12处的压力。这样就符合了API682标准的布置3中阻隔液的压力永远大于密封介质的压力这个规定。 

图5和图6是本发明的弹性可变容积式可调压保压器具体结构图，图中P1是潜水泵泵体外面的水压，P2是潜水泵储油腔里的油压，P3是弹性元件(金属波纹管或橡胶件)的恢复力，于是就有这样的关系式： 

P2＝P1+P3也可以说：P3＞P2 

件1是连接板，它一侧与原有的潜水泵壳体连接，另一侧与一弹性的、封闭的容器组件连接，这个弹性容器的弹性元件可以是金属波纹管(如图五中的件2.)，也可以是橡胶等弹性体(如图六中的件2)；图五中的件3是弹性容器的底面，它与弹性件金属波纹管2和连接板1焊接成一体。图六中件4是压板，它把弹性橡胶体件2和连接板件1连成一体。 

六.与现有技术相比，本发明的有益效果也就是优点： 

1.再好的机械密封也有泄漏(泄漏量在标准JB4127.1-2013中有规定)。配置上本发明的弹性可变容积式可调压保压器就把潜水泵储油腔这一个刚性容器改进成弹性容器，该容器里的液体泄漏以后体积变小的同时容器的容积也跟着变小，所以，储油腔里不会形成真空，也不会出现气体而形成液气混象。 

2.配备上本发明的弹性可变容积式可调压保压器能让潜水泵的双端面机械密封符合API682标准中密封布置3，此时潜水泵储油腔里的油变成了两套机械密封之间的阻隔液，确保了潜水泵储油腔里的压力总是高于同样深度的水压，原因是这个保压装置内部的油压总是与其外部的水压互相平衡，无论水有多深，环境压力多大都是如此，潜水泵储油腔里的油压比外面水压高出的那部分压力是我们事先设定好的，这样即使泄漏也是油往水里泄漏，水不可能泄漏到油里。在现有技术中，水肯定泄漏到油里。 

3.本发明的弹性可变容积式可调压保压器可以用增加弹簧的办法来增加其刚度，就能随意调节潜水泵储油腔里、外压力差，而且无论潜水泵工作时水有多么深，这个压力差始终是一个常数。确保机械密封摩 擦副两平面之间所存在的膜体永远是干净的、具有粘度的油膜(油的压力大于水的压力，泄漏的趋势是油往水里漏，这时机械密封摩擦副两平面之间的膜体就是油，不但膜体刚度大，而且稳定性高。此时摩擦力小而使用寿命长；如果水的压力大于油的压力泄漏的趋势是水往油里漏，这时机械密封摩擦副两平面之间的流体就是水，由于水没有粘度，所以也就不存在膜体，此时摩擦力大，而且使用寿命低)。 

4.配备上本发明的弹性可变容积式可调压保压器以后，因为潜水泵的双端面机械密封的摩擦副两平面之间存在刚度高、稳定而且干净油所形成的膜体，因而水和其它的杂物无法进到这里，也就破坏不了机械密封摩擦副的平面度。 

5.本发明的弹性可变容积式可调压保压器可以用增加其尺寸或用多个保压器并联使用来增加其容积变化的范围，让它更加经久耐用。 

Claims (3)

1.把一种弹性可变容积式可调压的保压器安装配置在潜水泵的泵壳上，可以抵抗来自水深的压力，该弹性可变容积式可调压保压器受压发生变形以后的恢复力就构成了潜水泵储油腔里的初始压力。如果储油腔里的油漏走一部分，这个弹性可变容积式可调压保压器的容积立刻变小把油挤到储油腔里来补充泄漏走的那一部分空间，继续保持油压大于水压。这也就让潜水泵里的双端面机械密封符合API682标准里密封布置3所规定的阻隔液压力大于机械密封的介质压力。确保潜水泵电机不会进水。其特征在于：

(1)在这个可变容积式可调压的保压器里有一个或几个弹性材料制成的元件。这个弹性材料可以是金属波纹管，也可以是橡胶等弹性体。

(2)该弹性体与其它部件组成一个或几个可以变化容积的容器。

(3)该容器与单向阀同时配合使用。

(4)可变容积式可调压的保压器在使用时必须让它的弹性元件有一定的变形量，保持它的恢复力作为初始压力和在使用时高于外界的压力差。

2.把一种弹性可变容积式可调压的保压器安装配置在潜水泵的泵壳上，可以抵抗来自水深的压力，该弹性可变容积式可调压保压器受压发生变形以后的恢复力就构成了潜水泵储油腔里的初始压力。如果储油腔里的油漏走一部分，这个弹性可变容积式可调压保压器的容积立刻变小把油挤到储油腔里来补充泄漏走的那一部分空间，继续保持油压大于水压。这也就让潜水泵里的双端面机械密封符合API682标准里密封布置3所规定的阻隔液压力大于机械密封的介质压力。确保潜水泵电机不会进水。其特征在于：

本发明可以应用于深水容器内部和外部的压力平衡。

3.把一种弹性可变容积式可调压的保压器安装配置在潜水泵的泵壳上，可以抵抗来自水深的压力，该弹性可变容积式可调压保压器受压发生变形以后的恢复力就构成了潜水泵储油腔里的初始压力。如果储油腔里的油漏走一部分，这个弹性可变容积式可调压保压器的容积立刻变小把油挤到储油腔里来补充泄漏走的那一部分空间，继续保持油压大于水压。这也就让潜水泵里的双端面机械密封符合API682标准里密封布置3所规定的阻隔液压力大于机械密封的介质压力。确保潜水泵电机不会进水。其特征在于：

本发明可以应用于航空航天中因为空气稀薄而气压降低时容器内部和外部的压力平衡。