CN104329267A - 一种低温潜液泵及其电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温潜液泵及其电机，属于液化天然气技术领域。该潜液泵包括：泵壳、电机、诱导轮、主叶轮、第一上磨损环以及第一下磨损环，电机包：电机壳、定子、转子、轴承以及主轴，该潜液泵还包括：第一平衡环和副叶轮，第一平衡环安装在电机壳的电机口内，位于第一上磨损环内且与第一上磨损环同轴设置，第一平衡环与第一上磨损环以及电机壳形成第一凹槽，第一凹槽开口对着主叶轮，副叶轮位于电机壳内，与主叶轮同轴反向安装在主轴上且与主叶轮之间间隔转子，副叶轮的规格小于主叶轮，电机在副叶轮处开设增压腔，电机壳上开设至少一条进液流道，还开设至少一条出液流道，还开设至少一条连通增压腔和潜液泵的进液口的冷却液回流通道。

Description

一种低温潜液泵及其电机
技术领域
本发明涉及液化天然气技术领域，特别涉及一种低温潜液泵及其电机。
背景技术
液化天然气(liquefied natural gas，简称“LNG”)主要成分是甲烷，具有易燃、易爆以及易气化的特点，其储存运输过程通常采用低温液化的方式进行。
针对LNG对输送泵的气密性和电气安全性能要求高的特点，现有技术中采用潜入式输送泵(即：LNG潜液泵)将泵与电机整体安装在密封金属容器内，以达到防泄漏的目的，且通过LNG来对电机进行冷却降温。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
现有的LNG潜液泵一般采用电机转子与叶轮同轴的结构，这种结构会使叶轮转动时产生轴移动，从而加快叶轮的磨损。
发明内容
为了解决现有的LNG潜液泵由于叶轮产生的轴向力使得叶轮磨损增大的问题，本发明实施例提供了一种低温潜液泵及其电机。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种低温潜液泵，适用于输送液体天然气，所述低温潜液泵包括：开设有进液口的泵壳，安装在所述泵壳内的电机，其中，所述电机包括：设有电机口的电机壳，通过轴承插装在所述电机壳内的主轴，同轴安装在所述电机壳内且套装在所述主轴外的定子，以及与所述定子配套且安装在所述主轴上的转子，所述主轴首端对应所述进液口的位置设有诱导轮，所述主轴首端对应所述诱导轮和所述电机口之间的位置设有主叶轮，所述电机口内设有与所述主叶轮间隙配合的第一上磨损环，所述泵壳内对应所述主叶轮侧壁的位置设有第一下磨损环，所述第一上磨损环、所述第一下磨损环以及所述电机同轴设置，
所述电机口内设有与所述主叶轮间隙配合的第一平衡环，所述第一平衡环同轴位于在所述第一上磨损环内，所述第一平衡环与所述第一上磨损环以及所述电机壳形成第一凹槽，所述第一凹槽开口对着所述主叶轮，所述电机壳上开设有至少一条连通所述电机口与所述电机内腔的进液流道，
所述电机壳内对应所述主轴尾端的位置同轴反向安装有副叶轮，所述副叶轮的规格小于所述主叶轮，所述电机壳内对应所述副叶轮处开设增压腔，所述电机壳上开设有至少一条连通所述电机内腔与所述增压腔的出液流道，所述电机壳上开设有至少一条连通所述增压腔和所述进液口的冷却液回流通道。
具体地，所述增压腔内对应所述副叶轮侧壁位置设置的第二上磨损环和所述增压腔内设置的与所述副叶轮间隙配合的第二下磨损环，所述第二上磨损环、所述第二下磨损环以及所述电机同轴设置。
进一步地，所述潜液泵还包括：安装在所述增压腔内与所述副叶轮间隙配合的第二平衡环，所述第二平衡环同轴位于所述第二下磨损环内，所述第二平衡环、第二下磨损环以及所述电机壳形成第二凹槽，所述第二凹槽的开口对着所述副叶轮。
具体地，所述副叶轮的直径小于所述主叶轮的直径。
进一步地，所述副叶轮为离心式叶轮。
另一方面，提供了一种用于低温潜液泵的电机，适用于为前文所述潜液泵的主叶轮提供动力，所述电机包括：开设有进液口的泵壳，安装在所述泵壳内的电机，其中，所述电机包括：设有电机口的电机壳，通过轴承插装在所述电机壳内的主轴，同轴安装在所述电机壳内且套装在所述主轴外的定子，以及与所述定子配套且安装在所述主轴上的转子，所述电机口内设有与所述主叶轮间隙配合的第一上磨损环，
所述电机口内设有与所述主叶轮间隙配合的第一平衡环，所述第一平衡环同轴位于在所述第一上磨损环内，所述第一平衡环与所述第一上磨损环以及所述电机壳形成第一凹槽，所述第一凹槽开口对着所述主叶轮，所述电机壳上开设有至少一条连通所述电机口与所述电机内腔的进液流道，
所述电机壳内对应所述主轴尾端的位置同轴反向安装有副叶轮，所述副叶轮的规格小于所述主叶轮，所述电机壳内对应所述副叶轮处开设增压腔，所述电机壳上开设有至少一条连通所述电机内腔与所述增压腔的出液流道，所述电机壳上开设有至少一条连通所述增压腔和所述进液口的冷却液回流通道。
具体地，所述增压腔内对应所述副叶轮侧壁位置设置的第二上磨损环和所述增压腔内设置的与所述副叶轮间隙配合的第二下磨损环，所述第二上磨损环、所述第二下磨损环以及所述电机同轴设置。
进一步地，所述电机还包括：安装在所述增压腔内与所述副叶轮间隙配合的第二平衡环，所述第二平衡环同轴位于所述第二下磨损环内，所述第二平衡环、第二下磨损环以及所述电机壳形成第二凹槽，所述第二凹槽的开口对着所述副叶轮。
具体地，所述副叶轮的直径小于所述主叶轮的直径。
进一步地，所述副叶轮为离心式叶轮。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在电机内增设一个与主叶轮同轴反向安装在电机主轴上且规格小于主叶轮的副叶轮，使副叶轮产生一个与主叶轮方向相反的轴向力，以抵消一部分主叶轮产生的轴向力；通过在电机口内设置一个与主叶轮间隙配合的第一平衡环，且由第一平衡环、第一上磨损环以及电机壳形成第一凹槽；由于液体天然气会通过主叶轮与电机壳、第一上磨损环和第一平衡环之间的间隙流经该第一凹槽，当主叶轮在剩余轴向力的作用下向电机方向移动时，会减小这些间隙，致使液态天然气流出第一凹槽的受限增大，主叶轮会压缩第一凹槽内的液体天然气，压缩后的液体天然气会对主叶轮产生一个与剩余轴向力方向相反的推力，以抵消剩余的轴向力，减少主叶轮因轴向力而与电机壳发生磨损的情况，增加了主叶轮的使用寿命。另外，经过副叶轮加压后的液态天然气回流到主叶轮进口，形成一个增压冷却润滑循环回路，主叶轮出口分流出一部分液体冷却电机和润滑轴承，它们流经电机然后通过副叶轮加压回到主叶轮进口侧，副叶轮补充了液体在冷却润滑循环回路中损失的能量，保证了回到主叶轮进口的液体压力高于其汽化压力，这种循环方式有效提高了泵的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种低温潜液泵结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种电机结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种低温潜液泵，适用于输送液体天然气，参见图1，该潜液泵包括：开设有进液口11的泵壳1，安装在泵壳1内的电机2，其中，电机2包括：设有电机口211的电机壳21，通过轴承22插装在电机壳内的主轴23，同轴安装在电机壳21内且套装在主轴23外的定子24，以及与定子24配套且安装在主轴23上的转子25，主轴23首端对应进油口11的位置设有诱导轮3，主轴23首端对应诱导轮和电机口之间的位置设有主叶轮4，电机口211内设有与主叶轮4间隙配合的第一上磨损环5，泵壳1内对应主叶轮4侧壁的位置设有第一下磨损环6，第一上磨损环5、第一下磨损环6以及电机2同轴设置。
电机口211内设有与主叶轮4间隙配合的第一平衡环7，第一平衡环7同轴位于在第一上磨损环5内，第一平衡环7与第一上磨损环5以及电机壳21形成第一凹槽71，第一凹槽71开口对着主叶轮4，电机壳21上开设有至少一条连通电机口211与电机2内腔的进液流道212。
电机壳21内对应主轴23尾端的位置同轴反向安装有副叶轮8，副叶轮8的规格小于主叶轮4，电机壳21内对应副叶轮8处开设增压腔26的出液流道213，电机壳21上开设有至少一条连通增压腔26和进液口11的冷却液回流通道214。
在本实施例中，第一上磨损环5和第一下磨损环6用于防止主叶轮4与电机壳21和泵壳1之间发生磨损，在本实施例中，第一上磨损环5和第一下磨损环6可拆卸的安装在潜液泵中，便于在其磨损后能更换。
在本实施例中，副叶轮8与主叶轮4同轴反向安装在主轴23上且其规格小于主叶轮4，其产生的轴向力小于主叶轮4产生的轴向力且方向相反，可用于抵消一部分主叶轮4产生的轴向力。
在本实施例中，主叶轮4与第一上磨损环5、平衡环7以及电机壳21之间存有间隙，第一上磨损环5与主轴23之间存有间隙，液态天然气可通过这些间隙和轴承22的空隙流入进液流道212；液体天然气通过进液流道212进入电机2的内腔，为电机2和主轴23提供了冷却的作用。此外，液体天然气还可以对轴承22起到润滑的作用。
具体地，第一平衡环7、第一上磨损环5以及电机壳21形成第一凹槽71，液体天然气可以通过上述间隙流入、流出第一凹槽71，当主叶轮4在轴向力的作用下向电机2方向移动时，会减小这些间隙，使得第一凹槽71内的液态天然气流出速度受限增大，致使主叶轮4压缩第一凹槽71内的液态天然气。压缩后的液态天然气会产生一个与该轴向力方向相反的推力，该推力随着主叶轮4压缩液态天然气而增大，直至与该轴向力相等，此时，主叶轮4在压缩液态天然气产生的推力和轴向力的作用下达到平衡，不在向电机2方向移动。减少了主叶轮4因轴向力而与电机2发生磨损的情况，增加了主叶轮4的使用寿命。
在实际应用中，如果副叶轮8和主叶轮4规格一样，则理论上是可以完全消除主叶轮4所受的轴向力，但实际制造时是难以做出两个完全一样的叶轮的。同时，即使主叶轮4和副叶轮8完全一样，在潜液泵启动时，由于主叶轮4先接触到液态天然气，使得主叶轮4还是会受到轴向力的作用，故需要安装第一平衡环7，第一平衡环7所起的作用如上文所述，主叶轮4在受到轴向力作用向电机2运动时，第一凹槽71内压缩的液态天然气会对主叶轮4产生一个反向推力。
在本实施例中，由主叶轮4出口分流出的一部分液态天然气，流经主叶轮4与电机壳21、第一上磨损环5以及第一平衡环7之间的间隙，再通过进液流道212进入电机2的内腔，然后通过出液流道213，流经副叶轮8与电机壳21之间的间隙，流入增压腔26，最后通过冷却液回流通道214，回流回潜液泵进液口11，形成一个增压冷却液回路。液态天然气在回路中可以冷却电机2和润滑轴承22。其中，副叶轮8为通过出液流道213进入增压腔26的加热后的液体天然气进行加压，防止加热后的液态天然气气化形成气液混合，减少了气液混合液态天然气的通过冷却液回流通道214回流回潜液泵进液口11后，给泵的抽吸工作带来不利的影响(例如泵扬程和流量下降)。液态天然气在增压冷却液回路中的这种循环方式有效提高了潜液泵的可靠性。
本发明实施例通过在电机内增设一个与主叶轮同轴反向安装在电机主轴上且规格小于主叶轮的副叶轮，使副叶轮产生一个与主叶轮方向相反的轴向力，以抵消一部分主叶轮产生的轴向力；通过在电机口内设置一个与主叶轮间隙配合的第一平衡环，且由第一平衡环、第一上磨损环以及电机壳形成第一凹槽；由于液体天然气会通过主叶轮与电机壳、第一上磨损环和第一平衡环之间的间隙流经该第一凹槽，当主叶轮在剩余轴向力的作用下向电机方向移动时，会减小这些间隙，致使液态天然气流出第一凹槽的受限增大，主叶轮会压缩第一凹槽内的液体天然气，压缩后的液体天然气会对主叶轮产生一个与剩余轴向力方向相反的推力，以抵消剩余的轴向力，减少主叶轮因轴向力而与电机壳发生磨损的情况，增加了主叶轮的使用寿命。另外，经过副叶轮加压后的液态天然气回流到主叶轮进口，形成一个增压冷却润滑循环回路，主叶轮出口分流出一部分液体冷却电机和润滑轴承，它们流经电机然后通过副叶轮加压回到主叶轮进口侧，副叶轮补充了液体在冷却润滑循环回路中损失的能量，保证了回到主叶轮进口的液体压力高于其汽化压力，这种循环方式有效提高了泵的可靠性。
实施例二
本发明实施例提供了一种低温潜液泵，适用于输送液体天然气，参见图1，该潜液泵包括：开设有进液口11的泵壳1，安装在泵壳1内的电机2，其中，电机2包括：设有电机口211的电机壳21，通过轴承22插装在电机壳内的主轴23，同轴安装在电机壳21内且套装在主轴23外的定子24，以及与定子24配套且安装在主轴23上的转子25，主轴23首端对应进油口11的位置设有诱导轮3，主轴23首端对应诱导轮和电机口之间的位置设有主叶轮4，电机口211内设有与主叶轮4间隙配合的第一上磨损环5，泵壳1内对应主叶轮4侧壁的位置设有第一下磨损环6，第一上磨损环5、第一下磨损环6以及电机2同轴设置。
电机口211内设有与主叶轮4间隙配合的第一平衡环7，第一平衡环7同轴位于在第一上磨损环5内，第一平衡环7与第一上磨损环5以及电机壳21形成第一凹槽71，第一凹槽71开口对着主叶轮4，电机壳21上开设有至少一条连通电机口211与电机2内腔的进液流道212。
电机壳21内对应主轴23尾端的位置同轴反向安装有副叶轮8，副叶轮8的规格小于主叶轮4，电机壳21内对应副叶轮8处开设增压腔26的出液流道213，电机壳21上开设有至少一条连通增压腔26和进液口11的冷却液回流通道214。
在本实施例中，第一上磨损环5和第一下磨损环6用于防止主叶轮4与电机壳21和泵壳1之间发生磨损，在本实施例中，第一上磨损环5和第一下磨损环6可拆卸的安装在潜液泵中，便于在其磨损后能更换。
在本实施例中，副叶轮8与主叶轮4同轴反向安装在主轴23上且其规格小于主叶轮4，其产生的轴向力小于主叶轮4产生的轴向力且方向相反，可用于抵消一部分主叶轮4产生的轴向力。
在本实施例中，主叶轮4与第一上磨损环5、平衡环7以及电机壳21之间存有间隙，第一上磨损环5与主轴23之间存有间隙。液态天然气可以通过这些间隙先流经第一凹槽71，然后通过轴承22流入进液流道212。液体天然气通过进液流道212进入电机2的内腔，为电机2和主轴23提供了冷却的作用。此外，液体天然气还可以对轴承22起到润滑的作用。
在本实施例中，第一平衡环7、第一上磨损环5以及电机壳21形成第一凹槽71，液体天然气可以通过上述间隙流入、流出第一凹槽71，当主叶轮4在轴向力的作用下向电机2方向移动时，会减小这些间隙，使得第一凹槽71内的液态天然气流出速度受限增大，致使主叶轮4压缩第一凹槽71内的液态天然气。压缩后的液态天然气会产生一个与该轴向力方向相反的推力，该推力随着主叶轮4压缩液态天然气而增大，直至与该轴向力相等，此时，主叶轮4在压缩液态天然气产生的推力和轴向力的作用下达到平衡，不在向电机2方向移动。减少了主叶轮4因轴向力而与电机2发生磨损的情况，增加了主叶轮4的使用寿命。
在实际应用中，如果副叶轮8和主叶轮4规格一样，则理论上是可以完全消除主叶轮4所受的轴向力，但实际制造时是难以做出两个完全一样的叶轮的。同时，即使主叶轮4和副叶轮8完全一样，在潜液泵启动时，由于主叶轮4先接触到液态天然气，使得主叶轮4还是会受到轴向力的作用，故需要安装第一平衡环7，第一平衡环7所起的作用如上文所述，主叶轮4在受到轴向力作用向电机2运动时，第一凹槽71内压缩的液态天然气会对主叶轮4产生一个反向推力。
具体地，增压腔26内对应副叶轮8侧壁位置设置的第二上磨损环9和增压腔26内设置的与副叶轮8间隙配合的第二下磨损环10，第二上磨损环9、第二下磨损环10以及电机2同轴设置。
在本实施例中，第二上磨损环9和第二下磨损环10与第一上磨损环5和第一下磨损环6起的作用类似，第二上磨损环9和第二下磨损环10是防止副叶轮8与电机壳21之间产生磨损，且第二上磨损环9和第二下磨损环10可拆卸的安装在电机壳21上，便于在其磨损后能更换。第二上磨损环9和第二下磨损环10都使用耐磨的材料制作，其硬度比泵壳1和主叶轮4的硬度低50HB以上，以上数据仅为举例，并不作为对本发明的限制。
进一步地，该潜液泵还包括：安装在增压腔26内与副叶轮8间隙配合的第二平衡环11，第二平衡环11同轴位于第二下磨损环10内，第二平衡环11、第二下磨损环10以及电机壳21形成第二凹槽111，第二凹槽111的开口对着副叶轮8。
在本实施例中，副叶轮8与第二下磨损环10、第二平衡环11以及电机壳21之间存有间隙，第二平衡环11与主轴23之间存有间隙。流经电机2的内腔的液态天然气可以通过出液流道213流经第二凹槽111进入增压腔26内。且第二平衡环11使用耐低温材质制作，便于在液体天然气的环境下工作。
在本实施例中，第二平衡环11所起的作用与第一平衡环7所起的作用类似，当由于特殊原因使得副叶轮8向转子25方向移动时(由于副叶轮8规格比主叶轮4规格小，其产生的轴向力也会小于主叶轮4所产生的轴向力，故一般情况下不会出现副叶轮8向转子25方向移动的情况)，副叶轮8压缩第二凹槽111内的液体天然气，压缩后的液体天然气会对副叶轮8产生一个反向推力，阻止副叶轮8向转子25方向移动，防止副叶轮8与电机壳21发生磨损。
在实际应用中，可以根据实际设计需求选择是否安装第二平衡环11。
具体地，副叶轮8的直径小于主叶轮4的直径。
在本实施例中，副叶轮8的规格小于主叶轮4，考虑到副叶轮8安装在电机2内，且电机2内空间有限，故优选直径小于主叶轮4的副叶轮8，使得副叶轮8所产生的轴向力小于主叶轮4。
进一步地，副叶轮8可以为离心式叶轮。
在本实施例中，主叶轮4与副叶轮8都可以为离心式叶轮，且都选用耐低温材质制作，以便适应液体天然气的工作环境。
在本实施例中，由主叶轮4出口分流出的一部分液态天然气，流经主叶轮4与电机壳21、第一上磨损环5以及第一平衡环7之间的间隙，再通过进液流道212进入电机2的内腔，然后通过出液流道213，流经副叶轮8与第二平衡环11、第二下磨损环10以及电机壳21之间的间隙，流入增压腔26，最后通过冷却液回流通道214，回流回潜液泵进液口11，形成一个增压冷却液回路。液态天然气在回路中可以冷却电机2和润滑轴承22。其中，副叶轮8为通过出液流道213进入增压腔26的加热后的液体天然气进行加压，防止加热后的液态天然气气化形成气液混合，减少了气液混合液态天然气的通过冷却液回流通道214回流回潜液泵进液口11后，给泵的抽吸工作带来不利的影响(例如泵扬程和流量下降)。液态天然气在增压冷却液回路中的这种循环方式有效提高了潜液泵的可靠性。
下面结合图2简要说明低温潜液泵的主叶轮平衡工作原理：
当低温潜液泵开始抽吸液态天然气时，液态天然气在诱导轮3的引导下，通过进液口11进入潜液泵，进入潜液泵后有一小部分通过主叶轮4与第一上磨损环5、平衡环7以及电机壳21之间存有间隙，以及第一平衡环7与主轴23之间存有间隙，流经第一凹槽71，然后通过轴承22流入进液流道212内；通过进液流道212的液态天然气进入电机2内腔，对电机2起到冷却的效果，且能对轴承22起润滑作用；流经电机2内腔的液态天然气会经出液流道213、副叶轮8与第二下磨损环10、第二平衡环11以及电机壳21之间存有间隙以及第二平衡环11与主轴23之间存有间隙流入增压腔26；进入增压腔26的液体天然气经过对电机2的散热后，由于吸收热量容易发生气化，形成气液混合，气液混合的液态天然气不利于潜液泵的抽取工作(气液混合会造成潜液泵的扬程和流量下降)，而副叶轮8为进入增压腔26的液态天然气增压，防止液态天然气气化；经副叶轮8增压后的液态天然气通过冷却液回流通道214回流回潜液泵进液口11。
由于副叶轮8比主叶轮4的规格小，副叶轮8所产生的轴向力只能抵消一部分主叶轮4产生的轴向力，主叶轮4在剩余轴向力的作用下向电机2方向运动，在主叶轮4运动的过程中，会减小主叶轮4与第一平衡环7、第一上磨损环5以及电机壳21之间的间隙，液态天然气是通过这些间隙流入、流出第一凹槽71的，当这些间隙减小时，液态天然气流出第一凹槽71受限增大，流出减缓，主叶轮4会压缩第一凹槽71内的液态天然气，压缩后的液态天然气会对主叶轮4产生一个与剩余轴向力反向的推力，主叶轮4在推力的作用下停止运动，实现主叶轮4轴向力平衡的目的。
本发明实施例通过在电机内增设一个与主叶轮同轴反向安装在电机主轴上且规格小于主叶轮的副叶轮，使副叶轮产生一个与主叶轮方向相反的轴向力，以抵消一部分主叶轮产生的轴向力；通过在电机口内设置一个与主叶轮间隙配合的第一平衡环，且由第一平衡环、第一上磨损环以及电机壳形成第一凹槽；由于液体天然气会通过主叶轮与电机壳、第一上磨损环和第一平衡环之间的间隙流经该第一凹槽，当主叶轮在剩余轴向力的作用下向电机方向移动时，会减小这些间隙，致使液态天然气流出第一凹槽的受限增大，主叶轮会压缩第一凹槽内的液体天然气，压缩后的液体天然气会对主叶轮产生一个与剩余轴向力方向相反的推力，以抵消剩余的轴向力，减少主叶轮因轴向力而与电机壳发生磨损的情况，增加了主叶轮的使用寿命。另外，经过副叶轮加压后的液态天然气回流到主叶轮进口，形成一个增压冷却润滑循环回路，主叶轮出口分流出一部分液体冷却电机和润滑轴承，它们流经电机然后通过副叶轮加压回到主叶轮进口侧，副叶轮补充了液体在冷却润滑循环回路中损失的能量，保证了回到主叶轮进口的液体压力高于其汽化压力，这种循环方式有效提高了泵的可靠性。
实施例三
本发明实施例提供了一种用于低温潜液泵的电机，适用于为前文所述的潜液泵的主叶轮4提供动力，参见图2，该电机包括：设有电机口211的电机壳21，通过轴承22插装在电机壳内的主轴23，同轴安装在电机壳21内且套装在主轴23外的定子24，以及与定子24配套且安装在主轴23上的转子25，电机口211内设有与主叶轮4间隙配合的第一上磨损环5。
电机口211内设有与主叶轮4间隙配合的第一平衡环7，第一平衡环7同轴位于在第一上磨损环5内，第一平衡环7与第一上磨损环5以及电机壳21形成第一凹槽71，第一凹槽71开口对着主叶轮4，电机壳21上开设有至少一条连通电机口211与电机内腔的进液流道212。
电机壳21内对应主轴23尾端的位置同轴反向安装有副叶轮8，副叶轮8的规格小于主叶轮4，电机壳21内对应副叶轮8处开设增压腔26的出液流道213，电机壳21上开设有至少一条连通增压腔26和进液口11的冷却液回流通道214。
在本实施例中，副叶轮8与主叶轮4同轴反向安装在主轴23上且其规格小于主叶轮4，其产生的轴向力小于主叶轮4产生的轴向力且方向相反，可用于抵消一部分主叶轮4产生的轴向力。
在本实施例中，主叶轮4与第一上磨损环5、平衡环7以及电机壳21之间存有间隙，第一上磨损环5与主轴23之间存有间隙，液态天然气可通过这些间隙和轴承22的空隙流入进液流道212；液体天然气通过进液流道212进入电机的内腔，为电机和主轴23提供了冷却的作用。此外，液体天然气还可以对轴承22起到润滑的作用。
具体地，第一平衡环7、第一上磨损环5以及电机壳21形成第一凹槽71，液体天然气可以通过上述间隙流入、流出第一凹槽71，当主叶轮4在轴向力的作用下向电机方向移动时，会减小这些间隙，使得第一凹槽71内的液态天然气流出速度受限增大，致使主叶轮4压缩第一凹槽71内的液态天然气。压缩后的液态天然气会产生一个与该轴向力方向相反的推力，该推力随着主叶轮4压缩液态天然气而增大，直至与该轴向力相等，此时，主叶轮4在压缩液态天然气产生的推力和轴向力的作用下达到平衡，不在向电机方向移动。减少了主叶轮4因轴向力而与电机发生磨损的情况，增加了主叶轮4的使用寿命。
在实际应用中，如果副叶轮8和主叶轮4规格一样，则理论上是可以完全消除主叶轮4所受的轴向力，但实际制造时是难以做出两个完全一样的叶轮的。同时，即使主叶轮4和副叶轮8完全一样，在潜液泵启动时，由于主叶轮4先接触到液态天然气，使得主叶轮4还是会受到轴向力的作用，故需要安装第一平衡环7，第一平衡环7所起的作用如上文所述，主叶轮4在受到轴向力作用向电机运动时，第一凹槽71内压缩的液态天然气会对主叶轮4产生一个反向推力。
在本实施例中，由主叶轮4出口分流出的一部分液态天然气，流经主叶轮4与电机壳21、第一上磨损环5以及第一平衡环7之间的间隙，再通过进液流道212进入电机2的内腔，然后通过出液流道213，流经副叶轮8与电机壳21之间的间隙，流入增压腔26，最后通过冷却液回流通道214，回流回潜液泵进液口11，形成一个增压冷却液回路。液态天然气在回路中可以冷却电机2和润滑轴承22。其中，副叶轮8为通过出液流道213进入增压腔26的加热后的液体天然气进行加压，防止加热后的液态天然气气化形成气液混合，减少了气液混合液态天然气的通过冷却液回流通道214回流回潜液泵进液口11后，给泵的抽吸工作带来不利的影响(例如泵扬程和流量下降)。液态天然气在增压冷却液回路中的这种循环方式有效提高了潜液泵的可靠性。
本发明实施例通过在电机内增设一个与主叶轮同轴反向安装在电机主轴上且规格小于主叶轮的副叶轮，使副叶轮产生一个与主叶轮方向相反的轴向力，以抵消一部分主叶轮产生的轴向力；通过在电机口内设置一个与主叶轮间隙配合的第一平衡环，且由第一平衡环、第一上磨损环以及电机壳形成第一凹槽；由于液体天然气会通过主叶轮与电机壳、第一上磨损环和第一平衡环之间的间隙流经该第一凹槽，当主叶轮在剩余轴向力的作用下向电机方向移动时，会减小这些间隙，致使液态天然气流出第一凹槽的受限增大，主叶轮会压缩第一凹槽内的液体天然气，压缩后的液体天然气会对主叶轮产生一个与剩余轴向力方向相反的推力，以抵消剩余的轴向力，减少主叶轮因轴向力而与电机壳发生磨损的情况，增加了主叶轮的使用寿命。另外，经过副叶轮加压后的液态天然气回流到主叶轮进口，形成一个增压冷却润滑循环回路，主叶轮出口分流出一部分液体冷却电机和润滑轴承，它们流经电机然后通过副叶轮加压回到主叶轮进口侧，副叶轮补充了液体在冷却润滑循环回路中损失的能量，保证了回到主叶轮进口的液体压力高于其汽化压力，这种循环方式有效提高了泵的可靠性。
实施例四
本发明实施例提供了一种用于低温潜液泵的电机，适用于为前文所述的潜液泵的主叶轮4提供动力，参见图2，该电机包括：设有电机口211的电机壳21，通过轴承22插装在电机壳内的主轴23，同轴安装在电机壳21内且套装在主轴23外的定子24，以及与定子24配套且安装在主轴23上的转子25，电机口211内设有与主叶轮4间隙配合的第一上磨损环5。
电机口211内设有与主叶轮4间隙配合的第一平衡环7，第一平衡环7同轴位于在第一上磨损环5内，第一平衡环7与第一上磨损环5以及电机壳21形成第一凹槽71，第一凹槽71开口对着主叶轮4，电机壳21上开设有至少一条连通电机口211与电机2内腔的进液流道212。
电机壳21内对应主轴23尾端的位置同轴反向安装有副叶轮8，副叶轮8的规格小于主叶轮4，电机壳21内对应副叶轮8处开设增压腔26的出液流道213，电机壳21上开设有至少一条连通增压腔26和进液口11的冷却液回流通道214。
在本实施例中，容易知道主叶轮4与第一上磨损环5、平衡环7以及电机壳21之间存有间隙，第一上磨损环5与主轴23之间存有间隙。液态天然气可以通过这些间隙先流经第一凹槽71，然后通过轴承22流入进液流道212。
在本实施例中，第一平衡环7、第一上磨损环5以及电机壳21形成第一凹槽71，液体天然气可以通过上述间隙流入、流出第一凹槽71，当主叶轮4在轴向力的作用下向电机方向移动时，会减小这些间隙，使得第一凹槽71内的液态天然气流出速度受限增大，致使主叶轮4压缩第一凹槽71内的液态天然气。压缩后的液态天然气会产生一个与该轴向力方向相反的推力，该推力随着主叶轮4压缩液态天然气而增大，直至与该轴向力相等，此时，主叶轮4在压缩液态天然气产生的推力和轴向力的作用下达到平衡，不在向电机方向移动。减少了主叶轮4因轴向力而与电机发生磨损的情况，增加了主叶轮4的使用寿命。
在实际应用中，如果副叶轮8和主叶轮4规格一样，则理论上是可以完全消除主叶轮4所受的轴向力，但实际制造时是难以做出两个完全一样的叶轮的。同时，即使主叶轮4和副叶轮8完全一样，在潜液泵启动时，由于主叶轮4先接触到液态天然气，使得主叶轮4还是会受到轴向力的作用，故需要安装第一平衡环7，第一平衡环7所起的作用如上文所述，主叶轮4在受到轴向力作用向电机运动时，第一凹槽71内压缩的液态天然气会对主叶轮4产生一个反向推力。
具体地，增压腔26内对应副叶轮8侧壁位置设置的第二上磨损环9和增压腔26内设置的与副叶轮8间隙配合的第二下磨损环10，第二上磨损环9、第二下磨损环10以及电机同轴设置。
在本实施例中，第二上磨损环9和第二下磨损环10是防止副叶轮8与电机壳21之间产生磨损，且第二上磨损环9和第二下磨损环10可拆卸的安装在电机壳21上，便于在其磨损后能更换。第二上磨损环9和第二下磨损环10都使用耐磨的材料制作，其硬度比泵壳1和主叶轮4的硬度低50HB以上，以上数据仅为举例，并不作为对本发明的限制。
进一步地，该电机还包括：安装在增压腔26内与副叶轮8间隙配合的第二平衡环11，第二平衡环11同轴位于第二下磨损环10内，第二平衡环11、第二下磨损环10以及电机壳21形成第二凹槽111，第二凹槽111的开口对着副叶轮8。
在本实施例中，副叶轮8与第二下磨损环10、第二平衡环11以及电机壳21之间存有间隙，第二平衡环11与主轴23之间存有间隙。流经电机的内腔的液态天然气可以通过出液流道213流经第二凹槽111进入增压腔26内。且第二平衡环11使用耐低温材质制作，便于在液体天然气的环境下工作。
在本实施例中，第二平衡环11所起的作用与第一平衡环7所起的作用类似，当由于特殊原因使得副叶轮8向转子25方向移动时(由于副叶轮8规格比主叶轮4规格小，其产生的轴向力也会小于主叶轮4所产生的轴向力，故一般情况下不会出现副叶轮8向转子25方向移动的情况)，副叶轮8压缩第二凹槽111内的液体天然气，压缩后的液体天然气会对副叶轮8产生一个反向推力，阻止副叶轮8向转子25方向移动，防止副叶轮8与电机壳21发生磨损。
在实际应用中，可以根据实际设计需求选择是否安装第二平衡环11。
具体地，副叶轮8的直径小于主叶轮4的直径。
在本实施例中，副叶轮8的规格小于主叶轮4，考虑到副叶轮8安装在电机内，且电机内空间有限，故优选直径小于主叶轮4的副叶轮8，使得副叶轮8所产生的轴向力小于主叶轮4。
进一步地，副叶轮8可以为离心式叶轮。
在本实施例中，主叶轮4与副叶轮8都可以为离心式叶轮，且都选用耐低温材质制作，以便适应液体天然气的工作环境。
在本实施例中，由主叶轮4出口分流出的一部分液态天然气，流经主叶轮4与电机壳21、第一上磨损环5以及第一平衡环7之间的间隙，再通过进液流道212进入电机2的内腔，然后通过出液流道213，流经副叶轮8与第二平衡环11、第二下磨损环10以及电机壳21之间的间隙，流入增压腔26，最后通过冷却液回流通道214，回流回潜液泵进液口11，形成一个增压冷却液回路。液态天然气在回路中可以冷却电机2和润滑轴承22。其中，副叶轮8为通过出液流道213进入增压腔26的加热后的液体天然气进行加压，防止加热后的液态天然气气化形成气液混合，减少了气液混合液态天然气的通过冷却液回流通道214回流回潜液泵进液口11后，给泵的抽吸工作带来不利的影响(例如泵扬程和流量下降)。液态天然气在增压冷却液回路中的这种循环方式有效提高了潜液泵的可靠性。
具体地，该电机的工作原理在上述实施例二中已详细说明，这里不在赘述。
本发明实施例通过在电机内增设一个与主叶轮同轴反向安装在电机主轴上且规格小于主叶轮的副叶轮，使副叶轮产生一个与主叶轮方向相反的轴向力，以抵消一部分主叶轮产生的轴向力；通过在电机口内设置一个与主叶轮间隙配合的第一平衡环，且由第一平衡环、第一上磨损环以及电机壳形成第一凹槽；由于液体天然气会通过主叶轮与电机壳、第一上磨损环和第一平衡环之间的间隙流经该第一凹槽，当主叶轮在剩余轴向力的作用下向电机方向移动时，会减小这些间隙，致使液态天然气流出第一凹槽的受限增大，主叶轮会压缩第一凹槽内的液体天然气，压缩后的液体天然气会对主叶轮产生一个与剩余轴向力方向相反的推力，以抵消剩余的轴向力，减少主叶轮因轴向力而与电机壳发生磨损的情况，增加了主叶轮的使用寿命。另外，经过副叶轮加压后的液态天然气回流到主叶轮进口，形成一个增压冷却润滑循环回路，主叶轮出口分流出一部分液体冷却电机和润滑轴承，它们流经电机然后通过副叶轮加压回到主叶轮进口侧，副叶轮补充了液体在冷却润滑循环回路中损失的能量，保证了回到主叶轮进口的液体压力高于其汽化压力，这种循环方式有效提高了泵的可靠性。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低温潜液泵，适用于输送液体天然气，所述潜液泵包括：开设有进液口(11)的泵壳(1)，安装在所述泵壳(1)内的电机(2)，其中，所述电机(2)包括：设有电机口(211)的电机壳(21)，通过轴承(22)插装在所述电机壳(21)内的主轴(23)，同轴安装在所述电机壳(21)内且套装在所述主轴(23)外的定子(24)，以及与所述定子(24)配套且安装在所述主轴(23)上的转子(25)，所述主轴(23)首端对应所述进液口(11)的位置设有诱导轮(3)，所述主轴(23)首端对应所述诱导轮(3)和所述电机口(211)之间的位置设有主叶轮(4)，所述电机口(211)内设有与所述主叶轮(4)间隙配合的第一上磨损环(5)，所述泵壳(1)内对应所述主叶轮(4)侧壁的位置设有第一下磨损环(6)，所述第一上磨损环(5)、所述第一下磨损环(6)以及所述电机(2)同轴设置，
其特征在于，所述电机口(211)内设有与所述主叶轮(4)间隙配合的第一平衡环(7)，所述第一平衡环(7)同轴位于在所述第一上磨损环(5)内，所述第一平衡环(7)与所述第一上磨损环(5)以及所述电机壳(21)形成第一凹槽(71)，所述第一凹槽(71)开口对着所述主叶轮(4)，所述电机壳(21)上开设有至少一条连通所述电机口(211)与所述电机(2)内腔的进液流道(212)，
所述电机壳(21)内对应所述主轴(23)尾端的位置同轴反向安装有副叶轮(8)，所述副叶轮(8)的规格小于所述主叶轮(4)，所述电机壳(21)内对应所述副叶轮(8)处开设增压腔(26)，所述电机壳(21)上开设有至少一条连通所述电机(2)内腔与所述增压腔(26)的出液流道(213)，所述电机壳(21)上开设有至少一条连通所述增压腔(26)和所述进液口(11)的冷却液回流通道(214)。
2.根据权利要求1所述的潜液泵，其特征在于，所述增压腔(26)内对应所述副叶轮(8)侧壁位置设置的第二上磨损环(9)和所述增压腔(26)内设置的与所述副叶轮(8)间隙配合的第二下磨损环(10)，所述第二上磨损环(9)、所述第二下磨损环(10)以及所述电机(2)同轴设置。
3.根据权利要求2所述的潜液泵，其特征在于，所述潜液泵还包括：安装在所述增压腔(26)内与所述副叶轮(8)间隙配合的第二平衡环(11)，所述第二平衡环(11)同轴位于所述第二下磨损环(10)内，所述第二平衡环(11)、第二下磨损环(10)以及所述电机壳(21)形成第二凹槽(111)，所述第二凹槽(111)的开口对着所述副叶轮(8)。
4.根据权利要求1所述的潜液泵，其特征在于，所述副叶轮(8)的直径小于所述主叶轮(4)的直径。
5.根据权利要求1-4任一项所述的潜液泵，其特征在于，所述副叶轮(8)为离心式叶轮。
6.一种用于低温潜液泵的电机，适用于为权利要求1所述潜液泵的主叶轮(4)提供动力，所述电机包括：设有电机口(211)的电机壳(21)，通过轴承(22)插装在所述电机壳(21)内的主轴(23)，同轴安装在所述电机壳(21)内且套装在所述主轴(23)外的定子(24)，以及与所述定子(24)配套且安装在所述主轴(23)上的转子(25)，所述电机口(211)内设有与所述主叶轮(4)间隙配合的第一上磨损环(5)，
其特征在于，所述电机口(211)内设有与所述主叶轮(4)间隙配合的第一平衡环(7)，所述第一平衡环(7)同轴位于在所述第一上磨损环(5)内，所述第一平衡环(7)与所述第一上磨损环(5)以及所述电机壳(21)形成第一凹槽(71)，所述第一凹槽(71)开口对着所述主叶轮(4)，所述电机壳(21)上开设有至少一条连通所述电机口(211)与所述电机(2)内腔的进液流道(212)，
所述电机壳(21)内对应所述主轴(23)尾端的位置同轴反向安装有副叶轮(8)，所述副叶轮(8)的规格小于所述主叶轮(4)，所述电机壳(21)内对应所述副叶轮(8)处开设增压腔(26)，所述电机壳(21)上开设有至少一条连通所述电机(2)内腔与所述增压腔(26)的出液流道(213)，所述电机壳(21)上开设有至少一条连通所述增压腔(26)和所述进液口(11)的冷却液回流通道(214)。
7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述增压腔(26)内对应所述副叶轮(8)侧壁位置设置的第二上磨损环(9)和所述增压腔(26)内设置的与所述副叶轮(8)间隙配合的第二下磨损环(10)，所述第二上磨损环(9)、所述第二下磨损环(10)以及所述电机(2)同轴设置。
8.根据权利要求7所述的电机，其特征在于，所述电机还包括：安装在所述增压腔(26)内与所述副叶轮(8)间隙配合的第二平衡环(11)，所述第二平衡环(11)同轴位于所述第二下磨损环(10)内，所述第二平衡环(11)、第二下磨损环(10)以及所述电机壳(21)形成第二凹槽(111)，所述第二凹槽(111)的开口对着所述副叶轮(8)。
9.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述副叶轮(8)的直径小于所述主叶轮(4)的直径。
10.根据权利要求6-9任一项所述电机，其特征在于，所述副叶轮(8)为离心式叶轮。
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