CN1045845A - 具有分段防水系统的全干式潜水电泵 - Google Patents

Abstract

一种全干式潜水泵，用于给排水及农田灌溉工程。其特点是采用了分段式防水系统。在非运转阶段，用静密封装置防止水浸入电机；在运转阶段，则通过快速离合装置解除静密封装置中转动件与非转动件间的密封，通过在静密封装置包容区之内、电机轴伸处之外设置导引屏水罩、贮水室和回流装置使外界之水按规定路线泄入并流至规定部位，再被排出泵外亦不能浸入电机。其优点为：机组效率高、工作可靠、使用寿命长、易于制造生产。

Description

本发明涉及给排水及农田灌溉装置，是一种具有分段防水系统的全干式潜水电泵。

现有潜水电泵，以其内部是否充水而分为湿式、干式、半干式和充油式四种。目前，这四种泵都程度不同的存在着一些问题和缺点。如：湿式泵防水绝缘线价格贵，使用周期短，电机内部需防锈;半干式泵因为定子和转子间装有屏蔽套而加大了定转子间隙，增大了磁阻。降低了电机效率。全干式泵若防水密封能得到较好解决，其工作性能将优于其它三种泵，但，现有全干式潜水泵因密封装置结构复杂，制造与安装精度要求高，使用寿命短，磨损后不易修复等，已有被湿式泵淘汰取代之势。

本发明的目的，在于提供一种改进的全干式潜水电泵。它除了具有已往全干式潜水电泵的其它优点外，又具有防水系统工作可靠，制造、安装精度要求低。零部件使用寿命长，便于维护等一系列优点。

本发明是通过将电机的防水问题进行分段处理，即将潜水电泵在运转阶段和非运转阶段的防水问题分开对待，分阶段处理完成的。在非运转阶段采用静密封，即接触密封的措施，防止水浸入电机;在运转阶段。则采用外屏蔽法防止水浸入电机。这里所说的外屏蔽法是指这样一种方法，即，当潜水电泵开始运转时，使静密封系统的某处停止执行密封任务，而让外界水从此处通过，并按规定路线流至规定处所，然后，再用有关装置将其排出泵外。这一过程均在电机以外进行，从而，保证了电机内部始终不与水接触。

以下，结合实施例对本发明作进一步说明。

附图一是发明中分段防水系统及其与水泵进水节和电动机结合部分的轴向剖视图。

附图二是将图一放大二倍后沿A-A线的剖视图。

附图三是图二中沿B-B线的剖视图。

图一中：1为电机壳体、2为O型橡胶密封圈、3为下联轴器、4为电机轴、5为传动轴、6为普通平键、7为紧固圈、8为内防水筒、9为轴向滑动体、10为小弹簧、11为径向滑键、12为滑键压盖、13为轴承座、14为推力轴承、15为传动盘、16为密封肩、17为密封盘、18为O型橡胶密封圈、19为压紧螺母、20为进水节、21为大弹簧、22为弹簧支座、23为上联轴器、24为水泵轴、25为滤水网、26为泵接板、27为泵叶轮、28为导流壳、29为回流弯管、30为管子接头、31为盆状橡胶盘、32为橡胶垫、33为提拉角铁、34为O型橡胶密封圈、35为O型橡胶密封圈、36为回流管、37为外防水筒、38为异形橡胶套、39为弹簧座套、40为带键螺母、41为逆止阀、42为逆止阀活门、43为浮动套、44为强制开阀器、45为园柱头内六角螺钉。48为O型橡胶密封圈。

图二、图三中，除46为空心浮子，47为电缆线外，其余序号均为图一所示有关零件在不同视图中的重复标注。

从图中可看到外防水筒（37）是一个由钢制园盘与钢管焊合而成的零件。其上端通过进水节（20）与水泵部分相连，下端则通过内防水筒（8）与电机部分相连。水泵部分包括进水节、泵接板、导流壳、叶轮、泵壳、泵轴、出水节、扬水管等一系列零部件。其中除进水节要搞成象图一所示可以安装具有中开式结构的零件弹簧支座（22）的结构外，其余零部件与现有潜水泵基本上通用。电机部分除壳体端盖要加工成图一所示的具有凸缘和螺孔的结构外，其它部分的结构亦基本与现有全干式潜入电机相同。

本发明是以如下方法实现的：外防水筒（37）与内防水筒（8）、O型橡胶密封圈（2）、O型橡胶密封圈（48）、电机壳体（1）、盆状橡胶盘（31）、进水节（20）、密封盘（17）以及压紧螺母（19）、大弹簧（21）、弹簧支座（22）、O型橡胶密封圈（18）、密封肩（16）、O型橡胶密封圈（34）、传动轴（5）等一道组成了一个静密封装置。这个装置在潜水电泵不工作、不运转的情况下，能有效的阻止外界水进入电机。但，当潜水电泵工作运转时，如不采取措施，这个装置的密封防水作用则很快就会被破坏。遭受破坏的零件主要是O型橡胶密封圈（18），这主要是因为潜水电泵工作时传动轴（5）连同密封肩（16）以及O型橡胶密封圈（18）一起要做高速运转，而密封盘（17）不能转动所致。为了避免这种现象的发生，本发明尚设计有一个快速离合装置，使密封盘（17）在潜水电泵起动运转的初时里与O型橡胶密封圈（18）得以分离，而且这种分离状态，一直要保持到关泵为止，当潜水电泵切断电源停止工作后，快速离合装置又能在电动机切断电源后的初时里使密封盘（17）与O型橡胶密封圈（18）得以结合而恢复静密封状态，从而使O型橡胶密封圈（18）在潜水电泵工作运转时勉于破坏。

快速离合装置是以如下方式完成离合任务的。用于将电机产生的扭矩传递给水泵的零件传动轴（5）中部加工有一段载重螺旋，螺旋上装配有一个外侧具有凸键形状的螺母（40），该螺旋、螺母结合后具有半自锁的性质，即磨擦角与螺旋升角相等或相近。潜水电泵起动运转后，传动轴（5）作旋转运动，而带键螺母（40）由于受到径向滑键（11）的阻挡不能转动。于是，该螺母便向上运动，并相继推动轴承座（13）、推力轴承（14）、传动盘（15）、密封盘（17）上行。从而，使密封盘（17）和O型橡胶密封圈（18）得以分离。当这两者实现分离后，带键螺母（40）等零部件就不需要上行了。使这些零件停止上行则是靠轴向滑动体（9）发挥作用实现的。轴向滑动体（9）下部有一段斜面结构与径向滑键上的斜面结构相配合，其上部则与传动盘（15）固接在一起，因而，当传动盘（15）上行时，轴向滑动体（9）与传动盘（15）同步上行，于是，轴向滑动体（9）上的斜面发挥作用，推动径向滑键（11）与带键螺母（40）分离。当此二者完全脱离接触后，上述各件即不再上行。同时，由于螺旋的半自锁性以及推力轴承（14）处的磨擦阻力等因素的作用也不能下滑。此时，带键螺母（40）便开始随同传动轴（5）一起作旋转运动，直到关泵为止。当潜水电泵停止工作时，电机电源被切断，水泵中的水即刻发生倒流。这种倒流之水一方面将推动水泵叶轮连同水泵轴、传动轴等倒转;一方面将使密封盘（17）、传动盘（15）以至推力轴承（14）承受到垂直向下的冲击力作用。这种冲击力以及大弹簧（21）的推压力作用于推力轴承（14）后所产生的磨擦力将有效的阻止带键螺母随同传动轴（15）倒转，这里，阻止螺母旋转的作用只所以能够生效亦与螺旋的半自锁性有关。于是，由于传动轴（15）倒转而带键螺母（40）不转，带键螺母（40）便向下移动，直至与传动轴（15）上的轴台接触而不能再移动为止。此时，轴向滑动体（9）亦下行到原先未上行时的位置;密封盘（17）得以与O型橡胶密封圈（18）结合而恢复静密封作用;径向滑键（11）则因失去轴向滑动体（9）的约束而被小弹簧（10）推移至伸入带键螺母（40）的凹入部位或紧压在凸出的键条上，当带键螺母（40）因不能继续下移而同传动轴（15）一起倒转时，径向滑键（11）则会发挥逆止作用，使水泵同电机一起停止倒转。

由以上叙述可知，当潜水电泵工作运转时，为了使O型橡胶密封圈（18）不致损坏，密封盘（17）和O型橡胶密封圈（18）要在潜水电泵起动后的初时里脱离接触。而二者一旦脱离接触，外界的水就会源源不断的泄向电机。为了使电机内部仍不被水浸入，本发明还设计有一个由密封肩（16）、传动盘（15）、异形橡胶套（38）、内防水筒（8）构成的导引屏水罩;一个由屏水罩和外防水筒（37）构成的环状贮水室，以及一个由回流弯管（29），管子接头（30）、橡胶垫（32）、回流管（36）、逆止阀（41）等组成的回流装置，从而使问题得到妥善解决。

导引屏水罩的作用在于使下泄之水仅能从其外部表面。由上向下流入贮水室，而不能由其有关组件间的缝隙进入电机内部。导引屏水罩只所以能够起到这种作用是因为其组件内防水筒（8）、传动盘（15）均通过紧固圈（7）等将异形橡胶套（38）与之连接起来，因而，水不可能通过这些部位进入电机。至于密封肩（16）与传动盘（15）间，虽因一个是转动件，一个是静止件留有一定间隙。但水亦不可能从此处进入电机。这主要是因为密封肩（16）上有一个套状凹入部分，而传动盘（15）上的凸出部分已由下而上深深插入密封肩（16）的凹入部分，在不受外界干涉的情况下，由于水不具备由下向上流动的性质，因而下泄之水亦不可能从此间进入电机。此处应于说明的是传动盘（15）内孔部分有一段锥体结构，当水泵不工作时，这段锥形内壁与设置在密封肩上的O型橡胶密封圈（35）接触。起密封作用;而当水泵工作时，由于传动盘由下向上发生移动，此处密封的密封作用亦被解除。设置此道密封的目的主要是为了阻止水泵不工作时外界潮汽侵入电机。

贮水室的作用顾名思义就是贮存水，使水泵工作时泄下之水得以汇集和贮存，以便回流装置之抽取。其之所以能够贮水，一是具有一定空间。二是内外壁及底部均具有不透水性。

回流装置主要包括逆止回流和节流调速两部分。逆止回流部分的回流管（36）依靠管子接头（30）紧固于外防水筒（37）上，管子接头（30）上端所连接的弯回流管（29）直伸至水泵叶轮（27）吸入口附近，回流管（36）的下端安装有伸至贮水室底部的直通式逆止阀（41），逆止阀的下边则设置有强制开阀器（44），强制开阀器又通过提拉角铁（33）与密封盘相连。在水泵起动运转的初时，如前所述密封盘将向上移动，而与密封盘（17）相连接的强制开阀器（44）于是也得以上行，并将逆止阀活门（42）顶起，使逆止阀呈开通状态。这时，一方面外界水通过传动轴（5）与密封盘（17）间的环形缝隙泄入贮水室;另一方面，贮水室中的水则由于水泵叶轮转动起来后叶轮吸入口附近形成的负压作用被抽出贮水室。于是，便形成一种类似循环的状态。为了使贮水室中水的进出量基本相等。本发明还设计有一个简易节流装置。该节流装置由一个浮动套（43）和两个空心浮子（46）组成。浮动套安装于逆止阀下端，二者的结合为具有一定间隙的动配合。浮动套的两侧系有空心浮子（46），其下端面可以与强制开阀器（44）底板接触。也可以不接触而保持一定距离。当浮动套下端面与强制开阀器底板接触时，回流管路的进水载面呈最小状态，即仅浮动套与逆止阀结合处的配合间隙和浮动套与强制开阀器底板接触处的微小间隙。节流装置正是利用调控浮动套与强制开阀器底板间的间隙来达到调控回流管路中水的回流量的。当贮水室中的水位因水的回流量小于泄入量而上升时，由于浮力的作用，空心浮子即带动浮动套上升。从而使浮动套与强制开阀器底板间的距离增大、回流管路的进水截面增大、回流量增大。反之，回流量则得以减少。当贮水室中水的进入和流出量基本相等时，浮动套即停止上下移动。此时，潜水电泵即处于正常工作状态。当潜水电泵工作完毕、停止运转后，随着密封盘（17）的下行，提拉角铁（33）亦牵动强制开阀器（44）下行。从而使逆止阀（41）得以发挥逆止作用，外界的水于是便被屏蔽于密封盘（17）和逆止阀（41）之外。

以上是构成本发明各部分结构原理的叙述。应补充的一点是密封盘（17）和传动盘（15）均系往复运动件，而不能，也不许可进行旋转。使其受到约束而勉于旋转的零件主要是回流管（36），因为回流管固结于外防水筒（37）上是一个固定件，所以贯穿于回流管上的密封盘和传动盘即使受有关因素的影响也不能进行转动。其次、应说明的一点是按本发明制造的潜水电泵水泵出水节处的逆止阀不能与其它潜水泵通用或同样使用。因为本发明的这处逆止阀在停泵后既不能全部关死，也不能完全打开，以至倒流之水既能推动水泵叶轮倒转，又不致在水泵扬程过大的情况下产生消极影响。

本发明使用中的注意事项：

一、变型使用：本发明中的内防水筒上半部分内、外壁在潜水电泵径向尺寸较大的情况下可以搞成同心结构。本发明中的贮水室可按上述实施例办理，亦可作适当变动。如将其向下延伸至电机壳体外围部位的某位置或一直延伸至电机壳体以下。但，随着贮水室的向下延伸，回流装置中的回流管亦应作相应下伸，以保证其进水口始终处于贮水室底部。在某种情况下，当贮水室底部位于电机之下时，可用一微型泵替代回流装置。此外，快速离合装置中的径向滑键在有些情况下亦可用一微型电磁装置控制。

二、应用范围：本发明具有分段防水系统的全干式潜水电泵是一种立式泵，可用于一切水源有充分保证的场所。使用中，开泵与关泵之间必须有一时间间隔，即必须在水泵已经出水的情况下方可关泵。

本发明所具有的优点：

一、由于电机转子在空气中运转，且不需屏蔽套，因而机组效率较高。

二、由于防水机理的改进和相应装置的采用，因而工作可靠性高。

三、由于一系列承磨零件使用中的承磨时间极其短暂，因而使用寿命大为延长，从而方便了使用中的维护管理。

四、由于一系列零部件具有一件多能、多用的性质，因而装置结构趋于简化、趋于合理。

五、由于所含装置均系机械装置，加工工艺牵扯面小，同时，由于所含装置的制造与安装精度较一般潜水电泵使用的机械密封装置有一定程度的降低，因而，有利于生产（具有一般金加工能力的小型厂家即可进行开发生产）。

Claims (13)

1、一种用于给排水及农田灌溉工程的直立型全干式潜水电泵，由居于上部的水泵、居于中部的防水系统和居于下部的电动机组成。其特征在于：

a)、有一个由静密封装置、快速离合装置、导引屏水罩、贮水室和回流装置所组成的分段防水系统。

b)、电机壳体(1)上有安装内防水筒(8)的凸缘和螺孔。

c)、水泵进水节(20)上加工有安装弹簧支座(22)的螺孔。

d)、水泵部分的逆止阀在水泵停止工作后仅呈半闭合状态。

2、根据权利要求1所述的潜水电泵，其特征在于所说的静密封装置由以下型式构成：内防水筒（8）通过螺钉紧固于电机轴伸端的壳体之上、外防水筒（37）则通过水平方向的螺钉紧固于内防水筒（8）上、外防水筒与内防水筒、内防水筒与电机壳体的结合面上均装置有O型橡胶密封圈。外防水筒（37）是一个倒置式桶状零件，其“桶底”中部开有通孔，通孔中部装置着密封盘（17）的上半部，密封盘（17）下半部的园柱状外表面和外防水筒筒壁内表面接触。密封盘（17）可以上下滑动。传动轴（5）从密封盘中部的空心部分通过。传动轴（5）上安装有密封肩（16），两者的结合面上装置有O型橡胶密封圈（34），两者的结合为固定连接。密封肩位于密封盘之下，两者之间安装有O型橡胶密封圈（18）。密封盘的上部加工有螺纹。并安装有压紧螺母（19）。压紧螺母与密封盘间紧紧挟持着盆状橡胶盘（31）的内缘，盆状橡胶盘的外缘则被外防水筒（37）和进水节（20）所紧紧挟持。大弹簧（21）套在传动轴（5）上。两者间具有一定间隙，大弹簧下部支承于压紧螺母（19）上，上部则安装于弹簧支座（22）的沉孔之中。当潜水电泵处于非运转状态时，在大弹簧（21）所产生的推压力作用之下，密封盘（17）与密封肩（16）将O型橡胶密封圈（18）紧紧挟持。于是，静密封作用便得以产生。

3、根据权利要求，1所述的潜水电泵，其特征在于所说的快速离合装置由以下型式构成：传动轴（5）上部通过上联轴器（23）与水泵轴相连，下部则通过下联轴器（3）与电机轴相连;传动轴中部加工有载重螺旋，螺旋上安装有带键螺母（40）。带键螺母的上端面支承着轴承座（13）以及推力轴承（14），推力轴承（14）则支承着传动盘（15），并通过传动盘（15）承载着密封盘（17）以及大弹簧（21）施加于密封盘的推压力等。带键螺母（40）位于密封肩（16）之下，位于内防水筒（8）之中。内防水筒上部加工有滑槽。滑槽中装置着径向滑键（11）。径向滑键（11）上面有一紧固于内防水筒（8）之上的零件滑键压盖（12）。径向滑键的一个侧面设置有一个斜面凸台，该凸台的斜面和紧固于传动盘（15）上的零件轴向滑动体（9）的斜面相结合而组成一个斜面机构。这个斜面机构的作用是在轴向滑动体向上运动时推动径向滑键沿水平方向向外滑动。径向滑键（11）朝向外侧的一面加工有沉孔，该沉孔内装置有伸出滑键之外的小弹簧（10）。小弹簧（10）外端支承于弹簧座套（39）之上，弹簧座套（39）套于内防水筒（8）上面，靠其内壁上的台阶和滑键压盖（12）的作用得以固定。当潜水电泵工作时，随着传动轴的起动回转，带键螺母（40）受螺旋的推动及径向滑键（11）的阻挡作用向上运动，并依次推动轴承座（13）、推力轴承（14）、传动盘（15）及轴向滑动体（9）等上行，使密封盘（17）与O型橡胶密封圈（18）实现分离。当两者得以分离后，因轴向滑动体的作用，径向滑键与带键螺母脱离接触，于是，带键螺母停止上行并开始同传动轴一起作旋转运动。当潜水电泵停止工作后，在大弹簧（21）的推压力及外界水压力的作用下，上述各件依次作反向运行，密封盘（17）与O型橡胶密封圈（18）重新得以结合。

4、根据权利要求1所述的潜水电泵，其特征在于所说的导引屏水罩由以下型式构成：密封肩（16）有一个套状凹入部分，传动盘（15）上则有一个向上的套状凸出部分和一个向下的套状凸出部分，其向下的凸出部分通过异形橡胶套（38）和内防水筒（8）相连，其向上的凸出部分在潜水电泵起动后的初时因被带键螺母（40）推动上行而深深插入密封肩（16）的凹入部分。于是，当密封盘（17）和O型橡胶密封圈（18）实现分离后，下泄之水仅能沿导引屏水罩外表面由上而下流动，而不能通过仅有的一道缝隙即密封肩与传动盘结合处的缝隙进入电机，从而使下泄之水的流动受到导引，使电机受到屏蔽。

5、根据权利要求，1所述的潜水电泵，其特征在于所说的贮水室由以下型式构成：由传动盘（15）、异形橡胶套（38）、内防水筒（8）等构成的屏水罩与外防水筒（37）之间形成一不规则环状空腔，该空腔即为贮水室。

6、根据权利要求1所述的潜水电泵，其特征在于所说的回流装置包括逆止回流和节流调速两部分。其构成形式如下：回流管（36）上部有一环状凸台，回流管即靠此凸台与管子接头（30）的作用紧固于外水筒（37）的“桶底”之上。该凸台与“桶底”之间装有橡胶垫（32），以防止外界水之浸入。管子接头（30）上装有回流弯管（29），回流弯管上口直伸至水泵叶轮（27）吸入口附近。回流管（36）的下端加工有螺纹，并通过螺纹和直通式逆止阀（41）相连其下面有一强制开阀器（44）。强制开阀器由一小钢板与一小元钢组成，小元钢上部与逆止阀活门（42）相对并近乎接触，小钢板上则支承着节流调速部分的浮动套（43）。浮动套的上部套于逆止阀下端园柱体上，可沿逆止阀壳体外表面上下滑动。浮动套的两个耳柄上系有空心浮子（46）。强制开阀器通过提拉角铁（33）和密封盘（17）相连，当密封盘（17）上行时，强制开阀器与之同步上行。并将逆止阀活门（42）顶起，使逆止阀呈开通状态。贮水室中的水得以被水泵叶轮所产生的抽吸力抽走。反之，当密封盘（17）因停泵而下行时，逆止阀活门回复至关闭状态。使外界水不能由此进入电机，浮动套（43）及空心浮子（46）的作用主要是靠水对它们所产生的浮力及其本身的自重改变其轴向位置，近而改变逆止阀进水口面积、调节回流装置的回流量。

7、权利要求1或2、3、4、5所述的潜水电泵，其特征在于所说的内防水筒（8）上半部的外壁与内壁在潜水电泵径向尺寸较小时是偏心结构，反之则可为同心结构。

8、权利要求1或2、3所述的潜水电泵，其特征在于所说的传动轴（5）中部载重螺旋的螺旋升角等于或接近等于该螺旋与带键螺母（40）结合后的磨擦角。

9、权利要求1或3所述的潜水电泵，其特征在于所说的带键螺母（40）内孔有螺旋，外园柱体表面有对称设置的条状凸出键块。

10、权利要求1或3、4、5所述的潜水电泵，其特征在于所说的传动盘（15）中空部分内壁有一段锥体结构。该锥体结构在潜水电泵处于静止状态时与O型橡胶密封圈（35）相接触，形成密封。

11、权利要求1或2所述的潜水电泵，其特征在于所说的弹簧支座（22）是一个具有中开式结构的零件。

12、权利要求1或6所说的潜水电泵，其特征在于所说的回流管（36）贯穿于密封盘（17）和传动盘（15）边际的缺口之中，起阻挡密封盘与传动盘迥转的作用。

13、一种全干式潜水电泵防止水浸入电机的方法，其特征是将电机的防水分为运转和非运转两个阶段来处理。在非运转阶段采用静密封，即接触密封的措施，在运转阶段则采用外屏蔽的措施防止水浸入电机。进一步说就是在电机壳体轴伸处以外设置两道防线，第一道是处于外围的静密封装置，第二道是处于内围的导引屏水装置，当潜水电泵不工作、不运转，由静密封装置担负防水任务，而当潜水电泵工作运转时，则使静密封装置中需要迥转的零件和不需迥转的零件间的密封迅速解除，让外界水从此处通过，并利用水在重力作用下只能由上向下流动的性质使其按规定路线流至静密封装置与导引屏水装置夹层空间的某一部位而不能进入电机，然后，再用有关装置将这些泄入之水排出泵外。

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