CN106286320A - 利用空气顶托原理防水密封的潜水泵结构及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种利用空气顶托原理防水密封的潜水泵结构及其使用方法，有由转子(2)与定子(1)构成的电机并通过其转轴(6)拖动的液泵(9)；其特征在于：至少是让转子(2)被窄型金属密封隔离(4)以立体形式包围着，或者，至少是让转子(2)与定子(1)两者被宽型金属密封隔离(5)以立体形式包围着，并且，在窄型金属密封隔离(4)或宽型金属密封隔离(5)呈倒锥形的底部设置了电机轴封(7)以及充气嘴机构(P)；所述的窄型金属密封隔离(4)或宽型金属密封隔离(5)涉及到的所有拼接缝隙都是通过不可拆卸的焊接工艺来实现连接的。——它在水下一次性的工作与闲置的累计时间远远多于现有技术(取决于电机的寿命)，这就为它可以成为潜水泵的换代产品创造了条件。其结构也适用于普通水泵采用。

Description

利用空气顶托原理防水密封的潜水泵结构及其使用方法

技术领域

本发明涉及利用空气顶托原理防水密封的潜水泵结构及其使用方法。

背景技术

目前，各种规格与型号不同的潜水泵层出不穷，是用途相当广泛而成熟的一种动力设备，其不足在于：潜水泵在水下主要依靠其密封结构(由高分子柔性材料制成的各种规格的密封圈来充当)来抵御外界水体对于潜水泵拖动电机内部的渗入。

为此，人们使用潜水泵作业时，一般的维护间隔时间不会太长(少则个把月而多则难以超过一年——潜水深度越大则潜水泵的维护间隔时间越短)，只要使用后，就必须定期地将它提出水面维护(不是坏损维修)，让已经进入潜水泵电机内部的渗水有机会被人为地及时清除，以避免电机转子触及不断增多的渗水而造成整个电机坏损。——小型潜水泵这样地反复许多次上岸维护除水尚能允许，可中型、甚至大型潜水泵这样经常性地离水上岸维护除水，就有麻烦了，甚至会有大麻烦以至于难以正常地使用它，例如：几万或几十万甚至上百万瓦的中型或大型潜水泵就难以进入或根本就不能够进入常规的产品使用阶段；究其原因就是在于：机型越大，潜水越深，“上岸维护除水”就越难，越频繁。

造成上述使用状况、主要是造成维护间隔时间不长的原因，就是现有技术的潜水泵防水密封结构，即关键的防水密封环在设计上绝对无法做到：阻止空气分子或水分子从中穿越的程度，即：外界的水分子穿越防水密封环挤进潜水泵内，而将潜水泵内原有的空气分再强行穿越防水密封环被挤出潜水泵，显然：上述的防水密封环仅仅起到了延缓空气分子与水分子穿越自己的时间而已，因而就难以做到：

让潜水泵一直在水下使用，停机之后仍然置于水下，之后再次在水下使用，又再次置于水下，……，直到构成该潜水泵的液泵或拖动电机二者之一(相比之下电机最易于坏损)自己经过长期工作磨损之后造成坏损而停机。——即：难以做到让潜水泵一直在水下的环境中“终其一生”。

发明内容

本发明之目的：

就是为了在潜水泵的密封环节中，颠覆人们一直以来采用的高分子密封材料设计的密封圈元件及其配用结构来实施防水密封，而采用了利用空气顶托原理设计的密封结构(方法)来实施防水密封，以此来解决能够在水下“终其一生”的问题，即不存在需要将潜水泵提上岸拆卸维护(不是维修)除水的问题。

为了实现本发明上述之目的，拟可以采用以下的技术方案：

本发明包括：常规结构形式的由转子与嵌入绕组的定子二者构成的拖动电机通过它的转轴带动的液泵；其特征在于：

至少是让转子被窄型金属密封隔离以立体形式包围着，或者，至少是让转子与定子两者被宽型金属密封隔离以立体形式包围着，并且，在窄型金属密封隔离或宽型金属密封隔离的底部设置了电机轴封以及设置了充气嘴机构；——由充气连管连接的充气嘴机构应该视为包括了：该充气嘴机构本身或再加上辅助的也是与充气连管接通的充气压力显示装置接口，前者可与诸如自行车内胎上设置的充气嘴相似，后者可与篮球上设置的用于针式充气方式的接口相似(对篮球充气与放气均可)；

所述的窄型金属密封隔离或宽型金属密封隔离涉及到的所有拼接缝隙都是通过不可拆卸的焊接工艺来实现连接的；

所述的该转子与该定子二者之间的缝隙也属于由窄型金属密封隔离隔离的部分，而该局部的隔离部分采用薄型非导磁材料来充当，并且，该窄型金属密封隔离局部与该定子的内环圆周部位处于紧配合状态。

所述的窄型金属密封隔离或宽型金属密封隔离是通过可拆卸的螺丝紧固件与液泵进行有间隙定位的；

或者：

所述的窄型金属密封隔离或宽型金属密封隔离是通过不可拆卸的焊接工艺来实现与液泵进行无间隙定位的。

本发明的使用方法，即使用前的准备工作如下：

必须通过充气嘴机构对潜水泵内部充气，其充气压力大于或等于潜水泵欲潜入水深的水压力即可，之后，就能够将潜水泵放入水下并通电让它启动工作。

本发明的特点：

一.由于本发明在结构上可以通过设置的充气嘴机构对潜水泵内部充气(例如：采用最简单的手动打气筒充气增压)，以确保在一定的潜水深度中工作的潜水泵能够以气体顶托的方式抵御具有一定压力的外界水体的渗入，这就为满足了潜水泵第一个防水密封要求，即为绝对地实现了潜水泵内部压力大于或等于外界水体压力创造了条件。——现有技术的致命缺陷在于：在潜水泵内部压力低于或远远低于外界水体压力的前提下，还是仅仅依靠流体分子能够穿透的高分子柔性防水密封元件的强力而无效的抵御来进行短期内的暂时密封。

二.由于本发明在结构上至少对电机转子形成了能够阻止流体分子穿越层面上的“全密封型”且以立体包围形式存在的纯金属密封隔离屏蔽腔体，其中的电机转轴从该屏蔽腔体底部穿越常规的轴封位置对液泵输出旋转动力，这就为满足了潜水泵第二个防水密封要求，即为绝对地确保了该屏蔽腔体内的空气分子无法从其底部以外的任何部位有机会或有可能泄漏创造了条件。——现有技术的致命缺陷在于：绝对地存在上述空气以分子的量级的对外界泄漏的问题，尽管其速率很缓慢。

三.由于本发明所述的空气顶托水体的机理能够在潜水泵的防水密封结构中成立，这就为本发明能够在根本不需要在干燥的地方通过上岸拆卸维护解决水渗漏进潜水泵内部的前提下，而让潜水泵一直处于水下环境中也能够实现上述“终其一生”的问题创造了条件。——进而为实现制造大功率或超大功率潜水泵(例如：制造上万瓦或几十万瓦的潜水泵——然而不需要定期上岸拆卸进行主要是清理渗水的正常维护)创造了条件。

四.由于本发明中没有采用现有技术中常规意义上的密封元件实体及其配用的结构，总体上必将引起潜水泵的结构简化，然而，其防水密封性能却远远超越了现有技术，达到了绝对密封的程度，这就为本发明至少能够成为现有技术潜水泵的换代产品创造了条件。——现有技术的致命缺陷在于：它所设置的密封元件实体及其结构无法限制气体分子或液体分子的穿透，仅仅达到穿透速率减缓之目的，因此，现有技术潜水泵定期上岸拆卸维护(不是维修——主要是清除渗水任务)工作是不可避免的。

附图说明

图示意了一种设置了金属密封隔离屏蔽的本发明的结构实施例。

1：嵌入绕组的电机定子；2：电机转子；3：电机轴承；4：窄型金属密封隔离屏蔽；5：宽型金属密封隔离屏蔽；6：电机转轴；7：电机轴封或设置该轴封的位置；8：排液管接口；9：液泵(例如：常用的叶片型)；10：螺丝；11：进液管接口；12：充气连管；P：通过充气连管连接的充气嘴机构；K：与充气连管接通的压力显示装置(例如：压力表)接口。

具体实施方式

本发明核心概况：为了避免电机转子2与渗入潜水泵内部积少成多的外界水体接触而最终损坏了电机，至少是对电机转子形成了立体包围性质的金属密封隔离屏蔽腔体，而且，只有该电机转子2的转轴6，通过轴封位置7对液泵9输出旋转力，显然，外界的水体若欲进入该金属密封隔离屏蔽形成的腔体(内腔)并与电机转子2接触，则只有沿着转轴6向上穿越轴封位置7才能够进入，然而，只要该隔离屏蔽腔体中的空气压力足够大，是完全能够由上向下顶托住(阻止)外界水体穿越上述间隙极小的轴封位置7而进入该隔离屏蔽腔体中的。

根据以上的扼要说明以及附图的示意，应该基本上可以理解了本发明的机理，以下再对本发明技术实施时的相关关键具体问题再作如下进一步的说明：

一.本发明的窄型金属密封隔离屏蔽4或宽型金属密封隔离屏蔽5的成型问题：在窄型金属密封隔离屏蔽4中，其电机定子1与电机转子2之间设置了由薄型(例如：其厚度可取0.1毫米)非导磁材料(取材于不锈钢或黄铜，等等)制成的构成该窄型金属密封隔离屏蔽4整体的局部部分；而该窄型金属密封隔离屏蔽4的其他部位可以采用厚实的材料来制取，可以取其厚度为几个毫米的量级(一般的小中型潜水泵中的厚度可采用2毫米)；而构成该窄型金属密封隔离屏蔽4不同部位之间的间隙必须采用焊接工艺来实现，而且应该严禁出现虚焊或假焊的现象(避免虚焊或假焊在技术上已经很成熟)，该窄型隔离屏蔽4的最终成型可以采用局部安装之后再实施整体焊接最后总成的办法来实现。——目的在于：让总成之后的该窄型金属密封隔离屏蔽4形成一个除了其下部电机轴封位置7(可以采用常规的轴封结构——但无法阻止水体的渗透)以外的整体型让气体分子或液体分子密均无法穿透的金属腔体，只有该金属腔体，即构成该窄型金属密封隔离屏蔽4的金属分子之间的间隙，是小于一般气体分子或液体分子的直径的。

由于电机定子1与电机转子2两者被窄型金属密封隔离屏蔽4隔离，使得相对于容易损坏的环绕了绕组的电机定子1成为可拆卸更换的，但在制造上会适当增加一些难度。

——相比之下，宽型金属密封隔离屏蔽5将电机定子1与电机定子1两者都被包围在其中，它的制造成型就简单多了，然而，使得相对于容易损坏的其电机定子1成为不可拆卸更换的，详情显而易见，详述从略。

二.本发明中涉及金属密封隔离屏蔽腔体的“全密封型”问题：

由于窄型金属密封隔离屏蔽4或宽型金属密封隔离屏蔽5均属于采用了金属密封隔离屏蔽腔体的结构问题，其特点在于：其中的拼接或连接的缝隙均由金属焊接工艺予以解决，这就必然使得拼接或连接的两者形成了“全密封型”的结构，即能够阻止气体分子或液体分子从焊接的位置中穿透。

如果，本发明中的窄型金属密封隔离屏蔽4或宽型金属密封隔离屏蔽5的某个部位是采用可拆卸的非金属橡皮一类的密封材料通过螺栓的紧固来实施密封的，那么，该隔离屏蔽腔体中的空气分子仍然会从上述柔性非金属密封材料中穿透出去的，只是其穿透速率可能会慢一些。——例如：由高分子材料制取的自行车内胎与汽车内胎一段时间不打气是不行的，显然，这是由于构成该材料的分子之间的距离过大而无法阻止气体分子从中低速率地穿越，而正是这种“穿越”，对于现有技术的防水密封结构来说形成了“致命的”要素。

如果，本发明中的窄型金属密封隔离屏蔽4或宽型金属密封隔离屏蔽5的某个部位是采用可拆卸的二个非常光滑的金属平面通过螺栓的紧固来实施密封的，那么，该隔离屏蔽腔体中的空气仍然会从上述二个非常光滑的金属平面之间穿透的(再光滑的任何平面都存在粗糙度的——其紧压的光滑缝隙无法阻止气体分子的穿透)，只是其穿透速率可能会慢一些而已。

以上二个“如果”的实例充分证明了为什么现有技术潜水泵存在着“背景技术”中所述的“难以做到”或在水下不能“终其一生”的问题。——这是由于：现有技术中在其关键部位采用的可拆卸的密封件结构(例如：高分子密封元件)无法抵御气体分子或液体分子从其密封防线中穿透的缘故。

至此，应该非常明白了，本发明就是因为采用了关键的纯金属密封腔体而实现了自己的“全密封型”，并以此来确保：纯金属密封腔体内的空气分子，在受到外界水体哪怕是强大的水体压力(潜水泵潜水越深水压力就越大)下，也是不会有：从包围它的该密封腔体的除了底部以外的部位(上部)泄漏出去的机会或可能性，这个无法泄漏流体体分子的结果，反过来就又确保了外界的高压水体也不存在：能够通过上述的具有极小间隙的电机轴封7位置而进入该纯金属密封腔体内的机会或可能性，最终就能够保证：电机转子2不可能接触到从外界渗透进来的累积水体而使电机坏损，即：形成了在潜水泵结构中利用“全密封型”纯金属密封腔体内的气体，成功而可靠地实施了“空气顶托”外界水体渗透潜水泵内部的防水密封原理。

不难看出：本发明中上述的“全密封型”纯金属密封腔体中，只有其底部允许以较小的截面积(缝隙)与外界水体进行接触，例如：具有极小间隙的电机轴封7位置以及充气嘴机构P就是位于该密封腔体的底部。——该两者均是无法阻止流体分子从中穿越的。——而该密封腔体中的其他部位，即除了底部以外的部位是不可以设置允许流体分子能够穿越的其他元件或部件的。

综上所述，本发明成功地颠覆了现有技术，即颠覆了：

现有技术中以“由柔性高分子材料制成的密封环实体元件”无法在技术要求最高的潜水泵中实现上述的能够阻止流体分子穿越的上述“全密封型”防水密封立体防线的技术。

显然，本发明结构中所形成的“空气顶托”原理，就是能够达到绝对地从阻止流体分子“穿越”的层面上形成了立体防水密封的效果。——只要不是从流体分子的层面上实现“绝对”两个字，就难免存在让潜水泵“定期上岸维护除水”的制约潜水泵技术发展的且给人们制造了很大麻烦的常规程序。

由于本发明实现了“空气顶托”原理，省略了各种密封元件及其配用的机构，在潜水泵的整体结构上必然会以崭新的且又被简化了的面貌出现。

三.本发明中的气体顶托压力平衡问题及潜水泵的潜水启动程序：

本发明中存在与上述金属密封隔离屏蔽腔体的底部通过充气连管12连接的充气嘴机构P，必要时，还可以增加利用辅助的也是与充气连管12接通的充气压力显示装置接口K，该充气嘴机构P与诸如自行车内胎上设置的充气嘴接口相似，该充气压力显示装置接口K也可以采用最简单的如篮球上的针式充气嘴接口形式；该设置的两者是专为：使用本发明前，确保潜水泵内部，即金属密封隔离屏蔽腔体内的压力大于或等于潜水泵所在水深的压力。——现有技术中不存在上述机构P与接口K。

一般可以凭经验采用手动(例如：利用打气筒如打足自行车内胎那样的程度即可达到让潜水泵潜水约几十米至百米左右的程度)或电动打气筒(最好是有压力显示的那种)或化学生气反应包等技术手段在潜水使用潜水泵前，来实现对于潜水泵内部的增压，通常增压达到大于或等于潜水泵所在水深的压力即可，例如：

潜水10米相当于一个大气压力，即：1公斤力/厘米²；

潜水100米相当于十个大气压力，即：10公斤力/厘米²；

显然，在将本发明放置在水底之前就需要测量该潜水泵需要潜入的水底深度，计算出需要增压的压力，之后，对该潜水泵在无水的前提下(岸上)实施增压程序，最后，即可将该潜水泵沉入水底并通电启动水下的潜水泵工作。

说明一点：

当让潜水泵的潜水深度不大，对潜水泵进行岸上增压程序时，可以凭经验利用人工打气筒增压，如果增压压力过高时，没有关系，潜水泵内部的压力会在一个相当长的时期内通过本发明中的电机轴封7，从其下部向外界水体中漏气，直至到达内外压力一致为止，显然，外界水体不会穿越电机轴封7进入潜水泵内部。

——至此，不难看出：设置在金属密封隔离屏蔽腔体底部的电机轴封7与转轴6之间在工作时是处于绝对的动配合状态(即便处于静止的紧配合状态)，是绝对不能够阻止流体分子穿越的，而且，哪头压力低，流体分子就会流向哪头。

当让潜水泵的潜水深度较大，对潜水泵进行岸上增压程序时，例如利用人工打气筒增压时，最好再借助于辅助的充气压力显示器装置的帮助，通过压力显示器(压力表)即可直接观察到潜水泵内部的压力数值，这于准确地完成该增压程序是有利的；尤其是将本发明用于深水使用时更需要如此。

四.本发明工作时关于可否对外界泄漏内部液体分子的问题：

如果，窄型金属密封隔离屏蔽4或宽型金属密封隔离屏蔽5(均含拖动电机结构)是通过若干个螺丝10以可拆卸的方式定位在液泵9的上部位置，此时的液泵9在运行时其内部的液体是完全可以通过可拆卸的部位(由螺丝10定位所致)，对外界泄漏液泵9内部的液体分子的。——若液泵9内部流动的液体是水，即允许水的泄漏，那么，上述的“可拆卸的方式定位”的结构对于本发明的使用，是没有什么影响的；若液泵9内部流动的液体是贵重的或极其危险的流体物质，那么，上述的“可拆卸的方式定位”的结构对于本发明的使用来说，是绝对不允许的。

如果，窄型金属密封隔离屏蔽4或宽型金属密封隔离屏蔽5(均含拖动电机结构)是通过不可拆卸的金属焊接方式定位在液泵9的上部位置，即两个部件的间隙均通过焊接工艺实现的，此时的液泵9在运行时其内部的液体分子就不可能对外界泄漏了。——这对于液泵9内部流动的液体是贵重的或极其危险的流体物质而言，在非关键部位上也采用通过焊接工艺实现的“全密封型”结构就非常必要了；否则(例如泵的是水)，就没有必要了。

综上所述：

一般来说，电机是个非常成熟的产品，只要确保其中的电机转子2始终是在空气中旋转工作的，那么，电机就非常不容易损坏。因此，将本发明中的电机转子2设置在窄型金属密封隔离屏蔽4或宽型金属密封隔离屏蔽5内也就不用担心在长时期运行之后容易发生自损的问题了。——一般的由电机拖动的耐用器械，例如：洗衣机、电冰箱与空凋器，等等，其拖动电机与出力部件的一次性不需维护的配用寿命大都在15年以上，而世界名牌则可达到30年以上。为此，属于简单产品的本发明中采用了不可拆卸的焊接工艺来实施多种衔接(使得产品不能进行拆卸维护)，不会影响被人们认可的本发明一次性使用寿命的期限。

Claims (4)

1.一种利用空气顶托原理防水密封的潜水泵结构：

包括：常规结构形式的由转子(2)与嵌入绕组的定子(1)二者构成的拖动电机通过它的转轴(6)带动的液泵(9)；

其特征在于：

至少是让转子(2)被窄型金属密封隔离(4)以立体形式包围着，或者，至少是让转子(2)与定子(1)两者被宽型金属密封隔离(5)以立体形式包围着，并且，在窄型金属密封隔离(4)或宽型金属密封隔离(5)的底部设置了电机轴封(7)以及充气嘴机构(P)；

所述的窄型金属密封隔离(4)或宽型金属密封隔离(5)涉及到的所有拼接缝隙都是通过不可拆卸的焊接工艺来实现连接的。

2.一种如权利要求1所述的利用空气顶托原理防水密封的潜水泵结构：

其特征在于：

所述的该转子(2)与该定子(1)二者之间的缝隙也属于由窄型金属密封隔离(4)隔离的部分，而该局部的隔离部分采用薄型非导磁材料来充当，并且，该窄型金属密封隔离(4)局部与该定子(1)的内环圆周部位处于紧配合状态。

3.一种如权利要求1所述的利用空气顶托原理防水密封的潜水泵结构：

其特征在于：

所述的窄型金属密封隔离(4)或宽型金属密封隔离(5)是通过可拆卸的螺丝(10)紧固件与液泵(9)进行有间隙定位的；

或者：

所述的窄型金属密封隔离(4)或宽型金属密封隔离(5)是通过不可拆卸的焊接工艺来实现与液泵(9)进行无间隙定位的。

4.一种利用空气顶托原理防水密封的潜水泵结构的使用方法，即该潜水泵结构使用前的准备工作：

其特征在于：

必须通过充气嘴机构(P)对潜水泵内部充气，其充气压力大于或等于潜水泵欲潜入水深的水压力即可，之后，就能够将潜水泵放入水下并通电让它启动工作。