CN109654031B - 一种止推轴承系统及高扬程多级电泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种止推轴承系统及高扬程多级电泵，其特征在于包括球面滚子轴承、深沟球轴承和角接触球轴承，采用采用球面滚子轴承承向下的受轴向推力，采用深沟球轴承主要承担径向力，采用角接触球轴承负责承受向上的轴向力。用三种不同类型轴承的巧妙组合结构,并提高实验验证,有效解决了高扬程多级提升电泵电机承受巨大轴向载荷的问题，具有承载能力大、使用寿命长、安全可靠、结构简单合理的特点，并允许提升电泵倾斜甚至水平位置运行。

Description

一种止推轴承系统及高扬程多级电泵
技术领域
本发明涉及固液两相水力提升大型流体装备领域，具体为一种用于提升粗颗粒浆体高扬程多级电泵的止推轴承系统及高扬程多级电泵。
背景技术
占地球表面49％的国际海底区域蕴藏着锰结核、富钴结壳、热液硫化物、多金属软泥等丰富的金属矿产资源，在研发的连续绳斗采矿系统、穿梭艇式采矿系统、管道提升采矿系统的三代采矿方法中，目前公认管道水力提升采矿系统最具有商业开采应用前景，该采矿方法通过竖直管道和提升电泵将海底矿物提升到水面采矿船上，将具有高扬程的多级电泵串接在竖直管道中将海底粗颗粒矿石从5千米水深的海底提升到水面，由于高扬程，要求竖直方向安装的提升电泵电机的止推轴承具有承受巨大轴向推力的能力，因此提升电泵是深海矿产资源开采系统中的核心装备和一种新用途的新泵型，电机的止推轴承系统则是提升电泵的关键部件，在未来的深海采矿中占据十分重要的地位，同时该类提升电泵亦是陆地深部矿物的开采中矿石提升的主要动力装备。
目前比较成功进行深海采矿提升电泵研制的国家只有德国,日本,中国和美国.对于提升液体的电泵可以设计成上下对称的结构,使泵上部叶轮和下部叶轮产生的轴向推力方向相反而抵消,日本研制的海洋采矿提升电泵曾按照这种思想设计研制,但该泵一直搁置在实验室,没有任何有关该泵进行实验的论文和信息,从这种泵的结构来看,不适合输送海底矿石粗颗粒浆体.美国为鹦鹉螺公司研制的隔膜式的正排量泵,属于另外一种类型的泵结构.德国的提升电泵结构和我国的提升电泵结构类似,需解决由于高扬程泵叶轮产生的数吨甚至数拾吨的轴向推力。如何解决高扬程多级电泵电机承受巨大轴向载荷的问题是该设备的关键技术。
发明内容
针对以上缺陷，本发明目的在于如何解决高扬程多级电泵电机承受巨大轴向推理的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了止推轴承系统，其特征在于包括球面滚子轴承、深沟球轴承和角接触球轴承，采用球面滚子轴承承受向下的轴向推力，采用深沟球轴承承担径向力，采用角接触球轴承负责承受向上的轴向力。
所述的止推轴承系统，其特征在于所述球面滚子轴承的下端面支撑在油室的底部，上端面与电机轴的下端面联接；所述深沟球轴承与所述角接触球轴承串联一起安装在电机轴与油室的机体壁面之间，电机轴上设有限位台阶，所述角接触球轴承设置在电机轴的限位台阶位置上，受限位台阶的限位。
所述的止推轴承系统，其特征在于球面滚子轴承、深沟球轴承和角接触球轴承都设置在同一个密闭的油室内。
所述的止推轴承系统，其特征在于油室包括两端开口的机体，上端通过机械密封和密封圈实现机体与电机轴之间的密封，下端通过用于调节平衡油室压力的油室调节囊实现下端面的密封。
一种高扬程多级电泵，其特征在于多级电泵的下部采用具有止推轴承系统的电机，电泵外壳体包括吸入法兰、泵筒体和吐出法兰，电机轴通过套筒联轴器与泵轴刚性连接，电机底座支撑在吸入法兰的端面上。
所述的高扬程多级电泵，其特征在于电泵外壳体通过吐出法兰与提升管道相联。
所述的高扬程多级电泵，其特征在于油室通过螺栓与电机底座相连接，电机转子重量、泵叶轮重量及向下水力轴向力通过球面滚子轴承传递到油室机体，由油室和电机底座传递到电泵的吸入法兰，再由吸入法兰、泵外壳筒体和吐出法兰传递到提升管道上。
本发明提出了用三种不同类型轴承的巧妙组合结构,并提高实验验证,有效解决了高扬程多级电泵电机承受巨大轴向载荷的问题，具有承载能力大、使用寿命长、安全可靠、结构简单合理的特点，并允许提升电泵倾斜甚至水平位置运行。
附图说明
图1是本发明一个实施例的高扬程多级电泵的整体结构图；
图2是带止推轴承系统的电机结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对提升粗颗粒固液两相浆体高扬程多级电泵须承受巨大轴向推力的技术难点，本发明旨在提供一种承载能力大、运行安全可靠、寿命长、结构合理、成本低廉的止推轴承系统，解决高扬程多级电泵承受巨大轴向推力的问题。
本发明设计了用于提升粗颗粒固液两相浆体多级电泵的止推轴承系统，止推轴承系统采用滑动轴承与滚动轴承巧妙相结合的结构组成，止推轴承系统包括油润滑球面滚子轴承、油润深沟球轴承、油润角接触球轴承、油室、油室调节囊、机械密封等。球面滚子轴承具有承载能力大的特点，负责承受全部向下的轴向力，深沟球轴承主要承担径向力，角接触球轴承负责承受向上的轴向力，以预防提升电泵在倾斜甚至水平极端位置使用时止推轴承系统向上的窜动，因此允许电泵倾斜或卧用。通过设计一个油室将上述三个具有不同功能的轴承密封在装满润滑油的油室中，油室与电机轴的密封同时采用机械密封和密封圈，可保证油室的密封性使油不会泄露，油室调节囊用来平衡油室中油和外部深水的压力，这样设计组成的止推轴承系统具有结构合理紧凑，采用球面滚子轴承使推止轴承系统具有强大的止推承载能力，采用油润滑保证推止轴承系统安全运行可靠，同时降低轴承的磨蚀，大大延长轴承的使用寿命。
油室通过螺栓与电机底座相连接，通过三种不同受力类型的轴承的有机结合，分别承受三个方向的载荷，电机转子重量、泵叶轮重量及向下水力轴向力通过球面滚子轴承传递到油室机体，由油室和电机底座传递到电泵的吸入法兰，再由吸入法兰、泵外壳筒体和吐出法兰传递到提升管道上。
吸入法兰、泵外壳筒体和吐出法兰组成提升电泵的外壳体，承受电机止推轴承系统传递过来的轴向推力和吸入法兰以下管道和水下设备重量及其动载荷。
本发明的核心为用于深海矿物资源开采系统的高扬程多级电泵提供一种承受巨大轴向推力的止推轴承系统，具体实施方式如下：
图1是本发明一个实施例的高扬程多级电泵的整体结构图；图2是带止推轴承系统的电机结构图。
以下是附图标记说明。
1-吸入法兰；2-泵筒体；3-吐出发兰；4-潜水电机；5-电机轴；6-电机底座；7-油室；8-球面滚子轴承；9-深沟球轴承；10-角接触球轴；11-油室调节囊；12-机械密封；13-密封圈；14-上盖板。
如图1所示，带有止推轴承系统用于提升粗颗粒固液两相浆体的高扬程多级电泵(以六级电泵为例)的整体结构图，主要包括由吸入法兰1、泵筒体2和吐出法兰3共同组成的电泵外壳体，电泵外壳体具有圆柱体对称结构，带有止推轴承系统的电机4位于多级电泵的下部，电机轴5通过套筒联轴器与泵轴刚性连接，电机底座6支撑在吸入法兰1上。
如图2所示球面滚子轴承8的下端面支撑在油室7的底部,球面滚子轴承8的上部与电机轴5的下端面联接，深沟球轴承9和角接触球轴10串联一起安装在电机轴5和油室7的机体内壁面之间，机械密封12安装在油室7的上端盖板上，为确保密封可靠，在机械密封12和油室7的上端盖板14之间设置有密封圈13，油室7通过其机体的台阶支撑在电机底座6上，电机底座6支撑固定在吸入法兰1的上端面。
本发明的工作原理与过程：
提升电泵串接在提升管道中，随采矿系统一起布放，采矿系统布放完毕且准备好后，电泵被淹没在一定水深的位置，提升电泵通过软启动装置启动，泵叶轮的重量和叶轮产生的向下的水力轴向推力通过套筒联轴器内两轴之间的垫片传递到电机轴5上，并由电机轴5的下端面传递到球面滚子轴承8，轴向力通过油室7机体的台阶传递到电机底座6，再由电机底座6传递到吸入法兰1上，这样就将轴向力传递到电泵外壳体上，电泵外壳体通过吐出法兰3与提升管道相联，将轴向力传递到提升管道，电泵叶轮旋转产生的径向力或者电泵随提升管道处于倾斜位置运行产生的径向力由深沟球轴承9承担，并传递到油室7的机体，再传递到电机底座；角接触球轴10受到电机轴5的台阶的限位,可限制止推轴承系统向上的窜动，甚至允许提升电泵水平放置运行，角接触球轴10负责承受全部向上的轴向力，油室7的内腔装满润滑油，机械密封12和密封圈13使油室成为密闭内腔，油室调节囊11可平衡油室中油和外部水的压力平衡。球面滚子轴承8、深沟球轴承9和角接触球轴10在油室内获得良好的润滑，大大提高了轴承的承载能力和使用寿命。这样止推轴承系统的三个轴承分别负责承受全部向下的轴向力、径向力和向上的轴向力。
将止推轴承系统设计成由三个具有不同功能的轴承组成整体结构，采用承载能力大的球面滚子轴承承受向下的轴向推力，深沟球轴承主要承担径向力，角接触球轴承负责承受向上的轴向力，解决了提升电泵在复杂工况条件运行的承受载荷问题。
将止推轴承系统的三个轴承置于密闭的润滑油室之中，解决了轴承的润滑问题，提高了轴承的承载能力和使用寿命与可靠性，减少了轴承的磨蚀，改变了这种重载轴承应用海水润滑的弊端。
通过选择滑动轴承与滚动轴承相结合的结构，允许电泵倾斜甚至卧式使用，通过选用球面滚子轴承使止推轴承系统具有强大的承受轴向推力的能力。
以上所揭露的仅为本发明一种实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种高扬程多级电泵，其特征在于多级电泵的下部采用止推轴承系统的电机，所述止推轴承系统包括球面滚子轴承、深沟球轴承和角接触球轴承，采用球面滚子轴承承受向下的轴向推力，采用深沟球轴承承担径向力，采用角接触球轴承负责承受向上的轴向力；电泵外壳体包括吸入法兰、泵筒体和吐出法兰，电机轴通过套筒联轴器与泵轴刚性连接，电机底座支撑在吸入法兰的端面上；电泵外壳体通过吐出法兰与提升管道相联；油室通过螺栓与电机底座相连接，电机转子重量、泵叶轮重量及向下水力轴向力通过球面滚子轴承传递到油室机体，由油室和电机底座传递到电泵的吸入法兰，再由吸入法兰、泵筒体和吐出法兰传递到提升管道上。
2.根据权利要求1所述的高扬程多级电泵，其特征在于所述球面滚子轴承的下端面支撑在油室的底部，上端面与电机轴的下端面联接；所述深沟球轴承与所述角接触球轴承串联一起安装在电机轴与油室的机体壁面之间，电机轴上设有限位台阶，所述角接触球轴承设置在电机轴的限位台阶位置上，受限位台阶的限位。
3.根据权利要求2所述的高扬程多级电泵，其特征在于球面滚子轴承、深沟球轴承和角接触球轴承都设置在同一个密闭的油室内。
4.根据权利要求3所述的高扬程多级电泵，其特征在于油室包括两端开口的机体，上端通过机械密封和密封圈实现机体与电机轴之间的密封，下端通过用于调节平衡油室压力的油室调节囊实现下端面的密封。
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