CN112524042A - 一种深海采矿用多级混输泵 - Google Patents

一种深海采矿用多级混输泵 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种深海采矿用多级混输泵，包括电机连接架、连接管、潜水电机、机泵连接架、进口泵盖、联轴器、转子部件、首级导流体、中间泵盖一、次级导流体、中间泵盖二、末级导流体、导轴承、出口泵盖、筒体和停泵保护装置；导轴承包括导轴承动环和导轴承静环，均采用双相不锈钢作为基体，在动环外表面和静环内表面均激光熔覆一层厚度为0.25～0.5mm的钴合金耐磨层；叶轮的前盖板和后盖板均带有背叶片，前盖板背叶片的叶片数为叶轮叶片数的2～3倍，后盖板背叶片的外径为叶轮外径的0.4～0.6倍，后盖板背叶片的叶片数为叶轮叶片数的1.5～2倍。本发明提供的一种深海采矿用多级混输泵不仅解决了潜水电机外壳的磨损问题，还提高了混输泵转子部件的使用寿命。

Description

一种深海采矿用多级混输泵
技术领域
本发明属于流体机械领域，具体涉及一种深海采矿用多级混输泵。
背景技术
深海矿产资源作为一种发展高新技术的战略性资源，对缓解我国矿产资源的供给压力、增加我国的战略资源保障程度有着极为重大的意义。针对深海矿产资源开发的技术特点，目前公认最有工业开采前景的深海矿石资源开发系统是水力提升式采矿系统，该系统利用海底集矿车采集矿石，再采用混输泵(或扬矿泵)通过管道将矿石提升到水面采矿船上。混输泵为整个输送系统提供动力，是水力提升式采矿系统的关键设备之一。
深海采矿用混输泵是一种典型的固液两相流泵，在运行时会混有大量的固体矿石，然而目前深海采矿用混输泵的电机均采用电机的外壳作为过流面，易磨损，不利于未来商业化深海采矿的推广使用。此外，多级叶轮前盖板均未采用背叶片，细小矿石易通过前盖板与泵盖之间的间隙进入叶轮口环处，一方面会使口环间隙变大、泵效率降低，另一方面则造成轴向力平衡失调，从而使得泵过流部件的损坏以致混输泵不能正常工作。
经检索，CN201810072787.0公开了一种多级深海混输泵，CN201810073869.7公开了一种具备轴向力传递结构的多级深海混输泵，CN201810073296.8公开了一种采用轴套结构的多级深海混输泵，解决了现有离心式多相混输泵在高含气率的工况下运行效率低、泵轴使用寿命等问题，但该深海混输泵适用于输送深海油、气资源，对输送含深海矿石的固液两相流动介质有较大的局限性。
发明内容
本发明提供了一种深海采矿用多级混输泵，其潜水泵进口过流区域与潜水电机分开，经电机连接架、至少2根连接管和机泵连接架后流入首级叶轮，解决了传统深海采矿用潜水电机的外壳易磨损问题；多级叶轮前后盖板均带背叶片，提高了混输泵转子部件的使用寿命。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种深海采矿用多级混输泵，包括电机连接架、连接管、潜水电机、机泵连接架、进口泵盖、联轴器、转子部件、首级导流体、中间泵盖一、次级导流体、中间泵盖二、末级导流体、导轴承、出口泵盖、筒体、停泵保护装置。
所述连接管的两端分别与电机连接架、机泵连接架链接；连接管至少为4根；包括至少2根过流部件和至少2根辅助支撑部件；过流部件能够使固液两相流动介质从电机连接架流入连接管后，流到机泵连接架；
所述潜水电机上端固定在机泵连接架上，潜水电机下端的止口过渡配合在电机连接架中；所述潜水电机的电机轴通过联轴器与多级混输泵的转子部件的泵轴固定；
所述机泵连接架上端与多级混输泵的进口泵盖固定连接；
所述首级导流体下端与进口泵盖固定连接；所述首级导流体上端与中间泵盖一固定连接；
所述次级导流体下端与中间泵盖一固定连接；所述次级导流体上端与中间泵盖二固定连接；
所述末级导流体下端与中间泵盖二固定连接；所述末级导流体上端与出口泵盖通过固定连接；末级导流体上固定有导轴承的导轴承静环；
所述筒体下端与进口泵盖固定连接；所述筒体上端与出口泵盖固定连接；
所述停泵保护装置与出口泵盖固定连接。
转子部件包括依次连接在泵轴上的首级叶轮、轴承一、次级叶轮、轴承二、末级叶轮、导轴承动环、轴套三、圆螺母、叶轮螺母；
所述的首级叶轮和末级叶轮的尺寸相同，所述的次级叶轮的键槽与所述的首级叶轮和末级叶轮的键槽间隔180°。
首级叶轮、次级叶轮和末级叶轮的前盖板均带有前盖板背叶片，前盖板背叶片的叶片数为叶轮叶片数的2～3倍，前盖板背叶片的长为叶轮外径的0.08～0.15倍，前盖板背叶片的厚度为2～4mm，前盖板背叶片的高为4～6mm；
首级叶轮、次级叶轮和末级叶轮的后盖板均带有后盖板背叶片，后盖板背叶片的外径为叶轮外径的0.4～0.6倍，后盖板背叶片的叶片数为叶轮叶片数的1.5～2倍，后盖板背叶片的厚度为3～6mm。
所述潜水电机下端的止口与电机连接架的过渡配合尺寸为0.15～0.3mm。
所述导轴承包括导轴承动环和导轴承静环，导轴承动环外径与导轴承静环内径之间的间隙为0.15～0.30mm，所述导轴承静环通过定位销和孔用弹性挡圈固定在末级导流体上。
导轴承动环和导轴承静环均采用双相不锈钢作为基体，然后在导轴承动环外表面和导轴承静环内表面分别采用激光熔覆的方式喷涂有一层厚度为0.25～0.5mm的钴合金耐磨层。
所述固定连接均采用高强度耐腐蚀紧部件。
本发明的优点在于：
(1)过流区域与潜水电机分开，解决了传统深海混输泵均采用潜水电机的外壳易磨损问题。
(2)多级叶轮前后盖板均带背叶片，提高了混输泵转子部件的使用寿命。
附图说明
图1为本发明一种深海采矿用多级混输泵的结构示意图；
图2为本发明一种深海采矿用多级混输泵导轴承结构示意图；
图3为本发明一种深海采矿用多级混输泵转子部件的结构示意图；
图4为本发明一种深海采矿用多级混输泵的首级叶轮结构示意图；
附图标记说明：
电机连接架1，连接管2、潜水电机3、机泵连接架4、进口泵盖5、联轴器6、转子部件7、首级导流体8、中间泵盖一9、次级导流体10、中间泵盖二11、末级导流体12、导轴承13、出口泵盖14、筒体15、停泵保护装置16，
泵轴7-1、首级叶轮7-2、轴承一7-3、次级叶轮7-4、轴承二7-5、末级叶轮7-6、轴套三7-7、圆螺母7-8、叶轮螺母7-9；前盖板7a，前盖板背叶片7b，后盖板7c，后盖板背叶片7d；
导轴承动环13-1、导轴承静环13-2。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例：
一台三级深海采矿用的混输泵，其设计参数为：设计流量Qd＝220m3/h，扬程H＝120m，转速n＝1450r/min。三级叶轮外径均为408mm，三级叶轮叶片数均为4。
如附图1所示，一种深海采矿用多级混输泵，包括电机连接架1、连接管2、潜水电机3、机泵连接架4、进口泵盖5、联轴器6、转子部件7、首级导流体8、中间泵盖一9、次级导流体10、中间泵盖二11、末级导流体12、导轴承13、出口泵盖14、筒体15、停泵保护装置16，具体连接方式如下：
连接管2有4根，通过不锈钢螺栓与电机连接架1、机泵连接架4链接；2根为过流部件，固液两相流动介质从电机连接架1流入连接管2后，流到机泵连接架4；另外2根为辅助支撑作用。
潜水电机3上端通过不锈钢螺栓固定在机泵连接架4，潜水电机3下端的止口过渡配合在电机连接架1中；潜水电机3下端的止口与电机连接架1的过渡配合尺寸为0.2mm。
机泵连接架4上端通过不锈钢螺栓与多级混输泵的进口泵盖5固定连接。
潜水电机3的电机轴通过联轴器6与多级混输泵的泵轴7-1固定。
首级导流体8下端与进口泵盖5通过不锈钢螺栓固定；所述首级导流体8上端与中间泵盖一9通过不锈钢螺栓固定。
次级导流体10下端与中间泵盖一9通过不锈钢螺栓固定；所述次级导流体10上端与中间泵盖二11通过不锈钢螺栓固定。
末级导流体12下端与中间泵盖二11通过不锈钢螺栓固定；所述末级导流体12上端与出口泵盖14通过不锈钢螺栓固定。
筒体15下端与进口泵盖5通过不锈钢双头螺柱链接；所述筒体15上端与出口泵盖14通过不锈钢双头螺柱链接。
停泵保护装置16与出口泵盖14通过不锈钢螺栓链接。
如附图2所示，导轴承13包括导轴承动环13-1和导轴承静环13-2，均采用双相不锈钢作为基体，然后在导轴承动环13-1外表面和导轴承静环13-2内表面分别采用激光熔覆的方式喷涂一层厚度为0.3mm的钴合金耐磨层；导轴承动环13-1外径与导轴承静环13-2内径之间的间隙为0.25mm。
导轴承静环13-2通过定位销和孔用弹性挡圈固定在末级导流体12上。
如附图3所示，转子部件7包括泵轴7-1、首级叶轮7-2、轴承一7-3、次级叶轮7-4、轴承二7-5、末级叶轮7-6、导轴承动环13-1、轴套三7-7、圆螺母7-8、叶轮螺母7-9。
如附图4所示，首级叶轮7-2和末级叶轮7-6的尺寸相同，所述的次级叶轮7-4的键槽与所述的首级叶轮7-2和末级叶轮7-6的键槽间隔180°；首级叶轮7-2、次级叶轮7-4和末级叶轮7-6的前盖板均带有背叶片，前盖板背叶片的叶片数为10，前盖板背叶片的长为55mm，前盖板背叶片的厚度为3mm，前盖板背叶片的高为5mm；首级叶轮7-2、次级叶轮7-4和末级叶轮7-6的后盖板均带有背叶片，后盖板背叶片的外径为210mm，后盖板背叶片的叶片数为8，后盖板背叶片的厚度为5mm。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (7)

1.一种深海采矿用多级混输泵，其特征在于：包括电机连接架(1)、连接管(2)、潜水电机(3)、机泵连接架(4)、进口泵盖(5)、联轴器(6)、转子部件(7)、首级导流体(8)、中间泵盖一(9)、次级导流体(10)、中间泵盖二(11)、末级导流体(12)、导轴承(13)、出口泵盖(14)、筒体(15)、停泵保护装置(16)；
所述连接管(2)的两端分别与电机连接架(1)、机泵连接架(4)链接；连接管(2)至少为4根；包括至少2根过流部件和至少2根辅助支撑部件；过流部件能够使固液两相流动介质从电机连接架(1)流入连接管(2)后，流到机泵连接架(4)；
所述潜水电机(3)上端固定在机泵连接架(4)上，潜水电机(3)下端的止口过渡配合在电机连接架(1)中；所述潜水电机(3)的电机轴通过联轴器(6)与多级混输泵的转子部件(7)的泵轴(7-1)固定；
所述机泵连接架(4)上端与多级混输泵的进口泵盖(5)固定连接；
所述首级导流体(8)下端与进口泵盖(5)固定连接；所述首级导流体(8)上端与中间泵盖一(9)固定连接；
所述次级导流体(10)下端与中间泵盖一(9)固定连接；所述次级导流体(10)上端与中间泵盖二(11)固定连接；
所述末级导流体(12)下端与中间泵盖二(11)固定连接；所述末级导流体(12)上端与出口泵盖(14)通过固定连接；末级导流体(12)上固定有导轴承(13)的导轴承静环(13-2)；
所述筒体(15)下端与进口泵盖(5)固定连接；所述筒体(15)上端与出口泵盖(14)固定连接；
所述停泵保护装置(16)与出口泵盖(14)固定连接。
2.如权利要求1所述的深海采矿用多级混输泵，其特征在于：转子部件(7)包括依次连接在泵轴(7-1)上的首级叶轮(7-2)、轴承一(7-3)、次级叶轮(7-4)、轴承二(7-5)、末级叶轮(7-6)、导轴承动环(13-1)、轴套三(7-7)、圆螺母(7-8)、叶轮螺母(7-9)；
所述的首级叶轮(7-2)和末级叶轮(7-6)的尺寸相同，所述的次级叶轮(7-4)的键槽与所述的首级叶轮(7-2)和末级叶轮(7-6)的键槽间隔180°。
3.如权利要求2所述的深海采矿用多级混输泵，其特征在于：首级叶轮(7-2)、次级叶轮(7-4)和末级叶轮(7-6)的前盖板(7a)均带有前盖板背叶片(7b)，前盖板背叶片的叶片数为叶轮叶片数的2～3倍，前盖板背叶片的长为叶轮外径的0.08～0.15倍，前盖板背叶片的厚度为2～4mm，前盖板背叶片的高为4～6mm；
首级叶轮(7-2)、次级叶轮(7-4)和末级叶轮(7-6)的后盖板(7c)均带有后盖板背叶片(7d)，后盖板背叶片的外径为叶轮外径的0.4～0.6倍，后盖板背叶片的叶片数为叶轮叶片数的1.5～2倍，后盖板背叶片的厚度为3～6mm。
4.如权利要求1所述的深海采矿用多级混输泵，其特征在于：所述潜水电机(3)下端的止口与电机连接架(1)的过渡配合尺寸为0.15～0.3mm。
5.如权利要求1所述的深海采矿用多级混输泵，其特征在于：所述导轴承(13)包括导轴承动环(13-1)和导轴承静环(13-2)，导轴承动环(13-1)外径与导轴承静环(13-2)内径之间的间隙为0.15～0.30mm，所述导轴承静环(13-2)通过定位销和孔用弹性挡圈固定在末级导流体(12)上。
6.如权利要求5所述的深海采矿用多级混输泵，其特征在于：导轴承动环(13-1)和导轴承静环(13-2)均采用双相不锈钢作为基体，然后在导轴承动环(13-1)外表面和导轴承静环(13-2)内表面分别采用激光熔覆的方式喷涂有一层厚度为0.25～0.5mm的钴合金耐磨层。
7.如权利要求1所述的深海采矿用多级混输泵，其特征在于：所述固定连接均采用高强度耐腐蚀紧部件。
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