CN1694335A - 大型潜水电泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大型潜水电泵，解决的技术问题是可有效控制电机的定、转子温升，电机内部设有离心风扇构成的空气冷却循环与电机外壳设置的水冷却器组成形成空——水冷却系统，这一系统能有效地降低定子绕组的温升；解决转子温升高的方案则是在转子表面形成大螺距的表面沟槽，形成螺旋风机的作用，强制内部空气经过气隙表面流动，带走转子形成的热量，与外部水冷却器构成转子通风的独立冷却系统，从而有效地降低了转子温升。

Description

大型潜水电泵

技术领域

本发明涉及的潜水电泵，更具体地说是功率达250kW、口径达1m及以上、水泵转速在500r/min以下的带行星齿轮减速大型潜水电泵。

背景技术

已有技术中，大型潜水电泵中的电机与水泵为同轴设置。基于水泵叶轮周边的线速度必须保持一个特定的常数这一设计原理，在水泵向大型化发展时，水泵的叶轮直径越大，转速则越低。而对于电机来说，功率相同的电机，转速越低，则其极数越多，因而电机的直径越大、体积越大，效率和功率因数越低。同时，电机直径的增加将不仅挤占流道，也使导叶体的导叶角达到25°以上，增加了扩散损失。

大型潜水电机的一个技术难题是降低电机的定、转子温升，特别是转子温升高的问题难以解决，转子温升高会引起转子热膨胀，转子热膨胀的后果会引起气隙的减小，从而造成定、转子相擦的严重事故。

发明内容：

本发明的目的就是要提供一种可有效控制电机的定、转子温升的大型潜水电泵。

为实现上述目的，所发明采用的技术方案是：一种大型潜水电泵，其特征在于：电机内部设有离心风扇构成的空气冷却循环与电机外壳设置的水冷却器组成形成空——水冷却系统。

为了更有效地降低转子温升问题，本发明在转子表面设置有螺旋状的沟槽。

本发明在电机内部采取强制空气冷却循环，电机外壳设置水冷却器，形成空——水冷却系统。这一系统能有效地降低定子绕组的温升；解决转子温升高的方案则是在转子表面形成大螺距的表面沟槽，形成螺旋风机的作用，强制内部空气经过气隙表面流动，带走转子形成的热量，与外部水冷却器构成转子通风的独立冷却系统，从而有效地降低了转子温升。

与已有技术相比，本发明具有突出的实质性特点和显著的技术进步，具体体现在以下方面：

由于本发明采取了特殊的技术措施，解决了电机温升，特别是转子温升的技术难题，为潜水电泵大型化奠定了基础；本发明通过设置减速器，使水泵获得低速、大转矩。与现有的技术中电机与水泵同轴的大型潜水电泵相比，其效率提高5％以上，功率因数提高20％以上，重量减少50％。

本发明中行星齿轮减速器的速比在设计中可以在很大范围内进行选择，有利于优化选用成熟的水力模型，提高效率、提高抗气蚀性能。

附图概述

图1是本发明的结构原理图；

图2是本发明中行星齿轮减速器部位的结构示意图；

图3是本发明中太阳轮的浮动支点部位的结构示意图；

图4是本发明中双法兰式的推力轴承端盖的结构示意图；

图5是本发明中行星齿轮减速器的结构示意图；

图6是图5的俯视图。

附图标号：电机10、电机转轴11、电机推力轴承12、离心风扇13、水冷却器14、转子15、螺旋状的沟槽151；行星齿轮减速器20、太阳轮21、轮轴211、行星轮架22、中心轴孔221、浮动支点23、散热翅片24、25；水泵30、水泵转轴31、叶轮32；水泵径向轴承40；水泵径向轴承50；水泵推力轴承60；电机推力轴承端盖70；排泄阀80；第一道机械密封90；第二道机械密封100；第三道机械密封110。

具体实施方式

本发明的首要任务是要有效控制并能确实降低电机以及各支撑轴承转动部位在工作过程中产生的温升。

以下首先对电动机部分的结构进行具体说明：

参见图1，电机10内部设有离心风扇13采取强制空气冷却构成的空气冷却循环，如图1中的箭头16表示的方向，与电机10外壳设置的水冷却器14组成形成空——水冷却系统，它能够有效降低定子升温问题；在转子15表面设置有螺旋状的沟槽151，在转子15表面形成大螺距的沟槽151，其作用类似螺旋风机，沟槽151的螺距为电机转子15直径的0.1～0.2倍，为了加大其通风能力，采用矩形螺纹，螺纹的宽高比为2∶1，这种结构可以强制内部空气经过气隙表面流动，方向如图1中的箭头17所示的方向，带走转子15工作时形成的热量，这样外部水冷却器22与构成转子通风的独立冷却系统相互配合，从而更有效地降低了转子15温升，实现了电机温度的有效控制，才为潜水电泵进一步大型化提供了可靠的技术保障。本发明中水冷却循环是一个基本冷却过程，空气冷却循环与水冷却循环配合使用才能使电机10内发热体温升趋于稳定、均匀，特别在本发明中定、转子气隙间用螺旋状的沟槽151加强空气冷却循环，从而降低转子温升。

如图1、2、3、5、6所示，采用4极或6极电动机，电机10与水泵30分别具有独立转轴，在电机转轴11与水泵转轴31之间设置行星齿轮减速器20，所述行星齿轮减速器20以其太阳轮21的轮轴211与电机转轴11联轴，以行星轮架22的中心轴孔221与水泵转轴31联轴。本方面发明中所谓电机10与水泵30分别具有独立转轴是指电机10与水泵30没有共用一根轴，电机10与水泵30分别拥有自己独立的转轴，两者通过行星齿轮减速器20连接后传递扭矩。

如图4所示，所述的电机10上的电机推力轴承12采用双法兰式的推力轴承端盖70，推力轴承端盖70的法兰部位分别与电机10和行星齿轮减速器20相连，所述推力轴承端盖70的中段为缩颈状结构，其缩颈部位与电机推力轴承12相贴合。所谓的双法兰式结构是指推力轴承端盖70有两个安装法兰，一个法兰用来与电机壳体连接，一个用来与齿轮减速箱连接，缩颈部位位于两个法兰之间，缩颈部位的内部实质上就是一个用来固定推力轴承端盖70的轴承座，这一结构设置，使工作水流可直接冷却到电机推力轴承12所在的外壳，利用泵送水流接触其中段，可以有效地冷却电机推力轴承12，提高电机推力承轴12的散热效果，避免出现轴承温度过高的故障。提高工作可靠性，避免出现轴承温度过高的故障，如图4所示，电机轴承的布置应能承受电机转子重量形成的推力，以及电磁单边不平衡力。

参见图1、2、3，所述的电机转轴11与太阳轮21的轮轴211以及在水泵转轴31与行星轮架22的中心轴孔221之间为浮动式联轴器，所述的浮动式联轴器包括电机转轴11与轮轴211及在水泵转轴31与中心轴孔221与之间为浮动式花件键和键空孔配合，所述的太阳轮21与行星轮架22的中部端面结合部位有浮动支点23。活动配合的工作原理是：所述的太阳轮21与三个行星轮齿轮配合，有齿侧间隙，轴向有浮动支点23限位，避免太阳轮掉下来，因此太阳轮21是浮动的。在太阳轮21的输入端，电机转轴11与太阳轮21的轮轴211之间采用花键连接，也有齿侧间隙，并构成浮动连接；同理，在行星轮架22的动力输出端，行星轮架22的中心轴孔221与水泵转轴31之间采用采用花键连接，也有齿侧间隙，并构成浮动连接。这种插入式浮动结构，一方面可以避免刚性联接可能带来的工作可靠性问题，另一方面，使其相互之间的装配和拆卸十分方便，易于检修、维护和保养。

如图1所示，在所述水泵转轴31上设置两套水泵径向轴承40、50和一套水泵推力轴承60，其中一套水泵径向轴承40设置在叶轮32的出水端侧，另一套水泵径向轴承50设置在水泵转轴31上的靠近行星轮架22的中心轴孔221的一端。采用该轴承支撑方案，可以有效地缩短泵端悬臂，加强泵轴的刚度，提高推力轴承60寿命，因此本结构可将电泵卧式使用，电机转轴11与水泵转轴31呈水平设置。减速器和水泵中的三个轴承安装在密封的型腔中，采用油进行冷却和润滑。水泵推力轴承11旋转时，起到泵送冷却润滑油的作用，使冷却润滑油在密封的型腔中循环流动，经型腔壁传递热量，并与型腔外高速流动的水流形成油——水冷却。图中以箭头分别示出了减速器内冷却介质流向26、工作水流34和水泵泵体内冷却介质流向35。

具体实施中本发明也可以采用电机高位设置的立式方式，即所述的电机转轴11与水泵转轴31为直立，电机10位于顶部，水泵30位于底部。

如图2、3所示，所述的行星齿轮减速器20的壳体内外壁上设有散热翅片24、25，这样就可以有效地控制和降低行星齿轮减速器20工作过程中产生的热量。

设置三道机械密封，第一道机械密封90位于水泵转轴31的轴伸端，用于防止工作水流进入冷却润滑油的油腔；第二道机械密封100位于水泵转轴31的冷却润滑油的型腔内，防止冷却润滑油升温膨胀漏出；第三道机械密封110位于电机转轴11的轴伸端，防止冷却润滑油进入电机腔内。采用三道机械密封可以加强潜水电泵的密封效果，提高密封件的寿命，因此也同时提高了潜水电泵的安全性。

由于高速电机和行星齿轮减速器的结合使得其直径变小，因而本实施例中，导叶体扩散角可以小于12°，不带行星齿轮减速的同规格潜水电泵导叶体扩散角约为25°至30°，导叶体扩散角减小以后，泵送水流经过电机外表面流线性更好，减少了流阻损失，可以有效地提高电泵装置的装置效率。

采用全密封电机，电机腔体内冷却介质为变压器油或惰性气体，如氮气。电机腔体与外界泵送的工作水流相互隔离。

Claims (10)

1、一种大型潜水电泵，其特征在于：电机(10)内部设有离心风扇(13)构成的空气冷却循环与电机(10)外壳设置的水冷却器(14)组成形成空——水冷却系统。

2、根据权利要求1所述的大型潜水电泵，其特征在于：在转子(15)表面设置有螺旋状的沟槽(151)。

3、根据权利要求1或2所述的大型潜水电泵，其特征在于：采用4极或6极电机(10)，电机(10)与水泵(30)分别具有独立转轴，在电机转轴(11)与水泵转轴(31)之间设置行星齿轮减速器(20)，所述行星齿轮减速器(20)以其太阳轮(21)的轮轴(211)与电机转轴(11)联轴，以行星轮架(22)的中心轴孔(221)与水泵转轴(31)联轴。

4、根据权利要求1或2所述的大型潜水电泵，其特征是：所述的电机(10)上的电机推力轴承(12)采用双法兰式的推力轴承端盖(70)，推力轴承端盖(70)的法兰部位分别与电机(10)和行星齿轮减速器(20)相连，所述推力轴承端盖(70)的中段为缩颈状结构，其缩颈部位与电机推力轴承(12)相贴合。

5、根据权利要求3所述的大型潜水电泵，其特征在于：所述的电机转轴(11)与太阳轮(21)的轮轴(211)以及水泵转轴(31)与行星轮架(22)的中心轴孔(221)之间为浮动式联轴器，所述的浮动式联轴器是由电机转轴(11)与轮轴(211)及水泵转轴(31)与中心轴孔(221)之间设置的浮动式花件键和键空孔配合构成的。

6、根据权利要求4所述的大型潜水电泵，其特征在于：所述的太阳轮(21)与行星轮架(22)的中部端面结合部位有浮动支点(23)。

7、根据权利要求3所述的大型潜水电泵，其特征在于：在所述水泵转轴(31)上设置两套水泵径向轴承(40)、(50)和一套水泵推力轴承(60)，其中一套水泵径向轴承(40)设置在叶轮(32)的出水端侧，另一套水泵径向轴承(50)设置在水泵转轴(31)上的靠近行星轮架(22)的中心轴孔(221)的一端。

8、根据权利要求7所述的大型潜水电泵，其特征在于：所述的行星齿轮减速器(20)的壳体内、外壁上设有散热翅片(24)、(25)。

9、根据权利要求3所述的大型潜水电泵，其特征是：设置三道机械密封，第一道机械密封(90)位于水泵转轴(31)的轴伸端，第二道机械密封(100)位于水泵转轴(31)的冷却润滑油的型腔内，第三道机械密封(110)位于电机转轴(11)的轴伸端。

10、根据权利要求1所述的大型潜水电泵，其特征是在于：所述的水泵(30)的导叶体扩散角小于12°。

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