CN202108748U - 矿山排水用多级潜水电泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型的矿山排水用多级潜水电泵，包括潜水电机(1)、潜水泵(2)、泵机联接体(3)、泵机联轴套(4)及其紧固件，潜水电机(1)和潜水泵(2)由泵机联接体(3)相连接构成一个整体，潜水电机(1)位于潜水泵(2)下部，并通过泵机联轴套(4)、键和定位销等进行传动连接；所述潜水电机(1)额定频率50Hz，额定转速1480r/min，额定电压为6000V或10000V；所述潜水泵(2)单级扬程达90m，单级流量达500～1000m³/h，潜水电机(1)驱动的潜水泵(2)的级数为1～12级。本实用新型大大减少了相同扬程的泵的级数，压缩了机泵长度，减轻了机泵重量，便于矿山安装运行和维护。

Description

矿山排水用多级潜水电泵

技术领域

本实用新型涉及一种潜水电泵，特别涉及千米超深矿井抢险排水用的大功率、高扬程的多级潜水电泵。 

背景技术

目前，我国矿山普遍采用的排水系统的基本方式是预先开设水仓和泵房，在泵房内设置水泵、电机、防爆开关，敷设电缆和管路等排水设备。由于当前的排水系统普遍使用中、小功率和中扬程的井用潜水电泵，当矿井发生突水事故时，瞬间涌水量往往大幅度超过泵房的最大排水能力，造成井下涌水不能及时排出，水位上升，甚至泵房被淹，排水系统瘫痪，发生淹井事故。而矿井基建投资较大，而且恢复困难，一旦被淹损失巨大。同时，随着煤炭资源多年的高强度开发，我国的煤矿，特别是中东部地区的矿山开采深度需速延伸，一些矿井已经超过1000米。由于开采深度的增加，水压越来越大，此时传统的水灾防治措施，如水闸门逐渐失去效果，需要采取抗灾性能更强的大功率潜水泵作为防治水灾的主力措施。此外，新的煤矿设计规范规定，大水矿井必须配备大功率潜水电泵。因此，迫切需要研制一种既能够解决生产排水问题，又具备较强抗水灾能力的大流量、高扬程、大功率的矿用潜水电泵，解决千米矿井抢险救灾排水技术难题。 

发明内容

本实用新型的目的正是针对以上技术问题而提供一种大功率、高扬程的多级潜水电泵。 

本实用新型可通过下述技术措施来实现： 

本实用新型的矿山排水用多级潜水电泵包括潜水电机、潜水泵、泵机联接体、泵机联轴套及其紧固件；所述潜水电机是由电机轴、电机壳、定子组 件、转子组件、上导轴承、下导轴承、止推轴承、冷却器等主要部件组成，电机轴穿入到电机壳内部并由上导轴承、下导轴承和止推轴承支撑，轴密封采用机械密封装置结构，转子组件固定在电机壳内部的电机轴上，定子组件固定在电机壳内壁；所述潜水泵是由上泵、下泵、泵轴、轴承、上叶轮、下叶轮、导叶等组成，上泵和下泵通过联轴器相连接，泵轴由轴承支撑并穿入在泵壳内部，上叶轮和下叶轮固定在内部的泵轴上；潜水电机和潜水泵由泵机联接体相连接构成一个整体，潜水电机位于潜水泵下部，并通过泵机联轴套、键和定位销等进行传动连接。 

所述潜水电机的最大外径为960mm，潜水电机额定频率50Hz，额定转速1480r/min；潜水电机设计额定电压为6000V或1000V，该电压等级下的国内潜水绕组线性能可靠，使用寿命长且无电晕产生，能够保证运行安全；潜水电机额定输出功率160kW～4400kW，为配套潜水泵留有充分的裕量；潜水电机额定容量时效率90％，功率因数88％，能耗指标合理；潜水电机的结构设计符合矿用一般型电气设备标准。 

所述潜水电机前部电机轴的伸出端采用机械密封装置来密封电机内腔，机械密封装置前部并设置有特殊的甩砂环结构，特别适合于矿井含砂水质使用，可以承受20MPa水压； 

传统大功率潜水电机因推力轴承热交变的影响，产生了大量推力轴承盘碎裂、龟裂等严重故障，甚至不能完成复矿排水的任务，本实用新型重新设计了推力轴承的结构，所述潜水电机的底部设置有新型的水力推力轴承，该水力推力轴承和推力盘形成一对摩擦副，本发明采用铜合金自向心扇形块与软基金属复合材料组成水力摩擦副，最大承载力160kN，可以承受由于电机轴的偏置而产生的径向拉力，保证了矿用潜水电机长期可靠运行；所述潜水电机前部和后部分别设置有新型导向轴承，导向轴承和电机轴形成一对摩擦副，本发明采用碳纤维基金属复合材料与硬质金属复合层组成摩擦副，可以满足电机立式和卧式两种运行方式。所述潜水电机在电磁设计上充分考虑了矿山抢险的特殊情况，采用优质矽钢片和电磁线，同时辅以特殊的轴瓦材料，保证潜水电机立、卧两种方式使用(卧用时采用加强轴瓦支撑结构)； 

潜水电机内部即使再经清洗也难免存在不同杂质，其中以铁为基础的杂质占65％以上，且多为硬颗粒。所述过滤器安装于潜水电机底部，过滤器中设置有永磁体，排水过程中大量杂质吸附在永磁体上，从而不会磨损水润滑轴承，包括推力轴承及导轴承，极大地提高了推力轴承的可靠性。 

所述潜水电机采用强制内水循环冷却系统设计，该强制内水循环冷却系统包括冷却水道和冷却器，潜水电机定子组件上设置有若干冷却水槽，冷却水道是冷却水槽与电机壳拼合形成的，冷却器加装在潜水电机的底部，冷却器是由若干内水管道形成，内水管道一端与冷却水道相连通，另一端与潜水电机的底座连接，并与潜水电机内部相通，潜水电机的底座设置的调节囊可以保持电动机内外压力平衡，本实用新型采用冷却器的结构增加了潜水电机内部水循环面积，提高了散热功能，潜水电机电机轴上设置的小叶轮进一步促进内部水循环流动，在潜水电机潜入水中工作情况下，潜水电机内部的水被迫从电机转子组件与定子组件之间的间隙下端进入，并从上端流出，上端流出的水经冷却水道自上而下流向潜水电机的下部，回到底座，同时，在冷却水道内自上而下流动的水流将热量传递给潜水电机外部的水流，从而实现潜水电机的散热，该冷却系统保证了潜水电机的安全可靠运行，散热效果好，可使温升稳定在36℃以下。 

所述潜水电机的轴伸采用特殊刷镀工艺增加轴伸抗腐蚀能力(轴伸直径160～200mm可选)，潜水电机的内腔进行特殊防锈处理，延长潜水电机使用寿命；潜水电机设有六芯控制电缆，采用双动力缆引出，允许采用星三角起动，可以适应各种不同的矿山抢险条件； 

由多年生产矿用潜水电机的经验得出，潜水电机的常见故障是潜水电机内缺水，缺水会引起导轴承、推力轴承严重损坏。本实用新型所述的潜水电机前部增设了贫水传感器，用以监控潜水电机内腔水位参数，达到及早发现故障、排除故障，保障电机的安全运行。 

所述潜水泵为双吸或单吸多级导叶式离心泵，由上下泵体组成，上下泵叶轮对称安装，二者产生的轴向力相互抵消，使导叶在运转过程中的径向力平衡为零。这一结构不仅提高了潜水泵的效率，且更重要的是纠正了传统潜 水泵在使用过程中大量导叶断裂的这一致命中缺陷。 

所述潜水泵采用单级扬程达90m、额定流量为500～1000m³/h的水力模型，从而减少叶轮级数。潜水泵的叶轮和导叶各为1～12只，即潜水泵为1～12级串联或并联。潜水电机驱动的潜水泵的级数为1～12级，与目前同类型产品相比大大减少了级数，并且潜水泵总长为8.57米，比目前同类型产品短大约2.72米。由于潜水泵粗短，因此潜水泵的刚度、强度大大提高，更适合于矿山的粗搬运、粗安装。同时，由于刚度的提高，该潜水泵不仅可以立式使用，而且可以卧式使用。 

本实用新型的潜水电泵由电缆连接地面控制柜实现控制，当潜水电机通过泵机联结套带动泵轴一起转动时，被输送液体由吸水罩经过潜水电机表面进入潜水泵的上吸水口和下吸水口，在旋转上叶轮和下叶轮的作用下，通过多级叶轮传送，压力能和速度能同时增加，上下两股液体在吐出段汇合，而后通过上泵中段的外层流道经过联结法兰、逆止阀流入扬水管排出。该潜水电泵的机械密封装置可以防止爆炸性气体和其他物质进入电动机内部，使电动机具备防爆功能。 

本实用新型的有益效果如下： 

采用本实用新型，潜水泵单级扬程增加，大大减少了相同扬程的泵的级数，压缩了机泵长度，减轻了机泵重量，节约了生产及维修成本；上下泵叶轮对称安装，二者产生的轴向力相互抵消；本实用新型系列的潜水化设计极大地丰富了我国潜水电泵系列，有效解决了我国千米矿井的抢险排水难题。 

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图； 

图2为本实用新型的潜水电机结构示意图； 

图3为本实用新型的潜水电机冷却结构示意图； 

图4为本实用新型的潜水泵结构示意图； 

图中标记为：1：潜水电机；2：潜水泵；3：泵机联接体；4：泵机联轴 套；5：电机轴；6：电机壳；7：定子组件；8：转子组件；9：上导轴承；10：下导轴承；11：止推轴承；12：冷却器；13：机械密封装置；14：甩砂环；15：推力盘；16：过滤器；17：冷却水道；18：冷却水槽；19：底座；20：调节囊；21：小叶轮；22：上泵；23：下泵；24：泵轴；25：轴承；26：上叶轮；27：下叶轮；28：导叶；29：联轴器；30：上吸水口；31：下吸水口；32：吐出段；33：吸水罩；34：贫水传感器。 

具体实施方式

本实用新型的矿山排水用多级潜水电泵包括潜水电机1、潜水泵2、泵机联接体3、泵机联轴套4及其紧固件；所述潜水电机2是由电机轴5、电机壳6、定子组件7、转子组件8、上导轴承9、下导轴承10、止推轴承11、冷却器12等主要部件组成，电机轴5穿入到电机壳6内部并由上导轴承9、下导轴承10和止推轴承11支撑，轴密封采用机械密封装置13结构，转子组件8固定在电机壳6内部的电机轴5上，定子组件7固定在电机壳6内壁；所述潜水泵是2由上泵22、下泵23、泵轴24、轴承25、上叶轮26、下叶轮27、导叶28等组成，上泵22和下泵23通过联轴器29相连接，泵轴24由轴承25支撑并穿入在泵壳内部，上叶轮26和下叶轮27固定在内部的泵轴24上；潜水电机1和潜水泵2由泵机联接体3相连接构成一个整体，潜水电机1位于潜水泵2下部，并通过泵机联轴套4、键和定位销等进行传动连接。 

所述潜水电机1的最大外径为960mm，设计额定电压为6000V或10000V，该电压等级下的国内潜水绕组线性能可靠，使用寿命长且无电晕产生，能够保证运行安全；潜水电机1的额定输出功率为160kW～4400kW，为配套潜水泵2留有充分的裕量；潜水电机1的定额为连续工作制，潜水电机1额定频率为50Hz，额定转速为1480r/min；所述潜水电机1的结构设计应符合矿用一般型电气设备标准，适用介质水温不高于40℃； 

所述潜水电机1前部电机轴5的伸出端采用机械密封装置13来密封电机内腔，所述机械密封装置13前部并设置有特殊的甩砂环结构14，可以承受20MPa水压，适合于矿井含砂水质使用； 

传统大功率潜水电机因推力轴承热交变的影响，产生了大量推力轴承盘碎裂、龟裂等严重故障，甚至不能完成复矿排水的任务，本实用新型重新设计了推力轴承的结构，所述潜水电机的底部设置有新型的水力止推轴承11，该水力止推轴承11和推力盘15形成一对水力摩擦副，本实用新型采用铜合金自向心扇形块与软基金属复合材料组成水力摩擦副，最大承载力160kN，可以承受由于电机轴的偏置而产生的径向拉力，保证了矿用潜水电机长期可靠运行；所述潜水电机1的上导轴承9和下导轴承10采用新型导向轴承设计，每个导向轴承与电机轴5形成一对摩擦副，本发明采用碳纤维基金属复合材料与硬质金属复合层组成摩擦副，可以满足电机立式和卧式两种运行方式；所述潜水电机1在电磁设计上充分考虑了矿山抢险的特殊情况，采用优质矽钢片和电磁线，同时辅以特殊的轴瓦材料，保证潜水电机立、卧两种方式使用，应当说明的是，潜水电机1卧用时采用加强轴瓦支撑结构； 

潜水电机1内部即使再经清洗也难免存在不同杂质，其中以铁为基础的杂质占65％以上，且多为硬颗粒，潜水电机1的底部设置有过滤器16，所述过滤器16中设置有永磁体，排水过程中大量杂质吸附在永磁体上，从而不会磨损水润滑轴承，包括止推轴承及导向轴承，极大地提高了推力轴承的可靠性。 

所述潜水电机1采用强制内水循环冷却系统设计，该强制内水循环冷却系统包括冷却水道17和冷却器12，潜水电机定子组件7上设置有若干冷却水槽18，冷却水道17是冷却水槽18与电机壳拼合形成的，冷却器12加装在潜水电机1的底部，冷却器12是由若干内水管道18形成，内水管道18一端与冷却水道17相连通，另一端与潜水电机1的底座19连接，并与潜水电机1内部相通，潜水电机1的底座19设置的调节囊20可以保持电动机内外压力平衡，本实用新型采用冷却器12的结构增加了潜水电机1内部水循环面积，提高了散热功能，潜水电机1电机轴5上设置的小叶轮21进一步促进内部水循环流动，在潜水电机1潜入水中工作情况下，潜水电机1内部的水被迫从电机转子组件8与定子组件7之间的间隙下端进入，并从上端流出，上端流出的水经冷却水道17自上而下流向潜水电机1的下部，回到底座，同时，在 冷却水道17内自上而下流动的水流将热量传递给潜水电机1外部的水流，从而实现潜水电机1的散热，该冷却系统保证了潜水电机1的安全可靠运行，散热效果好，可使温升稳定在36℃以下。 

由多年生产矿用潜水电机的经验得出，潜水电机的常见故障是潜水电机内缺水，缺水会引起导轴承、止推轴承严重损坏，本实用新型所述的潜水电机1的前部内设了贫水传感器34，用以监控潜水电机1内腔水位参数，达到及早发现故障、排除故障，保障电机的安全运行。 

所述潜水泵2是由上泵22和下泵23两部分组成，上、下泵的上叶轮26和下叶轮27对称安装，由于两泵的规格和结构相同，二者产生的轴向力相互抵消，使导叶28在运转过程中的径向力平衡为零，这一结构提高了潜水泵2的效率，纠正了传统潜水泵在使用过程中大量导叶断裂的这一致命中缺陷。 

所述潜水泵2采用单级扬程达90m、额定流量为500～1000m³/h的水力模型，从而减少叶轮的级数。潜水泵2的叶轮和导叶各为1～12只，即潜水泵2为1～12级串联或并联。潜水电机1驱动的潜水泵2的级数为1～12级，与目前同类型产品相比大大减少了级数，并且潜水泵2总长为8.57米，比目前同类型产品短大约2.72米。由于潜水泵2粗短，因此潜水泵2的刚度、强度大大提高，更适合于矿山的粗搬运、粗安装。同时，由于刚度的提高，该潜水泵2不仅可以立式使用，而且可以卧式使用。 

本实用新型的潜水电泵由电缆连接地面控制柜实现控制，当潜水电机1通过泵机联结套4带动泵轴24一起转动时，被输送液体由吸水罩33经过潜水电机1表面进入潜水泵2的上吸水口30和下吸水口31，在旋转上叶轮26和下叶轮27的作用下，通过多级叶轮传送，压力能和速度能同时增加，上下两股液体在吐出段32汇合，而后通过上泵中段的外层流道经过联结法兰、逆止阀流入扬水管排出。该潜水电泵的机械密封装置可以防止爆炸性气体和其他物质进入电动机内部，使电动机具备防爆功能。 

本实用新型的有益效果如下： 

采用本实用新型，潜水泵单级扬程增加，大大减少了相同扬程的泵的级数，压缩了机泵长度，减轻了机泵重量，节约了生产及维修成本；上下泵叶 轮对称安装，二者产生的轴向力相互抵消；本实用新型系列的潜水化设计极大地丰富了我国潜水电泵系列，有效解决了我国千米矿井的抢险排水难题。 

Claims (6)

1.矿山排水用多级潜水电泵，包括潜水电机(1)、潜水泵(2)、泵机联接体(3)、泵机联轴套(4)及其紧固件，所述潜水电机(2)是由电机轴(5)、电机壳(6)、定子组件(7)、转子组件(8)、上导轴承(9)、下导轴承(10)、止推轴承(11)、冷却器(12)组成，电机轴(5)穿入到电机壳(6)内部并由上导轴承(9)、下导轴承(10)和止推轴承(11)支撑，轴密封采用机械密封装置(13)结构，转子组件(8)固定在电机壳(6)内部的电机轴(5)上，定子组件(7)固定在电机壳(6)内壁，所述潜水泵是(2)由上泵(22)、下泵(23)、泵轴(24)、轴承(25)、上叶轮(26)、下叶轮(27)、导叶(28)组成，上泵(22)和下泵(23)通过联轴器(29)相连接，泵轴(24)由轴承(25)支撑并穿入在泵壳内部，上叶轮(26)和下叶轮(27)固定在内部的泵轴(24)上，潜水电机(1)和潜水泵(2)由泵机联接体(3)相连接构成一个整体，潜水电机(1)位于潜水泵(2)下部，并通过泵机联轴套(4)、键和定位销等进行传动连接，其特征在于：潜水电机(1)的额定频率50Hz，额定转速1480r/min，额定电压为6000V或10000V，额定输出功率160kW～4400kW。

2.如权利要求1所述的矿山排水用多级潜水电泵，其特征在于：所述机械密封装置(13)上设置有甩砂环结构(14)。

3.如权利要求1所述的矿山排水用多级潜水电泵，其特征在于：止推轴承(11)与推力盘(15)之间采用铜合金自向心扇形块与软基金属复合材料组成水力摩擦副。

4.如权利要求1所述的矿山排水用多级潜水电泵，其特征在于：上导轴承(9)与电机轴(5)的轴套之间和下导轴承(10)与电机轴(5)的轴套之间均采用碳纤维基金属复合材料与硬质金属复合层组成摩擦副。

5.如权利要求1所述的矿山排水用多级潜水电泵，其特征在于：潜水电机(1)底部安装有过滤器(16)，过滤器(16)中设置有永磁体。

6.如权利要求1所述的矿山排水用多级潜水电泵，其特征在于：潜水电机(1)驱动的潜水泵(2)的叶轮和导叶各为1～12只，即潜水泵(2)为1～12级串联或并联。 

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