CN102536842A - 干式-湿式两用泵组 - Google Patents

Abstract

本发明属于离心泵技术领域，具体涉及一种特别适用于矿山生产主排水、强排水和淹井后复矿排水的干式-湿式两用泵组。本干式-湿式两用泵组包括电机、由电机驱动运行的水泵以及设置在电机外侧的冷却单元；所述电机通过电机壳体上的开口以及冷却水管道与冷却单元相连通以构成对电机内部进行冷却的冷却循环系统。本发明既能暴露在空气中正常工作，又能在矿山突发透水时潜入水中正常工作，从而不会影响泵组的排水性能。本发明改变了以往泵组只能被动散热或冷却的方式，只要电机和水泵开始工作，冷却循环系统即开始工作，从而实现对电机的主动且实时高效地冷却作用，确保了本泵组在干式或湿式工况下均能够安全稳定的工作。

Description

干式-湿式两用泵组

技术领域

本发明属于离心泵组技术领域，具体涉及一种特别适用于矿山生产主排水、强排水和淹井后复矿排水的干式-湿式两用泵组。

背景技术

离心泵组由电机和离心泵组成，现有的电机分为干式电机和湿式电机两种。所谓干式电机也即电机只能在空气中运行，而不能在被水淹没或半淹没的工况下工作。所谓湿式电机则是在电机内部设置有冷却流道，当电机在被淹没的工况下工作时，环境水通过电机内部的冷却流道对电机进行冷却，从而保证了湿式电机的稳定工作；但是当湿式电机在空气中运行时，由于没有环境水对电机进行冷却，将使得电机会由于高温的原因被烧毁而不能工作。

目前矿山通常采用耐磨多级离心泵与电机相配套以作为生产主排水设备，所述耐磨多级离心泵的水泵转轴采用短圆柱滚子轴承作为两端支撑，所述的短圆柱滚子轴承采用油脂或稀油润滑，这种支撑结构在空气中运行也即处在干式工况下运行时将能够保持较好的工作状态，但其最大的缺点是不能潜水运行，当耐磨多级离心泵潜水运行时，由于水泵转轴两端的短圆柱滚子轴承内部的润滑冷却系统进水，从而导致轴承发热损坏，进而离心泵停止工作并失去排水作用。

然而在矿山生产时，离心泵组将时常需要在空气中也即干式工况或被淹没的情况下也即湿式工况下交替工作，如图1所示，低位点A所示即为干式运行水位，高位点B所示则为湿式运行水位，也即当水位为B时，离心泵组中的电机和水泵均浸没在水中。当矿山突发透水乃至发生淹矿现象时，水位将达到B处，此时干式电机和普通耐磨多级离心泵不但不能工作，还会因为被水淹没而可能遭到损坏；湿式离心泵组虽然能在被淹没的状况下正常工作以排水，但当水位由B逐渐下降时，湿式离心泵组中的湿式电机和水泵也将逐渐暴露在空气中，从而使得湿式电机内部产生的热量难以及时散发掉，湿式电机的工作将受到严重影响，当水位继续降低时，则湿式电机可能被烧毁而无法工作。

由此可见，现有的离心泵组在矿山突发透水时将会被动地失去排水作用而导致淹矿，甚至造成人员伤亡事故，给矿山造成重大的经济损失，因此亟待改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种干式-湿式两用泵组，本泵组不但能够在空气中也即在干式工况下运行，而且能够在被淹没或半淹没的状况下也即在湿式工况下运行，同时本泵组结构简单，工作安全可靠。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种干式-湿式两用泵组，本泵组包括电机、由电机驱动运行的离心泵以及设置在电机外侧的冷却单元；所述电机通过电机壳体上的开口以及冷却水管道与冷却单元相连通以构成对电机内部进行冷却的冷却循环系统；所述离心泵包括用于支撑水泵转轴端部的轴承体，所述轴承体与水泵转轴之间设置有滑动轴承，且离心泵上设置有引用离心泵的级间压差水以使滑动轴承保持正常工作的轴承润滑冷却机构。

同时，本发明还可以通过以下技术措施得以进一步实现：

所述电机内部设有电机转轴，电机转轴的轴身上穿设固定有随电机转轴转动的转子，转子的外侧套设有固定在电机壳体内侧的定子，所述电机转轴的远离水泵的一端设置有驱动冷却循环系统中的冷却水循环的叶轮。

所述冷却水管道包括冷却水供水管道和冷却水回水管道，冷却水供水管道的一端与设置在电机壳体上的供水口相连，冷却水供水管道的另一端与冷却单元的冷却水进水口相连，冷却水回水管道的一端与设置在电机壳体上的回水口相连，冷却水回水管道的另一端与冷却单元的冷却水出水口相连；所述电机壳体上的供水口设置在定子的靠近水泵的一侧，所述电机壳体上的回水口设置在叶轮的远离水泵的一端。

优选的，所述冷却单元即为冷却器，冷却器包括封闭状的冷却器壳体以及自冷却器壳体中穿过的输水管，所述输水管与水泵的出水口相连通，所述冷却器壳体的内壁与输水管的外壁之间设置有供冷却水流通的冷却水通道，所述冷却水进水口、冷却水出水口分设在冷却器壳体上；所述冷却器壳体呈圆筒状，且冷却器壳体和输水管的轴线彼此重合。

所述冷却水进水口设置在冷却器壳体的下侧，冷却水出水口设置在冷却器壳体的上侧；所述冷却水通道设置在冷却水进水口和冷却水出水口之间且设置有多个，多个冷却水通道均匀地环绕布设在输水管的周侧，所述冷却水通道的轴线与输水管的轴线相平行。

优选的，所述输水管的伸出在冷却器壳体的两端部均设置有连接法兰，以便于输水管与水泵出水口或其他管道的连接。

所述滑动轴承的材质为混杂纤维自润滑材料也即F102高分子复合材料，所述水泵转轴的外侧设有与滑动轴承相配合的衬套，滑动轴承的内壁面与所述衬套的外壁面之间设置有供级间压差水通过的轴承润滑间隙。

所述离心泵包括依次相连的进水段、中段和出水段，所述中段由多级彼此串联在水泵转轴上的泵段组成，且自进水段一侧至出水段一侧泵段的级数逐渐增加；所述轴承润滑冷却机构包括与较高一级泵段相连通的润滑冷却供水管路，还包括与较低一级泵段相连通的润滑冷却回水管路，所述润滑冷却供水管路、轴承润滑间隙、润滑冷却回水管路以及提供级间压差水的泵段共同构成一个完整的轴承润滑冷却机构。

所述轴承体的沿水泵转轴延伸方向的外侧设置有轴承压盖，且轴承压盖压靠在滑动轴承的端部；所述润滑冷却供水管路与所述轴承润滑间隙之间的供水连通管路设置在轴承压盖的靠近轴承体的一端，所述润滑冷却回水管路与所述轴承润滑间隙之间的回水连通管路设置在轴承体上，且设置在滑动轴承的远离轴承压盖的一端。

所述供水连通管路与回水连通管路沿水泵转轴的轴线分设在水泵转轴的两侧。

本发明的有益效果在于：

1)、本发明中的冷却器和设置在电机转轴上的叶轮相配合，当电机工作时，电机转轴转动并驱动干、湿两用离水泵工作，水泵将水通过冷却器上的输水管排出，此时电机转轴上的叶轮驱动冷却水流经电机内部，从而带走电机内部的热量并被加热，被加热的冷却水通过冷却水供水管道进入冷却器中的冷却水通道，冷却水在冷却水通道内通过时与输水管内的冷水产生热交换而被降温，降温后的冷却水经冷却水回水管道再次进入电机壳体内部，并对电机进行降温冷却，由此不断循环，保证了电机安全稳定的工作。

2)、本发明采用了滑动轴承作为水泵转轴端部的支撑轴承，同时采用水对滑动轴承进行润滑冷却，这种支撑装置使多级离心泵既能暴露在空气中工作，又能在矿山突发透水时潜入水中正常工作，也即采用本发明的多级离心泵既可以在干式工况下运行，也能在湿式工况下工作，从而不会影响整个泵组的排水性能。

3)、进一步的，本发明既能暴露在空气中正常工作，又能在矿山突发透水时潜入水中正常工作，也即本发明中的泵组既可以在干式工况下运行，也能在湿式工况下工作，从而不会影响泵组的排水性能。

4)、本发明中的叶轮为驱动部件，冷却器为冷却部件，由此本发明改变了以往泵组只能被动散热或冷却的方式，只要电机和水泵开始工作，由叶轮和冷却器构成的冷却循环系统即开始工作，从而实现对电机的主动且实时高效地冷却作用，确保了本泵组在干式或湿式工况下均能够安全稳定的工作。

5)、本发明中滑动轴承的材质为混杂纤维自润滑材料也即F102高分子复合材料，因此滑动轴承具有磨合性高、耐磨性好、耐腐蚀性好等优点，同时由多级离心泵本身供水对滑动轴承进行润滑和冷却，降低了滑动轴承的噪声和温升，并大大提高了滑动轴承的机械效率和运行可靠性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的左视图。

图3是电机与冷却器的连接结构示意图。

图4是冷却器的结构示意图。

图5是多级离心泵的结构示意图。

图6是本支撑装置的结构示意图。

图中标记的含义如下：

10-电机    11-定子    12-转子    13-电机转轴

14-叶轮    15-电机壳体    20-离心泵    21-水泵进水管

22-出水管    201-轴承体    202-进水段    203-第一级泵段

204-第二级泵段    205-出水段    206-平衡环    207-平衡盘

208-润滑冷却回水管路    209-润滑冷却供水管路

210-轴承压盖    211-滑动轴承    212-中段

213-水泵叶轮    214-水泵转轴    215-衬套

30-冷却器    31-冷却水供水管道    32-冷却水回水管道

33-冷却器壳体    34-输水管    35-冷却水通道

36-第一连接法兰    37-第二连接法兰

A-干式运行水位    B-湿式运行水位

具体实施方式

如图1、2所示，一种干式-湿式两用泵组，本泵组包括电机10、由电机10驱动运行的离心泵20以及设置在电机10外侧的冷却单元；所述电机10通过电机壳体15上的开口以及冷却水管道与冷却单元相连通以构成对电机10内部进行冷却的冷却循环系统；所述离心泵20包括用于支撑水泵转轴214端部的轴承体201，所述轴承体201与水泵转轴214之间设置有滑动轴承211，且离心泵20上设置有引用离心泵的级间压差水以使滑动轴承211保持正常工作的轴承润滑冷却机构。

所述的冷却单元既可以为单独的冷却部件，也可以为驱动部件和冷却部件的组合，比如冷却单元可以为变频水泵与冷却器的组合，此时变频水泵可根据电机转速的快慢而调整冷却水量的大小，以确保对电机的冷却效果。

进一步的，如图3所示，所述电机10内部设有电机转轴13，电机转轴13的轴身上穿设固定有随电机转轴13转动的转子12，转子12的外侧套设有固定在电机壳体15内侧的定子11，所述电机转轴13的远离离心泵20的一端设置有驱动冷却循环系统中的冷却水循环的叶轮14。

所述叶轮14既可以直接固定在电机转轴13上，也可以通过连接部件与电机转轴13相连。

由上述技术方案可知，本发明以固设在电机转轴13端部的叶轮14为驱动部件，从而充分利用了电机的能量，简化了结构，同时也实现了对电机进行实时冷却的功能，确保了冷却效果。

优选的，如图1、3所示，所述冷却水管道包括冷却水供水管道31和冷却水回水管道32，冷却水供水管道31的一端与设置在电机壳体15上的供水口相连，冷却水供水管道31的另一端与冷却单元的冷却水进水口相连，冷却水回水管道32的一端与设置在电机壳体15上的回水口相连，冷却水回水管道32的另一端与冷却单元的冷却水出水口相连；所述电机壳体15上的供水口设置在定子11的靠近离心泵20的一侧，所述电机壳体15上的回水口设置在叶轮14的远离离心泵20的一端。

如图1、3、4所示，所述冷却单元即为冷却器30，冷却器30包括封闭状的冷却器壳体33以及自冷却器壳体33中穿过的输水管34，所述输水管34与离心泵20的出水口相连通，所述冷却器壳体33的内壁与输水管34的外壁之间设置有供冷却水流通的冷却水通道35，所述冷却水进水口、冷却水出水口分设在冷却器壳体33上。

进一步的，所述冷却器壳体33呈圆筒状，且冷却器壳体33和输水管34的轴线彼此重合。

如图3、4所示，所述冷却水进水口设置在冷却器壳体33的下侧，冷却水出水口设置在冷却器壳体33的上侧；所述冷却水通道35设置在冷却水进水口和冷却水出水口之间且设置有多个，多个冷却水通道35均匀地环绕布设在输水管34的周侧，所述冷却水通道35的轴线与输水管34的轴线相平行。

所述输水管34的伸出在冷却器壳体33的两端部均设置有连接法兰，也即如图3、4所示，输水管34的上端设置有第一连接法兰36，下端设置有第二连接法兰37，以使得输水管34便于和离心泵20的出水口或其他管道相连接。

更进一步的，所述冷却器壳体33呈圆筒状，且冷却器壳体33和输水管34的轴线彼此重合。所述冷却水进水口设置在冷却器壳体33的下侧，冷却水出水口设置在冷却器壳体33的上侧；所述冷却水通道35设置在冷却水进水口和冷却水出水口之间且设置有多个，多个冷却水通道35均匀地环绕布设在输水管34的周侧，所述冷却水通道35的轴线与输水管34的轴线相平行。

如图5、6所示，离心泵20包括用于支撑水泵转轴214端部的轴承体201，所述轴承体201与水泵转轴214之间设置有滑动轴承211，且离心泵20上设置有引用离心泵的级间压差水以使滑动轴承211保持正常工作的轴承润滑冷却机构。

进一步的，所述滑动轴承211的材质为混杂纤维自润滑材料也即F102高分子复合材料，所述水泵转轴214的外侧设有与滑动轴承211相配合的衬套215，滑动轴承211的内壁面与所述衬套215的外壁面之间设置有供级间压差水通过的轴承润滑间隙。

如图5所示，离心泵20包括依次相连的进水段202、中段212和出水段205，所述中段212由多级彼此串联在水泵转轴214上的泵段组成，且自进水段202一侧至出水段205一侧泵段的级数逐渐增加；所述轴承润滑冷却机构包括与较高一级泵段相连通的润滑冷却供水管路209，还包括与较低一级泵段相连通的润滑冷却回水管路208，所述润滑冷却供水管路209、轴承润滑间隙、润滑冷却回水管路208以及提供级间压差水的泵段共同构成一个完整的轴承润滑冷却机构。

所述泵段也即如第一级泵段203或第二级泵段204所示的那样，泵段由叶轮213、叶轮213所在位置处的泵壳所以相应泵壳所围成的空腔构成。

所述较高一级泵段与较低一级泵段可以是彼此相邻的泵段，也可以是不相邻的泵段。由于较高一级泵段处的水的压力大于较低一级泵段处的水的压力，因此较高一级泵段处的水在压差的作用下依次经过润滑冷却供水管路209、轴承润滑间隙、润滑冷却回水管路208而进入较低一级泵段，从而实现了润滑冷却滑动轴承211的目的。

如图6所示，所述轴承体201的沿水泵转轴214延伸方向的外侧设置有轴承压盖210，且轴承压盖210压靠在滑动轴承211的端部；所述润滑冷却供水管路209与所述轴承润滑间隙之间的供水连通管路设置在轴承压盖210的靠近轴承体201的一端，所述润滑冷却回水管路208与所述轴承润滑间隙之间的回水连通管路设置在轴承体201上，且设置在滑动轴承211的远离轴承压盖210的一端。

进一步的，所述供水连通管路与回水连通管路沿水泵转轴214的轴线分设在水泵转轴214的两侧。图4中所示的水连通管路与回水连通管路即分设在水泵转轴214的上下两侧，以有利于水对滑动轴承211实现充分地润滑。

优选的，所述润滑冷却供水管路209与第二级泵段204相连通，润滑冷却回水管路208与第一级泵段203相连通，润滑冷却供水管路209与润滑冷却回水管路208相配合使得第二级泵段204与第一级泵段203之间的级间压差水通过轴承润滑间隙以使滑动轴承211保持正常工作。

第二级泵段204与第一级泵段203彼此相邻，二者之间的水压差不但能够满足润滑冷却滑动轴承211的需要，而且不会破坏滑动轴承211两侧的密封结构，有利于离心泵的正常稳定的工作。

下面结合附图对本发明的工作过程作进一步说明。

如图1所示，电机10与离心泵20也即干、湿两用离心泵相连，离心泵20的进水口与水泵进水管21相连，离心泵20的出水口与输水管34下端的第二连接法兰37相连，输水管34通过其上端的第一连接法兰36与出水管22相连。

如图1、3所示，冷却器壳体33上的冷却水进水口通过冷却水供水管道31与电机壳体15上的供水口，冷却器壳体33上的冷却水出水口通过冷却水回水管道32与电机壳体15上的回水口相连。

图3中所示的叶轮14、电机内部定子11和转子12之间的冷却通道、电机壳体15上的供水口、冷却水供水管道31、冷却器30、冷却水回水管道32以及电机壳体15上的回水口彼此相连以构成一个完整的冷却循环系统，冷却水在冷却循环系统中循环流动以对电机10进行冷却。

如图5所示，离心泵20包括依次相连的进水段202、中段212和出水段205，所述中段212由多级彼此串联在水泵转轴214上的泵段组成，所述水泵转轴214的两端均设置有轴承体201，轴承体201的沿水泵转轴214的延伸方向的外侧罩设有轴承压盖210，所述轴承压盖210与水泵转轴214之间以及轴承体201靠近泵段处的一端均设置有密封装置。第二级泵段204通过三通和润滑冷却供水管路209分别向水泵转轴214两端的滑动轴承供应润滑冷却水，润滑冷却水再通过两润滑冷却回水管路208和三通回流至第一级泵段203处。

图1、2中的虚线箭头所示为离心泵20中的水流方向，图3、4中的实线箭头所示为冷却循环系统中的冷却水流向，图6中的实线箭头所示为轴承润滑冷却机构中的润滑冷却水流向。

当电机10工作时，电机转轴13转动并驱动干、湿两用离水泵工作，离心泵20将水通过冷却器30上的输水管34排出，此时电机转轴13上的叶轮14驱动冷却水流经电机10内部，也即冷却水自定子11和转子12之间的间隙中流过，从而带走电机内部的热量并被加热，被加热的冷却水通过冷却水供水管道31进入冷却器30中的冷却水通道35，冷却水在冷却水通道35内通过时与输水管34内的冷水产生热交换而被降温，降温后的冷却水经冷却水回水管道32再次进入电机壳体15内部，并对电机10进行降温冷却，由此不断循环，保证了电机10安全稳定的工作。

与此同时，水泵转轴214带动其上的水泵叶轮213转动，由此离心泵20通过水泵进水管21抽水，并通过供水管22排水，此时离心泵20的内腔中充满了水。较高一级泵段也即第二级泵段204处的水压比较低一级泵段也即第一级泵段203处的水压高，因此第二级泵段204的水通过三通和润滑冷却供水管路209分别向水泵转轴214两端的滑动轴承211供应润滑冷却水，润滑冷却水通过滑动轴承211和衬套215之间的轴承润滑间隙，从而实现了对滑动轴承211的润滑和冷却，润滑冷却水随后通过润滑冷却回水管路208和三通回流至第一级泵段203处，由此不断循环，保证了离心泵20安全稳定的工作。

Claims (10)

1.一种干式-湿式两用泵组，其特征在于：本泵组包括电机(10)、由电机(10)驱动运行的离心泵(20)以及设置在电机(10)外侧的冷却单元；所述电机(10)通过电机壳体(15)上的开口以及冷却水管道与冷却单元相连通以构成对电机(10)内部进行冷却的冷却循环系统；所述离心泵(20)包括用于支撑水泵转轴(214)端部的轴承体(201)，所述轴承体(201)与水泵转轴(214)之间设置有滑动轴承(211)，且离心泵(20)上设置有引用离心泵的级间压差水以使滑动轴承(211)保持正常工作的轴承润滑冷却机构。

2.根据权利要求1所述的干式-湿式两用泵组，其特征在于：所述电机(10)内部设有电机转轴(13)，电机转轴(13)的轴身上穿设固定有随电机转轴(13)转动的转子(12)，转子(12)的外侧套设有固定在电机壳体(15)内侧的定子(11)，所述电机转轴(13)的远离离心泵(20)的一端设置有驱动冷却循环系统中的冷却水循环的叶轮(14)。

3.根据权利要求2所述的干式-湿式两用泵组，其特征在于：所述冷却水管道包括冷却水供水管道(31)和冷却水回水管道(32)，冷却水供水管道(31)的一端与设置在电机壳体(15)上的供水口相连，冷却水供水管道(31)的另一端与冷却单元的冷却水进水口相连，冷却水回水管道(32)的一端与设置在电机壳体(15)上的回水口相连，冷却水回水管道(32)的另一端与冷却单元的冷却水出水口相连；所述电机壳体(15)上的供水口设置在定子(11)的靠近离心泵(20)的一侧，所述电机壳体(15)上的回水口设置在叶轮(14)的远离离心泵(20)的一端。

4.根据权利要求1或2或3所述的干式-湿式两用泵组，其特征在于：所述冷却单元即为冷却器(30)，冷却器(30)包括封闭状的冷却器壳体(33)以及自冷却器壳体(33)中穿过的输水管(34)，所述输水管(34)与离心泵(20)的出水口相连通，所述冷却器壳体(33)的内壁与输水管(34)的外壁之间设置有供冷却水流通的冷却水通道(35)，所述冷却水进水口、冷却水出水口分设在冷却器壳体(33)上；所述冷却器壳体(33)呈圆筒状，且冷却器壳体(33)和输水管(34)的轴线彼此重合。

5.根据权利要求4所述的干式-湿式两用泵组，其特征在于：所述冷却水进水口设置在冷却器壳体(33)的下侧，冷却水出水口设置在冷却器壳体(33)的上侧；所述冷却水通道(35)设置在冷却水进水口和冷却水出水口之间且设置有多个，多个冷却水通道(35)均匀地环绕布设在输水管(34)的周侧，所述冷却水通道(35)的轴线与输水管(34)的轴线相平行。

6.根据权利要求4所述的干式-湿式两用泵组，其特征在于：所述输水管(34)的伸出在冷却器壳体(33)的两端部均设置有连接法兰。

7.根据权利要求1或2或3所述的干式-湿式两用泵组，其特征在于：所述滑动轴承(211)的材质为混杂纤维自润滑材料也即F102高分子复合材料，所述水泵转轴(214)的外侧设有与滑动轴承(211)相配合的衬套(215)，滑动轴承(211)的内壁面与所述衬套(215)的外壁面之间设置有供级间压差水通过的轴承润滑间隙。

8.根据权利要求7所述的用于多级离心泵的水泵转轴支撑装置，其特征在于：所述离心泵包括依次相连的进水段(202)、中段(212)和出水段(205)，所述中段(212)由多级彼此串联在水泵转轴(214)上的泵段组成，且自进水段(202)一侧至出水段(205)一侧泵段的级数逐渐增加；所述轴承润滑冷却机构包括与较高一级泵段相连通的润滑冷却供水管路(209)，还包括与较低一级泵段相连通的润滑冷却回水管路(208)，所述润滑冷却供水管路(209)、轴承润滑间隙、润滑冷却回水管路(208)以及提供级间压差水的泵段共同构成一个完整的轴承润滑冷却机构。

9.根据权利要求8所述的用于多级离心泵的水泵转轴支撑装置，其特征在于：所述轴承体(201)的沿水泵转轴(214)延伸方向的外侧设置有轴承压盖(210)，且轴承压盖(210)压靠在滑动轴承(211)的端部；所述润滑冷却供水管路(209)与所述轴承润滑间隙之间的供水连通管路设置在轴承压盖(210)的靠近轴承体(201)的一端，所述润滑冷却回水管路(208)与所述轴承润滑间隙之间的回水连通管路设置在轴承体(201)上，且设置在滑动轴承(211)的远离轴承压盖(210)的一端。

10.根据权利要求9所述的用于多级离心泵的水泵转轴支撑装置，其特征在于：所述供水连通管路与回水连通管路沿水泵转轴(214)的轴线分设在水泵转轴(214)的两侧。

Images