[发明专利]一种多级矿潜泵

说明书

所属技术领域

本发明是一种多级矿潜泵，尤其是在煤矿矿井中泵送含沙水的叶轮级数比较多、水泵扬程比较高、叶轮轴向力比较大、一般采用平衡鼓平衡轴向力的多级矿潜泵，属于通用机械产品制造技术领域。

背景技术

目前多级矿潜泵多数采用平衡鼓平衡轴向力，如图1所示。虽然现有的轴向力平衡方法有很多种，但相比之下，平衡鼓平衡轴向力的方法最简单。先有的发明专利“一种高效高压卧式多级离心泵”(ZL200710024398.2)中采用的平衡鼓加平衡盘的轴向力平衡方式也比图1所示的平衡鼓方式复杂得多。采用平衡鼓平衡轴向力的多级矿潜泵，因为结构最紧凑，生产成本最低而成为目前应用最普遍的多级矿潜泵。但是目前多级矿潜泵的平衡鼓都采用不能补偿的径向密封方式，在矿井含沙水中工作时，很容易被沙粒磨损而造成大量泄漏，使多级矿潜泵的扬程大大降低而报废。为了克服径向密封平衡鼓的不足，先有的发明专利“泵轴向力平衡装置”(ZL87100241)发明了一种端面密封的、能够自动补偿的平衡鼓方式，但这个发明在实践中发现还存在严重的技术缺陷，如果不改进是不能在多级矿潜泵中应用的。

图1所示的多级矿潜泵还有一个技术缺陷是旋转轴的底端没有轴承扶持，这会使叶轮口环和叶轮轮毂很快在含沙液体的运转中磨损损坏，虽然在有些多级矿潜泵的旋转轴底端加有轴承扶持，如ZL201020548965.1中的说明书附图2所示，但因为底端轴承的润滑液体含沙量比较大，所以轴承寿命相对较短，也是一个技术缺陷。

发明内容

为了克服现有多级矿潜泵的技术缺陷，提高多级矿潜泵的寿命，本发明提供一种创新设计的多级矿潜泵，其平衡轴向力的平衡鼓采用了能够自动补偿的端面密封方式，克服了径向密封方式磨损失效的缺陷，其旋转轴的底端增加了轴承扶持，并且就地取材，采用含沙比较少的矿井水润滑轴承，克服了滑动轴承磨损失效的缺陷。

本发明的技术方案是：

其基本结构与煤矿矿井内现有多级矿潜泵一样，电动机与水泵同轴，且电动机能够潜水工作，水泵是多级离心泵，且扬程高于300米，其主要创新是：

1.平衡转子轴向力的平衡鼓采用能够自动补偿的端面密封方式，作为平衡鼓主体的静环能够轴向移动，使不转动的静环与随旋转轴同步转动的动环始终靠在一起，其端面密封由主密封面和副密封面共同组成，主密封面外径大于平衡鼓直径，主密封面内径小于平衡鼓直径，主密封面的动环密封面和静环密封面是贴合在一起的，副密封面在主密封面的外侧，副密封面的动环密封面和静环密封面之间有间隙，副密封面间隙在0.2mm～2mm之间。

所有离心泵叶轮都会产生轴向力，高扬程的多级离心泵产生的轴向力很大。现有的多级矿潜泵大多数采用平衡鼓平衡轴向力，对于扬程高于300米的多级矿潜泵，其平衡鼓两端的压差高于3MPa，这对于径向间隙比较大的平衡鼓来说，会有很大的泄漏量，并形成高速射流。因为多级矿潜泵抽送的是含有泥沙的矿井水，很大的泄漏量会带来质地比较硬的沙粒。高速射流裹挟沙粒会使平衡鼓间隙很快磨损而加大，使泄漏量急剧增大，导致多级矿潜泵的扬程很快降低而失效。

端面密封平衡鼓与径向密封平衡鼓相同的是都有一个圆柱体阻隔高压区和低压区，这个圆柱体的直径都叫平衡鼓直径，平衡鼓直径的大小决定了轴向力平衡的多少。不同的是，径向密封平衡鼓的主体是随旋转轴同步转动的，它与不转动的末级泵体之间依靠径向间隙来实现动静过渡，这个间隙会磨损加大，因此泄漏量很大。而端面密封平衡鼓依靠动环和静环的端面摩擦来实现动静过渡，静环作为平衡鼓主体是不转动的，在它的平衡鼓直径处有静环0形圈保证此处不泄漏，平衡鼓的另一半作为动环随旋转轴同步转动，动环与静环的密封间隙几乎等于零，因此其泄漏量很小。在密封面磨损后，静环还能够轴向移动，使动环与静环的密封面继续贴合在一起，这就是端面密封平衡鼓的自动补偿功能。

端面密封平衡鼓的优越性在上世纪80年代就被发现了，虽然至今没有在多级矿潜泵中使用，但已经作为发明专利(ZL87100241)在井用潜水泵中试用过，先有的端面密封平衡鼓都只有主密封面而没有本发明在主密封面外侧增加的副密封面。没有副密封面的端面密封平衡鼓是很难设计的，不是密封面的比压太大把密封面损坏就是密封面的比压太小而在运行中密封面被高压液体推开，而且一旦推开，就会造成大量泄漏而使平衡鼓完全失效，这个缺陷导致ZL87100241一直未能推广开来。