带搅拌功能矿用潜水排沙电泵的研制

2015-01-28谢文丽黑龙江鹤岗市斯达排沙潜水泵有限公司

科学中国人 2015年9期

谢文丽黑龙江鹤岗市斯达排沙潜水泵有限公司

带搅拌功能矿用潜水排沙电泵的研制

谢文丽
黑龙江鹤岗市斯达排沙潜水泵有限公司

带搅拌功能矿用潜水排沙电泵是潜水电泵与搅拌器的组合，能使沉积在水池底部的固体颗粒悬浮起来。该泵具有水力设计优良、节能效果显著、结构合理、防缠绕、无堵塞、起动平稳、安全可靠、使用寿命长等特点，特别适用于井下水仓清理淤泥沙工作、采掘巷道排送含有煤泥、岩粉等含颗粒物的污水。

潜水泵；电机；搅拌器；排沙

前言：

我国煤矿用普通潜水泵抽排泥沙水时，不能完全将水排放干净，须配套建设污水沉淀池，沉淀后的淤泥要专人清理，使采掘成本增加，工作效率降低。为了克服存在的不足，针对矿山实际环境，研制开发了带搅拌功能矿用潜水排沙电泵，解决了因搅拌轮与立式泵使用一个电机工作而产生功率过载烧损电机的问题。实现了无需沉淀就可以将含泥沙的煤泥水排到主水仓或直接排放到地面，减少建设沉淀池的投资，降低了采掘成本。尤其是该潜水泵可以通畅地排放高浓度煤泥、岩粉、泥沙、灰浆、矿渣甚至水泥沙浆等重介质，是煤矿理想的排沙设备。

一、结构特点：

带搅拌功能矿用潜水排沙电泵是潜水电泵与搅拌器的组合。潜水电泵包括泵体、叶轮、密封油室、机械密封、电机壳、电机、滤网、接线腔、底座等部件。电泵的电机壳是双层夹套结构式的，在电机壳的外套下半圆周开长方型口，在长方型口上设有吸水滤网。泵体通过外侧锥形环腔的法兰直接安装在电机上，泵体内部是螺旋形的，在泵体内轴向与出水口对中的位置设有加宽的叶轮，叶轮位于电机转轴的一端。在泵体与电机之间形成锥形环腔，锥形环腔中设有密封油室，密封油室中设有机械密封。在卧式电泵接线腔的一侧设有搅拌器，在搅拌器电机上设有搅拌轮，搅拌器电机和搅拌轮为同轴式。在搅拌器电机的下部设有一个半圆板，半圆板上有5个均布30°的孔，用来与底座上的支承板联接，可向左或向右旋转角度，实现120°自由定向定位。搅拌器与接线腔用固定夹板联接，使搅拌器更加牢固。使用时，先把搅拌器按需要调整角度后安装定位，然后将电泵吊装固定后，先开启一段时间搅拌器，均匀搅拌污水、再开启电泵，共同完成排污排沙工作。

二、技术特点：

1、电机

在整个系列产品中电机冷却是关键技术之一，以往潜水泵的电机冷却多采用电机壳外表面散热片冷却为主，靠空气的流动达到冷却电机的目的，当外界负载发生变化时，电机极易发生过载甚至烧毁电机。潜水排沙电泵在设计时充分考虑了水泵在输送固体时，增加电机输出功率的问题，采用水冷却方式即利用输送介质冷却电机。高速流动输送介质在电机壳夹层中高速流动，将电机壳表面热量迅速带走，完成热量交换，充分冷却电机将电机温升始终保持在稳定的温度内，使电机性能充分发挥，即使水泵负载发生大的波动也不会导致电机过载，达到“有水水冷，无水风冷”的目的。充分冷却效果使同样功率电机获得不同性能的效果。

2、叶轮及过流部件

潜水排沙电泵采用“二相流”设计理论，应用PCAD软件设计的独特叶轮结构及过流部件结构，利用增加叶轮出口宽度，改变叶片厚度等方法，增强抗堵塞能力，提高叶轮输送固体颗粒的能力，增大流道通过大粒固体颗粒的能力。减少流体流动时的水力损失，为求最大化提高水力效率，过流部件采用耐磨铸铁制造，抗磨耐用。密封口环用碳化钨硬质合金制造，保持合适的密封间隙，减少容积损失，提高容积效率。并配合特殊泵体收集结构提高能量转换利用率，使之具有排沙耐磨的特点。

3、机械密封

在油室内，采用了碳化钨双端面硬质合金的机械密封。油室中的油可传出电机轴和轴承的热量，并有效地防止液体渗漏。在油室上方有骨架油封，防止油渗漏到电机里，以致保护电机，在油室下方有停车密封，防止在水泵停车时，泵的液体进入油室，保护了泵的密封情况，这样一来，这种水泵已形成了“三重密封”，保证了水泵的密封使用寿命，从而保证了水泵的使用寿命。

4、搅拌器

搅拌器是利用流体动力学原理设计与螺旋浆理论设计的，通过旋转产生紊流，并带动介质流动旋转，这种流动不仅包括主要的水平方向的流动，也含有垂直方向的流动。为使搅拌器在最佳水力点进行工作，并保证搅拌器能产生充分的射流，使介质中的固体保持悬浮，防止活性污泥絮凝沉淀，引导边经特别成型以完善其流线外形，搅拌叶片是三片螺旋浆，把力被均匀分配到三个叶片上，既能产生一个相对高的轴向推力，又能保持更为平稳地运转。两面弯曲的外形使叶片在挤压介质时具有更高的强度和刚度，配合使用高铬耐磨材料和高效外廓及自清洁功能，保证搅拌器安全可靠，无故障和平衡地运行。

三、产品试验：

带搅拌功能矿用潜水排沙电泵样机制造成功后，试验人员模拟井下的使用工况，向水池内投入大量泥沙，运行后搅拌器充分发挥了搅拌的作用，试验历经300小时不间断的满负荷试验，扬程、流量和功率都满足设计要求，以100-20-18.5kW为例，实验数据分别为：关死点：0mm3、25.8m、6.9kW,额定点：102.3mm3、20.5m、16.6 kW，最大点：128mm3、13.2m、18.3kW。之后把样机送至煤矿井下实际工况下进行工业性试验3个月，无异常现象发生，取得了良好的效果。