技术领域
[0001] 本
发明涉及一种潜
水电泵，尤其是涉及一种中高扬程全贯流潜水混流电泵，涉及潜水电泵技术领域。
背景技术
[0002] 由潜水轴流电泵为
基础发展而成的全贯流潜水轴流电泵，是指泵
叶轮置于驱动
电机转子内腔的湿
定子潜水电泵，其
能量传输及转变过程，是转子转动所需要的能量，是由定子从电源或
电网中取得的，接在电源上的定子绕组取得
电能形成旋转
磁场切割电机鼠笼转子产生电磁
力矩，带动内置于转子的轴流
泵叶轮一起围绕着轴旋转产生泵的功能，轴的两端其一端置于出水导叶体的中央的前轴支承体，其另一端置于吸水喇叭管的中央的后轴支承体，即构成现已在水力排灌工程中广泛使用形成市场规模的全贯流潜水轴流泵。但由于属于轴流泵的本质未变，按轴流泵的技术特性本质，全贯流潜水轴流泵的工作扬程不能超过10m，最高扬程不能超过13m，泵的比转速不能低于500(nS＞500)，由于扬程偏低，只适合于沿江河湖海或盆地的城市、农村、抗洪排涝及少数农田
灌溉之用。而我国素有“三山六水一分地”对陆地面积分割的称谓，其中“三山”中有100多万平方公里地面高程在10～50m之间的中低丘陵地区，是形成国民经济产值的重要经济区。此外，随着水利工程特别是拦河大坝及水电站的大量建设，大坝起了拦砂的作用，使大坝水库下游的河流水质变清，大大减少了含砂量，变清的河道
水体对下游河道的河床有较强的切割下降作用，使下游河道的水面下降，而且随着时间的推移，河面水位有持续下降的趋势，使原来可使用轴流泵排灌的丰饶地区，要改用扬程较高的混流泵。
[0003] 在这一市场的需求下，有不少单位或个人提出潜水混流泵
专利的
申请，其中“一种叶轮内置式潜水混流电泵”。正在申请的发明专利(CN107605755A)有一系列关键技术未解决，连这专利可适用的范围，最主要是适用扬程都未提出，因此这一发明专利不能用实审来补充解决。而必须申请在不同原理及结构的新专利，即本专利“一种中高扬程全贯流潜水混流电泵”。
[0004] 原存在问题，这一在申请的专利(CN107605755A)，可以看出未进行过工程设计的检验。存在三个难以逾越的设计
缺陷：①
滚动轴承布置在内置叶轮的电机鼠笼转子的两端，众所周知，鼠笼转子异步电机会产生轴电势和轴
电流，轴电流会在轴承游隙中产生电火花，灼伤
滚动轴承滚道及滚珠，使轴承使用寿命大为缩短，特别是中大型泵，定、转子
铁芯都是由扇形片叠装而成，扇形片铁芯会产生更强大的轴电流，即使实施，也是一个先天低
质量的设计发明；②转子两端都是滚动轴承，采用
润滑油或
润滑脂润滑，为保证是长期运行工作制，
轴承腔不能仅用机械密封作动密封，机械密封的原理决定了其
泄漏量不能为零，否则机械密封会烧毁。由于全贯流泵的闭合结构，有一端机械密封是人或任何机械所不能
接触的，必须使用不能调整的组装式机械密封，因而出现大件穿细孔难以执行的工序；③由于全贯流潜水轴流泵进一步发展到全贯流潜水混流泵，与鼠笼转子内圆结合的水泵叶轮转子外圆由柱面改变为锥面或球面，内置式水泵叶轮正在申请的原专利是采用径向很大幅铁来填补空间，由于鼠笼转子是由
硅钢片叠成，片间的间隙必然漏水到幅铁间的扇形空间，而且在高速旋转下，因泄漏补充的不均匀性，各扇形片空间的水体质量不可能相等，而且是随机性的，形成的
不平衡量会成为整个机组振动源，造成运行振动。此外，该发明的轴承布置是三轴承结构，另一端布置了一个径向滚动轴承作
导向轴承，这是过
定位结构，在交变
应力作用下，很容易断轴，在国内外现代大型电机结构中，均不再使用这种第三轴承结构。为改变现已在实审阶段的原发明专利(CN107605755A)有以上不可实施性，故提出本专利申请。
发明内容
[0005] 本发明要解决的关键技术问题之一是克服现有全贯流潜水电泵轴承腔泄漏进水的缺陷，关键技术问题之二是要解决轴电流对轴承的灼伤，关键技术问题之三是形成中高扬程混流泵的动平衡，提供一种中高扬程全贯流潜水混流电泵，从而解决上述问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种中高扬程全贯流潜水混流电泵，包括叶轮、单一轴承腔体、转子、出线装置、导
叶片、出水筒和出水导叶体组件，所述导叶片与出水筒、
法兰焊接或
铸造成出水导叶体，所述出线装置位于出水导叶体外侧，所述出水导叶体内部安装有单一轴承腔体，所述单一轴承腔体位于全贯流电机一侧的导叶体内，而轴承不设置在所述转子的两侧，这样所述单一轴承腔体完全阻断定子因磁路不平衡产生轴电势形成轴电流对轴承的电火花灼伤，即关键技术之二，所述出水导叶体组件由导叶片、轴承腔和导叶体组成，所述转子带有叶轮，所述叶轮的圆周上均布连接着多片叶片，所述转子安装在伸出的轴伸上，所述单一轴承腔体内部安装有双支梁轴承，所述轴伸为双支梁轴伸出只有一个机械密封的结构，所述转子一侧布置在单一轴承腔体内的双支梁轴承轴的两端安装有滚动轴承，两推力滚动轴承都设置在单一轴承腔体内，所述单一轴承腔上设置有第一测压管及第一电接点压力表，所述轴承腔的最低
位置设置有空气进气管，所述出水导叶体内设置有水泵扬程转换成压力的第二测压管及第二电接点压力表。
[0007] 作为本发明的一种优选技术方案，所述轴承腔采用恒
正压差密封，送入压缩空气至轴承腔后，轴承腔内的空气压力P1比水泵扬程的压力大P2大0.2MPa±0.02的恒压，是恒定的正压差，因此因轴承腔内的油气压力恒大于周围水扬程形成压力，从原理上可证明经机械密封面泄漏量△Q＝0，可保持轴承腔内的润滑脂，泵在任扬程工作下都不会漏水，而保证轴承具有良好的未经水污染
皂化的润滑脂运行条件，恒正压密封适用于扬程H＜20m的场合，是关键技术之一。
[0008] 作为本发明的一种优选技术方案，所述轴承腔采用恒压差密封，由电接点压力测量P1及P2经
单片机的减法器比较ΔP＝P1-P2≥0.2MPa±0.02，如ΔP小于0.2-0.02MPa，经减法器输出的
信号会控制电磁
阀打开输入压缩空气，使轴承腔压力P1提高，使ΔP增加，维持ΔP为一恒值，反之亦然，因机械密封的存在补气量十分微小，正压动力来自于一个微型空压机；恒压差正压密封系统是一种智能控制的系统，适用于60m以下的扬程的全贯流潜水电泵，当然也包括本发明专利20m左右的全贯流潜水混流泵，是关键技术之一。
[0009] 作为本发明的一种优选技术方案，所述叶轮外圆为球形，所述叶轮与电机转子内圆形成较大的楔形空间，所述电机转子为柱形鼠笼转子，所述楔形空间内部填充有变内径的环状硅钢片并成为电机转子轭部磁路的一部分，是关键技术之三；所述电机转子一侧安装有电机定子，所述电机定子的绕组线圈为耐水绕组线，所述耐水绕组线及扇形片组成的定子铁芯组件。
[0010] 作为本发明的一种优选技术方案，所述第一测压管、第二测压管和空气进气管均为无缝钢管。
[0011] 作为本发明的一种优选技术方案，所述导叶片同时起
支撑筋作用，作为筋的导叶片选择比叶轮叶片多一片。
[0012] 与
现有技术相比，本发明的有益效果是：该种中高扬程全贯流潜水混流电泵，可适用于扬程较高的场合，解决了所有全贯流潜水电泵轴承泄漏进水、轴电流产生及
刚度等问题，为全贯流潜水混流泵安全运行提供了保证。
附图说明
[0013] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成
说明书的一部分，与本发明的
实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0014] 图1为本发明所述一种中高扬程全贯流潜水混流电泵结构示意图；
[0015] 图2为本发明所述一种中高扬程全贯流潜水混流电泵的工作参数范围表；
[0016] 图中：1、叶轮；2、叶片；3、滚动轴承；4、单一轴承腔体；5、双支梁轴承；6、电机转子；7、转子；8、轴伸；9、导叶体；10、导叶片；11、法兰；12、机械密封；13、出线装置；14、出水筒；
15、耐水绕组线；16、第一测压管；17、第一电接点压力表；18、第二测压管；19、第二电接点压力表；20、空气进气管；21、电机定子；22、出水导叶体组件；23、楔形空间。
具体实施方式
[0017] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0018] 实施例一
[0019] 请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种中高扬程全贯流潜水混流电泵，包括叶轮1、单一轴承腔体4、转子7、出线装置13、导叶片10、出水筒14和出水导叶体组件22，导叶片10与出水筒14、法兰11焊接或铸造成出水导叶体9，出线装置13位于出水导叶体9外侧，出水导叶体9内部安装有单一轴承腔体4，单一轴承腔体4位于全贯流电机一侧的导叶体9内侧，单一轴承腔体4完全阻断定子因磁路不平衡产生轴电势形成轴电流对轴承的电火花灼伤，可完全消除轴电流对滚动轴承3的灼伤和破坏，有利于延长轴承运行寿命，由导叶片10、单一轴承腔体4和导叶体9组成刚度极高的出水导叶体9，承载全部推力
载荷及径向载荷，因轴承体可以直接解体，机械密封12、轴承等易损件可直接暴露，十分有利于工厂装配试验及用于检修，轴及轴承的布置应使轴的挠度在10％×g(g为定转子7间的间隙长度)内，且第一临界转速为额定转速的130％以上，转子7带有叶轮1，叶轮1的圆周上均布连接着多片叶片2，转子7安装在伸出的轴伸8上，单一轴承腔体4内部安装有双支梁轴承5，轴伸8为双支梁轴伸8出机械密封12的结构，双支梁轴承5两端安装有滚动轴承3，滚动轴承3之间设置有单一轴承腔体4，轴伸8式双支梁的轴承布置在单一轴承腔体4内，由耐水绕组线15及扇形片组成的定子铁芯产生的轴电势及轴电流不能形成回路，因此可完全消除轴电流对滚动轴承3的灼伤和破坏，有利于延长轴承运行寿命，并要求挠度应≤10％×g(g为定转子7间的间隙长度)，第一临界转速≥180％nN，nN为泵的额定转速， SN是异步电机的转差
率，单一轴承腔体4上设置有第一测压管16及第一电接点压力表17，单一轴承腔体4的最低位置设置有空气进气管20，出水导叶体9内设置有水泵扬程转换成压力的第二测压管18及第二电接点压力表19。
[0020] 单一轴承腔体4采用恒正压密封，由于单一轴承腔体4外焊接伸出两根无缝钢管，一根为第一测压管16，测量轴承腔内的压力P1,并设置P1＝1.1gρgH(MPa)，此式中H为泵的最高扬程，P1由第一电接点压力表17测量可直接读，并以
电信号送至
控制器及工控计算机，在泵的出水流道中设置第二测压管18，可测出泵扬程形成的压力P2＝ρgH，由第二电接点压力表19读出，并以电信号送至控制器或工控计算机，计算机或控制器值接受预先设置的压力表P1，由电接点压力表上、下限
指针压力差△P作为单一轴承腔体4内压力控制
精度，即腔内压力基本为恒压P1，送入压缩空气至单一轴承腔体4后，单一轴承腔体4内的空气压力P1比水泵扬程的压力大P2大0.2MPa±0.02的恒压，是恒定的正压，因此经机械密封12面泄漏量△Q＝0，恒正压密封适用于扬程H＜60m的场合，本发明的扬程20m在此适用范围内。
[0021] 叶轮1外圆为球形，叶轮1与电机转子6内圆形成较大的楔形空间23，电机转子6为柱形鼠笼转子7，楔形空间23内部填充有变内径的环状硅钢片并成为电机转子6轭部磁路的一部分，提高了转子7的
转动惯量，降低
飞逸转速且提高电机功率因数，电机转子6一侧安装有电机定子21，电机定子21的绕组线圈为耐水绕组线15，耐水绕组线15及扇形片组成的定子铁芯组件，第一测压管16、第二测压管18和空气进气管20均为无缝钢管，导叶片10同时起支撑筋作用，作为筋的导叶片10选择比叶轮1叶片2多一片，不仅水力性能优越，而且具有很大刚度。
[0022] 实施例二
[0023] 请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种中高扬程全贯流潜水混流电泵，包括叶轮1、单一轴承腔体4、转子7、出线装置13、导叶片10、出水筒14和出水导叶体组件22，导叶片10与出水筒14、法兰11焊接或铸造成出水导叶体9，出线装置13位于出水导叶体9外侧，出水导叶体9内部安装有单一轴承腔体4，单一轴承腔体4位于全贯流电机一侧的导叶体9内侧，单一轴承腔体4完全阻断定子因磁路不平衡产生轴电势形成轴电流对轴承的电火花灼伤，可完全消除轴电流对滚动轴承3的灼伤和破坏，有利于延长轴承运行寿命，由导叶片10、单一轴承腔体4和导叶体9组成刚度极高的出水导叶体9，承载全部推力载荷及径向载荷，因轴承体可以直接解体，机械密封12、轴承等易损件可直接暴露，十分有利于工厂装配试验及用于检修，轴及轴承的布置应使轴的挠度在10％×g(g为定转子7间的间隙长度)内，且第一临界转速为额定转速的130％以上，转子7带有叶轮1，叶轮1的圆周上均布连接着多片叶片2，转子7安装在伸出的轴伸8上，单一轴承腔体4内部安装有双支梁轴承5，轴伸8为双支梁轴伸8出机械密封12的结构，双支梁轴承5两端安装有滚动轴承3，滚动轴承3之间设置有单一轴承腔体4，轴伸8式双支梁的轴承布置在单一轴承腔体4内，由耐水绕组线15及扇形片组成的定子铁芯产生的轴电势及轴电流不能形成回路，因此可完全消除轴电流对滚动轴承3的灼伤和破坏，有利于延长轴承运行寿命，并要求挠度应≤10％×g(g为定转子7间的间隙长度)，第一临界转速≥180％nN，nN为泵的额定转速， SN是异步电机的转差
率，单一轴承腔体4上设置有第一测压管16及第一电接点压力表17，单一轴承腔体4的最低位置设置有空气进气管20，出水导叶体9内设置有水泵扬程转换成压力的第二测压管18及第二电接点压力表19。
[0024] 单一轴承腔体4采用恒压差密封，可设定单一轴承腔体4内内部压力P1＝P2+ΔP，式中P2＝ρgH是扬程形成的压力，并可写成ΔP＝P1-P2，可见测量轴承内腔的压力P1不是恒定的，而是由压力表测得的工作压力P2来决定的，使单一轴承腔体4内的压力P1始终比水泵高一个设定的恒定可控的正压力差ΔP，因此对机械密封12要求大为降低，将两表测得的压力在减法器(一般由单片机实现)上计算得出压差ΔP，送入工控计算机保持压差ΔP恒定，ΔP恒定控制的精度是工控计算机控制系统精度决定的，一般可达0.001～0.0001MPa的精度，可以认为单一轴承腔体4的压力与任何工作扬程下的正压力差ΔP是恒定的，因此称为恒压差正压密封系统，具有一定智能化功能，机械密封12只起一个不要大量冒气的作用，理论上即可保持“0”泄漏，这是现所有全贯流潜水电泵无一可以做到的新功能，有此正压差密封理论上可以降低机械密封12过于严酷的要求，适用于0～60m扬程的全贯流潜水混流电泵。
[0025] 叶轮1外圆为球形，叶轮1与电机转子6内圆形成较大的楔形空间23，电机转子6为柱形鼠笼转子7，楔形空间23内部填充有变内径的环状硅钢片并成为电机转子6轭部磁路的一部分，提高了转子7的转动惯量，降低飞逸转速且提高电机功率因数，电机转子6一侧安装有电机定子21，电机定子21的绕组线圈为耐水绕组线15，耐水绕组线15及扇形片组成的定子铁芯组件，第一测压管16、第二测压管18和空气进气管20均为无缝钢管，导叶片10同时起支撑筋作用，作为筋的导叶片10选择比叶轮1叶片2多一片，不仅水力性能优越，而且具有很大刚度。
[0026] 应用实例：为验证本发明专利的正确性及实用性，完全按
权利要求书并结合工程实际实施一批大型全贯流潜水混流泵的生产、实验、试验并按有关规程投入工程建成泵站，参数如下：比转速nS＝400，扬程H＝8～17m，流量Q＝4.63～3.8m3/s，转速n＝485r/min，电机额定功率710kW，极数2P＝12，叶轮1直径D＝969.5mm，等效线速度nD＝470.2，是本发明专图2中的序3的系列产品之一，图2中的流量在5.0m3/s以下，扬程在30m以下，功率在1800kW以下，图2中的最大功率规格都可在标准轴承规格中可选到适用的轴承，图2中设计工作扬程范围上限为30m，最高扬程可达Hmax＝1.5H＝45m。
[0027] 具体原理：使用时，推力
径向轴承布置在出水导叶体9中的轴承密封腔内，轴承布置为双支梁轴伸8结构，带叶轮1的转子7装在轴伸8上，轴承位于定子的一侧而不是跨在两侧，因此不存在因定子由扇形片铁芯磁路产生轴电流对轴承的灼伤，不设置铁芯另一端的第三轴承，除轴电流原因外，同时是为防止第三轴承形成过定位结构，交变应力可能断轴，定子采用耐水绕组线15绕制在定子硅钢片制成的定子铁芯槽内，是密封防水结构，可以适应于中高扬程产生的压力，因作用在单一轴承腔体4的水压力提高了3倍以上，机械密封12的泄漏量已不足以保证轴承内的润滑脂不受泄漏进来水的污染而皂化，提出单一轴承腔体4正压恒压差密封或压差密封两种用压缩空气作动力的正压密封，水不可能漏入单一轴承腔体4，单一轴承腔体4漏水量△Q＝0，是全贯流潜水泵产品质量本质性的提高；因叶轮1外圆为球形，与柱形鼠笼转子7内圆形成很大楔形空间23，用变内径的环状钢片填充，成为转子7轭部磁路的一部分，提高了转子7的转动惯量，降低飞逸转速的危害且提高电机功率因数。
[0028] 该种中高扬程全贯流潜水混流电泵，可适用于扬程较高的场合，解决了所有全贯流潜水电泵轴承泄漏进水、轴电流产生及刚度等问题，为全贯流潜水混流泵安全运行提供了保证。
[0029] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
