一种带大推力水润滑轴承结构的潜水贯流泵排水系统的制作方法

1.本发明涉及水利输送领域，具体是一种带大推力水润滑轴承结构的潜水贯流泵排水系统。


背景技术：

2.排水系统是指排水的收集、输送、水质的处理和排放等设施以一定方式组合成的总体。抽排泵站就是排水系统的其中一个组成部分，抽排泵站常用到贯流泵将流体抽排出；贯流泵是卧式轴流泵的一种，是一种低扬程轴流泵，由电动机、减速装置和水泵组成一整体，装设在水下堤坝内部的机坑内，其进出水流道位于一条直线上，近似直圆筒形，水力损失少，提水效率高，且结构紧凑，安装、检修方便，泵站工程简单。
3.现有的贯流泵，由于结构原因，叶片直径最大只能达到2.3m，内部的滚动轴承所能承受的最大推力通常只能达到20吨，在满足密封性能的前提下，无法满足更大的推力需求，不能满足排水系统大流量的流体输送需求，因此亟待解决。


技术实现要素：

4.为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种带大推力水润滑轴承结构的潜水贯流泵排水系统。本发明排水系统中的贯流泵无需任何密封以及锁紧结构，设计叶片直径可达5.7m长，同时结构可承受达100吨的推力，满足了排水系统大流量的流体输送需求。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种带大推力水润滑轴承结构的潜水贯流泵排水系统，包括排水管路以及设置在排水管路内的潜水贯流泵，所述潜水贯流泵的进水室与排水管路的下游端的第一流道相连，所述潜水贯流泵的导叶体与排水管路的上游端的第二流道相连，所述第一流道以及第二流道呈沿远离潜水贯流泵方向逐渐外扩的喇叭口状；
7.所述潜水贯流泵包括在壳体内沿流体输送方向同轴依次布置的进水室、叶轮部以及导叶体，所述进水室以及导叶体均固定在壳体上，壳体内设置有驱动叶轮部转动的驱动部，进水室和叶轮部之间设置有第一径向轴承以承受叶轮部一侧的径向载荷，导叶体和叶轮部之间设置有第二径向轴承以承受叶轮部另一侧的径向载荷；所述进水室与叶轮部之间设置有第一轴向轴承以承受叶轮部一侧的轴向载荷，所述导叶体与叶轮部之间设置有第二轴向轴承以承受叶轮部另一侧的轴向载荷。
8.作为本发明进一步的方案：所述排水管路包括同轴布置的上游端管路以及下游端管路，所述上游端管路和下游端管路之间通过用于固定潜水贯流泵的泵坑基座连接彼此；所述上游端管路和下游端管路的相邻端均设置有预埋管，两所述预埋管通过伸缩节与潜水贯流泵两端相连。
9.作为本发明再进一步的方案：所述排水管路内设置有位于潜水贯流泵上游端的防洪闸门，所述防洪闸门和潜水贯流泵之间设置有用于停泵时断流的快速反应闸门；所述排
水管路内还设置有位于潜水贯流泵下游端的检修闸门。
10.作为本发明再进一步的方案：所述第一径向轴承、第二径向轴承、第一轴向轴承、第二轴向轴承均为水润滑轴承；叶轮部的叶轮轮毂的进水室相邻端设置有延伸至进水室内的吸水端轴，所述吸水端轴与进水室内的第一滑套彼此配合以形成第一径向轴承，所述进水室上设置的第一滑环与叶轮轮毂上的第二滑环彼此配合以形成第一轴向轴承；所述进水室沿轴向贯通以引入外界流体，所述吸水端轴内开设有第一冷却流道，第一冷却流道内设置有用于输送流体的输送部，第一冷却流道的入口端与进水室内腔连通，第一冷却流道的出口端与进水室和叶轮部之间的间隙连通，进水室内的流体通过第一冷却流道后一部分沿出水端轴与导叶体间的间隙回流至进水室中，另一部分通过第一滑环和第二滑环之间的间隙流至叶片的低压端。
11.作为本发明再进一步的方案：所述第一冷却流道包括沿吸水端轴轴向开设的主流道以及自主流道下游端沿径向分流形成的分流道，各所述分流道的总过流面积与主流道的过流面积相等，各所述分流道的出口即为第一冷却流道的出口；所述输送部为固定在主流道内并沿轴向输送流体的无轴小泵轮。
12.作为本发明再进一步的方案：所述叶轮轮毂上设置的第三滑环与导叶体上的第四滑环彼此配合以形成第二轴向轴承；所述叶轮轮毂内开设有第二冷却流道，所述第二冷却流道的入口端与位于导叶体以及叶轮部之间的间隙相连通，所述第二冷却流道的出口端与位于进水室和叶轮部之间的间隙连通，叶片的高压端侧的部分流体依次通过第三滑环与第四滑环之间的间隙、第二冷却流道以及第一滑环和第二滑环之间的间隙后回流至叶片的低压端。
13.作为本发明再进一步的方案：所述叶轮轮毂的导叶体相邻端设置有延伸至导叶体内的出水端轴，所述出水端轴与导叶体内的第二滑套彼此配合以形成第二径向轴承。
14.作为本发明再进一步的方案：所述叶轮部包括叶轮轮毂以及固定在叶轮轮毂上的叶片，所述壳体内壁沿周向开设有与叶轮部位置对应的环状的安装槽，所述叶片的外缘固定有环绕叶轮部布置的环状的叶轮外壳，所述叶轮外壳与安装槽围合以形成安装腔供驱动部装入其中，所述驱动部驱动叶轮外壳转动；所述叶轮外壳和与壳体之间存在间隙，间隙处设置有迷宫密封以防止流体内的固体物进入安装腔内。
15.作为本发明再进一步的方案：所述驱动部包括设置在安装腔内的定子以及转子，所述定子与壳体固定相连并通过电磁感应驱动转子转动，转子与叶轮外壳固定相连。
16.作为本发明再进一步的方案：所述定子由定子冲片叠压成型，所述定子冲片包括呈扇形的高导磁硅钢片，各所述高导磁硅钢片通过异型槽联接定位以形成环状的定子冲片；所述转子由转子冲片叠压成型，所述转子冲片包括呈扇形的高导磁硅钢片，各所述高导磁硅钢片通过异型槽联接定位以形成环状的转子冲片；所述导叶体沿轴向贯通以引入外界流体；所述叶轮部的叶轮轮毂内部空心。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.1、本发明通过将进水室、叶轮部以及导叶体分开铸造，并在壳体内沿流体流向将进水室、叶轮部以及导叶体依次安装完成，在将进水室和导叶体分别焊接在壳体上后，通过在进水室和叶轮部之间以及导叶体和叶轮部之间设置径向轴承，即可对叶轮部进行两点支撑以承受叶轮部的径向载荷；通过在进水室和叶轮部之间以及导叶体和叶轮部之间设置轴
向轴承，即可实现对叶轮部的夹持定位，并且可承受叶轮部在工作状态时产生的正反向推力；在选用水润滑轴承作为径向轴承以及轴向轴承后，本发明无需任何密封以及锁紧机构，即可完成叶片直径达5.7m长的大尺寸贯流泵的泵体组装，由于进水室、叶轮部以及导叶体的分体式铸造，便于加工制造、组装、拆卸，方便了贯流泵的分步安装，同时提高了主轴的强度及刚度，进而提高机组的安全可靠性；由于整个装置不受密封性能的限制，大型化的整体结构可承受达100吨的推力；铸造完成的潜水贯流泵安装在排水管路中后，满足了排水系统大流量的流体输送需求；潜水贯流泵两侧流道的喇叭口状设计，对进入进水室的流体起到整流加速效果，流体离开导叶体后被均匀扩散排出。
19.2、排水管路的分断式设计，使上下游的两段管路可通过伸缩节与潜水贯流泵的两端相连，可适应不同尺寸潜水贯流泵的安装和拆卸；关闭防洪闸门，即可阻断排水系统；快速反应闸门的设置，在潜水贯流泵停泵时可迅速断流，防止回水冲击叶轮、叶轮反转等现象造成机组损伤；同时关闭检修闸门和防洪闸门即可对潜水贯流泵进行检修。
20.3、本发明通过吸水端轴和第一滑套的配合，形成第一径向轴承以承受叶轮轮毂一侧的径向载荷，再通过第一滑环和第二滑环的配合，形成第一轴向轴承以承受叶轮轮毂一侧的轴向载荷；吸水端轴内开设第一冷却流道，且第一冷却流道内设置有无轴小泵轮或其他输送结构，即可将进水室内的流体沿第一冷却流道输送至叶轮轮毂和进水室之间的间隙中，一部分流体通过吸水端轴和第一滑套之间的间隙回流至进水室的内腔中，另一部分流体通过第一滑环和第二滑环之间的间隙流至叶片的低压端，通过无轴小泵轮对流体的输送，实现了对第一径向轴承以及第一轴向轴承的强制水润滑，实现了自润滑冷却，无需其他冷却动力源；第一冷却流道由轴向布置的主流道以及径向分流的分流道组合而成，可将流体均匀输送至进水室和叶轮轮毂之间的间隙中，使冷却更加均匀。
21.4、本发明通过第三滑环和第四滑环的配合，形成第二轴向轴承以承受叶轮轮毂另一侧的轴向载荷；由于叶轮轮毂内开设有第二冷却流道从而将进水室和叶轮轮毂之间的间隙以及导叶体和叶轮轮毂之间的间隙连通；受压强差的影响，叶片高压端的部分流体沿第三滑环和第四滑环之间的间隙进入第二冷却流道内，再通过第一滑环和第二滑环之间的间隙回流至叶片的低压端，实现了对第一轴向轴承以及第二轴向轴承的强制润滑水润滑；且循环过程中通过第二冷却流道时可对叶轮轮毂进行持续的带压循环冷却；叶轮轮毂设计为空心结构，有效提高了叶轮轮毂的散热效率。
22.5、本发明的出水端轴和导叶体内的第二滑套彼此配合即可形成第二径向轴承以承受叶轮轮毂另一侧的径向载荷；由于导叶体也是轴向贯通结构，受压强影响，流体沿导叶体远离叶轮轮毂的一端进入导叶体内，并通过出水端轴和第二滑套之间的间隙，即可对第二径向轴承强制水润滑。
23.6、本发明通过叶轮外壳和壳体内安装槽的配合，围合形成安装腔供驱动部装入其中，将驱动部内置于壳体中，缩短了泵体的轴向长度，使泵体结构更加紧凑；通过将转子与叶轮外壳固定，将定子与壳体固定，转子和定子选用湿转子和湿定子，通过电磁感应，即可驱动转子和叶轮外壳同步转动，带动一体化的叶轮部转动；当流体内存在固定杂质时，可在壳体与叶轮外壳之间设置迷宫密封以防止固定物进入安装腔内，以免破坏电机的绝缘，保证机组运行安全。
24.7、本发明由于叶轮直径较大，故定子冲片以及转子冲片直径亦较大，突破了硅钢
片规格尺寸小于1200mm的限制，无法整片冲制；通过选用扇形的高导磁硅钢片，并将扇形的高导磁硅钢片通过异形槽联接定位，即可组合形成环状的定子冲片以及转子冲片，满足了大尺寸冲片的使用需求。
25.8、本发明的径向轴承以及轴向轴承均由轴与滑套以及滑环与滑环配合形成，在长期使用产生磨损后，由于本发明通过结构间的组装组合而成，轴、滑套以及滑环均便于拆换，提高了泵体运行时的安全可靠性。
附图说明
26.图1为本发明的结构示意图。
27.图2为本发明中潜水贯流泵的结构示意图。
28.图3为图2中a处的局部放大示意图。
29.1、吸水端；11、进水室；12、第一滑环；13、第一滑套；
30.2、叶轮部；21、叶轮轮毂；
31.211、吸水端轴；212、无轴小泵轮；213、出水端轴；
32.22、第一冷却流道；23、叶片；24、叶轮外壳；25、转子；26、定子；
33.27、第二滑环；28、第三滑环；29、第二冷却流道；
34.3、出水端；31、导叶体；32、第二滑套；33、第四滑环；
35.4、壳体；41、安装腔；
36.5、排水管路；51、安全格栅；52、检修闸门；
37.53、第一流道；54、预埋管；55、伸缩节；
38.56、第二流道；57、快速工作闸门；58、防洪闸门；
39.a、高压端；b、低压端。
具体实施方式
40.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。
41.请参阅图1～3，本发明实施例中，一种带大推力水润滑轴承结构的潜水贯流泵排水系统，包括包括排水管路5以及设置在排水管路5内的潜水贯流泵。
42.潜水贯流泵包括沿轴向贯通的筒状壳体4，壳体4一侧为吸水端1，另一侧为出水端3，吸水端1处设置有进水室11，出水端3处设置有导叶体31。进水室11和导叶体31均通过导叶固定在壳体4的壳壁上，优选为采用焊接固定。壳体4可以为一体式构造，亦可以为分体式构造。
43.进水室11和导叶体31之间设置有叶轮部2，所述叶轮部2包括叶轮轮毂21，叶轮轮毂21上设置有叶片23，数量优选为三片。壳体4的内壁上沿周向开设有环状的安装槽，安装槽与叶片23位置对应。叶片23外圈设置有环绕各叶片23的环状的叶轮外壳24，叶轮外壳24与各叶片23的尖端焊接固定，叶轮外壳24和安装槽围合形成安装腔41；叶轮外壳和与壳体之间存在间隙，间隙处设置有迷宫密封以防止流体内的固体物进入安装腔内，这里的迷宫
密封为本发明的唯一一个密封结构，只有在水质不佳时才设置在叶轮外壳与壳体之间。
44.作为驱动源的定子26和转子25均固定在安装腔41内，定子26和转子25为湿定子和湿转子，转子25与叶轮外壳24固定相连，定子26与壳体4固定相连，并通过电磁感应驱动转子25转动，转子25转动的同时带动叶轮部2转动。定子26优选为通过定子冲片叠压成型，转子25同样优选为通过转子冲片叠压成型。这里的定子冲片以及转子冲片均由若干块高导磁硅钢片组合而成，各高导磁硅钢片均为呈扇形，相邻高导磁硅钢片之间通过异形槽连接定位从而形成环状的定子冲片以及转子冲片。定子26的绕组线圈为耐水绕组线圈。
45.叶片23相邻吸水端1的一侧为低压端b，叶片23相邻出水端3的一侧为高压端a。
46.叶轮轮毂21优选为呈沿轴向贯通呈空心状态以便于散热，其两端开口处分别设置有与其开口形状吻合的吸水端轴211以及出水端轴213，吸水端轴211以及出水端轴213优选为通过精加工止口定位于轮毂21的开口处。
47.进水室11叶轮部2以及导叶体31同轴并沿流体流向依次设置。进水室11以及导叶体31均沿轴向贯通以引入外界流体。吸水端轴211延伸至进水室11内，且吸水端轴211轴身上套设有轴套，通过轴套与进水室11内的第一滑套13彼此配合，形成第一径向轴承以承受叶轮轮毂21一侧的径向载荷。出水端轴213延伸至导叶体31内，且出水端轴213轴身上套设有轴套，通过轴套与导叶体31内的第二滑套32彼此配合，形成第二径向轴承以承受叶轮轮毂21另一侧的径向载荷。
48.进水室11相邻叶轮轮毂21的一端设置有第一滑环12，叶轮轮毂21上设置有与第一滑环12位置对应的第二滑环27，第一滑环12和第二滑环27彼此配合从而形成第一轴向轴承，以承受叶轮轮毂21一侧的轴向载荷。导叶体31相邻叶轮轮毂21的一端设置有第四滑环33，叶轮轮毂21上设置有与第四滑环33位置对应的第三滑环28，第三滑环28和第四滑环33彼此配合以形成第二轴向轴承，以承受叶轮轮毂21另一侧的轴向载荷。上述第一径向轴承、第二径向轴承、第一轴向轴承、第二轴向轴承可以替换为其他结构，只需可承受叶轮轮毂21的径向载荷和轴向载荷，且其自身为水润滑结构即可。
49.其中吸水端轴211内开设有第一冷却流道22，第一冷却流道22包括沿吸水端轴211轴向开设的主流道，主流道的入口端与进水室11内腔连通，主流道的下游端沿径向分流形成分流道，分流道的出口与进水室11和叶轮轮毂21之间的间隙相连通。主流道内设置有用于沿轴向输送流体的无轴小泵轮212。各分流流道的总过流面积与主流道的过流面积相等。主流道的进口端即为第一冷却流道22的流道入口，各分流流道的流道出口即为第一冷却流道22的流道出口。
50.贯流泵工作时，无轴小泵轮212将进水室11内的流体沿主流道输送至各分流道内。流体离开分流道后进入叶轮轮毂21和进水室11之间的间隙中，一部分流体通过吸水端轴211和第一滑套13之间的间隙，回流至进水室11的内腔中，另一部分流体通过第一滑环12和第二滑环27之间的间隙，流至叶片23的低压端b，分别对第一径向轴承以及第一轴向轴承进行强制水润滑。
51.叶轮轮毂21内还开设有第二冷却流道29，第二冷却流道29优选为沿叶轮轮毂21轴向贯通叶轮轮毂21的流道。第二冷却流道29的进水端与导叶体31和叶轮轮毂21之间的间隙相连通，第二冷却流道29的出水端与进水室11和叶轮轮毂21之间的间隙相连通。受压强影响，叶片23的高压端a侧流体，沿第三滑环28和第四滑环33之间的间隙，进入第二冷却流道
29内，通过第二冷却流道29后，再通过第一滑环12和第二滑环27之间的间隙，回流至叶片23的低压端b侧，对第二轴向轴承、叶轮轮毂21以及第一轴向轴承强制水润滑。由于叶轮轮毂21内部为空心状态，冷却效果更佳。
52.由于导叶体31也是轴向贯通结构，受压强影响，流体从导叶体31远离叶轮轮毂21的一端进入导叶体31中，并通过出水端轴213和第二滑套32之间的间隙，对第二径向轴向持续强制水润滑。
53.排水管路5包括同轴布置的上游端管路以及下游端管路，上游端管路和下游端管路之间通过用于固定潜水贯流泵的泵坑基座连接彼此；上游端管路和下游端管路的相邻端均设置有预埋管54，两预埋管54通过伸缩节55与潜水贯流泵的两端相连。潜水贯流泵安装完成后，将排水管路5下游的流体向上游输送。
54.上游端管路的第二流道56和导叶体31连接，下游端管路的第一流道53与进水室11连接，第一流道53和第二流道56呈沿远离潜水贯流泵方向逐渐外扩的喇叭口状，其相邻潜水贯流泵的一端为圆形截面，以适配伸缩节55的形状，圆形截面沿远离潜水贯流泵方向逐渐外扩形成矩形断面。
55.上游端管路内设置有防洪闸门58，防洪闸门58和潜水贯流泵之间设置有用于停泵时断流的快速反应闸门57。
56.下游端管路内设置有检修闸门52，检修闸门52的下游端设置有用于拦截杂物的安全格栅51。
57.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。