高速變頻濕式礦用搶險泵的結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、我國現(xiàn)有煤礦開采企業(yè)數(shù)百家，絕大部分是地下作業(yè)。通常礦井工作面深度為500～1200米，井筒有豎井和斜井兩種。井下設(shè)有中心泵房，井下作業(yè)多余的水匯集到中心泵房水池內(nèi)，用排水泵排出井外。當開采遇到老礦水或地下水層時，涌入礦井的水瞬間增加，正常的排水設(shè)備幾乎無能為力，不僅對井下的生產(chǎn)和礦井建設(shè)帶來嚴重后果，同時嚴重威脅著井下人員的生命安全。礦井透水引起的礦難往往極其慘重，目前煤礦透水搶險救援設(shè)備嚴重不足，已有的排水泵機組體積巨大，安裝耗時，

2、難以實旌緊急救援，因此開發(fā)一種體積小便于安裝的礦井搶險救災(zāi)設(shè)備將凸顯出重要意義。
　　 本課題研究的礦用搶險泵具有大流量高揚程、體積小重量輕、變頻增速控制方便等特點，是一種較為理想的礦井救災(zāi)的設(shè)備。本課題作為國家科技支撐計劃項目《煤礦透水快速救援排水設(shè)備研究與開發(fā)》(2013BAK06802)的子課題，主要前期預(yù)研之一。礦用搶險泵的技術(shù)特點決定了其結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)上的難點，本文僅從礦用搶險泵的水力、轉(zhuǎn)子的振動特性和濕式電機散熱等三

3、個方面展開討論，主要內(nèi)容和創(chuàng)新點有:
　　 1.總結(jié)爐水循環(huán)泵和大型潛水泵的結(jié)構(gòu)特點，初步提出礦用搶險泵的整體結(jié)構(gòu)方案。即泵端采用單級高轉(zhuǎn)速葉輪，電機端為高速濕式電機。整體為立臥兩用結(jié)構(gòu)，軸承為水潤滑軸承，采用推力盤固定軸向裝置，對電機腔采用強制冷卻潤滑，即電機內(nèi)存在完整的循環(huán)回路保證電機散熱。
　　 2.根據(jù)礦用搶險泵的目標參數(shù)，設(shè)計葉輪和徑向?qū)~。葉輪的設(shè)計選用速度系數(shù)法經(jīng)驗公式和Stepanoff系數(shù)圖相結(jié)合的方法

4、，導葉的設(shè)計則借鑒面積比原理，重點研究導葉和葉輪的匹配。在Pro/E軟件中完成對礦用搶險泵水體的造型，利用ICEM-CFD軟件實現(xiàn)對泵流道計算域的網(wǎng)格生成，對整個流場進行定常數(shù)值計算。CFD計算揭示了設(shè)計工況下葉輪和導葉內(nèi)壓力和速度的分布，通過后處理分析研究搶險排水泵的外特性特征。
　　 3.利用CFDFluent和ANSYSWorkbench數(shù)值計算礦用搶險泵流場和結(jié)構(gòu)場的單向流固耦合，實現(xiàn)對葉輪應(yīng)力應(yīng)變的靜力學分析。對電機轉(zhuǎn)

5、子、軸、推力盤、軸套、葉輪等造型，將各零件裝配成轉(zhuǎn)子系統(tǒng)導入Workbench，計算轉(zhuǎn)子的固有頻率和臨界轉(zhuǎn)速。模態(tài)分析對比光軸、有電機轉(zhuǎn)子和有預(yù)應(yīng)力三種情形下轉(zhuǎn)子的振動特征。通過轉(zhuǎn)動分析獲得泵轉(zhuǎn)子不同轉(zhuǎn)速下的振動特性，為礦用搶險泵變頻調(diào)速選擇合理的轉(zhuǎn)速范圍提供參考。
　　 4.分析濕式電機的散熱途徑，提出散熱簡化模型，即電機外壁水冷和內(nèi)循環(huán)冷卻。對電機發(fā)熱量、內(nèi)外散熱量、內(nèi)循環(huán)流量、電機內(nèi)外壁面溫度等參數(shù)進行經(jīng)驗公式和理論計算，