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矿用抢险泵的结构研究

分类:行业动态 发布时间:2022-04-15 191次浏览

我国有上百家煤矿企业,其中大部分是地下作业。通常矿井工作面很深立井为500~12...

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我国有上百家煤矿企业,其中大部分是地下作业。通常矿井工作面很深立井为500~1200米,竖井分为立井和斜井两种。地下有一个正中泵房,地下作业冗余水收集到正中泵房水池中,并用排水泵排出井外。当采矿遇到老矿井水或地下水层时当流入矿井的水瞬间增加,正常的排水设备几乎无力,这不仅是地下生产而矿山建设不仅带来严重后果,而且严重威胁着井下人员的生命平安问题。矿井渗水矿井事故往往过于严重。目前煤矿透水救援设备严重不足,现有排水泵机组由于其体积大、安装时间长,难以实施应急救援。为此,开发了一种体积小、安装方便的矿井救援救灾装备将突出其意义。

本课题研究的矿用应急泵具有流量大、扬程高、体积小、重量轻、变频调速等优点是矿山救灾的理想设备。本项目为国家科技支持项目本项目为“煤矿透水快速救援排水设备研究开发”(2013bak06b02)的子课题,主要的前期研究之一。矿山应急泵的技术特点决定了其结构和关键技术的难点,本文仅从矿山应急泵的水力功率、转子振动特性和湿电机散热三个方面进行了探讨,主要内容和创新点如下:

1总结锅炉循环水泵和大型潜油泵的结构特点,初步提出了矿用应急泵的总体设计结构方案。即泵端采用单级高速叶轮,电机端为高速湿式电机。整体为垂直和水平轴承水润滑,推力盘固定轴流装置,电机腔强制冷化润滑,即电机内有完整的循环回路,以保证电机散热。

2.根据矿用救援泵的目标参数设计叶轮和径向导叶。将速度系数法的经验公式与stepanoff系数图相结合,对叶轮进行了设计。导叶的设计是基于面积比原理,重要的是导叶与叶轮的匹配。在Pro/E软件中完成了矿用应急泵的水体建模,利用icem cfd软件实现了泵流道计算域的网格生成,并对整个流场进行了稳态数值计算。CFD计算揭示了设计工况下叶轮和导叶内的压力和速度分布,并通过后处理分析研究了应急排水泵的外部特性。

3.利用CFD fluent和ANSYS Workbench对矿用应急泵的流场和结构场进行单向流固耦合数值计算,实现叶轮应力应变的静力分析。对电机转子、轴、推力盘、轴套和叶轮进行建模,将所有零件组装成一个转子系统,导入工作台,计算转子的固有频率和临界转速。模态分析比较了转子与光轴、电机转子和预应力的振动特性。通过旋转分析,得到了泵转子在不同转速下的振动特性,为矿用应急泵变频调速选择合理的转速范围提供了参考。

4.分析了湿式电动机的散热方式,提出了简化的散热模型,即电动机的外壁水冷和内循环冷化。对电机热值、内外散热、内循环流量、电机内外壁温度等参数进行经验公式和理论计算,对内循环水体进行三维建模和数值计算,分析循环水体的流场和温度场特性,确保矿用应急泵电机具有良好的散热效果。

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