[发明专利]一种用于提升粗颗粒固液两相浆体的多级电泵

说明书

技术领域

本发明涉及固液两相水力提升装备领域，具体为一种用于提升粗颗粒固液两相浆体的多级电泵，主要用于海洋矿产资源开采系统通过管道将海底矿物从海底提升到水面采矿船上，亦可用于陆地深部矿产资源开采系统中将矿物从井底深部提升到地表面。

背景技术

海洋矿产资源开采作为21世纪最有前景的新兴产业，为世界各国所普遍重视。占地球表面49%的国际海底区域蕴藏着锰结核、富钴结壳、热液硫化物、多金属软泥等丰富的金属矿产资源，是地球上尚未被人类充分认识和利用的最大的潜在战略资源基地，其开采方法引起各国高度重视和极大研究热情，在研发的连续绳斗采矿系统、穿梭艇式采矿系统、管道提升采矿系统的三种采矿方法中，目前公认管道水力提升采矿系统最具有未来商业开采应用前景，该采矿方法的研究重点集中在采用提升电泵加竖直管道的水力提升方法，通过竖直管道和提升电泵将海底矿物提升到水面采矿船上，要求提升电泵串接在竖直管道中，其工作水深大，需承担电泵以下管道和水下采矿设备的重量及其动载荷，并要求提升电泵具有高扬程、通过和回流粗颗粒海底矿物浆体的能力，因此提升电泵是深海矿产资源开采系统中的核心装备，在未来的深海采矿中占据十分重要的地位。

国内外均对这种提升粗颗粒固液两相浆体的电泵进行研究开发。德国KSB研制了六级潜水提升电泵。该泵流道的当量内径为75mm，通过结核的最大粒径只有25mm，因此通过和回流粒径大于25mm的粗颗粒存在堵塞的问题，六级泵的六组叶轮和导叶安装在同一轴上，泵轴的荷载过大引起泵的振动与磨损；日本荏原制作所研制了八级离心式提升泵，该泵由上部泵和下部泵组成，潜水电机装在两个水泵中间，上下泵均为四级，下部泵的出口和上部泵的入口用短管连接，发生意外停泵的情况，上部泵出口位置安装的阀门关闭，同时安装在与泵体平行的旁路管道的阀门开启，提升泵以上管道中的颗粒通过旁路管道流入提升泵下部的管道，从泵型和泵结构分析，该泵存在停泵后海底矿物颗粒回流不顺畅的问题，并且泵的阀门控制易于发生故障。

国内申请人邹伟生在“十五”和“十一五”期间进行了海洋采矿提升电泵的研制，完成了四级提升电泵的设计，并按照四级电泵的设计加工制造了两级提升电泵，并在30米水深的泵试验井中进行了实验验证，发现电泵的流道和电泵的结构可以进一步优化和改进。

发明内容

针对现有提升粗颗粒固液两相浆体电泵目前存在易堵塞等技术难点，本发明旨在提供一种用于提升粗颗粒固液两相浆体的多级电泵，该电泵结构与受力合理、运行安全可靠、能畅通无堵塞地通过和回流最大粒径为50mm，可大幅度地提高泵的流道和电机外壳环形流道的粗颗粒过流和回流能力，解决由于电泵多级串联引起的堵塞等问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于提升粗颗粒固液两相浆体的多级电泵，包括电泵外壳体，装在电泵外壳体内的上部泵和下部泵，以及位于上部泵与下部泵之间的潜水电机；其结构特点是，所述电泵外壳体包括泵筒体、连接在泵筒体上端的吐出法兰和连接在泵筒体下端的吸入法兰；所述潜水电机的上端出轴通过上部吸入壳与上部泵联接，该潜水电机的下端出轴通过下部吸入壳与下部泵联接；所述上部泵和下部泵均包括泵轴和装在泵轴上的多级叶轮和相应级数的空间导叶，其中位于所述上部泵顶部的上部泵末级空间导叶通过法兰与所述吐出法兰联接，位于所述下部泵底部的首级空间导叶通过法兰与所述吸入法兰联接；所述电泵外壳体和潜水电机的外壳之间设有环形流道，该环形流道的上端通过上部吸入壳与上部泵的流道无缝联接，该环形流道的下端通过下部吸入壳与下部泵的流道无缝联接。

由此，整个多级泵的流道为畅通的流线型整体流道。

以下为本发明的进一步改进的技术方案：

作为一种优选方案，所述潜水电机为带止推轴承的双出轴潜水电机。

为了实时监测电泵进出口的压力，所述吐出法兰上装有在线测量提升电泵压力的进口压力传感器和出口压力传感器。

所述叶轮固定安装在泵轴上，并与空间导叶一一对应，泵轴与导叶通过轴承联结；为减少固体颗粒进入轴承，提高轴承的使用寿命，所述上部泵和下部泵的每级叶轮与相应的空间导叶之间均设置有过滤防砂圆盘。

所述吐出法兰与上部竖直提升管道相联，所述吸入法兰与下部竖直提升管道相联。

所述吐出法兰上通过电缆接头与电机电缆相连。