水泵节能技术方案

水泵节能技术方案

李树森

［摘要］基于煤矿井下水泵排水用电量大，耗电量占煤炭生产总耗电量18%-40.9%这一实际情况，本文提出一种利用弹力驱动器驱动水泵排水的技术方案，是一种通过取消电动机来减少排水用电量的技术方案，方法是水泵通过联轴器与升速器连接，升速器与弹力驱动器内、外齿轮配合连接，利用弹力驱动器中的弹簧对远离回转轴的滚轮和滚轴施加弹力，形成驱动主轴转动的力矩，依靠滚轮在滚轮内环轨道中滚动，滚轴在滚轴内环轨道中滚动所形成的行程差，带动主轴连续转动，并通过升速器带动水泵运转，将井内的存水排到地面。

［关键词］矿山水泵排水弹力驱动器驱动节电制动器

引言

在煤矿开采过程中，矿用排水用电量占总耗电量的18%-40.9%［1］，由于耗电量占比大，水泵节电技术成为科技人员关注的课题，众多研究成果表明，影响水泵排水系统效率的因素为：排水系统的有效扬程与水泵实际扬程之比，水泵效率、电动机效率，为解决这些问题，科研人员作了诸多改进，己接近提升的极值，但收效有限，［2］为更好的解决这些问题，本文推出一种用弹力驱动器驱动水泵排水的解决方案，这一方案的实施，可以取消泵房到地面之间的输电线路，降低线路投入成本，减少电缆放炮、漏电等不安全隐患，还可以取消电动机的采购，免去电动机购买资金，相应降低排水成本，减少采煤用电量。

1.减少排水用电量技术方案的具体措施

就是利用弹力驱动器替代电动机驱动水泵运转排水，弹力驱动器［3］是一种可以提供旋转运动的发动机，将这种旋转运动传递到水泵上，就可以带动水泵转动并向地面排水，由于弹力驱动器自身的转速达不到电动机的转速，这样，就在弹力驱动器3与水泵9之间设置了一台升速器5，形成了水泵9-联轴器8-升速器5-弹力驱动器3-皮带2-发电机1这么一种连接方式，并且，在水泵9与升速器5之间的联轴器8上的刹车盘7部位设置了制动器6，如附图1所示，设置制动器的目的，是在不需要排水时，用制动器形成的制动力矩迫使弹力驱动器停止转动，这是根据弹力驱动器工作特征决定的，弹力驱动器的工作方式比较特殊，即常态是转动，停止运转需制动器工作，当继续排水时，只要松开制动器，弹力驱动器就可以继续转动并通过升速器带动水泵转动排水了，设置

发电机的目的，是为水泵房提供可用电源，为水泵房的照明、调温，弹力驱动器和升速器的冷却以及操作制动器等相关的控制系统提供足够的电力资源。

图1

图中 1.发电机，2.皮带，3.弹力驱动器，4花键套，5.升速器，6.制动器，7.刹车盘，8.联轴器，9.水泵，10.基础座。

2.弹力驱动器的基本情况

弹力驱动器是在2019年9月27日被中国专利局授予专利权的新技术，是一种提供旋转运动的动力发生装置，是一种不需输入就能输出动力的发动机，其动力源来自于被压缩弹簧两端形成的作用力与反作用力的对抗，来自于滚轮与滚轴的力矩差，来自于滚轮内环轨道与滚抽内环轨道的直径差，是依靠被压缩弹簧两端的作用力等于反作用力所形成的功率差进行做功的发动机，为实现这种功率差，构建了一种利用弹簧弹力形成的

作用力驱动的滚轮所具有的力矩大于该弹簧反作用力驱动的滚轴所具有的力矩，作用力驱动的滚轮所途经的行程大于反作用力驱动的滚轴所途经的行程，作用力与反作用力的重心垂直于轴心并远离输出轴轴心的这么一种传动机构，并在这一传动机构内设置了与滚轮齿轮相啮合的大内齿圈，以及与滚轴齿轮相啮合的小内齿圈，并且，滚轴的两端是穿过滚轮轨道与设置在滚轮轨道两端的滚轴轨道搭接的，这样，就为形成滚轮与滚轴的行程差创造条件，由于弹力驱动器运动部件少，仅涉及回转轴的转动，滚轮和滚轴作行星式的滚动，没有冲击运动，使其运转较为平稳，产生的热量较低，没有必要建立过于复杂的冷却系统，这样，工程技术人员就有能力将其打造成运行可靠的节能型发动机，并且，这种发动机具有比较强的环境适应能力，不论是寒冬，还是酷薯，不论是深井，还是高峰，不论是水中，还是无氧区域,均能有效发挥其动能的连续供给作用。

3.弹力驱动器的结构

弹力驱动器由滚轴壳12、滚轮壳15和轴承座11相连接构成了箱体外壳，回转牰23是通过两端的回转轴轴承22被装配于箱体外壳的内部，在回转轴23的2个导向方孔内均匀装配有2个滚轴座29，在2个滚轴座29一端的圆孔内，顺序装配有滚轴轴承26和滚轴13，使滚轴13能在滚轴轴承26内自由转动并不能产生轴向移动，在滚轴13的一端装配有滚轴齿轮31，由于滚轴座29与导向方孔之间选用间隙配合，在碟形弹簧27弹力的作用下，能使滚轴13的两端外径与滚轴内环轨道14的B点相接触，使滚轴齿轮31与小内齿圈20相啮合，在滚轴座29另一端的轴向圆孔内，装配有蝶形弹簧27和推顶架25，在推顶架一端的U形架内，顺序装入滚轮轴24、滚轮轴承17、孔用挡圈、滚轮齿轮19和滚轮18，在蝶形弹簧27弹力的作用下，使滚轮18与滚轮内环轨道28的A 点相接触，使滚轮齿轮19与大内齿圈16相啮合。

图2

图中11.轴承座，12.滚轴壳，13.滚轴，14.滚轴轨道，15滚轮壳，16.大内齿圈，17.滚轮轴承，18.滚轮，19.滚轮齿轮，20.小内齿圈，21.连接齿轮，22.回转轴轴承，23.回转轴，24.滚轮轴，25.推顶架，26.滚轴轴承，27.蝶形弹簧，28.滚轮内环轨道，29.滚轴座，30.底座，31.滚轴齿轮。

4.弹力驱动器的工作原理

在蝶形弹簧27弹力的作用下，蝶形弹簧27在径向方向对滚轮18和滚轴13产生推力，如附图3所示，使装配在推顶架25一端的滚轮18与滚轮内环轨道28的A点相接触，使装配在滚轴座29一端的滚轴13的两端与两侧的滚轴内环轨道14的B点相接触，设计滚轮内环轨道28的内径为1550毫米，滚轮18的直径为470毫米，滚轴内环轨道14的内径为1050毫米，滚轴13的直径为210毫米，由于蝶形弹簧27弹力推动的滚轮18和滚轴13的重心与轴（21）中心之间存在301毫米的距离，导致弹力推动的滚轮18的重心到A的距离达到131.78毫米，弹力推动的滚轴13的重心到B点的距离达到75.78