用于水下作业的粗颗粒矿浆泵的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于深海采矿、水力采煤及陆基水下采矿设备技术领域，尤其涉及一种基于垂直管道水力提升技术的采矿设备。
【背景技术】
[0002]深海金属矿产资源(如大洋多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等)颗粒粒径属粗颗粒矿石的范畴。深海潜水电泵是将深海底粗颗粒矿石通过垂直管道提升到海面采矿船上，其特点是，泵必须具备高扬程、低流量、过流和回流粗颗粒矿石的能力，同时要求潜水电机具有密封耐压、绝缘和防止海水腐蚀等特点，还要能适应水下动态条件下作业。显然，这种深海潜水电泵的研制是一项难度较大、高技术含量的研发工作。
[0003]在深海采矿系统中，潜水电泵在垂直管道水力输送技术中具有重要的工程应用前景，已被国内、外深海采矿业高度重视并作为研究的重点，对深海潜水电泵的开发研制有德国、日本和韩国等少数国家。1978年德国KSB公司研制了两台6级潜水电泵，属混流式矿浆泵类型，其结构采用筒装式整体结构，粗颗粒矿石由电机外部的环形格栅通道进入泵叶轮，泵的重心位于垂直管道轴心，粗颗粒矿石可通过泵回流，在太平洋5000m水深获得了海上试采的成功，但泵的磨损比较严重。1988年日本荏原制作所制造了两台8级潜水电泵，属离心式矿浆泵类型，泵的结构由上部泵和下部泵组成，潜水电机置于两泵中间，泵的重心偏离垂直管道轴心，粗颗粒矿石难以通过泵叶轮回流，但未经海上试验验证。2009年韩国地质资源研究院研制了 I台2级潜水电泵，泵结构与德国类似，在韩国东海海港附近水深10m进行了浅海试验。
[0004]我国“十五”期间参照德国KSB公司6级潜水电泵资料加工了一台2级潜水电泵。并对泵结构进行了改进，主要结构改进是由德国KSB公司电机外部6个环形格栅通道(每个通道尺寸为84mmX 65mm，格栅面积为0.03276m2)改为3个环形格栅通道(每个通道尺寸为120mmX90mm，格栅面积为0.0324m2)。由此可知，两家泵环形格栅通道的断面积与提升管道的断面积(直径200mm提升管道断面积为0.0314m2)相等。如从管道过流面积考虑，当提升管道流速一定时，环形格栅通道的流速与提升管道的流速相等。为了验证50mm粗颗粒矿石在泵的过流和回流能力，长沙矿冶研究院有限责任公司在高度30m、提升管直径200mm的扬矿实验室进行了泵矿浆工作性能试验，泵的性能基本上达到了设计要求，但泵环形格栅通道却存在严重缺陷，50_粗颗粒矿石回流时在泵内的环形格栅通道出现了堵塞现象。
[0005]由上可以看出，目前国内外已开发研制的潜水电泵存在一定的技术问题，如果应用到深海采矿工程还存在一定的技术障碍。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、成本较低、操作简便、稳定性好、能够满足深海采矿系统粗颗粒矿石垂直管道水力输送水下作业的粗颗粒矿浆泵。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为一种用于水下作业的粗颗粒矿浆泵，包括双出轴潜水电机、至少一个上泵体和至少一个下泵体，所述上泵体和下泵体中均设有叶轮和导叶，所述双出轴潜水电机的上、下轴分别连接所述上泵体中的叶轮和下泵体中的叶轮，所述双出轴潜水电机的外部布置有输送管和连接管，且输送管和连接管沿双出轴潜水电机的中心轴对称布置(呈中心对称)，所述输送管和连接管的尺寸形状相同，所述连接管的两端封闭，所述输送管将上泵体的进口和下泵体的出口连通，且输送管的管径设置成满足以下要求，即:
[0008]粗颗粒矿浆泵工作时使输送管中的矿浆流量与连接上泵体的垂直输送管道中的矿浆流量相等。更具体的，所述输送管的内径与下泵体下方连接的进口法兰的内径相等，所述输送管的内径与上泵体上方连接的出口法兰的内径相等。本技术方案中的进口法兰和出口法兰是大小头法兰结构的一部分，大头法兰与下泵体和上泵体相连，小头法兰(即进口法兰和出口法兰)与垂直输送管道相联。
[0009]上述的用于水下作业的粗颗粒矿浆泵中，优选的，所述输送管和连接管的上、下两端分别通过上孔板和下孔板与上泵体和下泵体相连接，上孔板和下孔板上均只开设一导流孔(可分别表示为上导流孔和下导流孔)，且输送管的上、下两端分别与上孔板和下孔板的导流孔相通。
[0010]上述的用于水下作业的粗颗粒矿浆泵中，优选的，所述下孔板上的下导流孔布置在其中心孔的一侧，所述上孔板上的上导流孔布置在其中心孔的另一侧，所述上导流孔和下导流孔在水平面上的投影沿双出轴潜水电机的中心轴呈轴对称布置。这样的结构设置能使矿浆在输送管输送过程中产生螺旋式上升的效果，防止输送管在输送粗颗粒过程中堵塞。
[0011]上述的用于水下作业的粗颗粒矿浆泵中，优选的，所述输送管和连接管均呈螺旋式设于所述双出轴潜水电机的外部。同样的，这样的结构设置在保证输送管和连接管呈中心对称布置的前提下，能够借助螺旋式上升作用可确保矿浆输送流态稳定，防止输送管在输送粗颗粒过程中堵塞。
[0012]上述的用于水下作业的粗颗粒矿浆泵中，优选的，所述双出轴潜水电机的上端出轴串接有多个上泵体，且各个上泵体之间通过法兰连接。所述双出轴潜水电机的下端出轴串接有多个下泵体，且各个下泵体之间通过法兰连接。
[0013]上述的用于水下作业的粗颗粒矿浆泵中，优选的，所述上泵体中的叶轮为上叶轮，所述下泵体中的叶轮为下叶轮，所述上叶轮和下叶轮均呈中心对称方式安装在所述双出轴潜水电机的上、下轴上，且至少满足以下条件之一:
[0014](I)使上叶轮和下叶轮运转时对双出轴潜水电机产生的水力轴向力相互抵消；
[0015](2)使上叶轮和下叶轮的中心轴线与双出轴潜水电机的中心轴线重合；
[0016](3)使上叶轮和下叶轮的中心轴线与下泵体下方连接的进口法兰的中心线重合；
[0017](4)使上叶轮和下叶轮的中心轴线与上泵体上方连接的出口法兰的中心线重合。
[0018]上述的用于水下作业的粗颗粒矿浆泵中，优选的，所述输送管和连接管与所述双出轴潜水电机的外壳设有一定间隙。通过使输送管和连接管与电机外壳之间的间隙，不仅能够使粗颗粒矿浆泵的工作状态更加稳定，而且能防止受电机振动干扰，解决了电机的散热问题。
[0019]本实用新型的上述技术方案主要基于以下原理:通过研究深海粗颗粒在泵流道和输送管内的悬浮、滑移和沉降特性，以及研究粗颗粒矿浆在泵流道和输送管内的过流和回流能力；我们对粗颗粒矿浆泵的内部结构和外部形状都做了重要改进，确保粗颗粒矿浆输送流量稳定，避免了粗颗粒矿浆在泵流道和输送管内发生堵塞。
[0020]与现有技术相比，本实用新型的优点在于:
[0021](I)随着深海矿产资源开发利用技术的发展，本实用新型的粗颗粒矿浆泵完全可以应用于深海采矿系统粗颗粒矿浆垂直管道水力提升；
[0022](2)本实用新型中双出轴潜水电机的上、下叶轮以及上、下导叶均采用了对称布置方式，不仅可以确保粗颗粒矿浆泵的轴向力平衡，而且能够确保粗颗粒矿石的过流与回流；
[0023](3)本实用新型中双出轴潜水电机外部直接潜入海水，有利于电机的散热冷却；
[0024](4)本实用新型的粗颗粒矿