《1000kW级高效智能型潜水电泵关键技术研究与产业化》

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该项目属于先进制造与重大装备中流体机械技术与装备领域。1000kW级特大型潜水电泵是新型机电一体化的新一代排灌和水利工程用泵,主要包括潜水贯流泵和潜水轴混流泵系列产品,在农业、水利、环保、市政等行业具有广泛的应用。江苏亚太首次研制成功了1000kW级潜水电泵,研发了高速电机-行星齿轮减速技术,通过高转速潜水电机齿轮箱与低转速水泵相联,集成电磁优化、密封、绝缘、冷却、润滑和自动监控等核心技术,攻克了潜水电泵大型化的技术难题。特大型潜水电泵作为一种新型的潜水泵站,具有节约投资、适应性强、控制方便、可靠性高、维修方便等优点,推动了水泵及泵站工程的技术进步。1.主要科技内容:(1)成功研制了国内外首台1000kW级潜水高压电机。优化高压电机电磁场,提高了电机的效率;基于新型VPI工艺、集成散热风道、密封结构、耐压绝缘等关键技术,攻克了超大功率高压潜水电机的难题。(2)研发了高压潜水电机与泵结构集成优化设计技术。首创泵内高速电机行星齿轮减速技术,将高压潜水电机、行星齿轮减速装置、泵水力部件有机合为一体,并获得国家发明专利;集成自动耦合安装装置、自动防凝露装置、密封防砂装置和防抬防转起吊装置,优化了整机系统结构;基于优化的槽匹配、气隙及特殊的槽形设计,采用较高的电密和磁密,解决了潜水电泵大型化的难题。(3)研究了特大型潜水电泵系统可靠性。电缆采用双重密封,消除泄漏隐患,研制了不同的密封结构,在压力较大时采用泄压技术,并采用防砂装置,保证密封可靠运行;基于有限元方法,对轴系和行星齿轮进行了变形和应力分析,并研究了特大型潜水电泵启动防转技术,保证了特大型泵安全稳定运行。(4)研制了潜水电泵机组智能监控系统。在潜水电泵可靠性分析和故障树建立的基础上,基于潜水电泵各种故障模式发生概率等级,研制了一种潜水电泵状态监测与智能诊断系统,根据产生故障假设对各种异常情况实施实时保护,同时监控水泵性能参数,优化运行工况,降低能耗。(5)建立了系列高效水力模型库。考虑叶片外缘与转轮室、内缘与轮毂的间隙影响,建立了叶轮非线性环量分布数学模型,基于计算流体动力学CFD技术,优化了系列潜水电泵水力模型,水利模型综合性能达到国际先进水平。通过模型换算,开发了系列特大型潜水轴流泵和贯流泵产品。2.技术经济指标:开发的系列特大型潜水电泵、电机最大功率1200kW,电压10kV,流量6~12m<'3>/s,扬程范围1.5~13m,减速传动比3~5,机组效率达到81.48%。该成果潜水电泵产品在效率、可靠性和节能节材等方面均优于国内产品,综合性能处于国内领先、达到国际先进水平,是国内最大的潜水电泵产品。3.推广应用与效益:(1)公司依托特大型潜水电泵,成功实现了产品升级和企业转型,大型潜水电泵生产能力达300台(套)/年,近几年该新型产品每年可为公司新增产值2000万元、利税500万元,是公司新的经济增长点,取得了显著的经济和社会效益。(2)成果累计获得国家发明专利1项、实用新型专利12项,企业发表论文4篇,制订潜水电泵国家和行业标准3个。(3)成果已应用于梧州水利工程、淮河入海水道工程、洞庭湖灌溉区泵站改造工程等国家重点水利工程,产品预计能占领大型潜水电泵市场20%~30%的份额。该项目成果在1000kW级潜水泵领域填补了国内外空白,并在高速潜水电机、行星齿轮减速装置和高效水力部件有机合为一体的新型结构和潜水电泵智能控制与保护系统等关键技术上取得重大突破,攻克了潜水电泵大型化的技术难题,推动了大型潜水电泵行业的发展和技术进步。

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