基于海水淡化的钼合金鼠笼隔爆电动机螺纹接头改进

李 冀

随着科技进步，人口日益增多，人们向海洋开发的愿望也日趋强烈，海水淡化处理日趋普及，海水淡化的能耗成本受到特别关注。早期海水淡化采用蒸馏法，如多级闪蒸技术，通常只建在能量价格很低的地区。经反渗透海水淡化技术所获得的淡水纯度取决于渗透膜的致密度，致密度越高则获得的淡水纯度也越高，同时要求将参与渗透的海水提高到更高的压力。因此，能量回收效率成了降低海水淡化成本的关键。当今世界在海水淡化领域液体能量回收利用的压力交换器主要存在着一系列的机械运动件和电器切换机构，维修率较高，最终影响生产成本。

1 海水淡化领域压力交换器的主要形式

传统的转子液压缸结构类似柱塞泵，优点是工作液体介质与废弃高压液体不直接接触，最高效率可达95%，缺点是液压缸结构的转子以及转子杆自身都有很大的摩擦功耗，特别是转子杆的往复密封技术最难达到理想效果，实际效率往往低于90%，特别是摩擦损耗导致设备停机频繁、维护费用高。

透平-水泵组合的能量传递设备，优点是工作液体介质与废弃高压液体不直接接触，且能适应大流量能量传递，但其单机的最高效率也低于75%，故这样组合的能量传递设备机组效率一般只有40%至55%。

国际上对海水淡化投入最早以及最成功的发达国家，如日本、丹麦、荷兰、瑞典、挪威、英国、美国以及德国等，都在压力交换方面做过努力，但其最高交换效率都没有超过95%，且配套工程庞大，外来电器驱动和切换阀门等控制元件过多导致意外事故频繁发生，最终导致大幅度增大设备投资和日常管理维护等额外费用。

2 电动机螺纹接头的改进方案

对钼合金鼠笼隔爆电动机海水淡化螺纹接头装置进行了改进，低压提升泵进口和低压吸管之间串联有水平螺纹恒向流器，高压补充泵进口与所述的补水吸管之间串联有垂直螺纹恒向流器，螺纹压力交换提升机泵由压力提升螺纹泵部分和螺纹压力交换机部分所组成，压力提升螺纹泵由鼠笼防爆电动机驱动；螺纹压力交换机部分包括交换器转子、交换器外筒以及预处理水端盖和截留水端盖，交换器转子上有转子两端面和转子外圆，转子外圆与交换器外筒内圆之间为可旋转滑动配合；压力提升螺纹泵部分包括螺纹增压泵体和增压泵叶轮，且与所述的鼠笼Ⅲ型防爆电动机组成一体，螺纹增压泵体前端面分别有增压泵吸口和整体固定螺孔，增压法兰盘上有通孔与整体固定螺孔相对应，紧固螺钉穿越增压法兰盘上的通孔与整体固定螺孔配合。

图1 电动机螺纹接头的改进方案

3 螺纹压力交换机工作原理

交换器转子采用在旋转圆周位置上布置了压力交换通道，相邻的两个通道之间有隔离筋板作隔离；凭借低压导入旋转坡面和蓄压导入旋转坡面与交换器转子端面的正向倾斜夹角，以及增压导出旋转坡面和卸压导出旋转坡面与交换器转子端面的反向倾斜夹角，就能让螺纹压力交换机部分中唯一的运动件交换器转子自如旋转，完成压力交换通道内流动方向切换，实现压力交换。当压力交换通道内的预处理海水和截流蓄压海水一起分别处于与低压流道和泄压流道相同位置时，海水推着大气压力的截流蓄压海水向下流入泄压流道之中；当压力交换通道内的预处理海水和截流蓄压海水一起分别处于与增压流道和蓄压流道相同位置时，截流蓄压海水推着预处理海水，向上注入增压中心排孔；被交换压力的预处理海水由增压泵吸口被增压泵叶轮吸入并经离心力增压依次流经蜗壳螺纹凸台和增压螺纹接头，最终并入高压海水进管。

4 鼠笼防爆电动机关键部件组装过程

4.1 鼠笼防爆电动机组装

将定子固定在电动机外壳内孔上，将转子固定在电动机转轴最大直径处且与定子位置相对应，用八颗前盖板螺钉穿越电动机前盖板上的端盖机壳通孔与电动机外壳前端面上的机壳端面螺孔相配合，将电动机前盖板固定在电动机外壳的前端面上，电动机前盖板的前盖轴承孔上固定着前轴承外圆，前轴承内孔固定着电动机转轴的轴承前段轴；用另外八颗后盖板螺钉与电动机外壳后端面上的机壳端面螺孔相配合，将电动机后盖板固定在电动机外壳后端面，电动机后盖板的后盖中心孔上固定着后轴承外圆，后轴承内孔固定着电动机转轴的轴承后段轴。

4.2 螺纹接头管路连接

增压内螺纹接头连接，将转换高压管左端外螺纹与蜗壳出口凸台上的内螺纹上分别涂上环氧树脂，配对连接，使得转换高压管与蜗壳出口凸台之间构成静止密闭固定；与增压内螺纹接头连接方式一样，分别将卸压螺纹接头、低压螺纹接头和蓄压螺纹接头与其所在位置两侧的管路进行螺纹连接，使得排泄管路与泄压流道连通之间构成静止密封固定、低压管路与低压流道连通之间构成静止密封固定、膜回流管与蓄压流道连通之间构成静止密封固定。

4.3 关键部件组装步骤

将前盖空心轴上的空心轴调节台阶与电动机前盖板上的前盖轴承孔近外端处过渡配合，并用空心轴螺钉穿越前盖空心轴上的空心轴台阶孔与电动机前盖板上的前盖螺孔相配合，将前盖空心轴上的空心轴法兰与电动机前盖板上的前盖凹台面紧贴固定，使得前盖空心轴上的空心轴台阶孔与电动机转轴的转轴外伸段外轮廓之间具有高精度同轴度来固定机封组件。

将叶轮调节圈间隙配合放入叶轮台阶孔之中并越过台阶孔退刀槽贴在轴承毂孔底面上；再将无内圈轴承上的轴承外圈微微过盈配合压入叶轮轴承毂上的叶轮台阶孔之中，然后将叶轮孔用卡环用专用工具放入叶轮卡槽内，使得轴承外圈两侧分别贴着叶轮孔用卡环和叶轮调节圈。

叶轮轴承毂与电动机转轴之间的连接：将固定在叶轮轴承毂上的轴承外圈连同圆柱滚针一起套入固定在外轴承支撑圆上一部分，转动增压泵叶轮，使得叶轮轴承毂上的叶轮花键孔与电动机转轴上的轴花键段对准相配合，继续推压叶轮轴承毂，使得轴承外圈上的圆柱滚针整体与外轴承支撑圆完全相配合；先取用台阶防松螺钉穿越轴向定位挡圈中心孔后与电动机转轴上的轴端螺孔相配合，使得轴向定位挡圈在台阶防松螺钉上的两平行挡边与轴花键段外端面之间有轴向自由量；再用五颗挡圈螺钉穿越轴向定位挡圈上的定位挡圈通孔后与叶轮轴承毂上的防松螺孔相配合，将轴向定位挡圈也紧固在叶轮轴承毂外端面上；最后用一颗挡圈螺钉依次穿越防松挡片上的通孔和轴向定位挡圈上的定位挡圈通孔后也与叶轮轴承毂上的防松螺孔相配合，使得防松挡片上的挡片拐角边对准两平行挡边上的任意一平边上，起到防松作用。

5 应用鼠笼防爆电动机实施反渗透海水淡化的工作过程

预处理海水吸管和启动吸管均插入到预处理池水表面下方，启动高压启动泵，由启动吸管吸取海水预处理池中的预处理海水，依次经启动高压管、管路三通和高压海水进管后，注入膜进水腔中直接参与渗透膜海水淡化。当膜进水腔中的预处理海水的压力达到时，截流蓄压海水被反渗透膜截流，其中的处理淡水穿透反渗透膜，进入膜出水腔中，经淡化水出管输送到淡水储备待用区域，未能穿越反渗透膜的截流蓄压海水经膜回流管，通过蓄压螺纹接头进入蓄压进口位置，冲击交换机叶片后，辅助驱动交换机叶轮旋转，截流蓄压海水做功后泄压，从泄压出口排出，经过卸压螺纹接头，从排泄管路排放掉或送到下游处理程序。末级花键槽孔与花键传动轴之间为花键齿圆周啮合的轴向可滑动配合，辅助驱动花键传动轴旋转。这样不仅可以带动初级泵叶轮、中间前叶轮、中间后叶轮和末级泵叶轮同步旋转，还降低了鼠笼型防爆电动机启动负荷，避免了鼠笼型防爆电动机因启动电流过大而烧毁。

6 电动机螺纹接头的改进效果

采用螺纹连接结构拆装、维护方便，特别是增设螺纹压力交换提升机泵，压力提升螺纹泵部分上的增压泵吸口与螺纹压力交换机部分上的增压中心排孔直接对准，不但结构紧凑，而且增设螺纹压力交换提升机泵的反渗透膜海水淡化工程与没有螺纹压力交换提升机泵的反渗透膜海水淡化工程相比，获取单位淡水的能耗降低30%左右。

增压泵叶轮上有叶轮台阶孔和叶轮花键孔，转轴外伸段外端有轴花键段，前盖空心轴穿越电动机轴伸入孔位于螺纹增压泵体蜗壳内，外轴承支撑圆上配合有无内圈轴承，无内圈轴承支撑着叶轮轴承毂，转轴外伸段穿越空心轴台阶孔，轴花键段与叶轮花键孔相互啮合，将转轴外伸段扭矩传递给增压泵叶轮；结构实现了电动机转轴、前轴承和后轴承只需承受纯扭矩，而花键啮合所产生的径向力完全被无内圈轴承所承受，仅仅作用在前盖空心轴上，完全避免了电动机转轴上的转轴外伸段承受径向力，提高了鼠笼防爆电动机使用寿命；螺纹压力交换机部分无需任何外来电器驱动和切换阀门等元件控制，凭借低压导入旋转坡面和蓄压导入旋转坡面与交换器转子的正向倾斜夹角，以及增压导出旋转坡面和蓄压导入旋转坡面与交换器转子的反向倾斜夹角，就能让螺纹压力交换机部分中唯一的运动件交换器转子自如旋转，完成压力交换通道内流动方向切换，实现压力交换，避免了采用任何电器控制可能导致的意外事故发生。

低压管路与低压吸管之间串联有水平螺纹恒向流器，环形流道口与圆形流道口之间有变形四片流道相连通这种特殊设置，确保低压流道内的瞬态高压海水不会产生反向逆流，操作安全可靠。水平螺纹恒向流器内的摆转阀芯具备摆转灵敏的特点，环形流道口与圆形流道口之间有变形四片流道相连通这种特殊设置，使得水平螺纹恒向流器整体部件中没有类似弹簧等任何阻碍零件，就能实现恒向流动功能，彻底消除了因低压吸管上的管路附件故障影响发生故障的隐患。

高压补充泵进口与补水吸管之间串联有垂直螺纹恒向流器，这种特殊设置确保补充高压管里的高压海水不会产生反向逆流，操作安全可靠。垂直螺纹恒向流器内的环状空腔设置，使得移动阀芯悬浮在垂直螺纹恒向流器之内，移动阀芯整体悬浮结构使之具备开启、关闭敏捷的特性，使得垂直螺纹恒向流器整体部件中没有类似弹簧等任何阻碍零件，就能实现恒向流动功能，彻底消除了因补水吸管上的管路附件故障影响正常工作的隐患。

7 结语

反渗透海水淡化技术所获得的淡水纯度取决于渗透膜的致密度，致密度越高则获得的淡水纯度也越高，同时要求将参与渗透的海水提高到更高的压力。因此，能量回收效率成了降低海水淡化成本的关键。目前，在海水淡化领域液体能量回收利用的压力交换器主要存在一系列的机械运动件和电器切换机构，维修率较高，最终影响生产成本。通过改进，预处理海水吸管与吸口管路之间串联有水平螺纹恒向流器，这种特殊设置确保启动高压管里的兆帕的高压海水不会产生反向逆流，操作安全可靠。高压启动泵进口与启动吸管之间串联有垂直螺纹恒向流器，这种特殊设置实现了恒向流动功能，彻底消除了因启动吸管上的管路附件故障影响正常工作的隐患。

[1]吴干东.电动机转子故障的分析[J].华北电力技术，2015，（9）：22-23.[2]陈庆祥.双鼠笼电机断笼的局部处理与原因分析[J].宁夏电力，2015，（3）：21-23.

[3]廖松涛.电动机转子笼条断裂的原因分析及预防措施[J].广西电力，2014，27（4）：22-23.

[4]李海波.浅谈电动机常见故障与维护[J].有色冶金节能，2016，27（12）：30-32.

[5]王伯辉.电动机的常见故障及维护[J].科技视界，2015，（1）：49.