Многоступенчатый центробежный насос

 

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть применено при добыче нефти из скважин. Насос содержит вал, на котором установлены рабочие колеса, причем рабочее колесо каждой ступени расположено между двумя соседними направляющими аппаратами с радиальным и осевыми зазорами и имеет открытые лопасти с острым углом наклона по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси вращения. На торцах лопастей рабочего колеса установлены верхние и нижние пластины, параллельные плоскости, перпендикулярной к оси вращения, причем на нижних пластинах на некотором расстоянии от выходного радиуса установлены под некоторым углом пластины-крылья. Внешний радиус покрывного диска и пластины, разделяющей два соседних канала направляющего аппарата, выполнен уменьшающимся от начала вогнутой стенки канала до минимального расстояния между вогнутой и выпуклой стенками следующего канала. Между каналами направляющего аппарата, имеющими на выходе угол меньше 90^o, и его ступицей образована кольцевая полость. Изобретение позволяет повысить КПД, напор и надежность работы насоса. 3 ил.

Изобретение относится к гидромашиностроению, а более конкретно к конструкциям многоступенчатых центробежных насосов для перекачивания многоступенчатых центробежных насосов для перекачивания жидкостей и может быть применено при добыче нефти из скважин.

Известен центробежный насос, работающий на криогенных жидкостях с очень низкой температурой кипения, имеющий паровые полости в осевом зазоре между корпусом насоса и дисками рабочего колеса (например а.с. 1206484 класс F 04 D 7/02). Этот насос может работать с высоким КПД лишь на жидкостях, имеющих очень низкую температуру парообразования и плохо использует высокий динамический напор.

Наиболее близким к предлагаемому является многоступенчатый центробежный насос, содержащий вал, на котором установлены рабочие колеса, за каждым из которых расположен направляющий аппарат, причем рабочее колесо каждой ступени выполнено в виде ступицы, на которой установлены открытые лопасти, имеющие острый угол наклона на выходе по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси вращения, и установлено между двумя соседними направляющими аппаратами с радиальным и осевыми зазорами (см. заявку Великобритании N 1567886, кл. F 04 D 13/10, 1980).

Недостатком этого устройства является то, что трудно получить круто падающую напорную характеристику при малом расходе, недостаточно полно используется скоростной напор, насос работает недостаточно надежно на загрязненной жидкости, на рабочее колесо действует осевая сила, приводящая к постепенному разрушению опорной поверхности.

Целью настоящего изобретения является увеличение надежности работы многоступенчатого центробежного насоса, его напора и КПД.

Для достижения этой цели в известном многоступенчатом центробежном насосе, содержащем вал, на котором установлены рабочие колеса, причем рабочее колесо каждой ступени расположено между двумя соседними направляющими аппаратами с радиальным и осевыми зазорами и имеет открытые лопасти с острым углом наклона по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси вращения, на торцах лопастей рабочего колеса установлены верхние и нижние пластины, параллельные плоскости, перпендикулярной к оси вращения, причем на нижних пластинах, на некотором расстоянии от выходного радиуса, установлены под некоторым углом пластины-крылья, внешний радиус покрывного диска и пластины, разделяющей два соседних канала направляющего аппарата, выполнен уменьшающимся от начала вогнутой стенки канала до минимального расстояния между вогнутой и выпуклой стенками следующего канала, а между каналами направляющего аппарата, имеющими на выходе угол меньше девяноста градусов и его ступицей образована кольцевая полость.

Погружные многоступенчатые центробежные насоса как правило работают с неочищенными жидкостями, с различными твердыми включениями, например с песком, поэтому необходимо иметь широкие каналы в проточной части, избегать сепарации твердой фазы и газа в различных ее частях. Во многих существующих погружных насосах, особенно в малорасходных, рабочие колеса являются закрытыми, лопастями с двух сторон имеют диски, это приводит к собиранию песка и газа в пространстве между дисками закрытого рабочего колеса и направляющими аппаратами с последующим трением опор рабочего колеса по песку, при недостаточном количестве жидкой смазки. Чтобы этого избежать применены рабочие колеса и открытыми лопастями (без покрывных дисков), имеющие острый угол наклона по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси вращения, за счет этого происходит диспергация (измельчение) пузырей газа, облегчается его перекачивание и подъем твердых включений. Верхние и нижние пластины позволяют уменьшить протечки жидкости в осевых зазорах между торцами лопастей рабочих колес и направляющими аппаратами. Они также уменьшают износ лопастей рабочих колес при наличии в перекачиваемой жидкости абразивных включений. Пластины-крылья, установленные на некотором расстоянии от выходного радиуса, под некоторым углом на нижних пластинах, позволяют регулировать направление и величину осевой силы, которая зависит от угла их наклона. Установка пластин-крыльев на некотором расстоянии от радиуса выхода из рабочего колеса облегчает подъем твердых включений (грязи), которые скапливаются на периферии и передачу их в последующую ступень. Для эффективного применения выше описанных рабочих колес "пропелерного типа", в области малых расходов необходимо использовать направляющие аппараты, спроектированные особым образом. Для того чтобы иметь широкие каналы в направляющих аппаратах, особенно в малодебитных насосах, сохранив плавность входа в них жидких, что требует существенного уменьшения площади входа, аппараты изготовляются канальными. Например делается два широких канала вместо десяти узких. Уменьшая внешний радиус покрывного диска и пластины, разделяющей два соседних канала, направляющего аппарата от начала вогнутой стенки канала до минимального расстояния между вогнутой и выпуклой стенками следующего канала, мы устраняем препятствие для перехода жидкости из рабочего колеса до входа в направляющий аппарат, увеличивая тем самым напор, в том числе и при нулевом расходе, и увеличиваем минимальные зазоры в проточной части ступени, делая ее проходимой для твердых частиц большего диаметра. Между каналами направляющего аппарата, имеющими на выходе угол меньше девяноста градусов и его ступицей образована кольцевая полость. Это позволяет на расчетном режиме обеспечить остаточную циркуляцию на входе в рабочее колесо, тем самым мы обеспечим требуемую крутизну напорной кривой и обеспечим плавный вход в более широкое рабочее колесо.

Указанные меры позволяют повысить надежность работы многоступенчатого центробежного насоса, напор и КПД.

На фигуре 1 изображен общий вид многоступенчатого центробежного насоса в разрезе; на фигуре 2 - вид проточной части направляющих аппаратов в разрезе; на фигуре 3 показано строение лопасти рабочего колеса на развертке сечения его цилиндрической поверхностью.

Многоступенчатый центробежный насос содержит вал 1, на котором установлены рабочие колеса, за каждым из которых располагается направляющий аппарат 2. Каждое рабочее колесо имеет открытые лопасти 3, на торцах которых установлены верхние 4 и нижние 5 пластины. На нижних пластинах под некоторым углом установлены пластины-крылья 6. Внешний радиус покрывного диска 7 направляющего аппарата уменьшается вместе с внешним радиусом пластины 8, установленной между каналами 9. Между каналами 9 направляющего аппарата и его ступицей образована кольцевая полость 10.

Многоступенчатый центробежный насос работает следующим образом. Жидкость проходит через рабочие колеса, установленные на валу 1, и через радиально-осевые направляющие аппараты 2, что приводит к увеличению ее давления согласно основному уравнению гидромашин. Открытые лопасти 3 рабочих колес без покрывных дисков имеют острый угол по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси вращения, это позволяет избегать скопления песка и газа между рабочим колесом и направляющими аппаратами, диспергировать (измельчать) газ и перемещать его и твердые частицы в осевом направлении. Верхние 4 и нижние 5 пластины позволяют уменьшить протечки жидкости в осевых зазорах между торцами лопастей рабочих колес и направляющими аппаратами. Они также уменьшают износ лопастей рабочих колес при наличии в перекачиваемой жидкости абразивных включений. Пластины-крылья 6, установленные на некотором расстоянии от выходного радиуса, под некоторым углом на нижних пластинах, позволяют регулировать направление и величину осевой силы, которая зависит от угла их наклона. Установка пластин-крыльев на некотором расстоянии от радиуса выхода из рабочего колеса облегчает подъем твердых включений (грязи), которые скапливаются на периферии, и передачу их в последующую ступень. Внешний радиус покрывного диска 7 вместе с внешним радиусом пластины 8, установленной между двумя каналами, плавно уменьшается, обеспечивая увеличение минимальных проходов в проточной части ступеней, проход песка и поднятие напора при нулевом расходе. Плавно войдя в каналы направляющего аппарата 9, имеющие на выходе острый угол, жидкость закручивается в полости 10, между ними и ступицей, обеспечивая требуемого крутизну напорной характеристики.

Таким образом, по сравнению с прототипом изобретение позволяет увеличить надежность работы и сократить затраты электроэнергии.

Формула изобретения

Многоступенчатый центробежный насос, содержащий вал, на котором установлены рабочие колеса, причем рабочее колесо каждой ступени расположено между двумя соседними направляющими аппаратами с радиальным и осевым зазорами и имеет открытые лопасти с острым углом наклона по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси вращения, отличающийся тем, что на торцах лопастей рабочего колеса установлены верхние и нижние пластины, параллельные плоскости, перпендикулярной к оси вращения, причем на нижних пластинах на некотором расстоянии от выходного радиуса установлены под некоторым углом пластины-крылья, внешний радиус покрывного диска и пластины, разделяющей два соседних канала направляющего аппарата, выполнен уменьшающимся от начала вогнутой стенки канала до минимального расстояния между вогнутой и выпуклой стенками следующего канала, а между каналами направляющего аппарата, имеющими на выходе угол меньше 90^o и его ступицей образована кольцевая полость.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3