Ступень погружного многоступенчатого насоса

 

Изобретение относится к нефтяному машиностроению, в частности к многоступенчатым скважинным насосам для откачки пластовой жидкости. Ступень погружного многоступенчатого насоса включает рабочее колесо, содержащее ведущий и ведомый диски с размещенными между ними лопатками, и направляющий аппарат с профилированными лопатками, входные кромки которых выступают за внешний диаметр наружной крышки аппарата. На периферии ведущего диска рабочего колеса на его боковой поверхности установлены трехсторонние ячейки, открытые с внешней стороны диска. На сопряженной колесу поверхности наружной крышки направляющего аппарата выполнен боковой кольцевой канал. При этом расстояние между поверхностью бокового кольцевого канала на направляющем аппарате и верхней кромок ячеек на рабочем колесе составляет не менее 0,3 от глубины последних, а длины ячеек в радиальном направлении составляют не более 0,3 радиуса ведущего диска. Такое выполнение ступени обеспечивает повышение напора при малых подачах повышение стабильности рабочих характеристик при наличии в перекачиваемой среде газовых пузырей. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Настоящее изобретение относится к нефтяному машиностроению, в частности к многоступенчатым скважинным насосам для откачки пластовой жидкости.

Известны вихревые насосы закрытого типа для перекачки жидкостей, не содержащих абразивных частиц, состоящие из рабочего колеса, представляющего собой диск с ячейками на периферии, рабочего периферийно-бокового канала, всасывающего и напорного патрубка. Всасывающая и напорная полости рабочего канала разделены перемычкой по окружности колеса (Спасский К.Н.,Шаумян В.В. Новые насосы для малых подач и высоких напоров, -М.: Машиностроение, 1973,122 с.).

Недостатком таких насосов является резкое уменьшение напора и КПД при увеличении торцевых и радиальных зазоров при перекачке жидкостей, содержащих абразивные частицы.

Известен комбинированный насос (патент Швейцарии N544890, F 04 D 5/00, 1973 г. ), содержащий закрытое рабочее колесо и вихревые лопаточные венцы, размещены на периферии диска, радиальные размеры которых превышают радиальный размер центробежного колеса, кольцевой отвод центробежного колеса и кольцевую камеру вихревого колеса с перемычкой.

Недостатком такого насоса является сложность конструкции их рабочих органов, особенно при изготовлении изделий в погружном, многоступенчатом варианте, а также резкое уменьшение напора и КПД при увеличении торцевых и радиальных зазоров в вихревой части конструкции при перекачке жидкости, содержащей абразивные частицы.

Известен центробежный погружной многоступенчатый насос для откачки пластовой жидкости из нефтяных скважин. Ступени такого насоса содержат рабочее колесо закрытого типа и направляющий аппарат с лопатками, выступающими за диаметральный размер наружной крышки аппарата. Рабочее колесо ступени имеет специально спрофилированные лопатки между ведущим и ведомым дисками (Богданов Н.А. Погружные центробежные насосы для добычи нефти. - М.: Недра, 1968, 38-50 с.).

К недостаткам такой ступени относится невысокое давление, создаваемое ступенью при малых расходах и нестабильность характеристик при работе в двух- или трехфазных нефтеводогазовых средах.

Настоящее изобретение решает задачу создания ступеней погружного многоступенчатого насоса, обеспечивающих повышение напора при малых подачах и повышение стабильности характеристик при работе в двух- или трехфазных нефтеводогазовых средах.

Указанный технический результат достигается тем, что в ступени погружного многоступенчатого насоса, имеющей рабочее колесо, содержащее ведущий и ведомый диски с размещенными между ними лопатками, и направляющий аппарат с профилированными лопатками, входные кромки которых выступают за внешний диаметр наружной крышки аппарата, согласно изобретению, на периферии ведущего диска рабочего колеса на его боковой поверхности установлены трехсторонние ячейки, открытые с внешней стороны диска, а на сопряженной колесу поверхности наружной крышки направляющего аппарата выполнен боковой кольцевой канал.

Предлагаемая ступень отличается также тем, что расстояние между поверхностью бокового кольцевого канала на направляющем аппарате и верхней кромкой ячеек на рабочем колесе составляет не менее 0,3 от глубины последних.

Другим отличием является то, что длины ячеек в радиальном направлении составляют не более 0,3 радиуса ведущего диска.

На чертеже представлена ступень в разрезе.

Рабочее колесо ступени имеет ведущий 1 и ведомый 2 диски с размещенными между ними профилированными лопатками 3 и установленными на периферии ведущего диска на его наружной поверхности трехсторонними ячейками 4, открытыми с внешней стороны диска. Лопаточные стороны ячеек могут быть выполнены с различным профилем и расположены радиально, наклонно вперед по вращению, отогнутыми назад, "углом назад" или "углом вперед". На наружных поверхностях дисков закреплены прокладки 5 и 6.

Направляющий аппарат имеет наружную крышку 7 с боковым кольцевым каналом 8 и буртом 9, боковую стенку 10 и внутреннюю стенку 11 с буртом 12. Направляющий аппарат имеет профилированные лопатки 13, входные кромки которых выступают за внешний диаметр наружной крышки аппарата.

Расстояние между поверхностью бокового кольцевого канала на направляющем аппарате и верхней кромкой ячеек на рабочем колесе составляет не менее 0,3 глубины ячеек. Длины ячеек в радиальном направлении составляют не более 0,3 радиуса ведущего диска.

При работе ступени насоса с малыми подачами лопаточные стенки создают в ячейках 4 и в боковом канале 8 турбулентный поток (систему вихрей), который попадает на выступающие за пределы наружной крышки 7 лопатки 13 направляющего аппарата, где приобретенная жидкостью кинетическая энергия преобразуется в напор, который складывается с напором, создаваемым центробежной частью рабочего колеса. При этом турбулентные потоки от лопаточных стенок ячеек в независимости от подачи обеспечивают дополнительную диспергацию при перекачке нефтеводогазовых сред, что повышает устойчивость работы ступеней.

На фиг. 2 показаны зависимости напора (H, м) и коэффициента полезного действия (КПД, %) от подачи (Q, м³/сут) для центробежной ступени 1 и центробежно-вихревой 2. Видно, что при подачах менее 50 м³/сут напор, создаваемый центробежно-вихревой ступенью, значительно превышает соответствующую характеристику центробежной ступени. При этом напорная характеристика становится непрерывнопадающей, что повышает стабильность и надежность работы насосов, оснащенных такими рабочими органами.

Формула изобретения

1. Ступень погружного многоступенчатого насоса, имеющая рабочее колесо, содержащее ведущий и ведомый диски с размещенными между ними лопатками, и направляющий аппарат с лопатками, входные кромки которых выступают за внешний диаметр наружной крышки аппарата, отличающаяся тем, что на периферии ведущего диска рабочего колеса на его боковой поверхности установлены трехсторонние ячейки, открытые с внешней стороны диска, а на сопряженной колесу поверхности наружной крышки направляющего аппарата выполнен боковой кольцевой канал.

2. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что расстояние между поверхностью бокового кольцевого канала и верхней кромкой ячеек составляет не менее 0,3 от глубины последних.

3. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что длины ячеек составляют не более 0,3 радиуса ведущего диска.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2