Ступень погружного центробежного многоступенчатого насоса

 

Изобретение относится к нефтяному машиностроению. Ступень погружного центробежного многоступенчатого насоса содержит направляющий аппарат и установленное в направляющем аппарате открытое рабочее колесо. На нижней поверхности ведущего диска колеса расположены лопасти, в промежутках между местами закрепления которых, в ведущем диске рабочего колеса выполнены отверстия. Нижняя кромка указанной лопасти отделена от верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата равномерным зазором, величина которого составляет не менее 2 мм. Изобретение направлено на снижение износа пар трения за счет эффективного дробления газовых пузырей и грязевых включений, повышение КПД и напора ступени. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в многоступенчатых центробежных погружных насосах для откачки пластовой жидкости.

Известен центробежный насос-диспергатор, в котором рабочее колесо выполнено содержащим ведущий диск с лопастями, а в направляющем аппарате имеются верхний и нижний диски с лопатками [1]. Насос-диспергатор известной конструкции предназначен для формирования эмульсии из смеси жидкостей и не может быть эффективно использован для формирования газожидкостных смесей, так как активное воздействие на рабочую среду осуществляется на выходе насоса.

Известна ступень погружного центробежного многоступенчатого насоса [2], содержащая рабочее колесо с ведущим диском и расположенными на нем лопастями, а также направляющий аппарат с верхним диском и с лопатками, диаметр расположения входных кромок которых больше диаметра наружного диска направляющего аппарата. Причем на краю верхней поверхности ведущего диска рабочего колеса выполнены трехгранные выемки.

Известное устройство, при его использовании в многоступенчатых центробежных насосах, обеспечивает повышение напора при малых подачах и повышение стабильности при работе с жидкими смесями, содержащими включения в виде свободного газа.

Недостатком известного технического решения является снижение надежности работы при наличии в перекачиваемой жидкости значительных по объему газовых включений, так как при этом формируются застойные зоны, препятствующие измельчению газовых пузырей, в результате чего насос блокируется газовыми пробками.

Также известное техническое решение имеет низкую надежность работы при наличии в перекачиваемой жидкости грязевых (твердых) включений, способных привести к закупориванию сужающихся каналов рабочего колеса, образованных лопастями рабочего колеса, а также ведущим и ведомым дисками.

Устройством, наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению, является ступень погружного центробежного многоступенчатого насоса [3], содержащая направляющий аппарат и рабочее колесо. Причем в закрытом рабочем колесе такой ступени имеется ведомый диск, а также ведущий диск, с которым жестко связаны лопасти рабочего колеса, в промежутках между которыми в ведущем диске закрытого рабочего колеса выполнены отверстия.

Недостатком такой ступени является то, что лопасти рабочего колеса не воздействуют на пластовую жидкость, протекающую под рабочим колесом, в связи с чем ступень известной конструкции не обеспечивает достаточно эффективное дробление находящихся в пластовой жидкости газовых пузырей и грязевых включений. Кроме того, при работе насоса возможно его заклинивание за счет накопления грязевых включений под рабочим колесом.

Настоящее изобретение позволяет устранить указанные выше недостатки известных технических решений. Кроме того, при работе ступени в составе насоса газовые включения, вынесенные из пространства над ведущим диском через отверстия в ведущем диске и проходящие между ведущим диском и боковым кольцом направляющего аппарата, подвергаются дополнительному измельчению нижними кромками лопастей открытого рабочего колеса, за счет чего обеспечивается более эффективное дробление газовых пузырей, одновременно с этим осуществляется эффективное дробление грязевых включений, за счет чего снижается износ пар трения в насосе, исключается возможность заклинивания насоса при работе. При повышении эффективности дробления газовых пузырей и грязевых включений в пластовой жидкости уменьшается количество диспергирующих ступеней, необходимых для бесперебойной работы насоса при сохранении габаритов, при этом повышается КПД и напор насоса в целом, чему способствует также равномерность зазора, величина которого составляет не менее 2 мм, между нижней кромкой и направляющим аппаратом.

Указанный технический результат достигается за счет того, что ступень погружного центробежного многоступенчатого насоса, содержащая направляющий аппарат, дополнительно содержит установленное в направляющем аппарате открытое рабочее колесо, на нижней поверхности ведущего диска которого расположены лопасти, в промежутках между местами закрепления которых, в ведущем диске рабочего колеса выполнены отверстия, а нижняя кромка указанной лопасти отделена от верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата равномерным зазором, величина которого составляет не менее 2 мм.

При этом на внешнем краю верхней части ведущего диска рабочего колеса может быть выполнен уступ, а отверстия выполнены на указанном уступе. Диаметр ведущего диска рабочего колеса может быть больше диаметра окружности, на которой расположены центры указанных отверстий, на величину, равную или большую 1,5 диаметра указанных отверстий. Верхняя поверхность верхнего диска направляющего аппарата может быть выполнена конической или плоской.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено: на фиг.1 - две установленные последовательно ступени, выполненные в соответствии с заявленным изобретением, у которых верхний диск направляющего аппарата имеет плоскую поверхность; на фиг.2 - две установленные последовательно ступени, выполненные в соответствии с заявленным изобретением, у которых верхний диск направляющего аппарата имеет коническую поверхность; на фиг.3 - вид снизу ведущего диска рабочего колеса, выполненного согласно изобретению.

Ступень погружного центробежного многоступенчатого насоса (фиг.1, 2) содержит направляющий аппарат 1 и установленное в направляющем аппарате 1 открытое рабочее колесо 2, на нижней (в рабочем положении насоса) поверхности 3 ведущего диска 4 которого расположены лопасти 5. Рабочее колесо 2 выполнено с втулкой 6, предназначенной для сопряжения через шпонку с общим валом насоса (на чертеже не изображен). Таким образом, в рабочем колесе сформированы пазы, ограниченные лопастями 5, жестко связанными с ведущим диском 4. Направляющий аппарат 1 содержит верхний диск 7, нижний диск 8 и лопатки 9, между входными кромками 10 которых и боковым кольцом 11 (боковой стенкой корпуса аппарата) имеются промежутки. Диски 7, 8 и лопатки 9 направляющего аппарата 1 образуют каналы. Верхний диск 7 жестко связан с боковым кольцом 11, нижним диском 8 (через лопатки 9) и цапфой 12, сопряженной с втулкой 6 рабочего колеса 2. На диске 4 закреплены антифрикционные шайбы 13, выполненные, например, из текстолита.

В промежутках (фиг.3) между лопастями 5 в ведущем диске 4 рабочего колеса 2 выполнены отверстия 14. Нижняя кромка 15 (фиг.1, 2) указанной лопасти 5 открытого рабочего колеса 2 отделена от верхней поверхности 16 верхнего диска 7 направляющего аппарата 1 равномерным зазором, величина которого составляет не менее 2 мм. При этом верхняя поверхность 16 верхнего диска 7 до участка ее перехода в поверхность бокового кольца 11 может быть выполнена или плоской (горизонтальной) (фиг.1), или конической (вогнутой) с осью, совмещенной с осью поверхности бокового кольца 11 (фиг.2). Внешний участок поверхности 3 выполнен плоским (горизонтальным). Нижняя кромка 15 расположена между внешним краем лопасти (внешней кромкой 17) и внутренней кромкой 18 лопасти 5.

На внешнем краю верхней части ведущего диска 4 рабочего колеса 2 может быть выполнен уступ 19, а отверстия 14 выполнены на указанном уступе 19. Диаметр ведущего диска 4 рабочего колеса 2 может быть больше диаметра окружности, на которой расположены центры 20 указанных отверстий 14, на величину, равную или большую 1,5 диаметра указанных отверстий 14.

При работе насоса пластовая жидкость протекает по пазам рабочего колеса 2, приводимого в движение валом насоса, и, при прохождении потока жидкости по пазам рабочих колес, формируется напор жидкости как за счет центробежных сил, так и за счет действия лопастей рабочего колеса на поток жидкости. Далее жидкость поступает в каналы направляющего аппарата 1 следующей ступени, в которых осуществляется создание дополнительного напора и направление потока на рабочее колесо следующей ступени. Вместе с пластовой жидкостью по пазам открытого рабочего колеса 2 перемещаются газовые пузыри и грязевые включения.

Газовые включения, вынесенные из пространства над ведущим диском 4 через отверстия 14 в ведущем диске и проходящие между ведущим диском 4 и боковым кольцом 11 направляющего аппарата 1, подвергаются дополнительному измельчению нижними кромками 15 лопастей 5 открытого рабочего колеса 2, за счет чего обеспечивается более эффективное дробление газовых пузырей, одновременно с этим осуществляется эффективное дробление грязевых включений, за счет чего снижается износ пар трения, исключается возможность заклинивания насоса. Наличие уступа 19, при расположении на нем центров 20 отверстий 14, повышает эффективность выноса газовых включений через указанные отверстия 14. Кроме того, при повышении эффективности дробления газовых пузырей и грязевых включений в пластовой жидкости возможно уменьшить количество диспергирующих ступеней, необходимых для бесперебойной работы насоса при сохранении габаритов, при этом повышается КПД и напор насоса в целом, чему способствует также равномерность зазора, величина которого составляет не менее 2 мм, между нижней кромкой 15 и поверхностью 16 направляющего аппарата 1.

Таким образом обеспечивается достижение указанного выше технического результата.

Источники информации 1. Патент РФ 2116516, кл. F 04 D 7/04, 1998.

2. Патент РФ 2138691, кл. F 04 D 13/10, 1/06, 31/00, 1999.

3. Патент США 5628616, кл. 415/58.2, 1997.

Формула изобретения

1. Ступень погружного центробежного многоступенчатого насоса, содержащая направляющий аппарат, отличающаяся тем, что она содержит установленное в направляющем аппарате открытое рабочее колесо, на нижней поверхности ведущего диска которого расположены лопасти, в промежутках между местами закрепления которых, в ведущем диске рабочего колеса выполнены отверстия, а нижняя кромка указанной лопасти отделена от верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата равномерным зазором, величина которого составляет не менее 2 мм.

2. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что на внешнем краю верхней части ведущего диска рабочего колеса выполнен уступ, а отверстия выполнены на указанном уступе.

3. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что диаметр ведущего диска рабочего колеса больше диаметра окружности, на которой расположены центры указанных отверстий, на величину равную или большую 1,5 диаметра указанных отверстий.

4. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что верхняя поверхность верхнего диска направляющего аппарата выполнена плоской.

5. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что верхняя поверхность верхнего диска направляющего аппарата выполнена конической.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3