Диспергирующая ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса

 

Изобретение относится к нефтяному машиностроению. Ступень содержит направляющий аппарат, установленное в последнем открытое рабочее колесо, лопасти которого расположены на нижней поверхности ведущего диска, в котором в промежутках между местами закрепления лопастей выполнены отверстия. Расстояние от нижней кромки каждой из лопастей до верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата выполнено увеличивающимся в направлении от внутреннего края нижней кромки лопасти к внешнему краю указанной кромки лопасти. Изобретение направлено на снижение износа пар трения за счет эффективного дробления газовых пузырей и грязевых включений, повышение КПД и напора ступени. 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

Настоящее 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 имеется верхний диск [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 диспергирующая ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса [2] , содержащая рабочее колесо с ведущим диском и расположенными на нем лопастями, а также направляющий аппарат с верхним диском и с лопатками.

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.

Устройством, наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению, является диспергирующая ступень погружного многоступенчатого центробежного 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 диспергирующей ступени заявленной конструкции 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 повышении эффективности дробления газовых пузырей и грязевых включений пластовой жидкости уменьшается количество диспергирующих ступеней, необходимых для бесперебойной работы насоса при сохранении габаритов, при этом повышается КПД и напор насоса в целом. За счет формирования пространства между наклонными нижними кромками лопастей и верхним диском направляющего аппарата обеспечивается возможность обратного тока жидкости при значительном газовом факторе, за счет чего исключается возможность блокирования ступени газовыми пробками. Кроме того, обеспечивается дробление наклонными кромками газовых пузырей и грязевых включений, перемещающихся на разном расстоянии от верхнего диска направляющего аппарата вместе с потоком пластовой жидкости.

Указанный технический результат достигается за счет того, что диспергирующая ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, содержащая направляющий аппарат, дополнительно содержит установленное в направляющем аппарате открытое рабочее колесо, лопасти которого расположены на нижней поверхности ведущего, диска, в котором в промежутках между местами закрепления лопастей выполнены отверстия, а расстояние от нижней кромки каждой из лопастей до верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата увеличивается в направлении от внутреннего края нижней кромки лопасти к внешнему краю указанной кромки лопасти.

Кроме того, минимальное расстояние от нижней кромки лопасти рабочего колеса до верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата может быть меньше половины расстояния от нижней поверхности ведущего диска рабочего колеса до точки нижней кромки лопасти рабочего колеса, лежащей на минимальном расстоянии от верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата. Минимальное расстояние от нижней кромки лопасти рабочего колеса до верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата может быть больше 2 мм. При этом на внешнем краю верхней части ведущего диска рабочего колеса может быть выполнен уступ, на котором расположены границы отверстий. Диаметр диска рабочего колеса может быть больше диаметра окружности, на которой расположены центры отверстий, на величину, равную или большую 1,5 диаметра указанных отверстий. Верхняя поверхность верхнего диска направляющего аппарата может быть выполнена плоской.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено на фиг.1 - установленные последовательно ступени, выполненные в соответствии с заявленным изобретением; на фиг. 2 - вид снизу ведущего диска рабочего колеса, выполненного согласно изобретению.

Диспергирующая ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса (фиг. 1) содержит направляющий аппарат 1 и установленное в направляющем аппарате 1 открытое рабочее колесо 2, лопасти 3 которого расположены на нижней (в рабочем положении насоса) поверхности 4 ведущего диска 5. Рабочее колесо 2 жестко соединено 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 3, жестко связанными с ведущим диском 5. 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 5 закреплены антифрикционные шайбы 13, выполненные, например, из текстолита.

В промежутках (фиг. 2) между местами закрепления лопастей 3 в ведущем диске 5 рабочего колеса 2 выполнены отверстия 14. Расстояние от нижней кромки 15 (фиг.1) каждой из лопастей 3 открытого рабочего колеса 2 до верхней поверхности 16 верхнего диска 7 направляющего аппарата 1 увеличивается в направлении от внутреннего края нижней кромки 15 лопасти 3 к внешнему краю указанной кромки 15 лопасти 3. При этом верхняя поверхность 16 верхнего диска 7 направляющего аппарата 1 до участка ее перехода в поверхность бокового кольца 11 выполнена плоской (горизонтальной). Внешний участок поверхности 4 выполнен плоским (горизонтальным).

Минимальное расстояние от нижней кромки 15 лопасти 3 рабочего колеса 2 до верхней поверхности 16 верхнего диска 7 направляющего аппарата 1 может быть меньше половины расстояния от нижней поверхности 4 ведущего диска 5 рабочего колеса 2 до точки 17 нижней кромки 15 лопасти 3 рабочего колеса 2, лежащей на минимальном расстоянии от верхней поверхности 16 верхнего диска 7 направляющего аппарата 1. Минимальное расстояние от нижней кромки 15 рабочего колеса 2 до верхней поверхности 16 верхнего диска 7 направляющего аппарата 1 может быть больше 2 мм. При этом нижняя кромка 15 расположена между внешним краем лопасти (внешней кромкой 18) и внутренней кромкой 19 лопасти 3.

На внешнем краю верхней части ведущего диска 5 рабочего колеса 2 может быть выполнен уступ 20, на котором расположены границы отверстий 14. Диаметр ведущего диска 5 рабочего колеса 2 может быть больше диаметра окружности, на которой расположены центры 21 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, в результате создается напор пластовой 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 5 через отверстия 14 в ведущем диске и проходящие между ведущим диском 5 и боковым кольцом 11 направляющего аппарата 1, подвергаются дополнительному измельчению нижними кромками 15 лопастей 3 открытого рабочего колеса 2, за счет чего обеспечивается более эффективное дробление газовых пузырей, одновременно с этим осуществляется эффективное дробление грязевых включений, что обеспечивает снижение износа пар трения, исключается возможность заклинивания насоса. Формирование уступа 20, на котором расположены границы 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. За счет формирования пространства между наклонными нижними кромками 15 и горизонтальным верхним диском 7 направляющего аппарата 1 (чему способствует вышеуказанное расстояние от нижней кромки 15 до диска 7) обеспечивается возможность обратного тока жидкости при значительном газовом факторе, за счет чего исключается возможность блокирования ступени газовыми пробками. Кроме того, обеспечивается дробление наклонными кромками 15 газовых пузырей и грязевых включений, перемещающихся на разном расстоянии от горизонтального верхнего диска 7 направляющего аппарата вместе с потоком пластовой жидкости.

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. Диспергирующая ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, содержащая направляющий аппарат, отличающаяся тем, что она содержит установленное в направляющем аппарате открытое рабочее колесо, лопасти которого расположены на нижней поверхности ведущего диска, в котором в промежутках между местами закрепления лопастей выполнены отверстия, а расстояние от нижней кромки каждой из лопастей до верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата увеличивается в направлении от внутреннего края нижней кромки лопасти к внешнему краю указанной кромки лопасти.

2. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что минимальное расстояние от нижней кромки лопасти рабочего колеса до верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата меньше половины расстояния от нижней поверхности ведущего диска рабочего колеса до точки нижней кромки лопасти рабочего колеса, лежащей на минимальном расстоянии от верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата.

3. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что минимальное расстояние от нижней кромки лопасти рабочего колеса до верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата больше 2 мм.

4. Ступень по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что на внешнем краю верхней части ведущего диска рабочего колеса выполнен уступ, на котором расположены границы отверстий.

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

6. Ступень по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что верхняя поверхность верхнего диска направляющего аппарата выполнена плоской.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2