Погружной многоступенчатый центробежный насос

 

Изобретение относится к насосам для подъема жидкостей из скважин. Насос содержит ступени с направляющими аппаратами, в которые вмонтированы основные осевые опоры (ОО) из износостойкого материала, крышками и рабочими колесами (РК). Каждое из РК имеет собственную дополнительную ОО, являющуюся также уплотнением, разделяющим полости всасывания и нагнетания. ОО выполнена в виде выступающего на торце РК бурта, опирающегося на поверхность крышки. Вал насоса выполнен некруглого сечения и на нем по посадке с зазором установлены ступица РК и разделительные шайбы (РШ) из антифрикционного материала, имеющие отверстия, соответствующие некруглому сечению вала. Ступица РК выполнена выступающей над торцом последнего со стороны входа. РШ установлены на валу с возможностью осевого перемещения по обе стороны ступицы РК. Каждая РШ имеет толщину, меньшую осевого зазора, образованного торцом ступицы и торцом основной ОО. Перед первым РК установлен направляющий аппарат с основной ОО, торец которой, обращенный в сторону РК, образует с РШ осевой зазор, размер которого меньше высоты бурта дополнительной опоры РК. Изобретение направлено на повышение долговечности работы насоса за счет предотвращения разрушения первого РК. 1 ил.

Изобретение относится к насосостроению, а более конкретно к скважинным насосам для подъема воды и жидкостей из скважин.

Известен погружной многоступенчатый насос, ступень которого содержит рабочее колесо центробежного типа, направляющий аппарат и его крышку (RU 2186251 C1, кл. F 04 D 13/10, 27.07.2002). К недостаткам такого насоса относится базирование колеса в направляющем аппарате насоса, при котором его центрирование осуществляется как на валу насоса, установленного в своих радиальных опорах, так и в радиальных опорах направляющего аппарата, в результате чего из-за погрешностей изготовления возникает повышенное трение, и часть мощности тратится на его преодоление. Кроме того, при попадании в зазоры твердых частиц возможно заклинивание и насос недолговечен в работе.

Наиболее близким к изобретению является погружной многоступенчатый насос, содержащий ступени с направляющими аппаратами, в которые вмонтированы основные осевые опоры из износостойкого материала, крышками и рабочими колесами, каждое из которых имеет собственную дополнительную осевую опору, являющуюся также уплотнением, разделяющим полости всасывания и нагнетания, и выполненную в виде выступающего на торце рабочего колеса бурта, опирающегося на поверхность крышки; вал некруглого сечения, на котором по посадке с зазором установлена ступица рабочего колеса, отверстие которой соответствует некруглому сечению вала, и разделительные шайбы из антифрикционного материала (ЕР 0554803 A1, кл. F 04 D 29/16, 13/10, 11.08.1993).

К недостаткам такой конструкции насоса относится быстрый выход из строя и разрушение первого рабочего колеса (непосредственно осуществляющего всасывание жидкости из скважины) и потери напора из-за отсутствия основной опоры из износостойкого материала перед первым рабочим колесом.

Задачей настоящего изобретения является повышение долговечности работы насоса при сохранении первоначальной величины напора за счет предотвращения разрушения первого рабочего колеса.

Технический результат достигается тем, что в погружном многоступенчатом насосе, содержащем ступени с направляющими аппаратами, в которые вмонтированы основные осевые опоры из износостойкого материала, крышками и рабочими колесами, каждое из которых имеет собственную дополнительную осевую опору, являющуюся также уплотнением, разделяющим полости всасывания и нагнетания, и выполненную в виде выступающего на торце рабочего колеса бурта, опирающегося на поверхность крышки; вал некруглого сечения, на котором по посадке с зазором установлена ступица рабочего колеса, посадочное отверстие которой соответствует некруглому сечению вала, и разделительные шайбы из антифрикционного материала, согласно изобретению ступица рабочего колеса выполнена выступающей над торцом последнего со стороны входа, разделительные шайбы установлены на валу с возможностью осевого перемещения по обе стороны ступицы рабочего колеса, каждая из шайб имеет отверстие, соответствующее некруглому сечению вала, и толщину, меньшую осевого зазора, образованного торцом ступицы и торцом основной опоры, перед первым рабочим колесом установлен направляющий аппарат с основной осевой опорой, торец которой, обращенный в сторону рабочего колеса, образует с разделительной шайбой осевой зазор, размер которого меньше высоты бурта дополнительной опоры рабочего колеса.

За счет установки направляющего аппарата перед первым рабочим колесом предотвращается разрушение торцевой поверхности рабочего колеса со стороны всасывания из-за недопущения контакта его торца с поверхностью крышки по мере износа бурта осевой дополнительной опоры, сближению трущихся поверхностей и контакту по основной осевой опоре. Следствием этого является то, что напор, обеспечиваемый первым рабочим колесом, сохраняется на протяжении всего срока службы насоса.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен лучший вариант выполнения первой ступени погружного многоступенчатого насоса.

Первая ступень погружного многоступенчатого насоса состоит из рабочего колеса 1, двух направляющих аппаратов 2 и 3 с основными осевыми опорами 4 и 5 из износостойкого материала, например керамики, крышки 6 с вспомогательной осевой опорой 7, шайб 8 и 9 из антифрикционного материала, например наполненного графитом или дисульфидом молибдена фторопласта, и вала 10. На торце рабочего колеса 1 со стороны всасывания выполнен кольцевой бурт 11, опирающийся на поверхность опоры 7 крышки 6, в качестве уплотнения разделяющий полости всасывания и нагнетания, а также являющийся дополнительной осевой опорой рабочего колеса 1. Вал 10 выполнен некруглого сечения, посадочные отверстия рабочего колеса 1 и разделительных шайб 8, 9 соответствуют некруглому сечению вала 10 и допускают их осевое перемещение. Толщина шайб 8, 9 меньше осевого зазора, образованного торцом ступицы рабочего колеса 1 и торцом соответствующей основной осевой опоры 4 или 5. Направляющий аппарат 2 установлен перед рабочим колесом 1 и имеет основную осевую опору 4, торец которой, обращенный в сторону колеса 1, образует с шайбой 8 осевой зазор k1. Размер указанного зазора k1 меньше высоты k2 бурта 11 дополнительной опоры рабочего колеса.

Устройство работает следующим образом.

Рабочее колесо 1, приводимое во вращение валом 10, осуществляет перекачивание жидкости, как центробежное. В случае отсутствия напора на выходе, рабочее колесо, увлекаемое потоком, прижимается своим торцом через шайбу 9 к основной опоре 5, вмонтированной в направляющий аппарат 3. При наличии напора на выходе насоса, рабочее колесо под действием перепада давлений во всасывающей и нагнетательной полостях прижимается к вспомогательной опоре 7 крышки 6 посредством бурта 11. По мере износа бурта 11, который служит также уплотнением, разделяющим полости всасывания и нагнетания для создания перепада давлений, происходит сближение торцов ступицы рабочего колеса 1 и основной опоры 4 - без нарушения уплотнения, т.е. без снижения объемного КПД насоса. После износа бурта 11 на величину зазора k1, торец рабочего колеса 1 через шайбу 8 прижимается к основной опоре 4, вмонтированной в направляющий аппарат 2. После этого скорость износа бурта 11 снижается на несколько порядков, т.к. резко снижаются окружные скорости трения из-за перехода контакта на меньший диаметр, причем скорость износа дополнительной и основной опор становится равной, что является условием ненарушения уплотнения. Для предотвращения контакта торца рабочего колеса 1 с крышкой 6 высота k2 бурта 11 больше зазора k1.

Поскольку вал 10 передает на колесо 1 “чистый” крутящий момент, не препятствуя его осевому и угловым перемещениям в продольных плоскостях, за счет сопряжения рабочего колеса 1 с валом 10 с зазором, предотвращается заклинивание колеса при попадании в зазор твердых частиц, а точность изготовления вала, его опор, собственно колеса и направляющего аппарата может быть менее высокой, чем у его аналога.

Вследствие установки дополнительного направляющего аппарата на входе в насос и установки в нем основной опоры рабочего колеса, повышена долговечность работы первого рабочего колеса с заданным напором до долговечности работы всех колес насоса. Кроме того, установка направляющего аппарата на входе в насос снижает гидродинамические потери от неустойчивости потока жидкости.

Формула изобретения

Погружной многоступенчатый насос, содержащий ступени с направляющими аппаратами, в которые вмонтированы основные осевые опоры из износостойкого материала, крышками и рабочими колесами, каждое из которых имеет собственную дополнительную осевую опору, являющуюся также уплотнением, разделяющим полости всасывания и нагнетания, и выполненную в виде выступающего на торце рабочего колеса бурта, опирающегося на поверхность крышки; вал некруглого сечения, на котором по посадке с зазором установлена ступица рабочего колеса, посадочное отверстие которой соответствует некруглому сечению вала, и разделительные шайбы из антифрикционного материала, отличающийся тем, что ступица рабочего колеса выполнена выступающей над торцем последнего со стороны входа, разделительные шайбы установлены на валу с возможностью осевого перемещения по обе стороны ступицы рабочего колеса, каждая из шайб имеет отверстие, соответствующее некруглому сечению вала, и толщину, меньшую осевого зазора, образованного торцем ступицы и торцем основной опоры, перед первым рабочим колесом установлен направляющий аппарат с основной осевой опорой, торец которой, обращенный в сторону рабочего колеса, образует с разделительной шайбой осевой зазор, размер которого меньше высоты бурта дополнительной опоры рабочего колеса.

РИСУНКИ

Рисунок 1