Рабочее колесо центробежного многоступенчатого насоса

Рабочее колесо центробежного многоступенчатого насоса

Реферат

 

Изобретение относится к насосостроению, а более конкретно - к конструкциям центробежных насосов для откачки пластовой жидкости из скважин, например нефти. Рабочее колесо центробежного многоступенчатого насоса содержит ведущий диск, на нижней поверхности которого размещены лопасти рабочего колеса. Первая часть верхней поверхности диска, внешний радиус которой меньше радиуса рабочего колеса, выполнена плоской. Вторая часть верхней поверхности ведущего диска, внешний радиус которой меньше радиуса расположения верхней части кромок лопастей рабочего колеса, выполнена в виде уступа. Расстояние от поверхности уступа до плоскости, в которой лежит первая часть верхней поверхности ведущего диска, уменьшается от периферии рабочего колеса до места сопряжения первой и второй частей поверхности ведущего диска. На уступе расположены ребра таким образом, что максимальный радиус расположения боковых торцевых поверхностей ребер больше внешнего радиуса ведущего диска. Радиус нижней поверхности ведущего диска может быть выполнен меньше радиуса расположения нижней части выходных кромок лопастей. Внешние боковые кромки лопастей могут лежать на образующей в виде конуса, вершина которого лежит выше верхней поверхности ведущего диска. Изобретение направлено на снижение нагрузки на опорные элементы рабочего колеса и направляющего аппарата, уменьшение потерь на механическое трение и повышение КПД. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к насосостроению, и может быть использовано в конструкциях центробежных насосов, предназначенных для откачки пластовой жидкости из скважин, в частности при добыче нефти.

Известно рабочее колесо погружного центробежного многоступенчатого насоса [1] , предназначенного для откачки пластовой жидкости из нефтяных скважин, содержащее ведущий и ведомый диски с размещенными между ними лопатками. К недостаткам этого насоса относится малый напор, создаваемый ступенью насоса, в котором используется рабочее колесо, при малых расходах, и нестабильность характеристик при работе с нефтеводогазовыми смесями.

Решением, наиболее близким к заявленному изобретению, является рабочее колесо скважинного центробежного многоступенчатого насоса [2]. Указанное рабочее колесо состоит из ведущего диска, на нижней поверхности которого размещены лопасти. Первая часть верхней поверхности ведущего диска рабочего колеса, внешний радиус которого меньше радиуса ведущего диска, выполнена плоской. На периферии верхней поверхности ведущего диска рабочего колеса сформирован кольцевой выступ с размещенными на нем ребрами. Указанные ребра создают дополнительный напор за счет перемещения жидкости от оси к периферии рабочего колеса. При работе насоса в области, прилежащей к внешнему краю рабочего колеса, формируется тороидальный вихрь, повышающий устойчивость работы насоса и эффективность дробления газовых включений.

Недостатком известного рабочего колеса является то, что кольцевой выступ способствует осаждению и конгломерации твердых включений пластовой жидкости между втулкой рабочего колеса и кольцевым выступом. Образовавшиеся конгломераты, при их перемещении, способствуют преждевременному износу рабочих органов и могут привести к заклиниванию насоса. Кроме того, при использовании известного рабочего колеса объем пространства, в котором формируется тороидальный вихрь (вихревое кольцо), незначителен, в связи с чем, известное рабочее колесо не обеспечивает существенное повышение устойчивости работы насоса при большом содержании свободного газа в пластовой жидкости, а также при малых расходах. Следствием этого является чрезмерная турбулизация жидкости основного потока, что может увеличить осевую нагрузку на опорные элементы рабочих органов и снизить КПД устройства.

Заявленное изобретение обеспечивает устранение указанных выше недостатков наиболее близкого аналога, а также обеспечивает при его использовании завихрение рабочего потока в периферийной части колеса, таким образом, что при подходе к нижнему диску направляющего аппарата вихрь притормаживается, это способствует безвихревому входу потока в направляющий аппарат, при этом снижается осевая нагрузка на опорные элементы рабочего колеса и направляющего аппарата, уменьшаются потери на механическое трение в пяте опоры и существенно увеличивается КПД насоса. Так как уменьшается турбулентность основного потока жидкости, одновременно повышается эффективность дробления газового содержания и механических включений перекачиваемой среды.

Для достижения указанного выше технического результата рабочее колесо центробежного многоступенчатого насоса, содержащее ведущий диск, на нижней поверхности которого размещены лопасти рабочего колеса, внешний радиус расположения выходных кромок лопастей больше радиуса нижней поверхности диска, а первая часть верхней поверхности, внешний радиус которой меньше радиуса рабочего колеса, выполнена плоской, при этом вторая часть верхней поверхности ведущего диска, внешний радиус которой меньше радиуса расположения верхних кромок лопастей рабочего колеса выполнена в виде уступа, расстояние от поверхности которого до плоскости, в которой лежит первая часть верхней поверхности ведущего диска, уменьшается от периферии рабочего колеса до места сопряжения первой и второй частей поверхности ведущего диска, причем на уступе расположены радиальные ребра таким образом, что максимальный радиус расположения боковых торцевых поверхностей ребер больше внешнего радиуса ведущего диска.

Возможно такое выполнение рабочего колеса, при котором радиус нижней поверхности ведущего диска меньше радиуса расположения нижней части выходных кромок лопастей, с образованием поверхности вращения в форме усеченного конуса.

Возможно также такое выполнение рабочего колеса, при котором внешние боковые кромки лопастей лежат на образующей в виде конуса, вершина которого лежит выше верхней поверхности ведущего диска.

Приведенные примеры выполнения совокупности признаков рабочего колеса создают дополнительные условия для увеличения напорной характеристики при одновременном повышении КПД насоса.

Сущность заявляемого изобретения поясняется примерами его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 изображено продольное сечение двух ступеней многоступенчатого центробежного насоса с закрытыми рабочими колесами, выполненными согласно выполнения изобретения, при котором радиус ведущего диска меньше радиуса расположения верхней части выходных кромок лопастей, и направляющими аппаратами известной конструкции.

На фиг. 2 изображено продольное сечение двух ступеней многоступенчатого центробежного насоса с полуоткрытыми (без ведомого диска) рабочими колесами, выполненными согласно выполнения изобретения, при котором радиус ведущего диска меньше радиуса расположения верхней части выходных кромок лопастей, и направляющими аппаратами известной конструкции.

На фиг. 3 представлен вид сверху рабочего колеса, выполненного согласно изобретению, изображенного на фиг.2.

На фиг.4 изображены рабочие колеса (закрытого типа) и направляющие аппараты согласно выполнения изобретения, при котором внешние боковые кромки лопастей лежат на образующей в виде конуса.

На фиг. 5 изображены рабочие колеса (полуоткрытого типа) и направляющие аппараты согласно выполнения изобретения, при котором внешние боковые кромки лопастей лежат на образующей в виде конуса.

На фиг.6 представлен вид сверху рабочего колеса, изображенного на фиг.5.

Ступень многоступенчатого центробежного насоса, как изображено на фиг.1, состоит из рабочего колеса с втулкой 1 и направляющего аппарата с корпусом 2. Рабочее колесо содержит ведущий диск 3, на нижней поверхности которого расположены лопасти 4 рабочего колеса, а также может содержать ведомый диск 5, сопряженный с нижними краями лопастей 4. Первая часть 6 верхней поверхности ведущего диска 3, внешний радиус которой меньше, чем радиус рабочего колеса, определяемый как радиус боковой поверхности 7 ведущего диска или как радиус расположения боковых кромок 8 лопастей 4, выполнена плоской. Внутренний радиус первой части 6 внешней поверхности ведущего диска равен внешнему радиусу втулки 1 рабочего колеса. Вторая часть верхней поверхности ведущего диска, внешний радиус которой меньше радиуса расположения верхней части кромок лопастей 4, выполнена в виде уступа 14, расстояние от поверхности которого до плоскости, в которой лежит первая часть верхней поверхности ведущего диска уменьшается от периферии рабочего колеса до места сопряжения первой и второй частей верхней поверхности ведущего диска. При этом указанное расстояние равно длине отрезка, перпендикулярного плоскости, в которой лежит поверхность части 6, соединяющего указанную плоскость с поверхностью уступа.

На уступе 14 расположены ребра 9, максимальный радиус расположения боковых торцевых поверхностей 11 которых больше, чем внешний радиус ведущего диска. Верхние торцевые поверхности 10 ребер лежат в плоскости, в которой лежит первая часть верхней поверхности ведущего диска 3. Направляющий аппарат включает верхний диск 12, выполненный в корпусе 2, и нижний 13, установленный на втулке 1 рабочего колеса.

Возможно такое выполнение рабочего колеса, при котором радиус нижней поверхности ведущего диска и радиус расположения верхних частей кромок лопастей меньше радиуса расположения нижней части выходных кромок лопастей, с образованием поверхности вращения в форме усеченного конуса.

Рабочее колесо может быть выполнено таким образом, при котором внешние боковые кромки лопастей лежат на образующей в виде конуса, вершина которого лежит выше верхней поверхности ведущего диска.

Устройство работает следующим образом. При вращении рабочего колеса формируется напор жидкости или газожидкостной смеси (далее - жидкости) при ее прохождении через каналы, образованные рядом расположенными лопастями, ведущим диском 3 и ведомым диском 5, фиг.1, или верхним диском 12 направляющего аппарата, фиг.2. К следующему за рабочим колесом направляющему аппарату жидкость поступает через кольцевой зазор между ведущим диском 3 рабочего колеса с втулкой 1 и корпусом 2 направляющего аппарата. Жидкость, находящаяся между верхней поверхностью 6 ведущего диска 3 и нижним диском 13 направляющего аппарата, выносится в кольцевой зазор между корпусом 2 направляющего аппарата и торцевыми поверхностями 11 ребер 9. В дальнейшем, при взаимодействии потоков жидкости, сформированных лопастями 4 и ребрами 9, на периферии рабочего колеса 3 формируется тороидальный вихрь, который способствует перемещению жидкости таким образом, что обеспечивается дробление газовых включений, этим создаются условия для эффективного перемешивания жидкости и дробления газовых пузырей в результате чего повышается устойчивость работы насоса, так как предотвращается возможность формирования значительных по объему газовых пробок, приводящих к срыву подачи.

В связи с тем, что тороидальный вихрь формируется в зоне, прилегающей к верхним торцевым поверхностям 10 ребер 9, расположенной ниже поверхности диска, расширяется рабочая зона потока, движение жидкости притормаживается, что способствует безвихревому входу его в направляющий аппарат, а так как при этом уменьшается осевая сила, действующая на опоры, снижаются потери мощности на механическое трение в пяте опоры. Кроме этого обеспечивается повышение интенсивности дробления газовых включений, а также степени диспергирования механических примесей, что позволяет предотвратить засорение рабочих органов насоса. Таким образом, заявленное изобретение, в отличие от известных аналогов, обеспечивает возможность повышения КПД насоса с одновременным повышением устойчивости работы и срока службы.

Источники информации 1. Богданов Н.А. Погружные центробежные насосы для добычи нефти. - М.: Недра, 1968, 38-50 с.

2. Патент РФ 2138691, МПК 6 F 04 D 13/10, 1/06, 31/00 от 25.11.97.

Формула изобретения

1. Рабочее колесо центробежного многоступенчатого насоса, содержащее ведущий диск, на нижней поверхности которого размещены лопасти рабочего колеса, а первая часть верхней поверхности, внешний радиус которой меньше радиуса рабочего колеса, выполнена плоской, отличающееся тем, что вторая часть верхней поверхности ведущего диска, внешний радиус которой меньше радиуса расположения верхней части кромок лопастей рабочего колеса, выполнена в виде уступа, расстояние от поверхности которого до плоскости, в которой лежит первая часть верхней поверхности ведущего диска, уменьшается от периферии рабочего колеса до места сопряжения первой и второй частей поверхности ведущего диска, причем на уступе расположены ребра таким образом, что максимальный радиус расположения боковых торцевых поверхностей ребер больше внешнего радиуса ведущего диска.

2. Рабочее колесо по п. 1, отличающееся тем, что радиус нижней поверхности ведущего диска меньше радиуса расположения нижней части выходных кромок лопастей.

3. Рабочее колесо по п. 1, отличающееся тем, что внешние боковые кромки лопастей лежат на образующей в виде конуса, вершина которого лежит выше верхней поверхности ведущего диска.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6

PC4A - Регистрация договора об уступке патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:Общество с ограниченной ответственностью "Борец"

(73) Патентообладатель:Международная коммерческая компания "Центр разработки нефтедобывающего оборудования" (SC)

Договор № РД0051671 зарегистрирован 23.06.2009

Извещение опубликовано: 10.08.2009        БИ: 22/2009