EA001523B1 - Ступень погружного многоступенчатого насоса - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к нефтяному машиностроению, в частности к многоступенчатым скважинным насосам для откачки пластовой жидкости. Технический результат - повышение напора при малых подачах и повышение стабильности рабочих характеристик при наличии в перекачиваемой среде газовых пузырей. Для этого в ступени, 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, 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. При этом расстояние между поверхностью бокового кольцевого канала на направляющем аппарате и верхней кромкой 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.

Description

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, с. 122).

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 № 544890, Ρ04Ό5/00, 1973), содержащий закрытое рабочее колесо и вихревые лопаточные венцы, размещенные 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, которые могут выступать 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, с. 38-50).

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

Настоящее изобретение решает задачу создания ступеней погружного многоступенчатого насоса, обеспечивающей повышение напора при малых подачах и повышение стабильности характеристик при работе в двух или трехфазных нефте-водо-газовых 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 направ ляющий 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 фиг. 1 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 1 2. 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 1 3 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 нефте-водо-газовых сред, что повышает устойчивость работы ступеней.

Вне зависимости от наличия в направляющем аппарате бокового канала и расположения входных кромок его лопаток рабочие колеса с трехсторонними ячейками являются эффектив3 ными диспергирующими элементами и могут по этому назначению работать в парах с любыми известными направляющими аппаратами.

На фиг. 2 показаны зависимости напора (Н, м) и коэффициента полезного действия (КПД, %) от подачи (<3, 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 непрерывно падающей, что повышает стабильность и надежность работы насосов, оснащенных такими рабочими органами.

Claims (4)

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 высту пают 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.

4. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что на сопряженной рабочему колесу поверхности наружной крышки направляющего аппарата боковой кольцевой канал может отсутствовать, а входные кромки его лопаток могут не выступать за внешний диаметр наружной крышки.