RU133215U1

RU133215U1 - OPEN SUBMERSIBLE MULTI-STAGE PUMP WITH OPEN TYPE OPERATING WHEEL

Info

Publication number: RU133215U1
Application number: RU2012114315/06U
Authority: RU
Inventors: Самир Джамалевич Абахри; Шарифжан Рахимович Агеев; Сергей Николаевич Пещеренко; Марина Петровна Пещеренко; Евгений Вячеславович Пошвин; Александр Сергеевич Фадейкин
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь"
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2013-10-10

Abstract

1. Ступень погружного многоступенчатого насоса, состоящая из направляющего аппарата и рабочего колеса открытого типа, имеющего втулку с закрепленным ведущим диском, на нижней стороне которого размещены профильные рабочие лопасти, а на верхней стороне ведущего диска по периферии - прямолинейные вихревые лопасти, отличающаяся тем, что вихревые лопасти выполнены с радиальным размером, составляющим не менее 2/3 радиуса ведущего диска колеса и обеспечивающим компенсацию осевой силы, действующей на рабочее колесо.2. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что боковые поверхности вихревых лопастей расположены с наклоном к поверхности ведущего диска.3. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что вихревые лопасти рабочего колеса размещены радиально или со смещением от радиального направления на угол, не превышающий 60°.1. The step of a submersible multistage pump, consisting of a directing apparatus and an open impeller, having a sleeve with a fixed drive disk, on the lower side of which are placed the working blades, and on the upper side of the drive disk on the periphery - straight vortex blades, characterized in that vortex blades are made with a radial size of at least 2/3 of the radius of the drive wheel and providing compensation for the axial force acting on the impeller. 2. The step according to claim 1, characterized in that the side surfaces of the vortex blades are inclined to the surface of the drive disk. The step according to claim 1, characterized in that the vortex blades of the impeller are placed radially or with an offset from the radial direction by an angle not exceeding 60 °.

Description

Настоящая полезная модель относится к нефтяному машиностроению, в частности к многоступенчатым скважинным насосам для откачки пластовой жидкости.This utility model relates to petroleum engineering, in particular to multistage well pumps for pumping formation fluid.

Известна центробежная ступень погружного многоступенчатого насоса, включающая рабочее колесо, имеющее ведущий и ведомый диски с размещенными между ними лопастями, и направляющий аппарат с лопастями, входные кромки которых выступают за внешний диаметр нижнего диска аппарата. На периферии верхней поверхности ведущего диска рабочего колеса установлен вихревой венец, представляющий собой ряд радиальных ребер, длиной не более 0.3 радиуса ведущего диска. Вихревой венец способствует увеличению напора при малых подачах, существенно повышает допустимое газосодержание на входе насоса и стабилизирует работу ступени при наличии в перекачиваемой жидкости газовых пузырей (патент РФ №2138691 C1, МПК F04D 13/10, опубл. 27.09.1999).A centrifugal step of a submersible multi-stage pump is known, including an impeller having a driving and driven disks with blades placed between them, and a guiding apparatus with blades, the input edges of which protrude beyond the outer diameter of the lower disk of the apparatus. On the periphery of the upper surface of the driving disk of the impeller, a vortex crown is installed, which is a series of radial ribs with a length of not more than 0.3 of the radius of the driving disk. The vortex crown increases the pressure at low flows, significantly increases the permissible gas content at the pump inlet and stabilizes the operation of the stage in the presence of gas bubbles in the pumped liquid (RF patent No. 2138691 C1, IPC F04D 13/10, publ. 09/27/1999).

Недостатком данного изобретения является низкая надежность насосов при перекачке пластовой жидкости, содержащей абразивные частицы, обусловленная засорением проточных каналов на малых подачах.The disadvantage of this invention is the low reliability of the pumps when pumping reservoir fluid containing abrasive particles, due to clogging of the flow channels at low feeds.

Для снижения вероятности засорения обычно используют ступени с открытыми рабочими колесами. Примером такой ступени может служить ступень погружного центробежного насоса (патент РФ №2376500 C2, МПК F04D 29/22, F04D 13/10, опубл. 20.12.2009), состоящая из направляющего аппарата и рабочего колеса, в ведущем и ведомом дисках которого не менее чем на половину длины каждого проточного канала выполнены глубокие вырезы между лопастями. Основное предназначение вырезов - частично открыть проточный канал колеса, снижая вероятность засорения, и уменьшить поверхность дисков, а значит и осевую силу, действующую на рабочее колесо.To reduce the likelihood of clogging, open-impeller steps are usually used. An example of such a step is the step of a submersible centrifugal pump (RF patent No. 2376500 C2, IPC F04D 29/22, F04D 13/10, publ. 12/20/2009), consisting of a guide apparatus and an impeller, in the drive and driven disks of which not less than half the length of each flow channel, deep cuts between the blades are made. The main purpose of the cutouts is to partially open the flow channel of the wheel, reducing the likelihood of clogging, and to reduce the surface of the discs, and hence the axial force acting on the impeller.

Однако, существенного снижения осевой силы таким способом получить не удается. В процессе работы происходит прижатие рабочего колеса к направляющему аппарату, их совместный износ и увеличение потребляемой мощности.However, a significant reduction in axial force in this way cannot be obtained. In the process, the impeller is pressed against the guide apparatus, their joint wear and increase in power consumption.

Известна также ступень погружного центробежного насоса с колесом открытого типа, имеющим один ведущий диск, на нижней поверхности которого расположены лопасти, а в промежутках между местами закрепления лопастей в ведущем диске выполнены сквозные отверстия (патент РФ №2209346 C2, МПК F04D 13/10, опубл. 27.07.2003). Сквозные отверстия в ведущем диске открывают канал для перетечек жидкости из области с высоким давлением (над диском) в область с низким давлением (под диском), тем самым выравнивая давление и снижая осевую силу, действующую на колесо, а также эффективно дробят газовые пузыри и грязевые включения, присутствующие в перекачиваемой жидкости.Also known is the stage of a submersible centrifugal pump with an open wheel having one drive disk, on the lower surface of which there are blades, and through holes are made in the spaces between the fixing points of the blades in the drive disk (RF patent No. 2209346 C2, IPC F04D 13/10, publ. . 07.27.2003). Through holes in the drive disk open a channel for fluid flow from the high-pressure area (above the disk) to the low-pressure area (under the disk), thereby equalizing the pressure and reducing the axial force acting on the wheel, as well as effectively crushing gas bubbles and mud inclusions present in the pumped liquid.

Недостатком данной ступени является очень низкий напор, обусловленный искусственно вызванными перетечками через отверстия, приводящими к потере давления, создаваемого колесом, и, как следствие, низкая величина КПД ступени.The disadvantage of this stage is the very low pressure due to artificially induced overflows through the holes, leading to a loss of pressure created by the wheel, and, as a result, the low value of the stage efficiency.

В качестве прототипа полезной модели выбрана модификация описанной ступени, содержащая направляющий аппарат и рабочее колесо открытого типа, имеющее втулку с закрепленным ведущим диском, на нижней стороне которого размещены профильные рабочие лопасти, между основаниями которых выполнены сквозные отверстия, на верхней стороне ведущего диска со стороны периферии расположены прямолинейные вихревые лопасти, а на периферийной части нижней поверхности нижнего диска направляющего аппарата выполнен уступ с дополнительными ребрами (патент РФ № 2196253, МПК F04D 13/10, F04D 1/06, F04D 31/00, опубл. 10.01.2003). Изобретение решает задачу повышения качества дробления газовых пузырей и грязевых включений и исключает заклинивание насоса последними за счет увеличения суммарной длины кромок поверхностей, воздействующих на пластовую жидкость при работе насоса.As a prototype of the utility model, a modification of the described step is selected, containing a directing apparatus and an open type impeller, having a sleeve with a fixed drive disk, on the lower side of which profile working blades are located, between the bases of which holes are made, on the upper side of the drive disk from the periphery side rectilinear vortex blades are located, and a ledge with additional ribs is made on the peripheral part of the lower surface of the lower disk of the guide vane (patent RF No. 2196253, IPC F04D 13/10, F04D 1/06, F04D 31/00, publ. 10.01.2003). The invention solves the problem of improving the quality of crushing of gas bubbles and mud inclusions and eliminates jamming of the pump last due to the increase in the total length of the edges of the surfaces acting on the reservoir fluid during pump operation.

Насосная секция, собранная из таких лопастей, эффективна только в качестве диспергатора при работе установки на газожидкостной смеси, поскольку в предложенной конструкции ступени имеют место большие потери напора и КПД, обусловленные как перетечками через сквозные отверстия в ведущем диске колеса и между нижней кромкой лопастей рабочего колеса и донышком направляющего аппарата, так и потерями при обтекании потоком большого количества препятствий в пазухах между рабочим колесом и направляющим аппаратом. Известная конструкция не решает задачу полной компенсации осевой силы, при которой колесо занимает подвешенное состояние между соседними направляющими аппаратами, не касается их и не изнашивается, сохраняя надежность при работе с жидкостью, содержащей абразивные частицы. В описанной конструкции ступени отсутствует верхняя упорная шайба между верхней поверхностью ведущего диска и нижней поверхностью нижнего диска направляющего аппарата, позволяющая предотвратить касание колеса и аппарата по всей поверхности смежных дисков в случае всплытия колеса. Таким образом, основным недостатком прототипа является низкая надежность при работе с жидкостью, содержащей абразивные частицы, а также низкие напорно-энергетические характеристики ступени.The pump section, assembled from such blades, is effective only as a dispersant during installation on a gas-liquid mixture, since in the proposed design of the stage there are large head and efficiency losses due to both overflows through holes in the drive wheel and between the lower edge of the impeller blades and the bottom of the guide vane, as well as losses due to the flow around a large number of obstacles in the sinuses between the impeller and the vane. The known design does not solve the problem of full compensation of axial force, in which the wheel is suspended between adjacent guide vanes, does not touch them and does not wear out, while maintaining reliability when working with a liquid containing abrasive particles. In the described design of the step there is no upper thrust washer between the upper surface of the drive disk and the lower surface of the lower disk of the guide apparatus, which prevents the wheel and the apparatus from touching the entire surface of adjacent discs in the event of the wheel coming up. Thus, the main disadvantage of the prototype is the low reliability when working with a liquid containing abrasive particles, as well as low pressure and energy characteristics of the stage.

Полезная модель позволяет добиться высокой износостойкости и надежности конструкции в условиях перекачивания жидкостей с повышенным содержанием механических примесей за счет компенсации осевой силы, действующей на рабочее колесо, при сохранении величины напора и КПД ступени на уровне аналогичных ступеней с рабочими колесами закрытого типа.The utility model allows to achieve high wear resistance and reliability of the design in the conditions of pumping liquids with a high content of mechanical impurities due to the compensation of the axial force acting on the impeller, while maintaining the pressure and efficiency of the stage at the level of similar stages with closed impellers.

Указанный технический результат достигается тем, что в ступени погружного многоступенчатого насоса, состоящей из направляющего аппарата и рабочего колеса открытого типа, имеющего втулку с закрепленным ведущим диском, на нижней стороне которого размещены профильные рабочие лопасти, а на верхней стороне ведущего диска по периферии расположены прямолинейные вихревые лопасти, согласно полезной модели, вихревые лопасти выполнены с радиальным размером, составляющим не менее 2/3 радиуса ведущего диска колеса и обеспечивающим компенсацию осевой силы, действующей на рабочее колесо.The specified technical result is achieved by the fact that in the step of a submersible multi-stage pump, consisting of a directing apparatus and an open impeller, having a sleeve with a fixed driving disk, on the lower side of which there are shaped working blades, and on the upper side of the driving disk on the periphery there are straight vortex the blades, according to the utility model, the vortex blades are made with a radial size of at least 2/3 of the radius of the drive disk of the wheel and providing compensation Eve force acting on the impeller.

Боковые поверхности вихревых лопастей могут быть расположены с наклоном к поверхности ведущего диска. Кроме того, вихревые лопасти рабочего колеса могут быть размещены со смещением от радиального направления на угол, не превышающий 60°.The lateral surfaces of the vortex blades may be inclined to the surface of the drive disk. In addition, the vortex blades of the impeller can be placed with an offset from the radial direction by an angle not exceeding 60 °.

В заявленной конструкции компенсация силы давления на ведущий диск рабочего колеса открытого типа достигается за счет создания вихревого движения жидкости над этим диском с помощью вихревого венца, образованного прямолинейными вихревыми лопастями, расположенными на наружной поверхности ведущего диска со стороны периферии. При радиальном размере вихревых лопастей, равном 2/3 радиуса ведущего диска колеса и более, обеспечивается компенсация осевой силы, создаваемой колесом, и, соответственно, работа рабочего колеса во всплытом состоянии. Несмотря на то, что максимальная компенсация осевой силы достигается, если образованный из вихревых лопастей венец покрывает всю верхнюю поверхность ведущего диска колеса, в большинстве случаев, для того, чтобы подвесить колесо, т.е. заставить его работать во всплытом состоянии, достаточно выбрать вихревые лопасти с радиальным размером, начиная с 2/3 радиуса диска, поскольку вблизи оси вращения скорости потока малы, и вклад этих областей в компенсацию осевой силы весьма незначителен. При размере вихревых лопастей менее 2/3 радиуса диска вихревой потокIn the claimed design, the compensation of the pressure force on the driving disk of the open impeller is achieved by creating a vortex of fluid movement above this disk with the help of a vortex crown formed by rectilinear vortex blades located on the outer surface of the driving disk from the periphery. When the radial size of the vortex blades is equal to 2/3 of the radius of the driving disk of the wheel or more, the axial force created by the wheel is compensated, and, accordingly, the impeller operates in a floating state. Despite the fact that the maximum compensation of the axial force is achieved if the crown formed from the vortex blades covers the entire upper surface of the drive wheel, in most cases, in order to suspend the wheel, i.e. to make it work in an ascended state, it is enough to choose vortex blades with a radial size starting from 2/3 of the disk radius, since the flow velocities are small near the axis of rotation, and the contribution of these regions to the compensation of the axial force is very small. When the size of the vortex blades is less than 2/3 of the radius of the disk, the vortex flow

смещается к периферии, и значение подъемной силы становится недостаточным для подвешивания колеса.moves to the periphery, and the value of the lifting force becomes insufficient to suspend the wheel.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 приведен разрез сборки из двух центробежных ступеней заявляемой конструкции; на фиг.2 - фрагмент рабочего колеса с радиальными вихревыми лопастями; на фиг.3 - то же, с вихревыми лопастями, расположенными под углом к радиальному направлению.The essence of the claimed utility model is illustrated by drawings. Figure 1 shows a section of an assembly of two centrifugal steps of the claimed design; figure 2 is a fragment of the impeller with radial vortex blades; figure 3 is the same, with vortex blades located at an angle to the radial direction.

Заявляемая ступень (фиг.1) состоит из открытого рабочего колеса 1 и направляющего аппарата 2. Рабочее колесо 1 имеет втулку 3 с закрепленным на ней ведущим диском 4, на нижней стороне которого размещены рабочие лопасти 5. По периферии диска 4 перпендикулярно или с наклоном к его верхней поверхности расположены вихревые лопасти 6, имеющие прямолинейную форму.The inventive step (Fig. 1) consists of an open impeller 1 and a guide apparatus 2. The impeller 1 has a sleeve 3 with a driving disk 4 fixed to it, on the lower side of which the working blades 5 are located. At the periphery of the disk 4, perpendicularly or inclined to its upper surface are vortex blades 6 having a rectilinear shape.

Направляющий аппарат 2 (фиг.1) имеет нижний диск 7 с буртом 8, боковую стенку 9 и верхний диск 10. Между нижним диском 7 и верхним диском 10 расположены лопатки 11, входные кромки которых выступают за внешний диаметр нижнего диска 7. На верхней поверхности выступа ведущего диска 4 рабочего колеса 1, контактирующей с буртом 8 направляющего аппарата 2, вмонтирована шайба 12 для повышения износостойкости конструкции. Между лопастями 5 рабочего колеса 1 и верхним диском 10 направляющего аппарата 2 выполнен зазор 0.2-0.5 мм.The guide apparatus 2 (Fig. 1) has a lower disk 7 with a collar 8, a side wall 9 and an upper disk 10. Between the lower disk 7 and the upper disk 10 there are blades 11, the input edges of which protrude beyond the outer diameter of the lower disk 7. On the upper surface the protrusion of the drive disk 4 of the impeller 1 in contact with the shoulder 8 of the guide apparatus 2, a washer 12 is mounted to increase the wear resistance of the structure. Between the blades 5 of the impeller 1 and the upper disk 10 of the guide apparatus 2, a clearance of 0.2-0.5 mm is made.

Вихревые лопасти 6 могут быть размещены радиально (фиг.2) или под углом α к радиальному направлению (фиг.3), который может варьироваться до 60° в обе стороны от радиального направления от зависимости от необходимой величины компенсирующей осевой силы.Vortex blades 6 can be placed radially (Fig.2) or at an angle α to the radial direction (Fig.3), which can vary up to 60 ° in both directions from the radial direction depending on the required value of the compensating axial force.

При работе ступени центробежного насоса жидкость подается на вход проточных каналов рабочего колеса 1, приобретает энергию за счет закрутки лопастями 5, затем по переходному каналу перетекает в проточные каналы направляющего аппарата 2, причем часть жидкости, заполняющая полость между ведущим диском 4 рабочего колеса 1 и нижним диском 7During the operation of the centrifugal pump stage, the liquid is supplied to the inlet of the flow channels of the impeller 1, acquires energy by twisting the blades 5, then flows through the transition channel into the flow channels of the guide apparatus 2, and the part of the liquid filling the cavity between the driving disk 4 of the impeller 1 and the lower disk 7

направляющего аппарата 2, вовлекается в интенсивное вихревое течение, создаваемое вихревыми лопастями 6, при котором снижается давление на ведущий диск 4, и возникает осевая сила, вынуждающая колесо 1 всплывать вверх. Величина этой силы зависит от подачи, а также от конфигурации вихревых лопастей - их количества, высоты, ширины, наклона. На выходе из направляющего аппарата 2 поток жидкости имеет направление, близкое к осевому, и подается в проточные каналы следующего рабочего колеса 1. При правильном подборе геометрических размеров вихревых лопастей 6 рабочее колесо 1 всплывает и работает в этом положении, опираясь своей верхней шайбой 12 на бурт 8 направляющего аппарата 2.the guide apparatus 2, is involved in the intense vortex flow created by the vortex blades 6, in which the pressure on the drive disk 4 decreases, and an axial force arises, forcing the wheel 1 to float up. The magnitude of this force depends on the feed, as well as on the configuration of the vortex blades - their number, height, width, slope. At the exit of the guide apparatus 2, the fluid flow has a direction close to the axial and is fed into the flow channels of the next impeller 1. With the correct selection of the geometric dimensions of the vortex blades 6, the impeller 1 pops up and works in this position, resting its upper washer 12 on the shoulder 8 guide vane 2.

Таким образом, предлагаемая конструкция характеризуется простотой изготовления и реализует новый механизм компенсации осевой силы, позволяющий сохранить в процессе работы характеристики ступени (напор, КПД, мощность) за счет всплытия рабочего колеса, и, как следствие, избежать засорения проточных каналов, а значит повысить надежность ступени при перекачке жидкостей, содержащих механические примеси.Thus, the proposed design is characterized by the simplicity of manufacture and implements a new mechanism of axial force compensation, which allows preserving the stage characteristics (pressure, efficiency, power) during operation due to the ascent of the impeller, and, as a result, to avoid clogging of the flow channels, which means to increase reliability steps for pumping liquids containing mechanical impurities.

Claims

1. The step of a submersible multistage pump, consisting of a directing apparatus and an open impeller, having a sleeve with a fixed drive disk, on the lower side of which are placed the working blades, and on the upper side of the drive disk on the periphery - straight vortex blades, characterized in that vortex blades are made with a radial size of at least 2/3 of the radius of the drive wheel and providing compensation for the axial force acting on the impeller.

2. The stage according to claim 1, characterized in that the side surfaces of the vortex blades are inclined to the surface of the drive disk.

3. The step according to claim 1, characterized in that the vortex blades of the impeller are placed radially or offset from a radial direction by an angle not exceeding 60 °.