RU144289U1

RU144289U1 - SUBMERSIBLE LABYRINTH-VORTEX PUMP

Info

Publication number: RU144289U1
Application number: RU2014115064/06U
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Томин; Михаил Анатольевич Камышев; Юрий Леонидович Журавков
Original assignee: Михаил Анатольевич Камышев
Priority date: 2014-04-15
Filing date: 2014-04-15
Publication date: 2014-08-20

Abstract

1. Погружной лабиринтно-вихревой насос, содержащий вал, выполненный с возможностью вращения вокруг своей продольной оси с жестко установленным на нем ротором, и статор, жестко установленный в корпусе, охватывающий ротор с гарантированным зазором, на обращенных друг к другу поверхностях ротора и статора выполнены винтовые канавки с противоположным направлением нарезки, при этом вход жидкости в насос осуществляется с одного конца насоса, а выход - с противоположного конца, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде двух коаксиально расположенных цилиндров, при этом винтовые канавки на внутреннем цилиндре, контактирующем с валом, выполнены на внешней поверхности, а на внешнем цилиндре - на внутренней и внешней его поверхностях, причем цилиндры ротора жестко соединены посредством герметичного торца, расположенного со стороны выхода жидкости, статор выполнен в виде двух коаксиально расположенных цилиндров, при этом внешний цилиндр статора жестко крепится к корпусу, а внутренний жестко соединен с внешним цилиндром посредством герметичного торца, расположенного со стороны входа жидкости, причем на внешнем цилиндре статора винтовые канавки выполнены на его внутренней поверхности, а на внутреннем цилиндре - на внешней и внутренней его поверхностях, при этом внутренний цилиндр статора расположен с гарантированными зазорами между внешним и внутренним цилиндрами ротора.2. Погружной лабиринтно-вихревой насос, отличающийся тем, что профили нарезок ротора и статора в нормальном сечении имеют форму полуокружностей с радиусом, равным глубине нарезки.1. Submersible labyrinth-vortex pump, comprising a shaft made to rotate around its longitudinal axis with a rotor rigidly mounted on it, and a stator rigidly mounted in the housing, covering the rotor with a guaranteed clearance, on the rotor and stator surfaces facing each other, made screw grooves with the opposite direction of the thread, while the liquid enters the pump from one end of the pump, and the output from the opposite end, characterized in that the rotor is made in the form of two coaxially arranged married cylinders, while the helical grooves on the inner cylinder in contact with the shaft are made on the outer surface and on the outer cylinder on its inner and outer surfaces, the rotor cylinders being rigidly connected by means of a tight end located on the liquid outlet side, the stator is made in in the form of two coaxially arranged cylinders, with the external cylinder of the stator rigidly attached to the housing, and the internal rigidly connected to the external cylinder through a sealed end located on the side fluid flow, and on the outer cylinder of the stator helical grooves are made on its inner surface, and on the inner cylinder on its outer and inner surfaces, while the inner cylinder of the stator is located with guaranteed gaps between the outer and inner cylinders of the rotor. 2. Submersible labyrinth-vortex pump, characterized in that the sections of the rotor and stator cuts in normal section are in the form of semicircles with a radius equal to the depth of cut.

Description

Полезная модель относится к насосостроению. Она предназначена для подъема жидкой среды из скважины и может быть использована в нефтедобывающей промышленности, преимущественно для подъема жидкой среды, например, нефтяной смеси в скважинах с малым дебетом.The utility model relates to pump engineering. It is intended for lifting a liquid medium from a well and can be used in the oil industry, mainly for lifting a liquid medium, for example, an oil mixture in wells with low debit.

Известны аналоги заявляемого технического решения, например, лабиринтный насос, описанный в а.с. СССР №987187, МПК F04D 3/02, опубл. 07.01.83 г., содержащий корпус с патрубками подвода и отвода, винт и втулку, имеющие многозаходные винтовые нарезки противоположного направления, динамическое и стояночное уплотнения. При этом во втулке со стороны всасывания выполнены кольцевая проточка и сообщенные с ней и впадинами винтовых нарезок тангенциальные каналы, смещенные относительно оси впадины винтовой нарезки втулки в сторону вращения винта, а участок винтовых нарезок винта и втулки, примыкающий со стороны, противоположной стороне нагнетания к тангенциальным каналам, служит динамическим уплотнением. Приведенный лабиринтный насос не предназначен для условий эксплуатации в погруженном в жидкость состоянии, что и является его недостатком.Known analogues of the claimed technical solution, for example, a labyrinth pump described in A.S. USSR No. 987187, IPC F04D 3/02, publ. 01/07/83, comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a screw and a sleeve having multi-thread screw cuts in the opposite direction, dynamic and parking seals. In this case, an annular groove is made in the sleeve on the suction side and tangential channels communicated with it and the grooves of the screw threads are displaced relative to the axis of the groove of the screw thread of the sleeve in the direction of rotation of the screw, and the section of screw threads of the screw and sleeve adjacent to the tangential side of the discharge side channels, serves as a dynamic seal. The labyrinth pump is not intended for operating conditions when immersed in a liquid, which is its drawback.

Известен также вихревой скважинный насос, описанный в патенте RU 2277185, МПК F04D 13/10, опубл. 27.05.2006 г., содержащий корпус, вихревые колеса (ВК) и направляющие аппараты (НА). Каждое ВК выполнено в виде шестерни с прямыми зубьями, образующими между собой открытые продольные выборки с вогнутым днищем. НА охватывает ВК с зазором и выполнены с продольными выборками, обращенными открытой стороной к выборкам ВК. Каждый из НА содержит дополнительный разделитель потока, находящийся на диаметрально противоположной стороне относительно основного разделителя. Между разделителями потока выполнены вогнутые каналы, которые с приемной стороны имеют прямолинейную плоскость, переходящую на отводной стороне в криволинейную. Насос снабжен боковыми дисками с жесткими уплотнительными кольцами, установленными по обе стороны ВК и НА. Каждые НА и боковой диск снабжены дополнительными каналами, расположенными в периферийной зоне, причем каналы бокового диска для предыдущего ВК являются выкидными, а для последующего - приемными. Недостатком данного вихревого насоса является его сложное конструктивное исполнение из-за наличия большого количества вихревых колес и направляющих аппаратов, каналов сложной формы и боковых дисков. Кроме этого, приведенный вихревой насос создает относительно небольшую величину давления жидкости на выходе из насоса, и ее увеличение требует применения дополнительных ВК и НА, что проводит к увеличению габаритов (длины) насоса. Так же при попадании абразивных частиц между трущимися поверхностями вихревых колес и направляющих аппаратов, приводит к выводу насоса из строя.Also known is a vortex borehole pump described in patent RU 2277185, IPC F04D 13/10, publ. 05/27/2006, containing the housing, vortex wheels (VK) and guide vanes (ON). Each VK is made in the form of a gear with straight teeth forming between themselves open longitudinal selections with a concave bottom. NA covers VK with a gap and is made with longitudinal samples facing the open samples to VK samples. Each of the HA contains an additional flow separator located on the diametrically opposite side relative to the main separator. Concave channels are made between the flow dividers, which have a rectilinear plane on the receiving side, turning on the curved side on the outlet side. The pump is equipped with side disks with rigid sealing rings mounted on both sides of VK and ON. Each HA and side disk are equipped with additional channels located in the peripheral zone, and the channels of the side disk for the previous VK are flip-out, and for the next, receive. The disadvantage of this vortex pump is its complex design due to the presence of a large number of vortex wheels and guide vanes, channels of complex shape and side discs. In addition, the given vortex pump creates a relatively small amount of fluid pressure at the pump outlet, and its increase requires the use of additional VK and ON, which leads to an increase in the dimensions (length) of the pump. Also, when abrasive particles get between the rubbing surfaces of the vortex wheels and guide vanes, it leads to the pump failure.

В качестве прототипа, как наиболее близкого к заявляемому техническому решению, выбран погружной лабиринтно-винтовой насос, описанный в патенте RU №2427725, МПК F04D 3/02, опубл. 27.08.2011 г., содержащий ротор, на наружной поверхности которого выполнены канавки, и корпус, на внутренней аксиальной поверхности которого также выполнены канавки. На торцевых поверхностях корпуса выполнены входной и выходной каналы. На торцевой поверхности ротора со стороны входного канала выполнены лопатки. Вход насоса соединен с периферийной полостью лопаток, которая соединена с внутренней полостью чашеобразного отстойника посредством отверстий сброса посторонних примесей в корпусе насоса. Дно отстойника имеет герметичное соединение с входной частью корпуса насоса между отверстием сброса посторонних примесей и отверстием, располагаемым в корпусе насоса как можно ближе к оси вращения ротора. Недостатком, присущим прототипу, является то, что насос создает недостаточно высокий напор, необходимый для подъема жидкой среды, например, нефтяной смеси из глубокой скважины.As a prototype, as the closest to the claimed technical solution, the selected submersible labyrinth-screw pump described in patent RU No. 2427725, IPC F04D 3/02, publ. 08/27/2011, containing a rotor, on the outer surface of which grooves are made, and a housing, on the inner axial surface of which grooves are also made. On the end surfaces of the housing made input and output channels. Blades are made on the end surface of the rotor from the input channel side. The inlet of the pump is connected to the peripheral cavity of the blades, which is connected to the inner cavity of the bowl-shaped sump through the holes for the discharge of impurities in the pump casing. The bottom of the sump has a tight connection with the inlet of the pump housing between the hole for the discharge of impurities and the hole located in the pump housing as close as possible to the axis of rotation of the rotor. The disadvantage inherent in the prototype is that the pump does not create a high enough pressure necessary for lifting a liquid medium, for example, an oil mixture from a deep well.

Задачей, решаемой полезной моделью, является создание малогабаритного погружного лабиринтно-вихревого насоса с высокими эксплуатационными характеристиками.The problem solved by the utility model is the creation of a small-sized submersible labyrinth-vortex pump with high operational characteristics.

Достигается это тем, что в погружном лабиринтно-вихревом насосе, содержащем вал, выполненный с возможностью вращения вокруг своей продольной оси с жестко установленным на нем ротором, и статор, жестко установленный в корпусе, охватывающий ротор с гарантированным зазором, на обращенных друг к другу поверхностях ротора и статора выполнены винтовые канавки с противоположным направлением нарезки, при этом вход жидкости в насос осуществляется с одного конца насоса, а выход - с противоположного конца, согласно полезной модели:This is achieved by the fact that in a submersible labyrinth-vortex pump containing a shaft made with the possibility of rotation around its longitudinal axis with a rotor rigidly mounted on it, and a stator rigidly mounted in the housing, covering the rotor with a guaranteed clearance, on the surfaces facing each other the rotor and stator are made of helical grooves with the opposite direction of cutting, with the liquid entering the pump from one end of the pump, and the output from the opposite end, according to the utility model:

- ротор выполнен в виде двух коаксиально расположенных цилиндров, при этом винтовые канавки на внутреннем цилиндре, контактирующем с валом, выполнены на внешней поверхности, а на внешнем цилиндре - на внутренней и внешней его поверхностях, причем цилиндры ротора жестко соединены посредством герметичного торца, расположенного со стороны выхода жидкости;- the rotor is made in the form of two coaxially arranged cylinders, while the helical grooves on the inner cylinder in contact with the shaft are made on the outer surface and on the outer cylinder on its inner and outer surfaces, the rotor cylinders being rigidly connected by means of a tight end located at liquid outlet side;

- статор выполнен в виде двух коаксиально расположенных цилиндров, при этом внешний цилиндр статора жестко крепится к корпусу, а внутренний жестко соединен с внешним цилиндром посредством герметичного торца, расположенного со стороны входа жидкости, причем на внешнем цилиндре статора винтовые канавки выполнены на его внутренней поверхности, а на внутреннем цилиндре - на внешней и внутренней его поверхностях;- the stator is made in the form of two coaxially arranged cylinders, while the outer cylinder of the stator is rigidly attached to the housing, and the inner one is rigidly connected to the outer cylinder through a tight end located on the liquid inlet side, and on the outer stator cylinder screw grooves are made on its inner surface, and on the inner cylinder - on its outer and inner surfaces;

- внутренний цилиндр статора расположен с гарантированными зазорами между внешним и внутренним цилиндрами ротора;- the inner cylinder of the stator is located with guaranteed gaps between the outer and inner cylinders of the rotor;

Кроме того, профили нарезок ротора и статора в нормальном сечении имеют форму полуокружностей с радиусом, равным глубине нарезки;In addition, the profiles of the slices of the rotor and stator in the normal section are in the form of semicircles with a radius equal to the depth of the slices;

Предлагаемая конструкция погружного лабиринтно-вихревого насоса позволяет, по сравнению с прототипом, в тех же габаритах, что и прототип, создать значительно большую величину напора перекачиваемой жидкой среды, поскольку величина напора пропорциональна длине канала между статором и ротором.The proposed design of a submersible labyrinth-vortex pump allows, in comparison with the prototype, in the same dimensions as the prototype, to create a significantly larger pressure head of the pumped liquid medium, since the pressure head is proportional to the length of the channel between the stator and the rotor.

Технический результат, достигаемый заявляемой полезной моделью, заключается в повышении напора перекачиваемой жидкой среды.The technical result achieved by the claimed utility model is to increase the pressure of the pumped liquid medium.

Приведенные выше отличительные признаки являются новыми по сравнению с прототипом, поэтому полезная модель соответствует критерию «новизна».The above distinguishing features are new in comparison with the prototype, so the utility model meets the criterion of "novelty."

Данное техническое решение может быть воспроизведено промышленным способом, следовательно, оно соответствует критерию «промышленная применимость».This technical solution can be reproduced industrially, therefore, it meets the criterion of "industrial applicability".

Сущность полезной модели поясняется рисунками, где на фиг. 1 изображен заявляемый насос в разрезе, на фиг. 2 - фрагмент с винтовыми канавками, выполненными на роторе и статоре.The essence of the utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the inventive pump in a section, in FIG. 2 - fragment with helical grooves made on the rotor and stator.

Лабиринтно-вихревой насос выполнен в виде стального корпуса 1, внутри которого к корпусу 1 жестко крепится статор 2 и ротор 3 (выделен более светлым оттенком), жестко установленный на валу 4, например, посредством шпонки (на фиг. 1 не показана), выполненным с возможностью вращения вокруг своей продольной оси а. Ротор 3 выполнен в виде двух коаксиально расположенных цилиндров 5 (внутренний цилиндр) и 6 (внешний цилиндр). Цилиндры 5 и 6 ротора 3 жестко соединены посредством герметичного торца 7, расположенного со стороны выхода жидкости (слева на фиг. 1). Винтовые канавки 8 выполнены на внутреннем цилиндре 5 на его внешней поверхности, а на внешнем цилиндре 6 - на внутренней и внешней его поверхностях. Статор 2 также выполнен в виде двух коаксиально расположенных цилиндров 9 (внешний цилиндр) и 10 (внутренний цилиндр), при этом внешний цилиндр 9 жестко крепится к корпусу 1, а внутренний цилиндр 10 жестко соединен с внешним цилиндром 9 посредством герметичного торца 11, расположенного со стороны входа жидкости. Вход и выход жидкости изображены на фиг. 1 стрелками. На внешнем цилиндре 9 статора 2 винтовые канавки 8 выполнены на его внутренней поверхности, а на внутреннем цилиндре 10 - на внешней и внутренней его поверхностях. Внутренний цилиндр 10 статора 2 расположен между внешним 6 и внутренним 5 цилиндрами ротора 3 с гарантированными зазорами. Между внешним цилиндром 6 ротора 3 и внешним цилиндром 9 статора 2 также обеспечивается гарантированный зазор. Данные зазоры предотвращают механические контакты между поверхностями ротора 3 и статора 2 при вращении ротора 3 в процессе работы насоса. Во всех зазорах между элементами ротора 3 и статора 2 винтовые канавки 8 выполнены с противоположным направлением нарезки. В нормальном сечении (см. фиг. 2) профили нарезок ротора 3 и статора 2 могут иметь различную форму, в частности форму полуокружностей с радиусом, равным глубине нарезки (радиус на фиг. 2 обозначен буквой R). К валу 4 крепится электродвигатель (на фиг. 2 не показан) со стороны входа перекачиваемой жидкости, приводящий вал 4 во вращение. Электродвигатель выполняется в герметичном исполнении, поскольку он погружается в перекачиваемую насосом жидкость.The labyrinth-vortex pump is made in the form of a steel casing 1, inside of which a stator 2 and a rotor 3 (highlighted in a lighter shade) rigidly mounted on the shaft 4 are rigidly attached to the casing 1, for example, by means of a key (not shown in Fig. 1), made with the possibility of rotation around its longitudinal axis a. The rotor 3 is made in the form of two coaxially arranged cylinders 5 (inner cylinder) and 6 (outer cylinder). The cylinders 5 and 6 of the rotor 3 are rigidly connected by means of an airtight end 7 located on the liquid outlet side (on the left in Fig. 1). Screw grooves 8 are made on the inner cylinder 5 on its outer surface, and on the outer cylinder 6 - on its inner and outer surfaces. The stator 2 is also made in the form of two coaxially arranged cylinders 9 (outer cylinder) and 10 (inner cylinder), while the outer cylinder 9 is rigidly attached to the housing 1, and the inner cylinder 10 is rigidly connected to the outer cylinder 9 by means of a sealed end 11 located with fluid inlet side. The fluid inlet and outlet are shown in FIG. 1 arrows. On the outer cylinder 9 of the stator 2, helical grooves 8 are made on its inner surface, and on the inner cylinder 10 on its outer and inner surfaces. The inner cylinder 10 of the stator 2 is located between the outer 6 and the inner 5 cylinders of the rotor 3 with guaranteed clearances. A guaranteed clearance is also ensured between the outer cylinder 6 of the rotor 3 and the outer cylinder 9 of the stator 2. These gaps prevent mechanical contact between the surfaces of the rotor 3 and the stator 2 during rotation of the rotor 3 during operation of the pump. In all the gaps between the elements of the rotor 3 and the stator 2, the helical grooves 8 are made with the opposite cutting direction. In a normal section (see Fig. 2), the cut profiles of the rotor 3 and stator 2 can have different shapes, in particular the shape of semicircles with a radius equal to the depth of cut (the radius in Fig. 2 is indicated by the letter R). An electric motor is attached to the shaft 4 (not shown in FIG. 2) from the inlet side of the pumped liquid, which drives the shaft 4 into rotation. The electric motor is sealed, as it is immersed in the fluid pumped by the pump.

Работа заявляемого погружного лабиринтно-вихревого насоса происходит следующим образом. Насос с пристыкованным к нему электродвигателем опускают в скважину и погружают в перекачиваемую жидкость, например нефть, после чего включают электродвигатель, который начинает вращать вал 4. Совместно с валом 4 начинает вращаться жестко закрепленный на нем ротор 3, выполненный в виде двух коаксиальных цилиндров 5 и 6. При вращении ротора 3 в статоре 2 винтовая нарезка ротора своими выступами гонит нагнетаемую жидкость по канавкам статора, а выступы нарезки статора осуществляют нагнетание жидкости по канавкам нарезки ротора. При этом жидкость движется сначала в зазоре между внешней поверхностью внутреннего цилиндра 5 ротора 3 и внутренней поверхностью внутреннего цилиндра 10 статора 2, затем дойдя до герметичного торца 7, поворачивает на 180° и движется в зазоре между внешней поверхностью внутреннего цилиндра 10 статора 2 и внутренней поверхностью внешнего цилиндра 6 ротора 3. Дойдя до герметичного торца 11, жидкость вновь поворачивает на 180° и движется в зазоре между внешней поверхностью внешнего цилиндра 6 ротора 3 и внутренней поверхностью внешнего цилиндра 9 статора 2 и покидает насос (слева, как показано стрелками на фиг. 1). Учитывая, что путь, проходимый жидкостью между цилиндрическими элементами ротора 3 и статора 2 существенно увеличивается, напор перекачиваемой насосом жидкости пропорционально возрастает.The operation of the inventive submersible labyrinth-vortex pump is as follows. A pump with an electric motor docked to it is lowered into the well and immersed in a pumped liquid, such as oil, after which the electric motor is turned on, which starts to rotate the shaft 4. Together with the shaft 4, the rotor 3 rigidly fixed on it starts to rotate, made in the form of two coaxial cylinders 5 and 6. When the rotor 3 is rotated in the stator 2, the screw cutting of the rotor with its projections drives the injected fluid along the stator grooves, and the stator cutting protrusions carry out the injection of fluid along the rotor cutting grooves. In this case, the liquid moves first in the gap between the outer surface of the inner cylinder 5 of the rotor 3 and the inner surface of the inner cylinder 10 of the stator 2, then when it reaches the sealed end 7, it turns 180 ° and moves in the gap between the outer surface of the inner cylinder 10 of the stator 2 and the inner surface the outer cylinder 6 of the rotor 3. Having reached the sealed end 11, the fluid again rotates 180 ° and moves in the gap between the outer surface of the outer cylinder 6 of the rotor 3 and the inner surface of the outer cylinder 9 stat ora 2 and leaves the pump (on the left, as shown by the arrows in Fig. 1). Given that the path traveled by the fluid between the cylindrical elements of the rotor 3 and the stator 2 increases significantly, the pressure of the fluid pumped by the pump increases proportionally.

Заявляемый насос работает по принципу вихревого трения жидкости между зубцами статора и ротора. В канавках нарезки ротора и статора при вращении ротора образуется интенсивное вихревое движение, вызывающее эффективное движение жидкости, т.к. в этом случае происходит совмещение эффектов многоступенчатости (за счет выполнения ротора и статора в виде коаксиальных цилиндров) и эжектирующего действия, в результате чего энергия, приобретенная выходящей из насоса жидкостью, значительно увеличивается.The inventive pump operates on the principle of vortex fluid friction between the teeth of the stator and rotor. In the grooves of the rotor and stator slices, when the rotor rotates, an intense vortex movement is formed, which causes the effective movement of the liquid, since in this case, the combination of multi-stage effects (due to the implementation of the rotor and stator in the form of coaxial cylinders) and the ejecting action occurs, as a result of which the energy acquired by the liquid leaving the pump increases significantly.

Профили нарезок статора и ротора в нормальном сечении (см. фиг. 2) могут иметь различную форму, в частности форму полуокружностей с радиусом, равным глубине нарезки. Это способствует интенсивному образованию и развитию вихрей, а, следовательно, повышает передачу от вращающегося ротора жидкости.The cut profiles of the stator and rotor in the normal section (see Fig. 2) can have a different shape, in particular the shape of semicircles with a radius equal to the depth of cut. This contributes to the intensive formation and development of vortices, and, consequently, increases the transmission of fluid from a rotating rotor.

Заявителем изготовлены опытные образцы заявляемого лабиринто-вихревого насоса, лабораторные испытаний которых показали их высокие эксплуатационные характеристики.The applicant made prototypes of the inventive labyrinth-vortex pump, laboratory tests of which showed their high performance.

Учитывая новизну и промышленную применимость заявляемого технического решения, заявитель считает, что оно может быть защищено патентом на полезную модель.Given the novelty and industrial applicability of the proposed technical solution, the applicant believes that it can be protected by a patent for a utility model.

Claims

1. Submersible labyrinth-vortex pump, comprising a shaft made to rotate around its longitudinal axis with a rotor rigidly mounted on it, and a stator rigidly mounted in the housing, covering the rotor with a guaranteed clearance, on the rotor and stator surfaces facing each other, made screw grooves with the opposite direction of the thread, while the liquid enters the pump from one end of the pump, and the output from the opposite end, characterized in that the rotor is made in the form of two coaxially arranged married cylinders, while the helical grooves on the inner cylinder in contact with the shaft are made on the outer surface and on the outer cylinder on its inner and outer surfaces, the rotor cylinders being rigidly connected by means of a tight end located on the liquid outlet side, the stator is made in in the form of two coaxially arranged cylinders, with the external cylinder of the stator rigidly attached to the housing, and the internal rigidly connected to the external cylinder through a sealed end located on the side fluid flow, and on the outer cylinder of the stator helical grooves are made on its inner surface, and on the inner cylinder on its outer and inner surfaces, while the inner cylinder of the stator is located with guaranteed gaps between the outer and inner cylinders of the rotor.

2. Submersible labyrinth-vortex pump, characterized in that the sections of the rotor and stator cuts in normal section are in the form of semicircles with a radius equal to the depth of cut.