RU181050U1 - Рабочая ступень вихревого насоса - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в многоступенчатых роторно-вихревых насосных установках, предназначенных для подъема жидкости с больших глубин, например нефти из скважин. Рабочая ступень вихревого насоса содержит закрепленный на валу ротор, расположенный между двумя статорами. Между каждым статором и смежным с ним ротором образована торообразная рабочая полость, в которой расположены рабочие лопатки, связанные со статором. Статор выполнен в виде диска, а в роторе и смежных с ним статорах напротив друг друга по обеим сторонам торообразной рабочей полости выполнены кольцевые канавки с размещенными в них уплотнительными кольцами. Между каждым статором и валом установлены втулки, сопрягающиеся со статором и валом насоса. Каждая втулка загерметизирована на валу насоса с возможностью осевого перемещения и фиксируется в осевом направлении торцевой поверхностью статора, а на торцевой поверхности ротора, обращенной к торцевой поверхности статора и расположенной между внутренней стороной торообразной рабочей полости и валом ротора, выполнен по крайней мере один разгрузочный канал в виде сквозного отверстия, соединяющего полость между торцевыми поверхностями ротора и статора с всасывающей полостью. Такое выполнение рабочей ступени вихревого насоса повышает надежность вихревого насоса и повышает его коэффициент полезного действия. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в многоступенчатых роторно-вихревых насосных установках, предназначенных для подъема жидкости с больших глубин, например, нефти из скважин.

Известна рабочая ступень роторно-вихревой машины (см. патент РФ №2332586 RU, С1, МПК F04D 5/00, F04D 1/02, 22.05.2007), содержащей по крайней мере, одну рабочую ступень, которая включает два статора и ротор, причем ротор выполнен в виде диска и расположен между статорами, а между ротором и каждым из статоров образована торообразная рабочая полость, в которой размещены лопатки, связанные со статором, и разделитель, связанный с ротором, при этом в роторе и смежных с ним статорах напротив друг друга по обеим сторонам торообразной рабочей полости выполнены кольцевые канавки для размещения в них уплотнительных колец, причем каждое уплотнительное кольцо закреплено в кольцевой канавке статора или ротора и установлено с возможностью вращения в смежной с ней канавке ротора или статора соответственно.

Преимуществом вышеуказанной рабочей ступени является повышение КПД роторно-вихревой машины путем уменьшения протечек рабочей среды по зазору между ротором и статорами роторно-вихревого насоса.

Однако данная конструкция представляется сложной в изготовлении и недостаточно надежной из-за наличия уплотнительных колец, закрепленных в кольцевых канавках статора или ротора и установленных с возможностью вращения в смежной с ней канавке ротора или статора соответственно, роторно-вихревого насоса, работающим в среде абразивно-содержащей пластовой жидкости. Следует отметить, что в данной конструкции не предусмотрены уплотнения, снижающие протечки рабочей среды между статором и валом, возникающие во время работы вследствие перепада давления на выходе и входе в рабочую ступень насоса. Также в данной конструкции не предусмотрена гидравлическая разгрузка торцевой поверхности ротора, расположенной между внутренней поверхностью рабочей камеры ступени и валом, от давления, возникающего из-за протечек в зазоре между статором и валом насоса во время работы вследствие перепада давления на выходе и входе в рабочую ступень насоса, а также протечек, возникающих в результате износа уплотнительных колец между торцевыми поверхностями ротора и статоров при работе в среде абразивно-содержащей пластовой жидкости, что уменьшает коэффициент полезного действия насоса и его надежность.

Известна также ступень роторно-вихревой машины (см. патент РФ №2496006 RU, С1, МПК F04D 1/00, F04D 5/00, F03B 3/08, F04D 23/00, 04.12.2012 г. ), содержащая два статора и расположенный между статорами ротор, а между ротором и каждым из статоров образована торообразная рабочая полость, в которой размешены лопатки, связанные со статором, и разделитель, связанный с ротором, причем в роторе выполнен, по крайней мере, один разгрузочный канал в виде сквозного продольного отверстия, связывающего рабочие полости, выполненного в виде прорези с параллельными стенками, расположенными вдоль радиуса ротора.

В роторе может быть выполнено два и более отверстий, расположенных симметрично относительно оси вращения ротора.

Вышеуказанная ступень роторно-вихревого насоса обеспечивает выравнивание давление с разных сторон ротора, что значительно снижает создаваемое на нем осевое усилие и повышает надежность работы роторно-вихревой машины, а также позволяет увеличить эффективность работы за счет усиления вихревого движения в рабочих полостях.

Недостатком конструкции указанной ступени роторно-вихревого насоса является отсутствие уплотнения, снижающего протечки рабочей среды между статором и валом, возникающие во время работы вследствие перепада давления на выходе и входе в рабочую ступень насоса. Также в данной конструкции не предусмотрена гидравлическая разгрузка торцевой поверхности ротора, расположенной между внутренней поверхностью рабочей камеры ступени и валом, от давления, возникающего из-за протечек в зазоре между статором и валом насоса во время работы вследствие перепада давления на выходе и входе в рабочую ступень насоса, а также протечек, возникающих в результате износа уплотнительных колец между торцевыми поверхностями ротора и статоров при работе в среде абразивно-содержащей пластовой жидкости, что уменьшает коэффициент полезного действия насоса и его надежность.

Наиболее близкой к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является роторно-вихревая ступень с боковым входом (см. Доклад Лепеха А.И. «Инновационное роторно-вихревое оборудование для ТЭК и ЖКХ: перспективы промышленного применения» на Форуме лидеров бизнеса стран СНГ «СНГ и новые форматы Евразийской интеграции», Москва, ГК «Президент-отель», 20.03.2012 г.), содержащая закрепленный на валу ротор и закрепленный в корпусе статор, ротор расположен между двумя статорами, между каждым статором и смежным с ним ротором образована торообразная рабочая полость, в которой расположены рабочие лопатки, связанные со статором, и разделитель, связанный с ротором, при этом статор каждой ступени выполнен в виде диска, а в роторе и смежных с ним статорах напротив друг друга по обеим сторонам торообразной рабочей полости выполнены кольцевые канавки с размещенными в них уплотнительными кольцами, на валу установлена втулка, сопрягающаяся со статором и валом насоса, при этом рабочий зазор между внешней цилиндрической поверхностью втулки и статором, а также между внутренней цилиндрической поверхностью и валом составляет 0,05-0,1 мм на каждую сторону.

Указанное конструктивное решение роторно-вихревой ступени, обеспечивает повышение коэффициента полезного действия за счет снижения протечек между статорами и валом насоса возникающих во время работы вследствие перепада давления на выходе и входе в рабочую ступень насоса.

Недостатком указанной роторно-вихревой ступени насоса является повышенные протечки рабочей жидкости между внешней цилиндрической поверхностью втулки и статором вследствие увеличения зазора между ними при работе в абразивно-содержащей пластовой жидкости, а также протечки рабочей жидкости в зазоре между валом и внутренней поверхностью втулки, возникающие во время работы вследствие перепада давления на выходе и входе в рабочую ступень насоса. Также в данной конструкции не предусмотрена гидравлическая разгрузка торцевой поверхности ротора, расположенной между внутренней поверхностью рабочей камеры ступени и валом, от давления, возникающего из-за протечек рабочей жидкости между внешней цилиндрической поверхностью втулки и статором вследствие увеличения зазора между ними при работе в абразивно-содержащей пластовой жидкости и протечек рабочей жидкости в зазоре между валом и внутренней поверхностью втулки во время работы из-за перепада давления на выходе и входе в рабочую ступень насоса, а также протечек, возникающих в результате износа уплотнительных колец между торцевыми поверхностями ротора и статоров при работе в среде абразивно-содержащей пластовой жидкости, что уменьшает коэффициент полезного действия насоса и его надежность.

Технический результат, получаемый при осуществлении предлагаемой полезной модели, выражается в исключении протечек рабочей жидкости между внешней цилиндрической поверхностью втулки и статором, а также протечек, возникающих в результате износа уплотнительных колец между торцевыми поверхностями ротора и статоров, в обеспечении гидравлической разгрузки торцевой поверхности ротора от давления, возникающего из-за протечек, в повышении надежности вихревого насоса и повышении его коэффициента полезного действия.

Указанный технический результат может достигаться тем, что рабочая ступень вихревого насоса, содержащая закрепленный на валу ротор, расположенный между двумя статорами, между каждым статором и смежным с ним ротором образована торообразная рабочая полость, в которой расположены рабочие лопатки, связанные со статором, при этом статор выполнен в виде диска, а в роторе и смежных с ним статорах напротив друг друга по обеим сторонам торообразной рабочей полости выполнены кольцевые канавки с размещенными в них уплотнительными кольцами, между каждым статором и валом установлены втулки, сопрягающиеся со статором и валом насоса, согласно полезной модели, каждая втулка загерметизирована на валу насоса с возможностью осевого перемещения и фиксируется в осевом направлении торцевой поверхностью статора, а на торцовой поверхности ротора, обращенной к торцевой поверхности статора и расположенной между внутренней стороной торообразной рабочей полости и валом ротора, выполнен по крайней мере один разгрузочный канал в виде сквозного отверстия, соединяющего полость между торцовыми поверхностями ротора и статора с всасывающей полостью Указанный технический результат достигается тем, что втулка может быть зафиксирована в осевом направлении торцевой поверхностью статора посредством буртика на ее наружной поверхности, а торцовая поверхность буртика может быть упрочнена со стороны упрочненной торцевой поверхности статора.

Указанный технический результат достигается также тем, что между торцовой поверхностью буртика и торцовой поверхностью статора может быть установлен упругий уплотнительный элемент, например, резиновое кольцо.

Указанный технический результат достигается также тем, что разгрузочные каналы, соединяющие полость между торцовыми поверхностями ротора и статора, расположенными между внутренней стороной торообразной рабочей полости и валом, с всасывающей полостью, могут быть расположены равномерно на торцовой поверхности ротора под углом в сторону радиального движения перекачиваемой среды к рабочим полостям при входе в рабочую ступень.

Выполнение рабочей ступени вихревого насоса таким образом, что каждая втулка, установленная между статором и валом, загерметизирована на валу насоса с возможностью осевого перемещения при перепаде давления рабочей среды на выходе и входе рабочей ступени, втулка фиксируется в осевом направлении торцевой поверхностью статора, на торцовой поверхности ротора, обращенной к торцевой поверхности статора ступени и расположенной между внутренней стороной торообразной рабочей полости и валом ротора, выполнен по крайней мере один разгрузочный канал в виде сквозного отверстия, соединяющего полость между торцовыми поверхностями ротора и статора с всасывающей полостью, повышает надежность роторно-вихревого насоса и повышает его коэффициент полезного действия.

На фиг. 1 изображен продольный разрез рабочей ступени вихревого насоса с возможностью осевого перемещения втулки.

На фиг. 2 изображен вид статора А-А.

На фиг. 3 изображен вид статора Б-Б.

На фиг. 4 изображен вид Г втулки с уплотненным буртиком и возможностью перемещения вдоль оси вала до контакта с уплотненной поверхность статора.

На фиг. 5 изображен вид Г1 втулки с буртиком и возможностью перемещения вдоль оси вала, уплотненной резиновым кольцом между буртиком и уплотненной поверхность статора.

На фиг. 6 изображен продольный разрез ротора.

На фиг. 7 изображен вид ротора Д со стороны торцовой поверхности с разгрузочными каналами.

Рабочая ступень вихревого насоса (см. фиг. 1) содержит закрепленный на валу 1 ротор 2. Ротор 2 расположен между двумя, закрепленными в корпусе 3, статорами: статором 4 и статором предыдущей ступени 5, между каждым статором 4 и 5 и смежным с ним ротором 2 образованы торообразные рабочие полости 30, в которых расположены рабочие лопатки 6, связанные со статорами 4 и 5, и разделители 7 (см. фиг. 7), связанные с ротором 2. Статоры 4 и 5 выполнены в виде диска, а в роторе 2 и смежных с ним статорах 4 и 5 напротив друг друга по обеим сторонам торообразной рабочей полости выполнены кольцевые канавки с размещенными в них уплотнительными кольцами 8, 9 и 10, 11, соответственно. Между каждым статором 4 и 5 и валом 1 установлены втулки 12, сопрягающиеся со статорами 4 и 5 и валом 1 насоса. Каждая втулка 12 жестко зафиксирована и загерметизирована на валу 1 насоса, например, с помощью герметика. Между наружными поверхностями втулок 12 и торцевыми поверхностями 13 статоров 4 и 5 могут быть установлены подвижные относительно наружных поверхностей втулок 12 торцевые герметизирующие уплотнения, например уплотнительные кольца 14. Каждая втулка 12 может быть загерметизирована относительно вала 1 насоса уплотнительными кольцами 15. На торцевой поверхности 16 ротора 2, обращенной к торцевой поверхности 17 статора 4 и расположенной между внутренней стороной торообразной рабочей полости и валом 1, выполнен по крайней мере один разгрузочный канал в виде сквозного отверстия 18, соединяющего полость 19 между торцовой поверхностью 16 ротора 2 и торцовой поверхностью 17 статора 4 с всасывающей полостью 20. На торцовой поверхности 16 ротора 2 (см. фиг. 5, 7), обращенной к торцевой поверхности 17 статора 4 ступени и расположенной внутренней стороной торообразной рабочей полости и валом 1 ротора 2, может быть выполнено несколько симметричных относительно оси вала разгрузочных каналов в виде сквозных отверстий 18, соединяющих полость 19 между торцовой поверхностью 16 ротора и торцовой поверхностью 17 статора 4 с всасывающей полостью 20. Сквозные отверстия 18 могут быть расположены равномерно на торцовой поверхности ротора 2 под углом в сторону радиального движения перекачиваемой среды к рабочим полостям при входе в рабочую ступень (см. фиг. 6). Статоры 4 и 5 в продольном направлении фиксируются относительно друг друга втулками 21, а относительно корпуса 3 втулками 22. Ротор 2 фиксируется на валу 1 от проворачивания с помощью шпонки 23, скользящей по посадке в шпоночном пазу 24 (см. фиг. 1, 6, 7), выполненном в роторе 2, и установленной в шпоночной канавке, выполненной на валу 1, при этом обеспечивается возможность продольного перемещения ротора 2 относительно вала 1.

В рабочей ступени вихревого насоса (см. фиг. 1, 4), каждая втулка 27 загерметизирована на валу 1 насоса, например, резиновым кольцом 15, зафиксирована на валу 1 от проворачивания с возможностью осевого перемещения вдоль пазов 28, выполненных на ее внутренней поверхности по шпонке 29, установленной на валу 1, при перепаде давления рабочей среды на выходе и входе рабочей ступени. Перемещение втулки 27 фиксируются в осевом направлении торцевой поверхностью 13 статора 4 посредством буртика 31 на ее наружной поверхности, торцевая поверхность буртика 31 может быть упрочнена со стороны упрочненной торцевой поверхности 13 статора 4. Между торцевой поверхностью буртика 31 и торцовой поверхностью 13 статора 4 (см. фиг. 5) может быть установлен упругий уплотнительный элемент, например, резиновое кольцо 14.

При работе рабочей ступени (см. фиг. 1) вращается вал 1 и закрепленный на нем ротор 2. Рабочая среда, находящаяся в каждой рабочей ступени, под воздействием на нее поверхностей лопаток 6 статора 4 и поверхности ротора 2 приобретает вихреобразное движение. Такое движение рабочей среды препятствует ее свободному перетеканию по рабочей полости в направлении вращения ротора 2. Под воздействием перемещающегося разделителя 7 давление рабочей среды повышается и рабочая среда вытесняется в выходной канал 33 первой ступени, а через канал 20 в рабочую полость засасывается новое количество рабочей среды. Из выходного канала ступени рабочая среда по спрофилированному переходу, расположенному в статоре, через входной канал следующей ступени поступает в рабочую полость следующей ступени, где аналогичным образом происходит дальнейшее повышение ее давления.

Протечки рабочей среды в зазоре между внутренней поверхностью втулки 12 и сопрягающейся с ним наружной поверхностью вала 1 (см. фиг. 1, 4, 5) в процессе работы исключаются герметизацией торцевой поверхности втулки 12 (или 27) уплотнительным резиновым кольцом 15 установленным подвижно на наружной поверхности вала 1.

Протечки рабочей среды в зазоре между наружной поверхностью втулки 12, зафиксированной на валу 1 насоса, и сопрягающейся с ней внутренней поверхностью статора 4 (или 5), в процессе работы и износа исключаются герметизацией торцевой поверхности 13 статора 4 (или 5) и наружной поверхностью втулки 12, либо уплотнительными резиновыми кольцами 14 (см. фиг. 1) установленными подвижно на наружной поверхности втулки 12.

Протечки рабочей среды в зазоре между наружной поверхностью втулки 27, имеющей возможность осевого перемещения по валу 1, и сопрягающейся с ней внутренней поверхностью статора 4 (или 5), в процессе работы и износа исключаются посредством осевого прижатия торцовой упрочненной поверхности 32 буртика 31 (см. фиг. 1, 4), выполненного на ее наружной поверхности, к упрочненной торцевой поверхности 13 статора 4. Между торцовой поверхностью 32 буртика 31 и торцовой поверхностью 13 статора 4 (см. фиг. 7) может быть установлено резиновое кольцо 14, которое также исключает протечки рабочей среды.

Выполнение на торцовой поверхности 16 ротора 2, расположенной между внутренней стороной торообразной рабочей полости и валом 1 ротора 2 одного или нескольких симметричных относительно оси вала разгрузочных каналов 18 в виде сквозных отверстий, выполненных под углом в сторону радиального движения перекачиваемой среды к рабочим полостям при входе в рабочую ступень, соединяющих полость 19 между торцовыми поверхностями 16 ротора 2 и 17 статора 4 с всасывающей полостью 20, при протечках в зазоре между уплотнительными кольцами 8, 9 и 10, 11, за счет центробежной силы, возникающей при вращении ротора 2 создает дополнительный напор рабочей среды, тем самым повышая коэффициент полезного действия.

Исключение протечек рабочей жидкости в зазоре между валом и внутренней поверхностью втулки, а также между сопрягаемой внутренней поверхностью статора и наружной поверхностью втулки во время работы из-за перепада давления на выходе и входе в рабочую ступень насоса, а также гидравлической разгрузки ротора из-за протечек, возникающих в результате износа уплотнительных колец между торцевыми поверхностями ротора и статоров при работе в среде абразивно-содержащей пластовой жидкости, повышает коэффициент полезного действия насоса и его надежность.

Claims (5)

1. Рабочая ступень вихревого насоса, содержащая закрепленный на валу ротор, расположенный между двумя статорами, между каждым статором и смежным с ним ротором образована торообразная рабочая полость, в которой расположены рабочие лопатки, связанные со статором, при этом статор выполнен в виде диска, а в роторе и смежных с ним статорах напротив друг друга по обеим сторонам торообразной рабочей полости выполнены кольцевые канавки с размещенными в них уплотнительными кольцами, между каждым статором и валом установлены втулки, сопрягающиеся со статором и валом насоса, отличающаяся тем, что каждая втулка загерметизирована на валу насоса с возможностью осевого перемещения и фиксируется в осевом направлении торцевой поверхностью статора, а на торцевой поверхности ротора, обращенной к торцевой поверхности статора и расположенной между внутренней стороной торообразной рабочей полости и валом ротора, выполнен по крайней мере один разгрузочный канал в виде сквозного отверстия, соединяющего полость между торцевыми поверхностями ротора и статора с всасывающей полостью.

2. Рабочая ступень вихревого насоса по п. 1, отличающаяся тем, что втулка фиксируется в осевом направлении торцевой поверхностью статора посредством буртика на ее наружной поверхности, торцевая поверхность буртика упрочнена со стороны упрочненной торцевой поверхности статора.

3. Рабочая ступень вихревого насоса по п. 2, отличающаяся тем, что между торцевой поверхностью буртика и торцевой поверхностью статора установлен упругий уплотнительный элемент, например резиновое кольцо.

4. Рабочая ступень вихревого насоса по п. 3, отличающаяся тем, что на торцевой поверхности ротора, расположенной между внутренней стороной торообразной рабочей полости и валом ротора, выполнено несколько симметричных относительно оси вала разгрузочных каналов в виде сквозных отверстий, соединяющих полость между торцевыми поверхностями ротора и статора с всасывающей полостью.

5. Рабочая ступень вихревого насоса по п. 2 или 4, отличающаяся тем, что разгрузочные каналы, соединяющие полость между торцевыми поверхностями ротора и статора, расположенными между внутренней стороной торообразной рабочей полости и валом, с всасывающей полостью, расположены равномерно на торцевой поверхности ротора под углом в сторону радиального движения перекачиваемой среды к рабочим полостям при входе в рабочую ступень.

Images