RU205750U1

RU205750U1 - Impeller of submersible multistage vane pump

Info

Publication number: RU205750U1
Application number: RU2021114698U
Authority: RU
Inventors: Валерий Анатольевич Костилевский; Сергей Алексеевич Кочкуров; Александр Владимирович Ивановский; Александр Владимирович Ткач; Алексей Валентинович Деговцов; Максим Александрович Цепилов; Юрий Иванович Колыгин
Priority date: 2021-05-25
Filing date: 2021-05-25
Publication date: 2021-08-06

Abstract

Полезная модель относится к насосам и может быть применена в погружных многоступенчатых центробежных насосах для добычи флюида из скважин. Рабочее колесо 1 погружного многоступенчатого лопастного насоса состоит из ступицы 2, в средней части которой по окружности расположены наклонные лопасти 3. Над лопастями 3 на ступице 2 установлен диск 4, направляющий поток жидкости между лопастями 3 от ступицы 2 к периферии и далее на вход в направляющий аппарат 6. Наружный диаметр Dддиска 4 немного меньше наружного диаметра Dллопастей 3, таким образом, края 5 лопастей 3 остаются открытыми. Размеры H1и Н2ступицы 2 устанавливаются таким образом, чтобы обеспечить возможность размещения ступицы 2 в диаметральных расточках верхнего 6 и нижнего 7 направляющих аппаратах. Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении эффективности и надежности рабочего колеса при перекачке пластовой жидкости, содержащей механические примеси. 3 ил.The utility model relates to pumps and can be applied in submersible multistage centrifugal pumps for producing fluid from wells. The impeller 1 of the submersible multistage vane pump consists of a hub 2, in the middle part of which there are inclined blades 3 around the circumference. apparatus 6. The outer diameter Ddisk 4 is slightly less than the outer diameter Dblade 3, thus, the edges 5 of the blades 3 remain open. The dimensions H1 and H2 of the hub 2 are set in such a way as to ensure the possibility of placing the hub 2 in the diametrical bores of the upper 6 and lower 7 guide vanes. The technical result of the proposed utility model is to increase the efficiency and reliability of the impeller when pumping formation fluid containing mechanical impurities. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к насосам и может быть применена в погружных многоступенчатых центробежных насосах для добычи флюида из скважин.The utility model relates to pumps and can be applied in submersible multistage centrifugal pumps for producing fluid from wells.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является рабочее колесо погружного многоступенчатого лопастного насоса, содержащее ступицу и наклонные лопасти, расположенные на ступице по окружности и формирующие проточную часть рабочего колеса (см. RU 180414 U1, опуб. 13.06.2018).The closest analogue to the claimed technical solution is the impeller of a submersible multistage vane pump containing a hub and inclined blades located on the hub in a circle and forming the flow path of the impeller (see RU 180414 U1, publ. 13.06.2018).

Недостатком известного технического решения является низкая эффективность, обусловленная перетоками жидкости между лопастями рабочего колеса, которые снижают напор и коэффициент полезного действия насоса, а так же невысокая надежность при перекачке пластовой жидкости содержащей механические примеси, которые из-за короткой ступицы будут попадать в зазоры между направляющим аппаратом и валом насоса и приводить к износу вала.The disadvantage of the known technical solution is low efficiency due to fluid flows between the impeller blades, which reduce the head and efficiency of the pump, as well as low reliability when pumping formation fluid containing mechanical impurities, which, due to the short hub, will fall into the gaps between the guide machine and pump shaft and cause shaft wear.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении эффективности и надежности рабочего колеса при перекачке пластовой жидкости, содержащей механические примеси.The technical result of the proposed utility model is to increase the efficiency and reliability of the impeller when pumping formation fluid containing mechanical impurities.

Технический результат достигается тем, что рабочее колесо погружного многоступенчатого лопастного насоса, содержащее ступицу и наклонные лопасти, расположенные на ступице по окружности, при этом, согласно полезной модели, лопасти расположены в средней части ступицы, при этом высота выступающих за лопасти частей ступицы является такой, чтобы обеспечить возможность их размещения в диаметральных расточках верхнего и нижнего направляющих аппаратов, кроме того, на ступице рабочего колеса над лопастями установлен диск, направляющий поток жидкости между лопастями от ступицы к периферии, при этом наружный диаметр диска меньше наружного диаметра лопастей.The technical result is achieved in that the impeller of a submersible multistage vane pump containing a hub and inclined blades located on the hub along the circumference, while, according to the utility model, the blades are located in the middle part of the hub, while the height of the parts of the hub protruding beyond the blades is as follows, to ensure the possibility of their placement in the diametrical bores of the upper and lower guide vanes, in addition, a disk is installed on the impeller hub above the blades, directing the fluid flow between the blades from the hub to the periphery, while the outer diameter of the disk is less than the outer diameter of the blades.

На фиг. 1 изображен разрез рабочего колеса погружного многоступенчатого лопастного насоса, установленного между двумя направляющими аппаратами.FIG. 1 shows a section of the impeller of a submersible multistage vane pump installed between two guide vanes.

На фиг. 2 вид сверху на рабочее колесо в 3D формате.FIG. 2 is a top view of the impeller in 3D format.

На фиг. 3 вид снизу на рабочее колесо в 3D формате.FIG. 3 is a bottom view of the impeller in 3D format.

Рабочее колесо 1 погружного многоступенчатого лопастного насоса состоит из ступицы 2, в средней части которой по окружности расположены наклонные лопасти 3. Над лопастями 3 на ступице 2 установлен диск 4, направляющий поток жидкости между лопастями 3 от ступицы 2 к периферии и далее на вход в направляющий аппарат 6. Наружный диаметр D_д диска 4 немного меньше наружного диаметра D_л лопастей 3, таким образом, края 5 лопастей 3 остаются открытыми. Размеры Н₁ и Н₂ ступицы 2 устанавливаются таким образом, чтобы обеспечить возможность размещения ступицы 2 в диаметральных расточках верхнего 6 нижнего 7 направляющих аппаратах.The impeller 1 of the submersible multistage vane pump consists of a hub 2, in the middle part of which there are inclined blades 3 around the circumference. apparatus 6. The outer diameter D _{d of the} disc 4 is slightly less than the outer diameter D _{l of the} blades 3, thus, the edges 5 of the blades 3 remain open. The dimensions H ₁ and H _{2 of the} hub 2 are set in such a way as to ensure the possibility of placing the hub 2 in the diametrical bores of the upper 6 of the lower 7 of the guide vanes.

Рабочее колесо погружного многоступенчатого лопастного насоса работает следующим образом.The impeller of a submersible multistage vane pump works as follows.

При вращении рабочего колеса 1 его наклонные лопасти 3 оказывают силовое воздействие на перекачиваемую среду (жидкость или газо-жидкостную смесь), заполняющую проточную часть рабочего колеса 1 и направляющего аппарата 6 в целом. Перекачиваемая среда, таким образом, вовлекается с помощью наклонных лопастей 3 во вращательное движение. Возникающие при этом центробежные силы обеспечивают повышение давления на периферии рабочего колеса 1 и обеспечивают создание потока в направлении от ступицы 2 рабочего колеса 1 вдоль канала 8, образованного соседними лопастями 3 и верхним диском 4 рабочего колеса 1 к периферии лопастей 3 и далее во входную кольцевую камеру 9 направляющего аппарата 6. Из входной кольцевой камеры 9 перекачиваемая среда поступает в каналы 10 верхнего направляющего аппарата 6, где кинетическая энергия потока переходит в потенциальную, т.е. создается давление.When the impeller 1 rotates, its inclined blades 3 exert a force effect on the pumped medium (liquid or gas-liquid mixture) filling the flow path of the impeller 1 and the guide vane 6 as a whole. The pumped medium is thus drawn into rotary motion by means of inclined blades 3. The centrifugal forces arising in this case provide an increase in pressure at the periphery of the impeller 1 and ensure the creation of a flow in the direction from the hub 2 of the impeller 1 along the channel 8 formed by adjacent blades 3 and the upper disc 4 of the impeller 1 to the periphery of the blades 3 and further into the inlet annular chamber 9 of the guide vane 6. From the inlet annular chamber 9 the pumped medium enters the channels 10 of the upper guide vane 6, where the kinetic energy of the flow is converted into potential energy, i.e. pressure is generated.

Наличие диска 4, установленного над лопастями 3 на ступице 2, предотвращает перетоки жидкости между лопастями 3, снижая гидравлические потери в проточной части рабочего колеса 1, что приводит к увеличению развиваемого напора (давления) и увеличивает эффективность насоса.The presence of a disk 4, installed above the blades 3 on the hub 2, prevents fluid overflows between the blades 3, reducing hydraulic losses in the flow path of the impeller 1, which leads to an increase in the developed head (pressure) and increases the efficiency of the pump.

Выполнение наружного диаметра D_д диска 4 немного меньше наружного диаметра D_л лопастей 3, так чтобы края 5 лопастей 3 оставались открытыми, улучшает вынос механических примесей и предотвращает засорение кольцевой камеры 9 при перекачке пластовой жидкости, содержащей механические примеси.Making the outer diameter D _{d of the} disk 4 is slightly less than the outer diameter D _{l of the} blades 3, so that the edges 5 of the blades 3 remain open, improves the removal of mechanical impurities and prevents clogging of the annular chamber 9 when pumping formation fluid containing mechanical impurities.

Расположение лопастей 3 в средней части ступицы 2 позволяет установить размеры H₁ и Н₂ выступающих за лопасти частей ступицы 2 таким образом, чтобы обеспечить размещение ступицы 2 в диаметральных расточках верхнего 6 нижнего 7 направляющих аппаратах, что предотвращает попадание механических примесей в зазор между валом насоса (на фиг. не показан) и направляющим аппаратом и предотвращает износ вала, повышая надежность работы рабочего колеса и, следовательно, всего насоса при перекачке пластовой жидкости, содержащей механические примеси.The location of the blades 3 in the middle part of the hub 2 allows you to set the dimensions H ₁ and H ₂ of the parts of the hub 2 protruding beyond the blades in such a way as to ensure the placement of the hub 2 in the diametrical bores of the upper 6 of the lower 7 guide vanes, which prevents mechanical impurities from entering the gap between the pump shaft (not shown in the figure) and guide vanes and prevents shaft wear, increasing the reliability of the impeller and, consequently, the entire pump when pumping formation fluid containing mechanical impurities.

Именно все конструктивные особенности одновременно: размещение лопастей в средней части ступицы, позволяет установить высоту выступающих за лопасти частей ступицы, которая обеспечивает их размещение в диаметральных расточках верхнего и нижнего направляющих аппаратах, установка диска с наружным диаметром меньше наружного диаметра лопастей на ступице рабочего колеса над лопастями, направляющего поток жидкости между лопастями от ступицы к периферии и далее на вход в направляющий аппарат, позволяют максимально повысить эффективность работы насоса и его надежность при перекачке пластовой жидкости, содержащей механические примеси. Использование какого-либо одного из указанных признаков предлагаемого технического решения, не позволит достигнуть максимальной эффективности и надежности при эксплуатации скважин с пластовой жидкостью, содержащей большое количество механических примесей.It is all the design features at the same time: the placement of the blades in the middle part of the hub allows you to set the height of the parts of the hub protruding beyond the blades, which ensures their placement in the diametrical bores of the upper and lower guide vanes, the installation of a disk with an outer diameter less than the outer diameter of the blades on the impeller hub above the blades directing the fluid flow between the blades from the hub to the periphery and further to the inlet to the guide vanes, maximize the efficiency of the pump and its reliability when pumping formation fluid containing mechanical impurities. The use of any one of the indicated features of the proposed technical solution will not allow achieving maximum efficiency and reliability when operating wells with formation fluid containing a large amount of mechanical impurities.

Предлагаемая конструкция рабочего колеса многоступенчатого лопастного насоса изготовлена и испытана в лабораторных условиях. Результаты лабораторных испытаний предлагаемой конструкции рабочего колеса доказали повышение эффективности до 3-7% предлагаемой конструкцией относительно наиболее близкого аналога, а также снизить износ вала насоса, в результате чего наработка до отказа увеличивается в среднем на 10-15%. Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет повысить эффективность и надежность насоса за счет снижения гидравлических потерь в рабочем колесе, улучшения выноса механических примесей и защиты вала насоса от износа.The proposed design of the impeller of a multistage vane pump was manufactured and tested in laboratory conditions. The results of laboratory tests of the proposed design of the impeller proved an increase in efficiency up to 3-7% by the proposed design relative to the closest analogue, as well as to reduce the wear of the pump shaft, as a result of which the operating time to failure increases by an average of 10-15%. Thus, the proposed utility model improves the efficiency and reliability of the pump by reducing hydraulic losses in the impeller, improving the removal of mechanical impurities and protecting the pump shaft from wear.

Проведенный патентный поиск показал, что в уровне техники отсутствуют аналоги, содержащие всю совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели, следовательно, предлагаемое техническое решение отвечает условию патентоспособности «новизна».The conducted patent search showed that in the prior art there are no analogues containing the entire set of essential features of the claimed utility model, therefore, the proposed technical solution meets the condition of patentability "novelty".

Рабочее колесо многоступенчатого лопастного насоса может быть изготовлено из известных и широко применяемых в нефтегазовой отрасли материалов, а также путем выполнения стандартных операций на общеизвестном оборудовании, позволяющем изготавливать компоненты предлагаемого насоса. Таким образом, предлагаемое техническое решение отвечает условию патентоспособности «промышленная применимость».The impeller of a multistage vane pump can be made from materials known and widely used in the oil and gas industry, as well as by performing standard operations on well-known equipment, which makes it possible to manufacture the components of the proposed pump. Thus, the proposed technical solution meets the condition of patentability "industrial applicability".

Следует понимать, что после рассмотрения специалистом приведенного описания с примером осуществления рабочего колеса многоступенчатого лопастного насоса, а также сопроводительных чертежей, для него станут очевидными другие изменения, модификации и варианты реализации заявленной полезной модели. Таким образом, все подобные изменения, модификации и варианты реализации, а также другие области применения, не имеющие расхождений с сущностью настоящей полезной модели, следует считать защищенными настоящей полезной моделью в объеме прилагаемой формулы полезной модели.It should be understood that after a specialist considers the above description with an exemplary embodiment of the impeller of a multistage vane pump, as well as the accompanying drawings, other changes, modifications and implementations of the claimed utility model will become apparent to him. Thus, all such changes, modifications and implementation options, as well as other areas of application that do not differ from the essence of this utility model, should be considered protected by this utility model in the scope of the attached utility model claims.

Claims

The impeller of a submersible multistage vane pump, containing a hub and inclined blades located on the hub around the circumference, characterized in that the blades are located in the middle part of the hub, while the height of the parts of the hub protruding beyond the blades is such as to ensure their placement in the diametrical bores of the upper and the lower guide vanes, in addition, a disc is installed on the impeller hub above the blades, directing the fluid flow between the blades from the hub to the periphery, while the outer diameter of the disc is less than the outer diameter of the blades.