RU2099602C1

RU2099602C1 - Multistage pump

Info

Publication number: RU2099602C1
Application number: RU95119880A
Authority: RU
Inventors: Роберт Шакурович Муфазалов; Магсум Магруфович Хасанов
Original assignee: Роберт Шакурович Муфазалов; Магсум Магруфович Хасанов
Priority date: 1995-11-24
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 1997-12-20

Abstract

FIELD: oil producing industry. SUBSTANCE: pump working wheel has shape of trapezium in longitudinal section, side of which, pointed to output, is located at acute angle relative to axis of rotation and gets with clearance into guide vane assembly provided with conical cavity accommodating output holes of screw channels over conical surface of cavity. Shaft is hollow. Shaft space communicates through radial channels with working channels of pump stages and with input and output channels. End portion of shaft with axial support is provided with outer conical surface, and it forms together with housing, a diffuser at pump output. EFFECT: enlarged operating capabilities. 4 cl, 5 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к насосам для добычи нефти, содержащей воду, свободный газ и механические примеси. The present invention relates to pumps for the extraction of oil containing water, free gas and solids.

Из патентной литературы известен многоступенчатый насос, содержащий корпус с входным и выходным каналами и размещенными в нем направляющими аппаратами и рабочими колесами, последние из которых закреплены на валу, установленным в радиальных и осевых опорах и имеющем концевую часть со стороны выходного канала в виде конуса, образующего с корпусом диффузор (см. авт.св. СССР N 114577, кл. F 04 D 3/00, 1959). A multi-stage pump is known from the patent literature, comprising a housing with inlet and outlet channels and guiding devices and impellers housed therein, the latter of which are mounted on a shaft mounted in radial and axial bearings and having an end part on the side of the output channel in the form of a cone forming with diffuser body (see ed. St. USSR N 114577, class F 04 D 3/00, 1959).

На работу многоступенчатых насосов в скважинах отрицательно влияет ряд факторов. A number of factors negatively affect the operation of multistage pumps in wells.

1. Наличие больших динамических нагрузок, испытываемых валом насоса в процессе работы, приводит к его изгибу и дополнительным радиальным нагрузкам, что ускоряет износ радиальных опор вала, втулок рабочих колес и поверхностей направляющего аппарата (см. А.А.Богданов. Современные конструкции погружных ЭЦН фирмы Центрилифт, Н.Т.Ж. Нефтепромысловое дело, ВНИИОЭНГ, N 4, 1993, с. 2). 1. The presence of large dynamic loads experienced by the pump shaft during operation leads to its bending and additional radial loads, which accelerates the wear of the radial shaft supports, impeller bushes and surfaces of the guide apparatus (see A. A. Bogdanov. Modern designs of submersible ESPs firms Centrilift, N.T.Zh. Oilfield business, VNIIOENG, N 4, 1993, S. 2).

2. Наличие свободного газа в откачиваемой пластовой жидкости резко ухудшает характеристику насоса, снижает его подачу, напор и КПД (см. А.А.Богданов. Современные конструкции погружных ЭЦН фирмы Центрилифт, Н.Т.Ж. Нефтепромысловое дело, ВНИИОЭНГ, N 4, 1993, с. 4). Работа насоса становится неустойчивой за счет траты энергии на сжатие газа. 2. The presence of free gas in the pumped-out formation fluid sharply worsens the performance of the pump, reduces its supply, pressure and efficiency (see A.A. Bogdanov. Modern designs of submersible ESPs manufactured by Centrilift, N.T.Zh. Oilfield, VNIIOENG, N 4 , 1993, p. 4). The operation of the pump becomes unstable due to the waste of energy on gas compression.

3. Имеет низкий КПД по сравнению с насосами общего назначения из-за предопределенности геометрических размеров диаметра скважины (см. В.М.Касьянов. Гидромашины и компрессоры, М. Недра, 1961, с. 52). 3. It has a low efficiency in comparison with general-purpose pumps because of the predetermined geometrical dimensions of the borehole diameter (see V. M. Kasyanov. Hydraulic machines and compressors, M. Nedra, 1961, p. 52).

Предлагаемый многоступенчатый насос имеет следующие отличия. The proposed multistage pump has the following differences.

1. Форма лопасти рабочего колеса выполнена в виде трапеции, боковая сторона которой, обращенная к выходу из рабочего колеса, расположена под острым углом к оси вращения и размещена с зазором в направляющем аппарате, в каждом из которых выполнено обращенное большим основанием к выходу рабочего колеса коническое углубление с размещенными по конической поверхности входными отверстиями винтообразных каналов. Данная конструкция рабочего колеса и направляющего аппарата позволяет снизить осевую нагрузку на вал, так как осевая нагрузка воспринимается лопастями направляющего аппарата и передается цилиндрической обойме, что дает возможность уменьшить габариты насоса, а также позволяет расширить рабочий диапазон подач. 1. The shape of the impeller blade is made in the form of a trapezoid, the side of which, facing the exit of the impeller, is located at an acute angle to the axis of rotation and is placed with a gap in the guiding apparatus, in each of which there is a conical facing a large base to the exit of the impeller a recess with helical channels inlet openings arranged on a conical surface. This design of the impeller and the guide vane allows to reduce the axial load on the shaft, since the axial load is perceived by the vanes of the guide vane and transferred to a cylindrical cage, which makes it possible to reduce the dimensions of the pump and also allows to expand the working range of feeds.

2. Вал выполнен полым, и его полость посредством радиальных каналов сообщена с рабочими каналами ступеней насоса и входным и выходным каналами, осевая опора расположена на концевой части вала со стороны выходного канала и имеет наружную коническую поверхность, образующую вместе с конусом выходной части вала диффузор. Данная конструкция вала позволяет улучшить напорно-расходную характеристику насоса, а также уменьшить износ осевой опоры. 2. The shaft is made hollow, and its cavity through radial channels is in communication with the working channels of the pump stages and the input and output channels, the axial support is located on the end of the shaft from the side of the output channel and has an outer conical surface, which forms a diffuser together with the cone of the output part of the shaft. This shaft design allows you to improve the pressure-flow characteristic of the pump, as well as reduce the wear of the axial support.

3. Обращенная к входу в рабочее колесо боковая сторона трапеции, образующая профиль лопасти каждого рабочего колеса в продольном сечении, расположена под острым углом к оси вращения и размещена с зазором в направляющем аппарате, в каждом из которых выполнено обращенное большим основанием к входу рабочего колеса коническое углубление, что позволяет обеспечить реверсивность насоса. 3. The side of the trapezoid facing the entrance to the impeller, forming the profile of the blades of each impeller in longitudinal section, is located at an acute angle to the axis of rotation and is placed with a gap in the guide apparatus, in each of which a conic is turned with a large base towards the entrance of the impeller recess, which allows for reversibility of the pump.

Предлагаемая конструкция многоступенчатого насоса показана на чертежах, где на фиг.1 изображен общий вид насоса; на фиг.2 разрез по А-А; на фиг.3 - изометрия формы рабочего колеса; на фиг.4 изометрия формы направляющего аппарата и части вырыва формы винтообразного профиля лопасти; на фиг.5 - изометрия формы рабочего колеса с профилем в виде трапеции с боковыми сторонами, расположенными под острым углом к оси вращения. The proposed design of a multi-stage pump is shown in the drawings, where in Fig.1 shows a General view of the pump; figure 2 section along aa; figure 3 is an isometric shape of the impeller; figure 4 is an isometric shape of the guide apparatus and part of the tear-off shape of the helical profile of the blade; figure 5 is an isometry of the shape of the impeller with a profile in the form of a trapezoid with sides located at an acute angle to the axis of rotation.

Предлагаемый насос (фиг. 1) состоит из корпуса 1, который включает три секции: I верхнюю, соединяющую корпус насоса с колонной 2, II среднюю (цилиндрическая часть) и III нижнюю для соединения корпуса 1 насоса с электродвигателем (на чертеже не показан). The proposed pump (Fig. 1) consists of a housing 1, which includes three sections: I upper, connecting the pump housing to the column 2, II middle (cylindrical part) and III lower for connecting the pump housing 1 to the motor (not shown).

В нижней III секции корпуса 1 расположен входной канал 3, а в верхней I секции соответственно выходной (диффузорный) 4 канал насоса. In the lower III section of the housing 1 is the input channel 3, and in the upper I section, respectively, the output (diffuser) 4 channel of the pump.

В средней II секции корпуса 1 расположены рабочие колеса 5 и направляющие аппараты 6, собранные на валу 7. Вал 7 выполнен полым, и его внутренняя полость 7 сообщена через радиальные каналы 7 и радиальные каналы 8 осевой опоры 8 или через зазоры 15 (фиг.2) с полостью 9 насоса и его входным и выходным каналами. Рабочие колеса 5 посажены на вал 7 с помощью шпонки 10 (фиг. 2), а направляющие аппараты 6 закреплены от проворота в корпусе ниппелем 11. In the middle II section of the housing 1, the impellers 5 and the guiding devices 6 are assembled on the shaft 7. The shaft 7 is hollow, and its internal cavity 7 is communicated through radial channels 7 and radial channels 8 of the axial support 8 or through the gaps 15 (figure 2 ) with a cavity 9 of the pump and its inlet and outlet channels. The impellers 5 are mounted on the shaft 7 using the keys 10 (Fig. 2), and the guiding devices 6 are secured against rotation in the housing by a nipple 11.

Форма лопасти в изометрии рабочего колеса 5 и форма направляющего аппарата 6 показаны соответственно на фиг. 3, 4, 5, где 5'' и 6' передние кромки рабочего колеса и направляющего аппарата, 5' и 6'' задние кромки, 5''' радиальные отверстия рабочего колеса. The shape of the blade in isometry of the impeller 5 and the shape of the guide apparatus 6 are shown respectively in FIG. 3, 4, 5, where 5 '' and 6 'are the leading edges of the impeller and guide vanes, 5' and 6 '' are the rear edges, 5 '' 'are the radial holes of the impeller.

Необходимый вылет нижнего конца вала 7 регулируется шайбами 12 осевой опоры 8. Верхняя концевая часть вала 7 с осевой опорой 8 выполнена в виде конуса и вместе с корпусом (ниппелем 11) образует диффузорный выходной канал 4. А внутренняя 7' полость вала 7 заканчивается обратным клапаном 13 с пружиной 14. Между трущимися парами "рабочее колесо направляющий аппарат" имеется зазор 15 (фиг.2). The required departure of the lower end of the shaft 7 is regulated by the washers 12 of the axial support 8. The upper end of the shaft 7 with the axial support 8 is made in the form of a cone and together with the housing (nipple 11) forms a diffuser output channel 4. And the inner 7 'cavity of the shaft 7 ends with a check valve 13 with a spring 14. Between the rubbing pairs "impeller guiding apparatus" there is a gap 15 (figure 2).

Насос работает следующим образом. The pump operates as follows.

Многоступенчатый насос (фиг.1) с электродвигателем (на рис. не показан) на насосно-компрессорных трубах спускается в скважину на определенную глубину. Откачиваемая пластовая жидкость поступает в полость 9 насоса по входному 2 каналу, ударяясь о переднюю 5'' кромку рабочего колеса (фиг.3), расслаивается концентрично на плотности, отбрасывается от задней 5' кромки рабочего колеса к передней 6' кромке направляющего аппарата 6 (фиг.4), где в винтообразном канале направляющего аппарата 6 вращающийся поток жидкости преобразуется в осевой вращательный поток. Так цикл повторяется по количеству ступеней насоса. Затем поток проходит по выходному 4 каналу, в котором создается эффект вихревого эжекторного насоса и происходит всасывание из полости 9 газа и легких фракций нефти. Отсасывание происходит через зазоры 15 (фиг. 2) и далее, через радиальные каналы рабочего колеса 5 и радиальные каналы 7'' во внутреннюю полость 7' вала 7. Затем отсасываемая жидкость выбрасывается через радиальный канал 8 и обратный клапан 13. При недостаточности потока в накале 4 для создания сильного вихревого эжекторного эффекта срабатывает под давлением пружины 14 клапан 13, который перекрывает поток. В этом случае отсос и жидкости и смазка опор производится по каналу 8 по центробежной силе. A multistage pump (Fig. 1) with an electric motor (not shown in Fig.) On tubing is lowered into the well to a certain depth. The pumped-out reservoir fluid enters the pump cavity 9 through the inlet 2 channel, striking the front 5 '' edge of the impeller (Fig. 3), delaminates concentrically on density, is discarded from the rear 5 'edge of the impeller to the front 6' edge of the guide vane 6 ( 4), where in a helical channel of the guide apparatus 6, a rotating fluid flow is converted into an axial rotational flow. So the cycle is repeated by the number of stages of the pump. Then the flow passes through the outlet 4 channel, in which the effect of a vortex ejector pump is created and gas and light oil fractions are sucked from the cavity 9. The suction occurs through the gaps 15 (Fig. 2) and then through the radial channels of the impeller 5 and the radial channels 7 ″ into the internal cavity 7 ′ of the shaft 7. Then, the suction liquid is ejected through the radial channel 8 and the check valve 13. If there is insufficient flow in glow 4 to create a strong vortex ejector effect is triggered by the pressure of the spring 14 valve 13, which blocks the flow. In this case, the suction and liquids and lubrication of the supports is made through channel 8 by centrifugal force.

Для обеспечения реверсивности насоса используется рабочее колесо 5, выполненное по п.3 формулы и показанное на фиг.5. В этом случае передняя 5'' и задняя 5' кромки лопасти рабочего колеса 5 срезаны под углом и, соответственно, направляющий аппарат на входе и выходе выполнен с коническим углублением. To ensure the reversibility of the pump, the impeller 5 is used, made according to claim 3 of the formula and shown in Fig.5. In this case, the front 5 '' and rear 5 'edges of the impeller blade 5 are cut at an angle and, accordingly, the guide apparatus at the inlet and outlet is made with a conical recess.

Предлагаемая конструкция рабочих колес и направляющих аппаратов проста и технологична в изготовлении, что позволит снизить себестоимость насоса. The proposed design of the impellers and guide vanes is simple and manufacturable, which will reduce the cost of the pump.

Claims

1. A multistage pump comprising a housing with inlet and outlet channels and guiding devices and impellers housed therein, the latter of which are mounted on a shaft mounted in radial and axial bearings and having an end portion on the side of the output channel in the form of a cone forming with the housing diffuser, characterized in that in longitudinal section the blade of each impeller has a trapezoid shape, the side of which facing the exit of the wheel is located at an acute angle to the axis of rotation of the wheel and is placed with a gap in the guide apparatus, in each of which a conical recess is made with a large base toward the impeller exit, with inlet openings of helical channels arranged on a conical surface, the shaft being hollow, and its cavity communicating via working channels with working channels of the pump stages and the input and output channels, and the axial support is located on the end of the shaft from the side of the output channel and has an outer conical surface, forming with the housing along with the cone part of the shaft diffuser.

2. The pump according to claim 1, characterized in that the side of the trapezoid facing the entrance to the impeller, forming the profile of the blades of each impeller in longitudinal section, is perpendicular to the axis of rotation.

3. The pump according to claim 1, characterized in that the side of the trapezoid facing the entrance to the impeller, forming the profile of the blades of each impeller in longitudinal section, is located at an acute angle to the axis of rotation and is placed with a gap in the guide apparatus, in each of which made a conical recess facing a large input to the impeller inlet.

4. The pump according to paragraphs. 1 to 3, characterized in that in the end part of the shaft from the side of the output channel there is an axial channel in communication with the cavity of the shaft in which the check valve is installed.