RU2209347C2

RU2209347C2 - Dispersing stage of submersible multistage centrifugal pump

Info

Publication number: RU2209347C2
Application number: RU2001117154A
Authority: RU
Inventors: Я.А. Глускин; А.Б. Кулигин; В.М. Лысенко; С.М. Мешалкин; А.В. Трулев; С.Ф. Штельмах
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Борец"
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2003-07-27

Abstract

FIELD: oil producing industry; oil well machinery. SUBSTANCE: proposed stage contains guide-vane assembly, open impeller installed in guide-vanes assembly. Blades of impeller are arranged on lower surface of driving disk in which holes are made in spaces between points of blade fastening on disk. Distance from lower edge of each blade to upper surface of upper disk of guide-vane assembly is made increasing in direction from inner rim of blade lower edge to outer rim of said blade edge. EFFECT: reduced wear of friction pairs owing to effectively dividing gas bubbles and dirt inclusions, increased efficiency and head of stage. 6 cl, 2 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в многоступенчатых центробежных погружных насосах для откачки пластовой жидкости. The present invention relates to petroleum engineering and can be used in multistage centrifugal submersible pumps for pumping formation fluid.

Известен центробежный насос-диспергатор, в котором рабочее колесо выполнено содержащим ведущий диск с лопастями, а в направляющем аппарате имеется верхний диск [1]. Насос-диспергатор известной конструкции предназначен для формирования эмульсии из смеси жидкостей и не может быть эффективно использован для формирования газожидкостных смесей, так как активное воздействие на рабочую среду осуществляется на выходе насоса. Known centrifugal dispersant pump, in which the impeller is made containing a driving disk with blades, and in the guide apparatus has an upper disk [1]. A dispersant pump of known design is designed to form an emulsion from a mixture of liquids and cannot be effectively used to form gas-liquid mixtures, since the active influence on the working medium is carried out at the pump outlet.

Известна диспергирующая ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса [2] , содержащая рабочее колесо с ведущим диском и расположенными на нем лопастями, а также направляющий аппарат с верхним диском и с лопатками. Known dispersing stage of a submersible multistage centrifugal pump [2], containing the impeller with a drive disk and blades located on it, as well as a guide vane with an upper disk and blades.

Известное устройство при его использовании в многоступенчатых центробежных насосах обеспечивает повышение напора при малых подачах и повышение стабильности при работе с жидкими смесями, содержащими включения в виде свободного газа. The known device when used in multistage centrifugal pumps provides increased pressure at low flows and increased stability when working with liquid mixtures containing inclusions in the form of free gas.

Недостатком известного технического решения является снижение надежности работы при наличии в перекачиваемой жидкости значительных по объему газовых включений, так как при этом формируются застойные зоны, препятствующие измельчению газовых пузырей, в результате чего насос блокируется газовыми пробками. A disadvantage of the known technical solution is the decrease in reliability when there is a significant amount of gas inclusions in the pumped liquid, since this forms stagnant zones that prevent the grinding of gas bubbles, as a result of which the pump is blocked by gas plugs.

Также известное техническое решение имеет низкую надежность работы при наличии в перекачиваемой жидкости грязевых (твердых) включений, способных привести к закупориванию сужающихся каналов рабочего колеса. Also, the known technical solution has low reliability when there is mud (solid) inclusions in the pumped liquid that can lead to clogging of the narrowing channels of the impeller.

Устройством, наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению, является диспергирующая ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса [3], содержащая направляющий аппарат и рабочее колесо. Причем в закрытом рабочем колесе такой ступени имеется ведомый диск, а также ведущий диск, с которым жестко связаны лопасти рабочего колеса, в промежутках между которыми в ведущем диске закрытого рабочего колеса выполнены отверстия. The device closest in technical essence to the claimed invention is the dispersing stage of a submersible multistage centrifugal pump [3], containing a guiding apparatus and an impeller. Moreover, in a closed impeller of such a stage there is a driven disk, as well as a driving disk, with which the blades of the impeller are rigidly connected, in the spaces between which holes are made in the driving disk of the closed impeller.

Недостатком такой ступени является то, что лопасти рабочего колеса не воздействуют на пластовую жидкость, протекающую под рабочим колесом, в связи с чем ступень известной конструкции не обеспечивает достаточно эффективное дробление находящихся в пластовой жидкости газовых пузырей и грязевых включений. Кроме того, при работе насоса возможно его заклинивание за счет накопления грязевых включений под рабочим колесом. The disadvantage of this stage is that the impeller blades do not affect the reservoir fluid flowing under the impeller, and therefore the stage of the known design does not provide sufficiently effective crushing of gas bubbles and mud inclusions in the reservoir fluid. In addition, when the pump is running, it is possible to jam due to the accumulation of mud inclusions under the impeller.

Настоящее изобретение позволяет устранить указанные выше недостатки известных технических решений. Кроме того, при работе диспергирующей ступени заявленной конструкции в составе насоса газовые включения, вынесенные из пространства над ведущим диском через отверстия в ведущем диске и проходящие между ведущим диском и боковым кольцом направляющего аппарата, подвергаются дополнительному измельчению нижними кромками лопастей открытого рабочего колеса, за счет чего обеспечивается более эффективное дробление газовых пузырей, одновременно с этим осуществляется эффективное дробление грязевых включений, за счет чего снижается износ пар трения в насосе, исключается возможность заклинивания насоса. При повышении эффективности дробления газовых пузырей и грязевых включений пластовой жидкости уменьшается количество диспергирующих ступеней, необходимых для бесперебойной работы насоса при сохранении габаритов, при этом повышается КПД и напор насоса в целом. За счет формирования пространства между наклонными нижними кромками лопастей и верхним диском направляющего аппарата обеспечивается возможность обратного тока жидкости при значительном газовом факторе, за счет чего исключается возможность блокирования ступени газовыми пробками. Кроме того, обеспечивается дробление наклонными кромками газовых пузырей и грязевых включений, перемещающихся на разном расстоянии от верхнего диска направляющего аппарата вместе с потоком пластовой жидкости. The present invention eliminates the above disadvantages of the known technical solutions. In addition, during the operation of the dispersing stage of the claimed design as part of the pump, gas inclusions removed from the space above the drive disk through the holes in the drive disk and passing between the drive disk and the side ring of the guide apparatus are subjected to additional grinding by the lower edges of the blades of the open impeller, due to which more efficient crushing of gas bubbles is provided, at the same time efficient crushing of mud inclusions is carried out, due to which steam wear is reduced friction in the pump, eliminating the possibility of jamming of the pump. With an increase in the efficiency of crushing gas bubbles and mud inclusions of the reservoir fluid, the number of dispersing steps necessary for the smooth operation of the pump while maintaining the dimensions decreases, while the efficiency and pressure of the pump as a whole increase. Due to the formation of the space between the inclined lower edges of the blades and the upper disk of the guide vane, it is possible to reverse the fluid flow with a significant gas factor, which eliminates the possibility of blocking the stage with gas plugs. In addition, crushing by the inclined edges of gas bubbles and mud inclusions moving at different distances from the upper disk of the guiding apparatus along with the flow of formation fluid is ensured.

Указанный технический результат достигается за счет того, что диспергирующая ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, содержащая направляющий аппарат, дополнительно содержит установленное в направляющем аппарате открытое рабочее колесо, лопасти которого расположены на нижней поверхности ведущего, диска, в котором в промежутках между местами закрепления лопастей выполнены отверстия, а расстояние от нижней кромки каждой из лопастей до верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата увеличивается в направлении от внутреннего края нижней кромки лопасти к внешнему краю указанной кромки лопасти. The specified technical result is achieved due to the fact that the dispersing stage of a submersible multistage centrifugal pump containing a guiding apparatus additionally contains an open impeller installed in the guiding apparatus, the blades of which are located on the lower surface of the drive, the disk, in which holes are made in the spaces between the fastening places of the blades and the distance from the lower edge of each of the blades to the upper surface of the upper disk of the guide apparatus increases by from the inner edge of the lower edge of the blade to the outer edge of the specified edge of the blade.

Кроме того, минимальное расстояние от нижней кромки лопасти рабочего колеса до верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата может быть меньше половины расстояния от нижней поверхности ведущего диска рабочего колеса до точки нижней кромки лопасти рабочего колеса, лежащей на минимальном расстоянии от верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата. Минимальное расстояние от нижней кромки лопасти рабочего колеса до верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата может быть больше 2 мм. При этом на внешнем краю верхней части ведущего диска рабочего колеса может быть выполнен уступ, на котором расположены границы отверстий. Диаметр диска рабочего колеса может быть больше диаметра окружности, на которой расположены центры отверстий, на величину, равную или большую 1,5 диаметра указанных отверстий. Верхняя поверхность верхнего диска направляющего аппарата может быть выполнена плоской. In addition, the minimum distance from the lower edge of the impeller blade to the upper surface of the upper disk of the guide vane may be less than half the distance from the lower surface of the driving disk of the impeller to the point of the lower edge of the blade of the impeller lying at a minimum distance from the upper surface of the upper disk of the vane. The minimum distance from the lower edge of the impeller blade to the upper surface of the upper disk of the guide vane can be more than 2 mm. At the same time, a step can be made on the outer edge of the upper part of the driving wheel of the impeller, on which the boundaries of the holes are located. The diameter of the impeller disk may be greater than the diameter of the circle on which the centers of the holes are located by an amount equal to or greater than 1.5 of the diameter of these holes. The upper surface of the upper disk of the guide apparatus can be made flat.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено
на фиг.1 - установленные последовательно ступени, выполненные в соответствии с заявленным изобретением;
на фиг. 2 - вид снизу ведущего диска рабочего колеса, выполненного согласно изобретению.The invention is illustrated by drawings, which depict
figure 1 - sequentially installed steps made in accordance with the claimed invention;
in FIG. 2 is a bottom view of a driving wheel of an impeller made in accordance with the invention.

Диспергирующая ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса (фиг. 1) содержит направляющий аппарат 1 и установленное в направляющем аппарате 1 открытое рабочее колесо 2, лопасти 3 которого расположены на нижней (в рабочем положении насоса) поверхности 4 ведущего диска 5. Рабочее колесо 2 жестко соединено с втулкой 6, предназначенной для сопряжения через шпонку с общим валом насоса (на чертеже не изображен). Таким образом, в рабочем колесе сформированы пазы, ограниченные лопастями 3, жестко связанными с ведущим диском 5. Направляющий аппарат 1 содержит верхний диск 7, нижний диск 8 и лопатки 9, между входными кромками 10 которых и боковым кольцом 11 (боковой стенкой корпуса аппарата) имеются промежутки. Диски 7, 8 и лопатки 9 направляющего аппарата 1 образуют каналы. Верхний диск 7 жестко связан с боковым кольцом 11, нижним диском 8 (через лопатки 9) и цапфой 12, сопряженной с втулкой 6 рабочего колеса 2. На диске 5 закреплены антифрикционные шайбы 13, выполненные, например, из текстолита. The dispersing stage of a submersible multistage centrifugal pump (Fig. 1) contains a guiding apparatus 1 and an open impeller 2 installed in the guiding apparatus 1, the blades 3 of which are located on the lower (in the working position of the pump) surface 4 of the drive disk 5. The impeller 2 is rigidly connected to sleeve 6, designed to interface through a key with a common pump shaft (not shown in the drawing). Thus, grooves are formed in the impeller, bounded by blades 3, rigidly connected with the drive disk 5. The guide device 1 contains an upper disk 7, a lower disk 8 and vanes 9, between the input edges 10 of which and the side ring 11 (side wall of the apparatus body) there are gaps. Disks 7, 8 and vanes 9 of the guide apparatus 1 form channels. The upper disk 7 is rigidly connected with the side ring 11, the lower disk 8 (through the blades 9) and the pin 12, conjugated with the sleeve 6 of the impeller 2. On the disk 5 are mounted anti-friction washers 13, made, for example, of textolite.

В промежутках (фиг. 2) между местами закрепления лопастей 3 в ведущем диске 5 рабочего колеса 2 выполнены отверстия 14. Расстояние от нижней кромки 15 (фиг.1) каждой из лопастей 3 открытого рабочего колеса 2 до верхней поверхности 16 верхнего диска 7 направляющего аппарата 1 увеличивается в направлении от внутреннего края нижней кромки 15 лопасти 3 к внешнему краю указанной кромки 15 лопасти 3. При этом верхняя поверхность 16 верхнего диска 7 направляющего аппарата 1 до участка ее перехода в поверхность бокового кольца 11 выполнена плоской (горизонтальной). Внешний участок поверхности 4 выполнен плоским (горизонтальным). In the gaps (Fig. 2) between the fixing points of the blades 3 in the driving disk 5 of the impeller 2, holes 14 are made. The distance from the lower edge 15 (Fig. 1) of each of the blades 3 of the open impeller 2 to the upper surface 16 of the upper disk 7 of the guide vane 1 increases in the direction from the inner edge of the lower edge 15 of the blade 3 to the outer edge of the specified edge 15 of the blade 3. In this case, the upper surface 16 of the upper disk 7 of the guide apparatus 1 to the site of its transition into the surface of the side ring 11 is made flat (horizontally d). The outer surface 4 is made flat (horizontal).

Минимальное расстояние от нижней кромки 15 лопасти 3 рабочего колеса 2 до верхней поверхности 16 верхнего диска 7 направляющего аппарата 1 может быть меньше половины расстояния от нижней поверхности 4 ведущего диска 5 рабочего колеса 2 до точки 17 нижней кромки 15 лопасти 3 рабочего колеса 2, лежащей на минимальном расстоянии от верхней поверхности 16 верхнего диска 7 направляющего аппарата 1. Минимальное расстояние от нижней кромки 15 рабочего колеса 2 до верхней поверхности 16 верхнего диска 7 направляющего аппарата 1 может быть больше 2 мм. При этом нижняя кромка 15 расположена между внешним краем лопасти (внешней кромкой 18) и внутренней кромкой 19 лопасти 3. The minimum distance from the lower edge 15 of the blade 3 of the impeller 2 to the upper surface 16 of the upper disk 7 of the guide apparatus 1 may be less than half the distance from the lower surface 4 of the driving disk 5 of the impeller 2 to the point 17 of the lower edge 15 of the blade 3 of the impeller 2 lying on the minimum distance from the upper surface 16 of the upper disk 7 of the guide apparatus 1. The minimum distance from the lower edge 15 of the impeller 2 to the upper surface 16 of the upper disk 7 of the guide apparatus 1 may be more than 2 mm. In this case, the lower edge 15 is located between the outer edge of the blade (outer edge 18) and the inner edge 19 of the blade 3.

На внешнем краю верхней части ведущего диска 5 рабочего колеса 2 может быть выполнен уступ 20, на котором расположены границы отверстий 14. Диаметр ведущего диска 5 рабочего колеса 2 может быть больше диаметра окружности, на которой расположены центры 21 отверстий 14, на величину, равную или большую 1,5 диаметра указанных отверстий 14. On the outer edge of the upper part of the driving disk 5 of the impeller 2, a step 20 can be made on which the boundaries of the holes 14 are located. The diameter of the driving disk 5 of the impeller 2 can be larger than the diameter of the circle on which the centers 21 of the holes 14 are located, equal to or a large 1.5 diameter of these holes 14.

При работе насоса пластовая жидкость протекает по пазам рабочего колеса 2, приводимого в движение валом насоса, в результате создается напор пластовой жидкости, как за счет центробежных сил, так и за счет действия лопастей рабочего колеса на поток жидкости. Далее жидкость поступает в каналы направляющего аппарата 1 следующей ступени, в которых осуществляется создание дополнительного напора и направление потока на рабочее колесо следующей ступени. Вместе с пластовой жидкостью по пазам открытого рабочего колеса 2 перемещаются газовые пузыри и грязевые включения. When the pump is operating, the formation fluid flows through the grooves of the impeller 2, driven by the pump shaft, as a result, the pressure of the formation fluid is created, both due to centrifugal forces and due to the action of the impeller blades on the fluid flow. Next, the fluid enters the channels of the guide apparatus 1 of the next stage, in which the creation of additional pressure and the flow direction to the impeller of the next stage are performed. Together with the reservoir fluid, gas bubbles and mud inclusions move along the slots of the open impeller 2.

Газовые включения, вынесенные из пространства над ведущим диском 5 через отверстия 14 в ведущем диске и проходящие между ведущим диском 5 и боковым кольцом 11 направляющего аппарата 1, подвергаются дополнительному измельчению нижними кромками 15 лопастей 3 открытого рабочего колеса 2, за счет чего обеспечивается более эффективное дробление газовых пузырей, одновременно с этим осуществляется эффективное дробление грязевых включений, что обеспечивает снижение износа пар трения, исключается возможность заклинивания насоса. Формирование уступа 20, на котором расположены границы отверстий 14, повышает эффективность выноса газовых включений через указанные отверстия 14. Кроме того, при повышении эффективности дробления газовых пузырей и грязевых включений в пластовой жидкости возможно уменьшить количество диспергирующих ступеней, необходимых для бесперебойной работы насоса при сохранении габаритов, при этом повышается КПД и напор насоса в целом. За счет формирования пространства между наклонными нижними кромками 15 и горизонтальным верхним диском 7 направляющего аппарата 1 (чему способствует вышеуказанное расстояние от нижней кромки 15 до диска 7) обеспечивается возможность обратного тока жидкости при значительном газовом факторе, за счет чего исключается возможность блокирования ступени газовыми пробками. Кроме того, обеспечивается дробление наклонными кромками 15 газовых пузырей и грязевых включений, перемещающихся на разном расстоянии от горизонтального верхнего диска 7 направляющего аппарата вместе с потоком пластовой жидкости. Gas inclusions removed from the space above the drive disk 5 through openings 14 in the drive disk and passing between the drive disk 5 and the side ring 11 of the guide apparatus 1 are subjected to additional grinding by the lower edges 15 of the blades 3 of the open impeller 2, thereby providing more efficient crushing gas bubbles, at the same time effective crushing of mud inclusions is carried out, which ensures reduced wear of friction pairs, eliminating the possibility of pump jamming. The formation of a step 20, on which the boundaries of the holes 14 are located, increases the efficiency of removal of gas inclusions through the indicated holes 14. In addition, with an increase in the efficiency of crushing of gas bubbles and mud inclusions in the formation fluid, it is possible to reduce the number of dispersing steps necessary for the smooth operation of the pump while maintaining the dimensions , while increasing the efficiency and pressure of the pump as a whole. Due to the formation of the space between the inclined lower edges 15 and the horizontal upper disk 7 of the guiding apparatus 1 (which is facilitated by the above distance from the lower edge 15 to the disk 7), a reverse fluid flow is possible with a significant gas factor, thereby eliminating the possibility of blocking the stage by gas plugs. In addition, crushing by inclined edges 15 of gas bubbles and mud inclusions moving at different distances from the horizontal upper disk 7 of the guiding apparatus along with the flow of formation fluid is ensured.

Таким образом обеспечивается достижение указанного выше технического результата. This ensures the achievement of the above technical result.

Источники информации
1. Патент РФ 2116516, кл. F 04 D 7/04, 1998;
2. Патент РФ 2138691, кл. F 04 D 13/10, 1/06, 31/00, 1999;
3. Патент США 5628616, кл. 415/58.2, 1997.Sources of information
1. RF patent 2116516, cl. F 04 D 7/04, 1998;
2. RF patent 2138691, cl. F 04 D 13/10, 1/06, 31/00, 1999;
3. US patent 5628616, CL. 415 / 58.2, 1997.

Claims

1. The dispersing stage of a submersible multistage centrifugal pump, comprising a guiding apparatus, characterized in that it comprises an open impeller installed in the guiding apparatus, the blades of which are located on the lower surface of the drive disk, in which openings are made in the spaces between the fixing points of the blades, and the distance from the lower edge of each of the blades to the upper surface of the upper disk of the guide vane increases in the direction from the inner edge of the lower edge of the blade to the outer edge of the indicated edge of the blade.

2. The step according to claim 1, characterized in that the minimum distance from the lower edge of the impeller blade to the upper surface of the upper disk of the guide vane is less than half the distance from the lower surface of the driving disk of the impeller to the point of the lower edge of the impeller blade, which lies at a minimum distance from the upper surface of the upper disk of the guide vane.

3. The stage according to claim 1, characterized in that the minimum distance from the lower edge of the impeller blades to the upper surface of the upper disk of the guide vane is more than 2 mm.

4. A step according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that a step is made on the outer edge of the upper part of the driving disk of the impeller, on which the boundaries of the holes are located.

5. A step according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the diameter of the driving disk of the impeller is greater than the diameter of the circle on which the centers of the holes are located by an amount equal to or greater than 1.5 of the diameter of these holes.

6. The step according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the upper surface of the upper disk of the guide apparatus is made flat.