RU2406881C1

RU2406881C1 - Diffuser of multi-stage centrifugal pump

Info

Publication number: RU2406881C1
Application number: RU2009123509/06A
Authority: RU
Inventors: Виктор Григорьевич Гилев (RU); Виктор Григорьевич Гилев; Александр Исаакович Рабинович (RU); Александр Исаакович Рабинович
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь"
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2010-12-20

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: diffuser 1 consists of cylindrical housing 3, upper disc 4, lower disc 5, between which blades 6 forming the return channels are located. On inner side surface of housing 3 there installed at equal distance from each other are inclined blades 7. In annular gap 8 between upper part of inclined blades 7 and lower disc 5 of the next diffuser 1 cylindrical screen 9 is located.

EFFECT: design provides minimum hydraulic losses and allows increasing the head owing to stabilisation of working fluid flow between stages.

7 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области насосостроения, и прежде всего к многоступенчатым насосам, используемым для добычи нефти из скважин и для подачи воды в продуктивный нефтеносный пласт для поддержания и повышения в нем пластового давления.The present invention relates to the field of pump engineering, and especially to multi-stage pumps used for oil production from wells and for supplying water to a productive oil reservoir to maintain and increase reservoir pressure in it.

В настоящее время для откачки пластовой жидкости из нефтяных скважин широко применяются центробежные погружные многоступенчатые насосы. Ступени таких насосов содержат рабочее колесо закрытого типа и направляющий аппарат с лопатками, выступающими за диаметральный размер наружной крышки аппарата. Рабочее колесо ступени имеет специально спрофилированные лопатки между ведущим и ведомым дисками (Богданов Н.А. Погружные центробежные насосы для добычи нефти. - М.: Недра, 1968, с.38-50).Currently, centrifugal submersible multistage pumps are widely used for pumping formation fluid from oil wells. The stages of such pumps contain a closed impeller and a guiding apparatus with vanes protruding beyond the diametrical size of the outer cover of the apparatus. The impeller of the stage has specially profiled blades between the driving and driven disks (Bogdanov N.A. Submersible centrifugal pumps for oil production. - M .: Nedra, 1968, p. 38-50).

Направляющий аппарат такой ступени имеет цилиндрический корпус, два диска с расположенными между ними лопатками. Проточный тракт в ступени можно разделить на следующие участки: рабочее колесо и лопаточный отвод, состоящий из безлопаточной кольцевой камеры, лопаточного направляющего аппарата и безлопаточной кольцевой камеры (Агеев Ш.Р., Григорян Е.Е., Макиенко Г.П. Российские установки лопастных насосов и их применение. Энциклопедический справочник. Пермь: ООО «Пресс-Мастер», 2007, с.75-76).The guide apparatus of such a stage has a cylindrical body, two discs with blades located between them. The flow path in the stage can be divided into the following sections: the impeller and the blade branch, consisting of a bezelless annular chamber, a vanes guide apparatus and a bezelless annular chamber (Ageev Sh.R., Grigoryan E.E., Makienko G.P. Russian installations of vane pumps and their application. Encyclopedic reference book. Perm: Press-Master LLC, 2007, p.75-76).

К недостаткам такой ступени относится невысокое давление, создаваемое ступенью при малых расходах, и нестабильность характеристик при работе в двух- или трехфазных нефтеводогазовых средах. Одной из главных причин этого недостатка является наличие первой из перечисленных безлопаточных кольцевых камер, расположенных на выходе из колеса.The disadvantages of this stage include the low pressure created by the stage at low flow rates, and the instability of the characteristics when working in two- or three-phase oil and gas environments. One of the main reasons for this drawback is the presence of the first of the listed bezlopatochnye annular chambers located at the exit of the wheel.

Известен направляющий аппарат многоступенчатого центробежного насоса, содержащий цилиндрический корпус, верхний и нижний диски, между которыми расположены лопатки, образующие направляющие каналы для пластовой жидкости. Лопатки переходят в боковые окружные ребра, которые совместно с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса формируют боковые направляющие каналы (см., например, патент РФ №35392 на полезную модель, МКИ F04D 29/44, опубл. 10.01.2004). Эта конструкция относится к классу радиальных направляющих аппаратов (Богданов Н.А. Погружные центробежные насосы для добычи нефти. - М.: Недра, 1968, с.38-50).Known directing apparatus of a multistage centrifugal pump containing a cylindrical body, upper and lower disks, between which are located the blades that form the guide channels for the reservoir fluid. The blades pass into the lateral circumferential ribs, which together with the inner surface of the cylindrical body form lateral guide channels (see, for example, RF patent No. 35392 for utility model, MKI F04D 29/44, publ. 10.01.2004). This design belongs to the class of radial guide vanes (Bogdanov N.A. Submersible centrifugal pumps for oil production. - M .: Nedra, 1968, p. 38-50).

Известен целый ряд радиальных направляющих аппаратов: авт. свид-во СССР №479399, опубл. 05.08.76, патент РФ №2142069, опубл. 27.11.99. В рассматриваемых конструкциях имеются спиральные выходы, диффузорные каналы, переходные боковые каналы и обратные каналы. Подобная последовательность характерна для ступеней большого габарита. Отсутствие безлопаточной цилиндрической камеры обеспечивает устойчивую работу насоса в двух- или трехфазных нефтеводогазовых средах.Known for a number of radial guide vanes: ed. certificate of the USSR No. 479399, publ. 08/05/76, RF patent No. 2142069, publ. 11/27/99. In the constructions under consideration there are spiral outlets, diffuser channels, transitional side channels and return channels. A similar sequence is typical for large steps. The absence of a bezel-less cylindrical chamber ensures the stable operation of the pump in two- or three-phase oil and gas environments.

Недостатком подобной конструкции является то, что в ступенях малого габарита, предназначенных для использования на малых расходах, выполнение перечисленных конструктивных элементов затруднено технологическими трудностями изготовления. Кроме того, переход к малым расходам в данной конструкции вынуждает уменьшать сечения каналов, что нежелательно, так как узкие каналы в условиях, приводящих к солеотложениям, зарастают.The disadvantage of this design is that in the steps of small size, designed for use at low cost, the implementation of these structural elements is complicated by the technological difficulties of manufacturing. In addition, the transition to low costs in this design forces to reduce the cross-section of the channels, which is undesirable, since narrow channels overgrow under conditions leading to scaling.

Предлагаемое техническое решение направлено на повышения напора и кпд для малогабаритных малорасходных ступеней многоступенчатых погружных насосов, в том числе при работе на ГЖС с высоким содержанием.The proposed technical solution is aimed at increasing the pressure and efficiency for small-sized low-flow stages of multi-stage submersible pumps, including when working on high-pressure GHS.

Указанный технический результат достигается тем, что направляющий аппарат многоступенчатого центробежного насоса, содержащий цилиндрический корпус, верхний и нижний диски и лопатки между ними, образующие обратные каналы, согласно изобретению дополнительно снабжен наклонными лопатками, установленными на внутренней боковой поверхности корпуса, и цилиндрическим экраном, расположенным между верхней частью наклонных лопаток и нижним диском следующего направляющего аппарата. Соседние наклонные лопатки расположены с перекрытием, причем расстояние между наклонными лопатками в перекрытиях по ходу движения жидкости постоянное либо увеличивающееся по ходу движения жидкости. Кроме того, наклонные лопатки установлены с образованием в меридиональных сечениях угла с осью аппарата, равного 30-50°, а их выпуклость в горизонтальных сечениях направлена от центра, при этом наклонные лопатки выполнены с цилиндрическими боковыми поверхностями, радиус которых превышает радиус внутренней боковой поверхности корпуса, а ось смещена относительно оси аппарата и ориентирована к ней под острым углом.The specified technical result is achieved by the fact that the guide apparatus of a multistage centrifugal pump containing a cylindrical body, upper and lower disks and vanes between them, forming return channels, according to the invention is additionally equipped with inclined vanes mounted on the inner side surface of the housing, and a cylindrical screen located between the upper part of the inclined blades and the lower disk of the next guide vane. The adjacent inclined vanes are overlapped, and the distance between the inclined vanes in the ceilings in the direction of the fluid flow is constant or increasing in the direction of the fluid flow. In addition, the inclined blades are installed with the formation in the meridional sections of the angle with the axis of the apparatus equal to 30-50 °, and their convexity in horizontal sections is directed from the center, while the inclined blades are made with cylindrical side surfaces whose radius exceeds the radius of the inner side surface of the casing , and the axis is offset relative to the axis of the apparatus and oriented to it at an acute angle.

В некоторых вариантах исполнения боковые стороны наклонных лопаток могут быть сформированы из сопряженных цилиндрических поверхностей с радиусом, увеличивающимся по ходу движения потока.In some embodiments, the sides of the inclined vanes may be formed from mating cylindrical surfaces with a radius increasing along the flow direction.

Для технологичности наклонные лопатки изготовлены вырезкой по контурам, предварительно сформированным на плоской поверхности вокруг кольца, имеющего наружный диаметр, равный внутреннему диаметру корпуса, с последующим отгибом и деформированием, придающим лопаткам необходимый профиль и положение в пространстве, обеспечивающее плотное совмещение с внутренней боковой поверхностью корпуса, причем контуры могут быть сформированы внутри или снаружи кольца.For manufacturability, inclined blades are made by cutting along contours previously formed on a flat surface around a ring having an outer diameter equal to the inner diameter of the casing, followed by bending and deformation, giving the blades the necessary profile and position in space, ensuring tight alignment with the inner side surface of the casing, moreover, the contours can be formed inside or outside the ring.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено меридиональное сечение сборки ступеней с заявленным направляющим аппаратом; на фиг.2 - горизонтальное сечение этой же ступени; на фиг.3 - развертка заготовки для изготовления блока боковых лопаток, на фиг.4 - вид сегмента вставки с боковыми лопатками.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows the meridional section of the assembly of steps with the claimed guide apparatus; figure 2 is a horizontal section of the same stage; figure 3 - scan blanks for the manufacture of block side blades, figure 4 is a view of a segment of the insert with side blades.

Насос набирается из ступеней, состоящих из направляющего аппарата 1, внутри которого установлено рабочее колесо 2.The pump is recruited from steps consisting of a guide apparatus 1, inside of which an impeller 2 is installed.

Направляющий аппарат 1 состоит (фиг.1) из цилиндрического корпуса 3, верхнего диска 4, нижнего диска 5, между которыми размещены лопатки 6, образующие обратные каналы. На внутренней боковой поверхности корпуса 3 установлены на равном расстоянии друг от друга наклонные лопатки 7. В кольцевом зазоре 8 между верхней частью наклонных лопаток 7 и нижним диском 5 следующего направляющего аппарата 1 расположен цилиндрический экран 9.The guide apparatus 1 consists (Fig. 1) of a cylindrical body 3, an upper disk 4, a lower disk 5, between which there are blades 6 forming the return channels. On the inner side surface of the casing 3, inclined vanes 7 are installed at an equal distance from each other. A cylindrical screen 9 is located in the annular gap 8 between the upper part of the inclined vanes 7 and the lower disk 5 of the next guide apparatus 1.

Наклонные лопатки 7 имеют цилиндрические поверхности 10 (фиг.2). Поверхности 10 лопаток являются фрагментами цилиндров, расположенных под углом к оси направляющего аппарата 1 и пересекающих корпус 3 по линии основания наклонных лопаток, радиус R таких цилиндров больше радиуса корпуса 3, а ось А-А смещена относительно оси направляющего аппарата 1. Поверхности лопаток могут быть образованы как фрагментами поверхности одного цилиндра, так и сопряженными фрагментами нескольких цилиндров, в последнем случае радиус сопряженных цилиндрических поверхностей может как увеличиваться по ходу движения потока, так и уменьшаться. Угол α между касательной к началу лопатки 7 и осью аппарата составляет 30-50° (фиг.1).Inclined blades 7 have cylindrical surfaces 10 (FIG. 2). The surfaces 10 of the blades are fragments of cylinders located at an angle to the axis of the guide apparatus 1 and intersecting the casing 3 along the base line of the inclined blades, the radius R of such cylinders is greater than the radius of the casing 3, and the axis AA is offset relative to the axis of the guide apparatus 1. The surfaces of the blades can be are formed by both fragments of the surface of one cylinder and conjugate fragments of several cylinders, in the latter case, the radius of the conjugate cylindrical surfaces can both increase along the flow, and decrease. The angle α between the tangent to the beginning of the blade 7 and the axis of the apparatus is 30-50 ° (figure 1).

Соседние лопатки расположены с перекрытием (фиг.1, 2, 4). В области перекрытия расстояния L₁, L₂ (фиг.2) между наклонными лопатками в горизонтальных сечениях и расстояния (фиг.4) в вертикальных сечениях могут быть постоянными L₁=L₂ или увеличиваться по ходу движения жидкости L₂>L₁.Neighboring blades are located with overlap (figure 1, 2, 4). In the overlapping area, the distances L ₁ , L ₂ (FIG. 2) between the inclined blades in horizontal sections and the distances (FIG. 4) in vertical sections can be constant L ₁ = L ₂ or increase along the direction of the fluid L ₂ > L ₁ .

Наклонные лопатки 7 могут быть изготовлены следующим образом. На плоской поверхности вокруг кольца 11, наружный диаметр которого вписывается во внутренний диаметр цилиндрического корпуса 3, наносят контуры лопаток 7, например, таким образом, чтобы их наружные концы сходились в центре кольца 11 (фиг.3). После вырезки лопатки 7 отгибают, совмещая их наружную грань 12 с контуром выреза 13, и наклоняют в одну сторону с изгибом, создающим цилиндрический профиль (фиг.4). Полученную конструкцию вставляют в корпус 3 и наружную поверхность лопаток 7 плотно совмещают с внутренней боковой поверхностью корпуса 3 и соединяют с помощью, например, шликерного спекания.Inclined blades 7 can be made as follows. On the flat surface around the ring 11, the outer diameter of which fits into the inner diameter of the cylindrical body 3, the contours of the blades 7 are applied, for example, so that their outer ends converge in the center of the ring 11 (figure 3). After cutting, the blades 7 are bent, combining their outer face 12 with the contour of the cutout 13, and tilted to one side with a bend that creates a cylindrical profile (figure 4). The resulting structure is inserted into the casing 3 and the outer surface of the blades 7 is tightly aligned with the inner side surface of the casing 3 and connected using, for example, slip sintering.

Направляющий аппарат 1 работает следующим образом. Поток перекачиваемой жидкости, выходя из рабочего колеса 2, попадает в каналы между наклонными лопатками 7. Далее жидкость поступает на периферийную часть обратных каналов верхнего НА 1, перемещается в радиальном направлении к центральной части и через кольцевую щель 14 поднимается на вход рабочего колеса 2 следующей ступени.Guide apparatus 1 operates as follows. The flow of pumped liquid, leaving the impeller 2, enters the channels between the inclined vanes 7. Next, the liquid enters the peripheral part of the return channels of the upper ON 1, moves radially to the central part and rises through the annular gap 14 to the inlet of the impeller 2 of the next stage .

Каналы между наклонными лопатками 7 выполняют функцию диффузора, поэтому по ходу движения жидкости между лопатками скорость движения потока падает, а давление (напор) увеличивается. Цилиндрический экран предотвращает перетоки между соседними каналами (из конца одного канала в начало следующего), возможные из-за возникающих перепадов давления между ними.The channels between the inclined blades 7 perform the function of a diffuser, therefore, in the direction of the fluid between the blades, the flow velocity decreases, and the pressure (pressure) increases. The cylindrical screen prevents overflows between adjacent channels (from the end of one channel to the beginning of the next), which are possible due to pressure drops between them.

Предлагаемая конструкция обеспечивает минимум гидравлических потерь и позволяет увеличить напор за счет стабилизации потока рабочей жидкости между ступенями.The proposed design provides a minimum of hydraulic losses and allows to increase the pressure due to the stabilization of the flow of the working fluid between the stages.

Claims

1. The guide apparatus of a multistage centrifugal pump, comprising a cylindrical body, upper and lower disks and vanes between them, forming return channels, characterized in that the guide apparatus is additionally equipped with inclined vanes mounted on the inner side surface of the housing, and a cylindrical screen located between the upper part of the inclined blades and the lower disk of the next guide vane.

2. The guide apparatus according to claim 1, characterized in that the adjacent inclined vanes are located with overlap, and the distance between the inclined vanes in the ceilings in the direction of the fluid is constant or increasing.

3. The guiding apparatus according to claim 1, characterized in that the inclined blades are bent so that the convexity of the blades in horizontal sections is directed from the center.

4. The guide apparatus according to claim 1, characterized in that the inclined blades are installed with the formation in the meridional sections of the angle with the axis of the apparatus equal to 30-50 °.

5. The guide apparatus according to claim 1, characterized in that the inclined blades are made with cylindrical side surfaces, the radius of which exceeds the radius of the inner side surface of the housing, and the axis is offset from the axis of the apparatus and oriented to it at an acute angle.

6. The guiding apparatus according to claim 1, characterized in that the sides of the inclined blades are formed of mating cylindrical surfaces with a radius increasing or decreasing along the flow direction.

7. The guide apparatus according to claim 1, characterized in that the inclined blades are made by cutting along the contours previously formed on a flat surface around a ring having an outer diameter equal to the inner diameter of the casing, followed by bending and deformation, giving the blades the necessary profile and position in space, providing a tight fit with the inner side surface of the housing, with the contours formed inside or outside the ring.