RU2468259C1

RU2468259C1 - Radial guide vane

Info

Publication number: RU2468259C1
Application number: RU2011127620/06A
Authority: RU
Inventors: Виктор Григорьевич Гилев; Александр Исаакович Рабинович
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь"
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2012-11-27

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: radial guide vane included in multi-stage pump is designed for well oil production and for water supply to productive oil-bearing formation to maintain and increase the formation pressure in it. Guide vane consists of lower disc having impeller cavity, upper disc and vanes arranged between those discs and forming return channels. On upper side of lower disc there are spiral grooves shaped as to thickness, in which projections shaped as to height and made on lower side of upper disc are arranged. Transition channels are shaped between upper surfaces of projections and spiral inclined surface of the bottom of grooves. Around the cavity in lower disc there formed are spiral branch pieces, which are adjacent to spiral grooves along the place of end faces with formation of a through rectangular hole. Besides, lower edge of projection shaped as to height is combined with upper edge of rectangular hole.

EFFECT: invention provides the possibility of manufacturing radial guide vanes using high-capacity casting methods.

6 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области насосостроения и, прежде всего, к многоступенчатым насосам, используемым для добычи нефти из скважин с высоким содержанием газа в пластовой жидкости, а также 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, above all, to multi-stage pumps used for oil production from wells with a high gas content in the reservoir fluid, as well as for supplying water to a productive oil reservoir to maintain and increase reservoir pressure in it.

Известна ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, состоящая из рабочего колеса с лопатками, размещенными между основным и покрывным дисками, формирующими проточную часть рабочего колеса, и направляющего аппарата с лопастями, размещенными между верхним и нижним дисками, формирующими проточную часть направляющего аппарата (см., например, В.Н.Ивановский и др. «Оборудование для добычи нефти и газа», М.: ГУП, изд-во «Нефть и газ» РГУ Нефти и газа им. И.М.Губкина, 2002, ч.1, стр.356-360, рис.5.5).A step of a submersible multistage centrifugal pump is known, consisting of an impeller with blades located between the main and cover disks forming the flow part of the impeller, and a guide apparatus with blades located between the upper and lower disks forming the flow part of the guide apparatus (see, for example , V.N. Ivanovsky and others. “Equipment for oil and gas production”, M .: State Unitary Enterprise, publishing house “Oil and Gas” of the Russian State University of Oil and Gas named after IM Gubkin, 2002, part 1, p. .356-360, Fig. 5.5).

Недостатком известной ступени является низкое значение напора при работе на газожидкостной смеси, связанное с наличием в направляющем аппарате кольцевой безлопаточной камеры.A disadvantage of the known stage is the low pressure value when working on a gas-liquid mixture, associated with the presence in the guide apparatus of an annular bezelless chamber.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является радиальный направляющий аппарат (НА) многоступенчатого погружного насоса, состоящий из корпуса с верхним диском и нижнего диска, имеющего с нижней стороны полость для рабочего колеса, ограниченную буртиком, в котором сформированы спиральные отводы и диффузорные каналы, переходящие на боковой поверхности в переводные каналы и далее в обратные каналы на верхней поверхности. Обратные каналы образованы между лопатками на верхней стороне нижнего диска НА и верхним диском. Переводные каналы сформированы выемкой, выполненной на боковой поверхности нижнего диска и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса (см. например, Богданов А.А. Центробежные погружные электронасосы для добычи нефти. М.: Недра, 1968. С.48-49, фиг.32).The closest technical solution to the claimed one is a radial guiding apparatus (ON) of a multi-stage submersible pump, consisting of a housing with an upper disk and a lower disk having a cavity for the impeller on the lower side, bounded by a shoulder in which spiral bends and diffuser channels are formed, passing to the lateral surface into the transfer channels and further into the return channels on the upper surface. Return channels are formed between the blades on the upper side of the lower disk HA and the upper disk. The transfer channels are formed by a recess made on the side surface of the lower disk and the inner cylindrical surface of the housing (see, for example, A. A. Bogdanov, Centrifugal submersible electric pumps for oil production. M: Nedra, 1968. P. 48-49, Fig. 32) .

Недостатком известной ступени является достаточно сложная форма нижнего диска и возможность ее изготовления только методами литья в формы, по удаляемым моделям, что удорожает стоимость изготовления.A disadvantage of the known step is the rather complex shape of the lower disk and the possibility of its manufacture only by casting, using removable models, which increases the cost of manufacturing.

Предлагаемое изобретение обеспечивает возможность изготовления радиальных направляющих аппаратов высокопроизводительными методами литья, такими как литье под давлением или штамповка жидкого металла (пластмассы).The present invention provides the ability to manufacture radial guide vanes with high-performance casting methods, such as injection molding or stamping of molten metal (plastic).

Указанный технический результат достигается тем, что в радиальном направляющем аппарате, состоящим из нижнего диска, имеющего полость для рабочего колеса, спиральные отводы и переводные каналы, верхнего диска и размещенных между дисками лопаток, образующих обратные каналы, согласно изобретению, переводные каналы сформированы с помощью спиральных профилированных по глубине выемок, выполненных в нижнем диске с верхней стороны, и профилированных по высоте выступов на нижней стороне верхнего диска, размещенных в спиральных выемках, спиральные выемки и спиральные отводы состыкованы по плоскости торцевых граней с образованием сквозного прямоугольного отверстия, при этом нижняя кромка профилированного по высоте выступа совмещена с верхней кромкой прямоугольного отверстия.The specified technical result is achieved by the fact that in the radial guide apparatus consisting of a lower disk having a cavity for the impeller, spiral bends and transfer channels, an upper disk and blades arranged between the disks forming return channels, according to the invention, the transfer channels are formed using spiral profiled in depth of the grooves made in the lower disk from the upper side, and profiled in height of the protrusions on the lower side of the upper disk, placed in spiral grooves, spiral nye recesses and spiral bends are joined along the plane of the end faces to form a rectangular through-hole, the lower edge profiled protrusion height is aligned with the top edge of the rectangular opening.

Основное отличие заявляемой конструкции от аналогов заключается в том, что спирально-наклонные переводные каналы формируются между профилированными спирально-наклонными поверхностями выступов на нижней поверхности верхнего диска и аналогичными профилированными спирально-наклонными поверхностями дна выемок на верхней поверхности нижнего диска.The main difference of the claimed design from analogues is that the spiral-inclined transfer channels are formed between the profiled spiral-inclined surfaces of the protrusions on the lower surface of the upper disk and the similar profiled spiral-inclined surfaces of the bottom of the recesses on the upper surface of the lower disk.

Направляющий аппарат изготавливается из двух деталей, имеющих фигурные выемки и выступы, которые при сборке образуют переводные каналы, а полость под рабочее колесо, спиральные выходы, диффузорные каналы и обратные каналы формируются простыми впадинами и выступами в этих деталях.The guiding apparatus is made of two parts having curly indentations and protrusions, which, when assembled, form transfer channels, and the cavity for the impeller, spiral outlets, diffuser channels and return channels are formed by simple cavities and protrusions in these parts.

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами.The invention is illustrated by the following drawings.

На фиг.1 показан продольный разрез сборки ступени с заявляемым направляющим аппаратом, разрез по А-А, фиг.2; на фиг.2 - направляющий аппарат с рабочим колесом, вид снизу; на фиг.3 - нижний диск направляющего аппарата заявляемой ступени, вид снизу под углом; на фиг.4 - то же, вид сверху под углом; на фиг.5 - конструкция верхнего диска направляющего аппарата, вид снизу; на фиг.6 - то же, вид сверху.In Fig.1 shows a longitudinal section of the Assembly of the stage with the inventive guide apparatus, a section along aa, Fig.2; figure 2 is a guide apparatus with an impeller, a bottom view; figure 3 - the lower disk of the guide apparatus of the inventive step, bottom view at an angle; figure 4 is the same, a top view at an angle; figure 5 - design of the upper disk of the guide apparatus, bottom view; figure 6 is the same, top view.

Направляющий аппарат состоит из нижнего диска 1 и верхнего диска 2 (фиг.1). Нижний диск 1 имеет с нижней стороны полость 3 для рабочего колеса 4, насаженного на вал 5. Полость 3 ограничена буртиком 6 (фиг.1-3), в котором с равным шагом по окружности сформированы спиральные отводы 7 (фиг.2-3), переходящие в спиральные профилированные по глубине выемки 8, выполненные на верхней стороне нижнего диска 1 (фиг.4). Спиральные отводы 7 и выемки 8 соединены через прямоугольные отверстия 9, образованные путем совмещения плоскостей и перекрытия торцевых граней спиральных отводов 10 (фиг.3) и выемок 11 (фиг.4). При этом наклонная поверхность дна выемок 8 служит нижней спирально-наклонной поверхностью переводного канала.The guide apparatus consists of a lower disk 1 and an upper disk 2 (Fig. 1). The lower disk 1 has a cavity 3 on the lower side for the impeller 4 mounted on the shaft 5. The cavity 3 is bounded by a shoulder 6 (Figs. 1-3), in which spiral bends 7 are formed with equal pitch around the circumference (Figs. 2-3) turning into spiral profiled 8 recesses 8, made on the upper side of the lower disk 1 (figure 4). Spiral bends 7 and recesses 8 are connected through rectangular openings 9 formed by combining planes and overlapping end faces of spiral bends 10 (FIG. 3) and recesses 11 (FIG. 4). While the inclined surface of the bottom of the recesses 8 serves as the lower spiral-inclined surface of the transfer channel.

Для обеспечения соосности и концентричности дисков внутри одной ступени нижние диски 1 имеют периферийные кольцевые выступы 12, входящие в ответные периферийные впадины 13 верхних дисков 2 (фиг.1). Для обеспечения соосности и концентричности дисков соседних ступеней, верхние диски 1 снабжены периферийными кольцевыми выступами 14, которые входят в ответные периферийные впадины 15 нижних дисков 2, но уже следующей ступени. Кольцевой выступ 16 (фиг.1, 3) нижнего диска является опорой для шайбы 17 рабочего колеса 4. Верхний диск 2 (фиг.5-6) имеет на нижней стороне лопатки 18, между которыми образованы обратные каналы 19, и четырехгранные профилированные по высоте выступы 20, переходящие во впадины 21 с общей наклонно-спиральной поверхностью, которая формирует верхнюю поверхность спирально-наклонного переводного канала направляющего аппарата. С верхней стороны имеются выступы 22, которые при сборке насоса входят в спиральные отводы 7 нижнего диска 1 следующей ступени и служат для ограничения полости спиральных отводов с нижней стороны.To ensure alignment and concentricity of the disks inside one stage, the lower disks 1 have peripheral annular protrusions 12 included in the mating peripheral depressions 13 of the upper disks 2 (Fig. 1). To ensure coaxiality and concentricity of the disks of adjacent steps, the upper disks 1 are equipped with peripheral annular protrusions 14, which are included in the mating peripheral depressions 15 of the lower disks 2, but of the next stage. The annular protrusion 16 (Fig.1, 3) of the lower disk is a support for the washer 17 of the impeller 4. The upper disk 2 (Fig.5-6) has on the lower side of the blade 18, between which the return channels 19 are formed, and tetrahedral profiled in height protrusions 20, passing into the troughs 21 with a common oblique-spiral surface, which forms the upper surface of the spiral-inclined transfer channel of the guide apparatus. On the upper side there are protrusions 22, which, when assembling the pump, enter the spiral branches 7 of the lower disk 1 of the next stage and serve to limit the cavity of the spiral branches from the lower side.

На верхней поверхности верхнего диска 2 выполнены центральные кольцевые выступы 23 (фиг.1, 6), на которые через шайбы 24 опираются рабочие колеса 4, и периферийный кольцевой выступ 14, имеющий ответное кольцевое углубление 15 в нижнем диске 1 для обеспечения соосности стыковки между ступенями (фиг.1).On the upper surface of the upper disk 2, central annular protrusions 23 are made (FIGS. 1, 6), on which the impellers 4 are supported through washers 24, and a peripheral annular protrusion 14 having a mating annular recess 15 in the lower disk 1 to ensure alignment of the joint between the steps (figure 1).

Для обеспечения фиксации, предотвращающей поворот дисков относительно друг друга вокруг оси, на верхней стороне нижнего диска 1 выполнены выступы 25, например, цилиндрической формы, которые при сборке входят в размещенные на верхнем диске 2 углубления 26 (фиг.4, 5). А поворот между соседними ступенями предотвращается с помощью выступов 27 на верхней стороне верхнего диска 2 (фиг.6) и ответных углублений 28 на буртике 6 нижнего диска следующей ступени (фиг.3).To ensure a fixation that prevents rotation of the disks relative to each other around the axis, protrusions 25, for example, of a cylindrical shape, which during assembly are included in the recesses 26 located on the upper disk 2, are made on the upper side of the lower disk 1 (Figs. 4, 5). And the rotation between adjacent steps is prevented by the protrusions 27 on the upper side of the upper disk 2 (Fig.6) and the counter recesses 28 on the shoulder 6 of the lower disk of the next stage (Fig.3).

Втулка 29 в предпочтительном исполнении крепится к нижнему диску 1 (фиг.4) и вместе с защитной втулкой 30 рабочего колеса 4 образует радиальный подшипник ступени. Как вариант втулка может крепиться и на верхнем диске 2, но в этом случае возникает необходимость в выполнении дополнительных отверстий и перемычек, что затруднит изготовление.The sleeve 29 in the preferred embodiment is attached to the lower disk 1 (figure 4) and together with the protective sleeve 30 of the impeller 4 forms a radial stage bearing. Alternatively, the sleeve can be mounted on the upper disk 2, but in this case there is a need to make additional holes and jumpers, which will complicate the manufacture.

При сборке направляющего аппарата выступы 20 верхнего диска 2 входят в выемки 8 нижнего диска 1, а выступы 25 - в углубления 26, кольцевые выступы 12 совмещаются с впадинами 13. Торцевая грань 31 выступа 20 (фиг.5) верхнего диска 2 совмещается при этом с торцевой гранью 11 выемки 8 (фиг.4) нижнего диска 1, при этом нижняя кромка 32 выступа 20 совпадает с верхней кромкой 33 прямоугольного отверстия 9. В результате образуется плавный переход из спирального отвода 7 в спирально наклонный переводной канал, ограниченный верхней поверхностью выступа 20, нижней поверхностью выемки 8, а также цилиндрическими боковыми поверхностями выемки 8. Торцевые грани 31 и 10, а также цилиндрические поверхности выступов 20 и выемок 8 стыкуются с точностью до технических допусков. Аналогичные условия соблюдаются при стыковке выступов 22 и спиральных отводов 7. Спирально наклонные переводные каналы соединены с обратными каналами 19.When assembling the guide apparatus, the protrusions 20 of the upper disk 2 enter the recesses 8 of the lower disk 1, and the protrusions 25 enter the recesses 26, the annular protrusions 12 are aligned with the depressions 13. The end face 31 of the protrusion 20 (Fig. 5) of the upper disk 2 is aligned the end face 11 of the recess 8 (figure 4) of the lower disk 1, while the lower edge 32 of the protrusion 20 coincides with the upper edge 33 of the rectangular hole 9. As a result, a smooth transition is formed from the spiral outlet 7 to the spiral inclined transfer channel bounded by the upper surface of the protrusion 20 bottom on top awn recess 8 and the lateral cylindrical surface of the recess 8. The end faces 31 and 10 and the cylindrical surface of the projections 20 and the recesses 8 are joined to the nearest technical tolerances. Similar conditions are observed when joining the protrusions 22 and spiral branches 7. Spiral inclined transfer channels are connected to the return channels 19.

Выступы 22 верхнего диска 2 нижней ступени размещаются в спиральных отводах 7 нижнего диска 1 верхней ступени, кольцевые выступы 14 совмещаются с впадинами 15, а выступы 27 входят в углубления 28.The protrusions 22 of the upper disk 2 of the lower stage are located in the spiral bends 7 of the lower disk 1 of the upper stage, the annular protrusions 14 are aligned with the depressions 15, and the protrusions 27 are included in the recesses 28.

Направляющий аппарат работает следующим образом.Guide apparatus operates as follows.

Перекачиваемая среда с поверхности рабочего колеса 4 попадает в спиральные отводы 7 нижнего диска 1 и через отверстия 9 поступает в переводные каналы и далее в обратные каналы 19 на нижней стороне верхнего диска 2, выходят из ступени через радиальный зазор между втулкой 29 и кромкой центрального отверстия в верхнем диске 2, после чего попадают во вход рабочего колеса 4 следующей ступени. Переводные каналы сформированы с увеличивающимся по ходу движения перекачиваемой среды сечением, поэтому они одновременно выполняют роль диффузорных каналов.The pumped medium from the surface of the impeller 4 enters the spiral branches 7 of the lower disk 1 and through the openings 9 enters the transfer channels and then into the return channels 19 on the lower side of the upper disk 2, exit the stage through the radial clearance between the sleeve 29 and the edge of the central hole in the upper disk 2, after which they enter the input of the impeller 4 of the next stage. Transfer channels are formed with a cross section increasing along the pumped medium, therefore, they simultaneously serve as diffuser channels.

Предлагаемая конструкция направляющего аппарата может быть изготовлена штампованием из алюминиевых сплавов или литьем под давлением с последующим покрытием оксидным износостойким покрытием по технологии микродугового оксидирования. При повышении стойкости материалов пресс-инструмента возможна также штамповка по подобной методике элементов заявляемого направляющего аппарата из чугунов. При соблюдении технологии производства дальнейшей мехобработки заготовок не потребуется, так как литье обеспечивает точность, возможность формовать тонкие детали со сложным рельефом поверхности при удовлетворительной чистоте поверхности.The proposed design of the guide apparatus can be made by stamping from aluminum alloys or by injection molding, followed by coating with an wear-resistant oxide coating using microarc oxidation technology. When increasing the durability of the materials of the press tool, stamping by a similar technique of the elements of the inventive cast iron guide apparatus is also possible. Subject to the production technology, further machining of the workpieces is not required, since casting provides accuracy, the ability to form thin parts with a complex surface topography with a satisfactory surface finish.

Claims

A radial guide apparatus, consisting of a lower disk having a cavity for the impeller, spiral bends and transfer channels of the upper disk, and blades arranged between the disks forming return channels, characterized in that the transfer channels are formed using spiral depth-shaped recesses made in the lower disk from the upper side, and the height-profiled protrusions on the lower side of the upper disk placed in spiral grooves, spiral grooves and spiral bends are joined along the plane the end faces to form a rectangular through-hole, the lower edge profiled protrusion height is aligned with the top edge of the rectangular opening.