RU2531487C1 - Stage of centrifugal well pump - Google Patents
Stage of centrifugal well pump Download PDFInfo
- Publication number
- RU2531487C1 RU2531487C1 RU2013130645/06A RU2013130645A RU2531487C1 RU 2531487 C1 RU2531487 C1 RU 2531487C1 RU 2013130645/06 A RU2013130645/06 A RU 2013130645/06A RU 2013130645 A RU2013130645 A RU 2013130645A RU 2531487 C1 RU2531487 C1 RU 2531487C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channels
- recesses
- total area
- impeller
- glass
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в погружных многоступенчатых центробежных скважинных насосах для добычи нефти из скважин с высоким содержанием солей, свободного газа и механических примесей.The invention relates to petroleum engineering and can be used in submersible multistage centrifugal borehole pumps for oil production from wells with a high content of salts, free gas and mechanical impurities.
Погружные центробежные насосы, как правило, содержат одну или несколько насосных секций. Насосная секция такого насоса состоит из корпуса, в котором установлены направляющие аппараты и вал с рабочими колесами (Чичеров Л.Г. и др. Расчет и конструирование нефтепромыслового оборудования. Москва, Недра, 1987). При этом в процесс эксплуатации проходные каналы рабочих колес и направляющих аппаратов забиваются механическими примесями, особенно первых ступеней, что является причиной срыва потока насоса, износа щелевых уплотнений, повышенной вибрации и, как следствие, выхода насоса из строя. Кроме того, элементы насоса подвергаются воздействию агрессивной среды, в результате чего металлические детали подвержены коррозии. Взаимодействие пар трения в агрессивной среде скважины, в которой присутствуют взвешенные механические частицы, приводит к их интенсивному изнашиванию.Submersible centrifugal pumps typically contain one or more pump sections. The pump section of such a pump consists of a housing in which guide devices and a shaft with impellers are installed (L. Chicherov et al. Calculation and design of oilfield equipment. Moscow, Nedra, 1987). Moreover, in the process of operation, the passage channels of the impellers and guide vanes are clogged with mechanical impurities, especially of the first stages, which causes a disruption of the pump flow, wear of gap seals, increased vibration and, as a consequence, failure of the pump. In addition, the pump elements are exposed to an aggressive environment, as a result of which metal parts are subject to corrosion. The interaction of friction pairs in an aggressive well environment in which suspended mechanical particles are present leads to their intensive wear.
Известен многоступенчатый центробежный скважинный насос для откачки пластовой жидкости из нефтяных скважин. Каждая ступень такого насоса содержит рабочее колесо закрытого типа и направляющий аппарат с лопатками, выступающими за диаметральный размер наружной крышки аппарата. Рабочее колесо ступени имеет спрофилированные лопатки между ведущим и ведомым дисками (Богданов Н.А. Погружные центробежные насосы для добычи нефти. Москва, Недра, 1968, с.38-50).Known multistage centrifugal borehole pump for pumping formation fluid from oil wells. Each stage of such a pump contains a closed impeller and a guiding apparatus with blades protruding beyond the diametrical size of the outer cover of the apparatus. The impeller of the stage has profiled blades between the driving and driven disks (Bogdanov N.A. Submersible centrifugal pumps for oil production. Moscow, Nedra, 1968, p. 38-50).
Известна ступень многоступенчатого центробежного насоса (патент РФ №2220327, МПК F04D 29/02, 27.12.2003), содержащая направляющий аппарат и рабочее колесо, выполненное в виде единого целого с втулкой, внешняя цилиндрическая поверхность которой образует пару трения с соответствующей внутренней цилиндрической поверхностью направляющего аппарата. Одна из деталей, поверхности которых образуют упомянутую пару трения, выполнена из спеченного пористого металлического материала, а вторая деталь выполнена из литейного чугуна нирезиста, при этом, по меньшей мере, часть детали из спеченного пористого металлического материала пропитана сплавом с высоким содержанием меди.Known stage multistage centrifugal pump (RF patent No. 2220327, IPC F04D 29/02, 12/27/2003), containing a guide apparatus and impeller, made as a unit with the sleeve, the outer cylindrical surface of which forms a friction pair with the corresponding inner cylindrical surface of the guide apparatus. One of the parts whose surfaces form the aforementioned friction pair is made of sintered porous metal material, and the second part is made of nresist cast iron, while at least a part of the sintered porous metal material is impregnated with a high copper alloy.
Недостатками известного насоса (патент РФ №2220327, МПК F04D 29/02, 27.12.2003) является значительная трудоемкость и высокая стоимость его изготовления при низкой коррозионной и износостойкости, а также значительный вес деталей, выполненных методами спекания и литья.The disadvantages of the known pump (RF patent No. 2220327, IPC F04D 29/02, 12/27/2003) are the significant complexity and high cost of its manufacture with low corrosion and wear resistance, as well as the significant weight of parts made by sintering and casting methods.
Наиболее близким аналогом является ступень погружного центробежного насоса (патент РФ № 2274769, МПК F04D 13/10, F04D 29/02, СТУПЕНЬ ПОГРУЖНОГО МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА. 20.04.2006). Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса содержит рабочее колесо с втулкой и направляющий аппарат, состоящий из стакана, верхнего диска, втулки, нижнего диска (крышки) и лопастей, где рабочее колесо с втулкой выполнены из пластмассы, например из полиамида с наполнителем. Лопасти и втулка расположены на отдельной планшайбе, закрепленной на верхнем диске, а нижний диск выполнен в виде крышки, при этом планшайба лопасти и нижний диск выполнены из пластмассы.The closest analogue is the submersible centrifugal pump stage (RF patent No. 2274769, IPC F04D 13/10, F04D 29/02, STEP OF A SUBMERSIBLE MULTI-STAGE CENTRIFUGAL PUMP. 04/20/2006). The step of a submersible multistage centrifugal pump contains an impeller with a sleeve and a guiding apparatus consisting of a glass, an upper disk, a sleeve, a lower disk (cover) and vanes, where the impeller with a sleeve is made of plastic, for example, polyamide with a filler. The blades and the sleeve are located on a separate faceplate mounted on the upper disk, and the lower disk is made in the form of a cover, while the blade faceplate and the lower disk are made of plastic.
Однако использование металлического стакана направляющего аппарата делает конструкцию металлоемкой и подверженной коррозионному износу. Кроме того, в процессе эксплуатации перекачиваемая жидкость, содержащая механические примеси, приводит к интенсивному абразивному износу деталей насоса, а также скоплению примесей во внутренних в полостях насоса.However, the use of a metal cup of the guide apparatus makes the structure metal-intensive and susceptible to corrosion wear. In addition, during operation, the pumped liquid containing mechanical impurities leads to intense abrasive wear of the pump parts, as well as the accumulation of impurities in the internal cavities of the pump.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание такой ступени погружного насоса, который позволил бы с наименьшими экономическими затратами производить и эксплуатировать погружные центробежные насосы в условиях работы в скважинах с высоким содержанием минеральных солей, механических и абразивных примесей в пластовой жидкости за счет изготовления элементов насоса пониженной массой, обеспечивающих требуемые эксплуатационные свойства насосов.The problem to which the invention is directed, is the creation of such a submersible pump stage, which would allow producing and operating submersible centrifugal pumps with the lowest economic costs under conditions of work in wells with a high content of mineral salts, mechanical and abrasive impurities in the formation fluid due to the manufacture elements of the pump with low weight, providing the required operational properties of the pumps.
Таким образом, техническим результатом изобретения является уменьшение массы изделия и повышение надежности его работы.Thus, the technical result of the invention is to reduce the mass of the product and increase the reliability of its operation.
Технический результат достигается за счет того, что ступень центробежного скважинного насоса, содержащая рабочее колесо со ступицей и направляющий аппарат, состоящий из стакана, верхнего диска с осевой опорой, нижнего диска и лопаток, в отличие от прототипа стакан и верхний диск направляющего аппарата выполнены из полимерного материала и армированы перфорированным металлическим каркасом, соответствующим по форме и размерам стакану и верхнему диску направляющего аппарата и обеспечивающим жесткость стакана и прочность соединения стакана с верхним диском направляющего аппарата, причем перфорированный каркас расположен либо на внешней стороне стакана либо на внешней стороне стакана и во внутренней части верхнего диска, внутренняя сторона стакана покрыта полимерным материалом, а на внешней стороне или на торце стакана выполнена, по крайней мере, одна круговая канавка, обеспечивающая возможность расположения в ней уплотнительного кольца.The technical result is achieved due to the fact that the stage of the centrifugal borehole pump containing the impeller with a hub and a guiding apparatus, consisting of a glass, an upper disk with an axial support, a lower disk and vanes, in contrast to the prototype, the glass and the upper disk of the guide device are made of polymer material and reinforced with a perforated metal frame corresponding to the shape and size of the glass and the upper disk of the guide apparatus and ensuring the rigidity of the glass and the strength of the connection of the stack on with the upper disk of the guide apparatus, the perforated frame located either on the outside of the cup or on the outside of the cup and in the inner part of the upper disc, the inner side of the cup is coated with a polymer material, and at least one is made on the outside or on the end of the cup A circular groove allowing the sealing ring to be located in it.
Технический результат достигается также за счет того, что в ступени центробежного скважинного насоса могут быть реализованы следующие варианты: верхний диск направляющего аппарата с осевой опорой выполнены монолитно со стаканом, перфорации каркаса заполнены полимером, нижний диск и лопатки направляющего аппарата, а также рабочее колесо изготовлены из полимерного материала, причем в качестве металла каркаса используется нержавеющая или легированная сталь и по крайней мере одна сопрягаемая пара трения насоса выполнена в виде пары трения «полимер-металл»; в качестве полимерного материала используются композиции на основе полифениленсульфида; металлический каркас выполнен гофрированным, а гофры выполнены только в части металлического каркаса, находящегося в стакане, причем они выполнены в продольном направлении; по крайней мере, в одной осевой опоре рабочего колеса выполнены равномерно расположенные по поверхности дополнительные лопатки, углубления и/или каналы и, по крайней мере, один из каналов открыт с внешней стороны, причем глубина углублении и каналов составляет от 0,8 до 2,5 мм, а их общая площадь величину от 10 до 50% от общей площади сопрягаемой пары трения; по крайней мере, в одной осевой опоре направляющего аппарата выполнены равномерно расположенные по поверхности углубления и/или каналы и, по крайней мере, один из каналов открыт с внешней стороны, причем глубина углублений и каналов составляет от 0,8 до 2,5 мм, а их общая площадь величину от 10 до 50% от общей площади сопрягаемой пары трения; на верхнем диске направляющего аппарата со стороны рабочего колеса выполнены равномерно расположенные по поверхности дополнительные лопатки и/или углубления и/или каналы, причем глубина углублении и каналов составляет от 0,8 до 2,5 мм, их общая площадь величину от 10 до 50% от общей площади сопрягаемой пары трения, а высота дополнительных лопаток составляет от 1 до 6 мм; на нижнем диске направляющего аппарата со стороны рабочего колеса выполнены равномерно расположенные по поверхности дополнительные лопатки и/или углубления, и/или каналы, причем глубина углублений и каналов составляет от 0,8 до 2,5 мм, а их общая площадь величину от 10 до 50% от общей площади сопрягаемой пары трения; по крайней мере, одна из поверхностей трения осевых опор колес выполнена с регулярным микрорельефом, в виде выпуклых шаровых сегментов пространство между которыми образует систему каналов, обеспечивающих удаление с поверхности трения чужеродных механических частиц.The technical result is also achieved due to the fact that the following options can be implemented in the centrifugal well pump stage: the upper disk of the guide apparatus with axial support is made in one piece with a glass, the perforations of the frame are filled with polymer, the lower disk and blades of the guide apparatus, as well as the impeller are made of polymer material, moreover, stainless or alloy steel is used as the metal of the frame, and at least one mating pair of friction of the pump is made in the form of a pair of ten oia "polymer-metal"; as a polymeric material, compositions based on polyphenylene sulfide are used; the metal frame is made corrugated, and the corrugations are made only in part of the metal frame located in the glass, and they are made in the longitudinal direction; at least one axial support of the impeller has additional blades, recesses and / or channels evenly spaced on the surface, and at least one of the channels is open from the outside, and the depth of the recess and channels is from 0.8 to 2, 5 mm, and their total area is from 10 to 50% of the total area of the mating friction pair; at least one axial support of the guide vane has recesses and / or channels evenly spaced on the surface and at least one of the channels is open from the outside, the depth of the recesses and channels being from 0.8 to 2.5 mm, and their total area is from 10 to 50% of the total area of the mating friction pair; additional blades and / or recesses and / or channels evenly spaced on the surface of the guide vane from the impeller side, the depth of the recess and channels being from 0.8 to 2.5 mm, their total area being from 10 to 50% from the total area of the mating friction pair, and the height of the additional blades is from 1 to 6 mm; additional vanes and / or recesses and / or channels evenly spaced on the surface of the guide vane from the impeller side, and the depth of the recesses and channels is from 0.8 to 2.5 mm, and their total area is from 10 to 50% of the total area of the mating friction pair; at least one of the friction surfaces of the axial bearings of the wheels is made with regular micro-relief, in the form of convex spherical segments, the space between which forms a system of channels that ensure the removal of foreign mechanical particles from the friction surface.
В процессе эксплуатации насоса стаканы его направляющего аппарата подвергаются воздействию осевых нагрузок, возникающих вследствие перепада давления. Поэтому в традиционных насосах для обеспечения необходимой прочности стаканы изготавливаются металлическими. Это приводит к их преждевременному разрушению из-за интенсивной коррозии. Это противоречие решается в предлагаемом техническом решении за счет того, что стакан и верхний диск направляющего аппарата выполнены армированными с расположенным внутри них перфорированным металлическим каркасом. При этом полимерная оболочка надежно защищает металлический каркас от коррозионного износа, а металлический каркас обеспечивает необходимую прочность и жесткость стакана, также прочность соединения стакана с верхним диском направляющего аппарата, поскольку в известных технических решениях (например, патент № РФ 2274769) верхний диск направляющего аппарата присоединяется к металлическому стакану, что приводит к возникновению дополнительного стыка на границе «стакан-верхний диск» или «металл-полимер», герметичность которого должна быть достаточно надежной. В предлагаемом же техническом решении стакан направляющего аппарата и верхний диск выполняются в виде одной детали из полимерного материала с армированием. Это позволяет, в частности, избежать дополнительного «проблемного» стыка в конструкции ступени насоса. Еще одним преимуществом выполнения композиционной детали, совмещающей достоинства металла и полимера в одной детали, является уменьшение веса конструкции и снижение стоимости наноса за счет экономии более дорогого материала (металла). При этом из полимерного материала могут быть изготовлены другие элементы и детали насоса, такие как рабочее колесо, элементы направляющего аппарата. Преимущество увеличения доли полимерного материала в конструкции насоса связана с меньшей плотностью этого материала по сравнению с металлом, низкой подверженностью коррозии, небольшой стоимостью и меньшей склонностью к отложению солей. В качестве полимерного материала могут быть использованы композиции на основе полифениленсульфида с армирующей фазой, например фортрон.During operation of the pump, the glasses of its guide vane are exposed to axial loads arising from the differential pressure. Therefore, in traditional pumps, glasses are made of metal to provide the necessary strength. This leads to their premature destruction due to intense corrosion. This contradiction is solved in the proposed technical solution due to the fact that the glass and the upper disk of the guide apparatus are made reinforced with a perforated metal frame located inside them. In this case, the polymer shell reliably protects the metal frame from corrosion wear, and the metal frame provides the necessary strength and rigidity of the glass, as well as the strength of the connection of the glass with the upper disk of the guide apparatus, since in the known technical solutions (for example, patent No. RF 2274769) the upper disk of the guide apparatus is attached to a metal cup, which leads to the appearance of an additional joint at the border "glass-top disk" or "metal-polymer", the tightness of which should be reliable enough. In the proposed technical solution, the glass of the guide apparatus and the upper disk are made in the form of a single part of a polymer material with reinforcement. This allows, in particular, to avoid an additional "problem" joint in the design of the pump stage. Another advantage of performing a composite part combining the advantages of metal and polymer in one part is the reduction in the weight of the structure and the reduction in the cost of deposit due to the saving of more expensive material (metal). In this case, other elements and details of the pump, such as an impeller, elements of a guide apparatus, can be made of a polymeric material. The advantage of increasing the proportion of polymer material in the pump design is associated with a lower density of this material compared to metal, low susceptibility to corrosion, low cost and less tendency to salt deposition. As the polymeric material, compositions based on polyphenylene sulfide with a reinforcing phase, for example, Fortron, can be used.
Выполнение всех сопрягаемых пар трения в виде пар трения системы «полимер-металл» позволяет значительно повысить работоспособность насоса, уменьшают риск схватывания и сварки пар трения. Результаты испытаний показали, что при значительных скоростях и нагрузках от 27 до 39% случается выход из строя насосов происходит за счет схватывания пар «полимер-полимер», тогда как при испытаниях в тех же условиях пар трения «полимер-металл» случаев схватывания не наблюдалось.The execution of all mating friction pairs in the form of friction pairs of the polymer-metal system can significantly increase the pump performance, reduce the risk of setting and welding friction pairs. The test results showed that at significant speeds and loads from 27 to 39% there is a failure of the pumps due to the setting of polymer-polymer pairs, whereas when testing under the same conditions of polymer-metal friction pairs, no cases of setting were observed .
Использование гофров в металлическом каркасе стакана позволяет уменьшить долю металла в композиционной детали при обеспечении той же жесткости конструкции. Перфорации в металлическом каркасе стакана позволяют сделать соединение металлического каркаса с полимерной оболочкой более надежным, поскольку полимерный материал пронизывает насквозь металлический каркас, через выполненные в нем перфорации.The use of corrugations in the metal frame of the glass allows to reduce the proportion of metal in the composite part while providing the same structural rigidity. Perforations in the metal frame of the glass make it possible to make the connection of the metal frame with the polymer shell more reliable, since the polymer material penetrates the metal frame through the perforations made therein.
Для обеспечения смазки и удаления механических примесей из зоны трения, по крайней мере, в одной из сопрягаемых пар трения выполнены равномерно расположенные по поверхности углубления и/или каналы, причем глубина углублений и каналов составляет от 0,8 до 2,5 мм. При изготовлении углублений или каналов меньше 0,8 мм ухудшается процесс удаления механических примесей (например, мелкого песка), а при увеличении углублений более 2,5 мм ухудшаются технические характеристики насоса. Форма поперечного сечения углублений и каналов должна обеспечивать выброс механических частиц из зоны трения и создавать эффект гидродинамического подшипника. При этом углубления могут располагаться по различной схеме, могут быть открытыми или закрытыми с внешней стороны. Каналы, как правило, имеют более разветвленное расположение на поверхности, могут пересекаться между собой, имеют более узкое сечение. Возможна комбинация углублений и каналов. В этом случае эффект удаления механических частиц связан с характером чередования и шагом расположения углублений и каналов. По сравнению с применением только углублений композиция «каналы-углубления» позволяет меньшее время механическим частицам находиться непосредственно в зоне контакта пары трения. Протяженные углубления и каналы в осевых опорах могут быть ориентированы как в радиальном направлении, так и может располагаться под углом от 10 до 80 градусов в прямом или обратном направлении. Общая площадь углублений или каналов может составлять величину от 10 до 50% от общей площади сопрягаемой пары трения. При величине, меньшей 10%, уменьшится эффект удаления механических частиц из зоны трения, а при большей возрастут контактные нагрузки на пару трения. По крайней мере, одна из поверхностей трения осевых опор колес может быть выполнена с регулярным микрорельефом в виде выпуклых шаровых сегментов, пространство между которыми образует систему каналов, обеспечивающих удаление с поверхности трения чужеродных механических частиц. Использование дополнительных лопаток наряду с углублениями позволяет предотвратить перемещения жидкости в областях между дисками рабочего колеса и соседними направляющими аппаратами.To ensure lubrication and removal of mechanical impurities from the friction zone, at least one of the mating friction pairs has recesses and / or channels evenly spaced on the surface, the depth of the recesses and channels being from 0.8 to 2.5 mm. In the manufacture of recesses or channels less than 0.8 mm, the process of removing mechanical impurities (for example, fine sand) deteriorates, and with an increase in recesses greater than 2.5 mm, the technical characteristics of the pump deteriorate. The cross-sectional shape of the recesses and channels should ensure the release of mechanical particles from the friction zone and create the effect of a hydrodynamic bearing. In this case, the recesses can be located in a different pattern, can be open or closed from the outside. Channels, as a rule, have a more branched arrangement on the surface, can intersect with each other, have a narrower section. A combination of recesses and channels is possible. In this case, the effect of removing mechanical particles is associated with the nature of the alternation and the pitch of the recesses and channels. Compared to using only recesses, the “channel-recess” composition allows shorter time for mechanical particles to be directly in the contact zone of the friction pair. Extended recesses and channels in the axial bearings can be oriented both in the radial direction and can be located at an angle of 10 to 80 degrees in the forward or reverse direction. The total area of the recesses or channels may be from 10 to 50% of the total area of the mating friction pair. With a value less than 10%, the effect of removing mechanical particles from the friction zone will decrease, and with a larger contact load on the friction pair will increase. At least one of the friction surfaces of the axial bearings of the wheels can be made with regular micro-relief in the form of convex spherical segments, the space between which forms a system of channels that ensure the removal of foreign mechanical particles from the friction surface. The use of additional blades along with recesses helps to prevent fluid movement in the areas between the impeller disks and adjacent guide vanes.
Сущность изобретения поясняется чертежами, выполненными в соответствии с изобретением. На фиг.1 изображен разрез ступени насоса. На фиг.2 - разрез двух соединенных ступеней насоса. На фиг.3 - узел А на фиг.2. На фиг.4 - вариант соединения стакана и верхнего диска направляющего аппарата. На фиг.5 - узел Б на фиг.4. На фиг.6 - вариант соединения стакана и верхнего диска направляющего аппарата с частичным армированием верхнего диска направляющего аппарата. На фиг.7 - то же, с глубоким армированием верхнего диска направляющего аппарата. На фиг.8 - узел В на фиг.7. На фиг.9 - то же, с канавкой для уплотнения. На фиг.10 - узел Г на фиг.9. На фиг.11 - направляющий аппарат, вид сверху, один из вариантов выполнения поверхностей сопрягаемых пар трения в виде регулярного микрорельефа. На фиг.12 - то же, вид сбоку. На фиг.13 - то же, вид снизу. На фиг.14 - то же, вид сверху в аксонометрии. На фиг.15 - то же, вид снизу в аксонометрии. На фиг.16 - направляющий аппарат, вид сверху, второй вариант выполнения поверхностей сопрягаемых пар трения в виде регулярного микрорельефа. На фиг.17 - то же, вид сбоку. На фиг.18 - то же, вид снизу. На фиг.19 - то же, вид сверху в аксонометрии. На фиг.20 - то же, вид снизу в аксонометрии. На фиг.21 - рабочее колесо, вид сверху, один из вариантов выполнения поверхностей сопрягаемых пар трения в виде углублений и/или каналов. На фиг.22 - то же, вид сбоку. На фиг.23 - то же, вид снизу. На фиг.24 - то же, вид сверху в аксонометрии. На фиг.25 - то же, вид снизу в аксонометрии. На фиг.26 - рабочее колесо, вид сверху, второй вариант выполнения поверхностей сопрягаемых пар трения в виде углублений и/или каналов. На фиг.27 - то же, вид сбоку. На фиг.28 - то же, вид снизу. На фиг.29 - то же, вид сверху в аксонометрии. На фиг.30 - то же, вид снизу в аксонометрии. На фиг.31 - рабочее колесо, вид сверху, один из вариантов выполнения поверхностей сопрягаемых пар трения в виде углублений и/или каналов и регулярного микрорельефа. На фиг.32 - то же, вид сбоку. На фиг.33 - то же, вид снизу. На фиг.34 - то же, вид сверху в аксонометрии. На фиг.35 - то же, вид снизу в аксонометрии. На фиг.36 - вариант выполнения перфорированного металлического каркаса цилиндра направляющего аппарата. На фиг.37 - направляющий аппарат, вид сверху, левая часть в аксонометрии. На фиг.38 - направляющий аппарат, вид сверху, правая часть в аксонометрии. На фиг.39 - ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса в аксонометрии. На фиг.40 - вариант выполнения перфорированного металлического каркаса цилиндра направляющего аппарата с загнутыми внутрь буртиком, вид сбоку. На фиг.41 - то же, вид сверху.The invention is illustrated by drawings made in accordance with the invention. Figure 1 shows a section of a pump stage. Figure 2 is a section of two connected pump stages. Figure 3 - node a in figure 2. Figure 4 - option for connecting the glass and the upper disk of the guide apparatus. In Fig.5 - node B in Fig.4. 6 is a variant of the connection of the glass and the upper disk of the guide apparatus with a partial reinforcement of the upper disk of the guide apparatus. In Fig.7 - the same, with deep reinforcement of the upper disk of the guide apparatus. On Fig - node In Fig.7. In Fig.9 - the same, with a groove for sealing. Figure 10 - node G in figure 9. Figure 11 is a guide apparatus, a top view, one of the embodiments of the surfaces of the mating friction pairs in the form of a regular microrelief. On Fig is the same side view. In Fig.13 is the same, bottom view. On Fig - the same, a top view in a perspective view. On Fig - the same, a bottom view in a perspective view. In Fig.16 is a guide apparatus, a top view, a second embodiment of the surfaces of the mating friction pairs in the form of a regular microrelief. On Fig is the same side view. On Fig - the same, bottom view. In Fig.19 is the same, a top view in a perspective view. In Fig.20 is the same, bottom view in a perspective view. On Fig - impeller, top view, one of the embodiments of the surfaces of the mating friction pairs in the form of recesses and / or channels. On Fig is the same side view. In Fig.23 is the same, bottom view. In Fig.24 is the same, a top view in a perspective view. On Fig - the same, a bottom view in a perspective view. On Fig - impeller, top view, the second embodiment of the surfaces of the mating friction pairs in the form of recesses and / or channels. On Fig is the same side view. On Fig - the same, bottom view. In Fig.29 is the same, a top view in a perspective view. On Fig - the same, a bottom view in a perspective view. On Fig - impeller, top view, one of the embodiments of the surfaces of the mating friction pairs in the form of recesses and / or channels and regular microrelief. On Fig is the same side view. On Fig - the same, bottom view. On Fig is the same, a top view in a perspective view. On Fig - the same, a bottom view in a perspective view. On Fig - an embodiment of a perforated metal frame of the cylinder of the guide apparatus. On Fig - guiding apparatus, a top view, the left part in a perspective view. In Fig.38 is a guide apparatus, a top view, the right part in a perspective view. On Fig - step submersible multistage centrifugal pump in a perspective view. On Fig - an embodiment of a perforated metal frame of the cylinder of the guide apparatus with the collar bent inward, side view. On Fig is the same, top view.
На фиг.1-41 использованы следующие обозначения элементов ступени центробежного скважинного насоса: 1 - стакан; 2 - рабочее колесо; 3 - ступица; 4 - ось насоса; 5 - металлический каркас; 6 - полимерный материал; 7 - направляющий аппарат; 8 - перфорации в металлическом каркасе; 9 - верхний диск направляющего аппарата; 10 - лопатки направляющего аппарата; 11 - нижний диск направляющего аппарата; 12 - ступица; 13 - осевая опора; 14 - лопатки рабочего колеса; 15 - ступень насоса; 16 - круговая канавка; 17 - регулярный микрорельеф; 18 - углубления; 19 - каналы; 20 - уплотнительное кольцо; 21 - стыковочное уплотнение (уплотнительное кольцо).Figure 1-41 used the following designation of the elements of the stage of a centrifugal well pump: 1 - glass; 2 - impeller; 3 - a nave; 4 - axis of the pump; 5 - metal frame; 6 - polymeric material; 7 - a directing apparatus; 8 - perforations in a metal frame; 9 - the upper disk of the guide apparatus; 10 - blades of the guide apparatus; 11 - the lower disk of the guide apparatus; 12 - a nave; 13 - axial support; 14 - blades of the impeller; 15 - pump stage; 16 - a circular groove; 17 - regular microrelief; 18 - recesses; 19 - channels; 20 - a sealing ring; 21 - docking seal (O-ring).
Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса содержит рабочее колесо 2 со ступицей 3 и лопастями 14, направляющий аппарат 7, состоящий из верхнего диска 9 с осевой опорой 13, стакана 1, нижнего диска 11 со ступицей 12, лопаток 10. Верхний диск 9 направляющего аппарата 7 с осевой опорой 13 изготовлен монолитно со стаканом 1 из полимерного материала 6. Верхний диск 9 направляющего аппарата 7 с осевой опорой 13 выполнены монолитно со стаканом 1. Стакан 1 выполнен из полимерного материала 6 с расположенным внутри него металлическим каркасом 5 (фиг.40-41), обеспечивающим жесткость стакана 1. Перфорированный металлический каркас 5 может быть расположен либо только на внешней стороне стакана 1 (фиг.4-5), либо на внешней стороне стакана 1 и во внутренней части верхнего диска 9 (фиг.1, фиг.6-8). Металлический каркас 5 выполнен с внешним диаметром цилиндрической части, равным внешнему диаметру стакана 1, и внутренним диаметром, большим внутреннего диаметра стакана 1. Металлический каркас 5 может быть выполнен с перфорациями 8 (фиг.36, фиг.40-41) в виде цилиндра (фиг.36) или цилиндра с загнутым вовнутрь буртиком (фиг.40-41), а также может быть гофрированным. Гофры металлического каркаса 5 выполняются в продольном направлении. Верхний диск 9 с осевой опорой 13, нижний диск 11 и лопатки 10 направляющего аппарата 7, а также рабочее колесо 2 изготовлены из полимерного материала, а в качестве металла каркаса 5 используется нержавеющая или легированная сталь. В качестве полимерного материала 6 используются композиции на основе полифениленсульфида. По крайней мере, одна сопрягаемая пара трения насоса выполнена в виде пары трения «полимер-металл».The submersible multistage centrifugal pump stage contains an
По крайней мере, в одной из сопрягаемых пар трения выполнены равномерно расположенные по поверхности углубления 18 и/или каналы, 19, и/или микрорельеф 17 (фиг.11-39), обеспечивающие эффект гидродинамического подшипника и выброс механических частиц из зоны трения. При этом углубления 18 могут быть открытыми или закрытыми с внешней стороны. Каналы 19 имеют более разветвленное расположение на поверхности, могут пересекаться между собой, имеют более узкое сечение. Возможна комбинация углублений 18 и каналов 19. В этом случае эффект удаления механических частиц связан с характером чередования и шагом расположения углублений и каналов. По сравнению с применением только углублений композиция «каналы-углубления» позволяет меньшее время механическим частицам находиться непосредственно в зоне контакта пары трения. По крайней мере, одна из поверхностей трения осевых опор 13 может быть выполнена с регулярным микрорельефом 17 в виде выпуклых шаровых сегментов, пространство между которыми образует систему каналов 19. На внешней стороне или на торце стакана 1 выполнена, по крайней мере, одна круговая канавка 16 (фиг.2-3 и фиг.9-10), обеспечивающая возможность расположения в ней уплотнительного кольца 20 или 21 (фиг.2-3).At least in one of the mating friction pairs,
Работа ступени осуществляется следующим образом (фиг.2). Перекачиваемая жидкость подводится через направляющий аппарат 7 предыдущей ступени. Она проходит через каналы рабочего колеса 2, образованные между его лопастями. Колесо приводится во вращение валом насоса через ступицу 3. Выбрасываясь из рабочего колеса 2, перекачиваемая жидкость поступает в каналы направляющего аппарата 7, образованные между лопатками 10. Пройдя через направляющий аппарат 7 со ступицей 12, жидкость направляется на вход рабочего колеса следующей ступени.The work of the stage is as follows (figure 2). The pumped liquid is supplied through the guide apparatus 7 of the previous stage. It passes through the channels of the
Пример. Были проведены сравнительные испытания двух партий насосов - по пять штук в каждой. Одна партия насосов была изготовлена согласно прототипу (патент РФ № 2274769), другая - согласно изобретению. Масса насоса, выполненного по изобретению, была меньше на 22% по сравнению с прототипом. Надежность работы, оцениваемая по длительности безотказной работы, у насосов по предлагаемому техническому решению была на 27-39% выше, чем у прототипа.Example. Comparative tests of two batches of pumps were carried out - five in each. One batch of pumps was made according to the prototype (RF patent No. 2274769), the other according to the invention. The mass of the pump made according to the invention was less by 22% compared with the prototype. The reliability of the work, estimated by the duration of uptime, for the pumps according to the proposed technical solution was 27-39% higher than that of the prototype.
Таким образом, ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, включающая следующие признаки: ступень центробежного скважинного насоса, содержащая рабочее колесо со ступицей и направляющий аппарат, состоящий из стакана, верхнего диска с осевой опорой, нижнего диска и лопаток; стакан и верхний диск направляющего аппарата выполнены из полимерного материала и армированы перфорированным металлическим каркасом, соответствующим по форме и размерам стакану и верхнему диску направляющего аппарата и обеспечивающим жесткость стакана и прочность соединения стакана с верхним диском направляющего аппарата; перфорированный каркас расположен на внешней стороне стакана и во внутренней части верхнего диска; внутренняя сторона стакана покрыта полимерным материалом; на внешней стороне стакана выполнена, по крайней мере, одна круговая канавка, обеспечивающая возможность расположения в ней уплотнительного кольца, верхний диск направляющего аппарата с осевой опорой выполнены монолитно со стаканом, перфорации каркаса заполнены полимером; нижний диск и лопатки направляющего аппарата, а также рабочее колесо изготовлены из полимерного материала; по крайней мере, одна сопрягаемая пара трения насоса выполнена в виде пары трения «полимер-металл»; в качестве металла каркаса используется нержавеющая или легированная сталь; в качестве полимерного материала используются композиции на основе полифениленсульфида; металлический каркас выполнен гофрированным, а гофры выполнены только в части металлического каркаса, находящегося в стакане, причем они выполнены в продольном направлении; по крайней мере, в одной осевой опоре рабочего колеса выполнены равномерно расположенные по поверхности дополнительные лопатки, углубления и/или каналы и, по крайней мере, один из каналов открыт с внешней стороны, причем глубина углублений и каналов составляет от 0,8 до 2,5 мм, а их общая площадь величину от 10 до 50% от общей площади сопрягаемой пары трения; по крайней мере, в одной осевой опоре направляющего аппарата выполнены равномерно расположенные по поверхности углубления и/или каналы и, по крайней мере, один из каналов открыт с внешней стороны, причем глубина углублений и каналов составляет от 0,8 до 2,5 мм, а их общая площадь величину от 10 до 50% от общей площади сопрягаемой пары трения; на верхнем диске направляющего аппарата со стороны рабочего колеса выполнены равномерно расположенные по поверхности дополнительные лопатки и/или углубления и/или каналы, причем глубина углублений и каналов составляет от 0,8 до 2,5 мм, их общая площадь величину от 10 до 50% от общей площади сопрягаемой пары трения, а высота дополнительных лопаток составляет от 1 до 6 мм; на нижнем диске направляющего аппарата со стороны рабочего колеса выполнены равномерно расположенные по поверхности дополнительные лопатки и/или углубления, и/или каналы, причем глубина углублений и каналов составляет от 0,8 до 2,5 мм, а их общая площадь величину от 10 до 50% от общей площади сопрягаемой пары трения; по крайней мере, одна из поверхностей трения осевых опор колес выполнена с регулярным микрорельефом в виде выпуклых шаровых сегментов, пространство между которыми образует систему каналов, обеспечивающих удаление с поверхности трения чужеродных механических частиц, позволяет достичь поставленного в изобретении технического результата - уменьшение массы изделия и повышение надежности его работы.Thus, the step of a submersible multistage centrifugal pump, which includes the following features: a step of a centrifugal borehole pump, comprising an impeller with a hub and a guiding apparatus consisting of a cup, an upper disk with an axial support, a lower disk and vanes; the glass and the upper disk of the guide vane are made of polymer material and reinforced with a perforated metal frame corresponding to the shape and size of the glass and the upper disk of the guide vane and provide the rigidity of the glass and the strength of the connection of the glass with the upper disk of the vane; a perforated frame is located on the outside of the glass and in the inner part of the upper disk; the inside of the glass is coated with a polymer material; at least one circular groove is made on the outside of the cup, which makes it possible to place a sealing ring in it, the upper disk of the guiding apparatus with axial support is made integrally with the cup, the perforations of the frame are filled with polymer; the lower disk and vanes of the guide apparatus, as well as the impeller are made of polymer material; at least one mating friction pair of the pump is made in the form of a polymer-metal friction pair; stainless steel or alloy steel is used as the metal of the frame; as a polymeric material, compositions based on polyphenylene sulfide are used; the metal frame is made corrugated, and the corrugations are made only in part of the metal frame located in the glass, and they are made in the longitudinal direction; at least one axial support of the impeller has additional blades, recesses and / or channels evenly spaced on the surface, and at least one of the channels is open from the outside, and the depth of the recesses and channels is from 0.8 to 2, 5 mm, and their total area is from 10 to 50% of the total area of the mating friction pair; at least one axial support of the guide vane has recesses and / or channels evenly spaced on the surface and at least one of the channels is open from the outside, the depth of the recesses and channels being from 0.8 to 2.5 mm, and their total area is from 10 to 50% of the total area of the mating friction pair; additional blades and / or recesses and / or channels evenly spaced on the surface of the guide vane from the impeller side, moreover, the depth of the recesses and channels is from 0.8 to 2.5 mm, their total area is from 10 to 50% from the total area of the mating friction pair, and the height of the additional blades is from 1 to 6 mm; additional vanes and / or recesses and / or channels evenly spaced on the surface of the guide vane from the impeller side, and the depth of the recesses and channels is from 0.8 to 2.5 mm, and their total area is from 10 to 50% of the total area of the mating friction pair; at least one of the friction surfaces of the axial bearings of the wheels is made with regular micro-relief in the form of convex spherical segments, the space between which forms a system of channels that ensure the removal of foreign mechanical particles from the friction surface, which makes it possible to achieve the technical result of the invention — reducing the mass of the product and increasing the reliability of his work.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013130645/06A RU2531487C1 (en) | 2013-07-03 | 2013-07-03 | Stage of centrifugal well pump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013130645/06A RU2531487C1 (en) | 2013-07-03 | 2013-07-03 | Stage of centrifugal well pump |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2531487C1 true RU2531487C1 (en) | 2014-10-20 |
Family
ID=53382021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013130645/06A RU2531487C1 (en) | 2013-07-03 | 2013-07-03 | Stage of centrifugal well pump |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2531487C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2784161C1 (en) * | 2022-03-31 | 2022-11-23 | Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина | Multistage centrifugal pump stage |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5133639A (en) * | 1991-03-19 | 1992-07-28 | Sta-Rite Industries, Inc. | Bearing arrangement for centrifugal pump |
| RU2274769C1 (en) * | 2004-10-01 | 2006-04-20 | Николай Иванович Востриков | Stage of submersible multistage centrifugal pump |
| RU2362053C1 (en) * | 2007-11-08 | 2009-07-20 | "Центр Разработки Нефтедобывающего Оборудования" ("Црно") | Method for protection of submerged centrifugal pump stage parts against scale |
| RU2413876C1 (en) * | 2009-06-26 | 2011-03-10 | Алексей Владимирович Трулев | Stage of downhole multistage rotary pump |
-
2013
- 2013-07-03 RU RU2013130645/06A patent/RU2531487C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5133639A (en) * | 1991-03-19 | 1992-07-28 | Sta-Rite Industries, Inc. | Bearing arrangement for centrifugal pump |
| RU2274769C1 (en) * | 2004-10-01 | 2006-04-20 | Николай Иванович Востриков | Stage of submersible multistage centrifugal pump |
| RU2362053C1 (en) * | 2007-11-08 | 2009-07-20 | "Центр Разработки Нефтедобывающего Оборудования" ("Црно") | Method for protection of submerged centrifugal pump stage parts against scale |
| RU2413876C1 (en) * | 2009-06-26 | 2011-03-10 | Алексей Владимирович Трулев | Stage of downhole multistage rotary pump |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2784161C1 (en) * | 2022-03-31 | 2022-11-23 | Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина | Multistage centrifugal pump stage |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9638207B2 (en) | Centrifugal pump for handling abrasive-laden fluid | |
| US9039356B1 (en) | Abrasive handling submersible pump assembly diffuser | |
| CN106438457A (en) | Half-opened impeller and low-flow super high-lift multiple-stage centrifugal pump with same | |
| RU2413876C1 (en) | Stage of downhole multistage rotary pump | |
| RU2531487C1 (en) | Stage of centrifugal well pump | |
| RU191187U1 (en) | CENTRIFUGAL MULTI-STAGE PUMP GUIDELINES | |
| RU2518713C1 (en) | Stage of downhole multistage rotary pump | |
| EP3156655B1 (en) | Pump for conveying a highly viscous fluid | |
| JP5653531B2 (en) | Fuel pump | |
| RU2560105C2 (en) | Stage of submersible multi-stage high flow rate centrifugal pump | |
| RU134253U1 (en) | SUBMERSIBLE CENTRIFUGAL PUMP STEP | |
| RU2515908C1 (en) | Step of submersible centrifugal pump | |
| RU57395U1 (en) | GUIDING DEVICE FOR STEP OF SUBMERSIBLE CENTRIFUGAL PUMP | |
| RU202692U1 (en) | SUBMERSIBLE SUBMERSIBLE BOREHOLE CENTRIFUGAL PUMP WITH COMPRESSION DIAGRAM ASSEMBLY | |
| RU2376500C2 (en) | Impeller of submerged centrifugal pump stage | |
| RU2525047C1 (en) | Stage of downhole multistage rotary pump | |
| RU162421U1 (en) | STEP OF A HIGH SPEED MULTI-STAGE SUBMERSIBLE CENTRIFUGAL PUMP | |
| RU2520797C2 (en) | Borehole multistage modular pump and pump stage | |
| RU74174U1 (en) | STEP OF SUBMERSIBLE MULTISTAGE CENTRIFUGAL PUMP | |
| RU2638244C1 (en) | Submersible multi-phase pump stage (variants) | |
| RU179622U1 (en) | SUBMERSIBLE MULTI-STAGE PUMP | |
| RU2405972C1 (en) | Centrifugal pump | |
| RU2344321C1 (en) | Electric centrifugal pump design | |
| CN103527492A (en) | Novel two-stage impeller ceramic pump | |
| RU2454567C1 (en) | Stage of downhole multistage rotary pump |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180704 |