RU2598501C2 - Лопатка рабочего колеса с усовершенствованной передней кромкой - Google Patents

Лопатка рабочего колеса с усовершенствованной передней кромкой Download PDF

Info

Publication number
RU2598501C2
RU2598501C2 RU2014123110/06A RU2014123110A RU2598501C2 RU 2598501 C2 RU2598501 C2 RU 2598501C2 RU 2014123110/06 A RU2014123110/06 A RU 2014123110/06A RU 2014123110 A RU2014123110 A RU 2014123110A RU 2598501 C2 RU2598501 C2 RU 2598501C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
impeller
leading edge
pump
blade
fluid
Prior art date
Application number
RU2014123110/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014123110A (ru
Inventor
Кетанкумар К. ШЕТХ
Суреша Р. О'БРАЙАН
Райса РАТТЕР
Original Assignee
Бейкер Хьюз Инкорпорейтед
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Бейкер Хьюз Инкорпорейтед filed Critical Бейкер Хьюз Инкорпорейтед
Publication of RU2014123110A publication Critical patent/RU2014123110A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2598501C2 publication Critical patent/RU2598501C2/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00Pumping installations or systems
    • F04D13/02Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D13/08Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use
    • F04D13/10Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use adapted for use in mining bore holes
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/12Methods or apparatus for controlling the flow of the obtained fluid to or in wells
    • E21B43/121Lifting well fluids
    • E21B43/128Adaptation of pump systems with down-hole electric drives
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D1/00Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D1/06Multi-stage pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D1/00Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D1/06Multi-stage pumps
    • F04D1/063Multi-stage pumps of the vertically split casing type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D1/00Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D1/06Multi-stage pumps
    • F04D1/08Multi-stage pumps the stages being situated concentrically
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D1/00Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D1/06Multi-stage pumps
    • F04D1/10Multi-stage pumps with means for changing the flow-path through the stages, e.g. series-parallel, e.g. side loads
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18Rotors
    • F04D29/22Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/24Vanes
    • F04D29/242Geometry, shape
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/20Rotors
    • F05D2240/30Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/303Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the leading edge of a rotor blade

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к электрическим погружным насосам, добывающим углеводороды из скважин. Насос содержит пакет из рабочих колес и диффузоров для повышения давления флюида. Рабочие колеса вращаются двигателем для повышения давления флюида и подъема последнего из скважины. На передних кромках рабочих колес предусмотрены прерывистые, в т.ч. волнообразные профили для создания турбулентности в потоке выкачиваемого флюида. Увеличение турбулентности улучшает гомогенизацию флюида, что предотвращает закупоривание канала движения его потока в случае наличия во флюиде компонентов с разной плотностью. Снижение вероятности закупоривания канала движения потока флюида повышает коэффициент полезного действия и производительность насоса. 3 н. и и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в целом к электрическим погружным насосам (ЭПН), а в частности к лопатке рабочего колеса, профиль передней кромки которой обеспечивает увеличение турбулентности потока флюида (текучей среды), контактирующего с этой передней кромкой.
Уровень техники
Погружные насосные системы часто используют в скважинах, предназначенных для добычи углеводородов с целью выкачивания флюидов из этих скважин на поверхность. Эти флюиды обычно представляют собой жидкости и включают добываемый жидкий углеводород, а также воду. В одной из систем такого типа используется электрический погружной насос (ЭПН). ЭПН-ы обычно располагаются на конце лифтовой колонны и имеют двигатель, питаемый электричеством. Подача электрической энергии к двигателю насоса часто осуществляется через кабель. Насосная установка обычно располагается в скважине прямо над участком перфорирования продуктивного интервала, из которого осуществляется добыча углеводородов.
В центробежных погружных насосах обычно используется пакет (сборка) из вращающихся рабочих колес и неподвижных диффузоров, в котором рабочие колеса и диффузоры располагаются поочередно и соосно друг другу. Проходы, предусмотренные как в рабочих колесах, так и в диффузорах, определяют путь движения потока, по которому принудительно направляется флюид, в то время как его давление в насосе повышается. Изменения в плотности выкачиваемого флюида, связанные с присутствием в нем газа или эмульсий, могут приводить к закупориванию канала движения потока через насос, что выражается в снижении коэффициента полезного действия и производительности последнего.
Раскрытие изобретения
В настоящем изобретении предлагается электрический погружной насос (ЭПН), имеющий повышенный коэффициент полезного действия, особенно в случае выкачивания флюида с неравномерным распределением плотности. В одном варианте осуществления этот ЭПН содержит двигатель, вал, соединенный с двигателем и селективно (избирательно) вращаемый последним, и собственно насос. В этом варианте осуществления насос включает группу рабочих колес, имеющих входной канал для флюида, кольцевую втулку, соединенную с валом, проходы для потока, простирающиеся радиально и/или аксиально между втулкой и внешней периферией рабочего колеса, и лопатку между проходами для потока, простирающуюся радиально между втулкой и внешней периферией рабочего колеса. Обращенный к втулке конец лопатки имеет волнообразный профиль, определяющий переднюю кромку. Поэтому при контакте флюида, поступающего из входного канала, с этой передней кромкой происходит увеличение его турбулентности, приводящее к перемешиванию и гомогенизации флюида, благодаря чему предотвращается закупоривание канала движения потока. Лопатка имеет поперечное сечение с удлиненной стороной, причем волнообразный профиль простирается вдоль этой удлиненной стороны. Кроме того, насос содержит верхний и нижний диски рабочего колеса, простирающиеся радиально наружу от втулки до внешней периферии рабочего колеса и соответственно расположенные на верхней и нижней поверхностях лопатки. В одном варианте осуществления входной канал для флюида сформирован в осевом направлении и проходит через нижний диск рабочего колеса, а передняя кромка находится в непосредственной близости к этому входному каналу. В альтернативных вариантах осуществления волнообразный профиль содержит участки волнообразной неровности, имеющие примерно одинаковые или разные высоту и длину. Наружная поверхность лопатки между передней кромкой и внешней периферией рабочего колеса может быть, по существу, плоской. В одном варианте осуществления волнообразный профиль содержит два участка волнообразной неровности, но в альтернативных вариантах может содержать и более двух таких участков. Толщина лопатки может уменьшаться в непосредственной близости к передней кромке.
Кроме того, в настоящем изобретении предлагается установка электрического погружного насоса (ЭПН) для использования в скважине, содержащая двигательную секцию, включающую двигатель, вал, соединенный с двигателем и селективно вращаемый последним, и насосную секцию, включающую пакет рабочих колес. В этом варианте осуществления каждое рабочее колесо содержит кольцевую втулку, соединенную с валом и могущую вращаться при вращении вала, лопатки, радиально выступающие между втулкой и внешней периферией рабочего колеса и расположенные на некотором расстоянии друг от друга с целью образования проходов для потока между соседними лопатками, входные каналы для впуска флюида в каждый из проходов для потока, примыкающих к втулке, путь движения потока в каждом проходе, простирающийся от каждого входного канала через каждый проход вдоль примыкающих к нему лопаток в направлении внешней периферии каждого рабочего колеса, и волнообразный профиль на конце каждой лопатки в непосредственной близости к втулке, определяющий переднюю кромку и находящийся на пути движения потока флюида. Волнообразный профиль вносит возмущение в поток, так что при прохождении потока флюида вдоль пути его движения к передней кромке происходит увеличение турбулентности потока, приводящее к перемешиванию флюида. Кроме того, ЭПН содержит в насосной секции диффузоры, расположенные соосно с каждым соседним рабочим колесом. Каждый волнообразный профиль на лопатке может быть расположен вдоль пути, примыкающего к границе раздела между лопаткой и примыкающим проходом для потока. В одном варианте осуществления каждая лопатка имеет поперечное сечение с удлиненной стороной, причем волнообразный профиль простирается вдоль этой удлиненной стороны. В различных вариантах осуществления каждый волнообразный профиль содержит участки волнообразной неровности, имеющие примерно одинаковые или разные размеры. Каждое рабочее колесо включает верхний диск, простирающийся радиально наружу от втулки до внешней периферии рабочего колеса и охватывающий боковую сторону каждой лопатки, и нижний диск, простирающийся радиально наружу от втулки до внешней периферии рабочего колеса и охватывающий боковую сторону каждой лопатки, удаленную от верхнего диска.
Краткое описание чертежей
Для обеспечения более детального понимания настоящего изобретения и получения ясного представления об его отличительных признаках, преимуществах, объектах и прочих аспектах ниже приведено более подробное описание изобретения, кратко раскрытого выше, в котором пример осуществления изобретения иллюстрируется приложенными чертежами, составляющими часть настоящей заявки. Следует, однако, отметить, что эти чертежи иллюстрируют лишь предпочтительный вариант осуществления изобретения и поэтому не должны рассматриваться как ограничивающие его объем, поскольку настоящее изобретение допускает и другие в равной степени эффективные варианты осуществления.
На чертежах показано:
фиг. 1 - схематическое изображение установки электрического погружного насоса, размещенной в скважине,
фиг. 2 - перспективное изображение рабочего колеса установки электрического погружного насоса, показанной на фиг. 1,
фиг. 3 - частичное перспективное изображение лопатки рабочего колеса, показанного на фиг. 2,
фиг. 4 - перспективное изображение (вид сверху) лопатки, показанной на фиг. 3,
фиг. 5 - перспективное изображение (вид спереди) лопатки, показанной на фиг. 3,
фиг. 6 - вид сбоку в разрезе рабочего колеса в альтернативном варианте осуществления,
фиг. 7 - вид в разрезе передней кромки рабочего колеса в альтернативном варианте осуществления.
Подробное описание осуществления изобретения
Ниже приведено более подробное описание настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи, иллюстрирующие варианты осуществления изобретения. Настоящее изобретение может быть, однако, реализовано во многих различных формах, поэтому иллюстрируемые варианты осуществления не следует интерпретировать как ограничения. Эти варианты осуществления приведены, скорее, для придания настоящему изобретению большей детализации и завершенности, и они полностью доносят объем изобретения до специалистов в данной области. Схожие численные обозначения относятся к схожим элементам по всему тексту описания, а обозначения со штрихом, будучи использованными, указывают на схожие элементы в альтернативных вариантах осуществления.
Для обеспечения всестороннего понимания настоящего изобретения в нижеследующем описании приведено много конкретных деталей. Тем не менее, специалистам в данной области будет ясно, что настоящее изобретение может быть применено на практике и без этих конкретных деталей. Кроме того, детали, относящиеся к работе, конструкции и т.д. ЭПН, можно в большинстве случаев опустить, поскольку эти детали не рассматриваются как необходимые для получения полного представления о настоящем изобретении, а считаются известными специалистам в соответствующих областях.
На фиг. 1 представлен пример установки электрического погружного насоса (ЭПН) 11, показанной в частичном боковом разрезе. ЭПН 11 размещен в скважине 29, обсаженной обсадной колонной 12. В показанном варианте осуществления ЭПН 11 включает собственно насос 13, который находится в верхней части установки и приводится в действие двигателем 15. Двигатель 15 насоса снабжается энергией через кабель питания 17, соединенный с источником электрической энергии (не показан). Кроме того, на чертеже показана секция 19 гидрозащиты, прикрепленная к верхнему концу двигателя 15 и расположенная между ним и насосом 13. Входные каналы 23 для флюида, предусмотренные в наружном корпусе насоса 13, обеспечивают сообщение пространства снаружи от насоса 13 с пакетом 25 рабочих колес, размещенных одно над другим в насосе 13 и показанных штриховыми линиями. Поток флюида 31 выходит из пласта, окружающего обсадную колонну 12, и проходит через перфорационные отверстия 33 в обсадной колонне 12 вверх по стволу скважины 29 к входным каналам 23 для скважинного флюида 31. Через входные каналы 23 флюид 31 поступает в насосную секцию 13, где он движется в направлении пакета 25 рабочих колес. Скважинный флюид 31 может включать жидкие углеводороды, газообразные углеводороды и/или воду. Между секцией 19 гидрозащиты и насосной секцией 13 могут быть смонтированы газовый сепаратор и линия впуска флюида (не показаны).
Двигатель 15 вращает прикрепленный вал 35 в сборе (показан штриховыми линиями). Следует отметить, что хотя вал 35 изображен как цельный конструктивный элемент, он может содержать несколько сегментов. Вал 35 простирается от двигателя 15 через секцию 19 гидрозащиты к насосной секции 13, где он соединяется с пакетом 25 рабочих колес, приводя его в движение, вследствие чего этот пакет 25 вращается при вращении вала 35. Пакет 25 рабочих колес/диффузоров включает вертикальный пакет из отдельных рабочих колес 37, перемежающихся неподвижными диффузорами 38. Скважинный флюид 31, всасываемый в насос 13 через входные каналы 23, находится под давлением, поскольку вращающиеся рабочие колеса из пакета 25 вынуждают флюид 31 двигаться по спиральному лабиринту вверх через насос 13. Флюид направляется под давлением на поверхность по лифтовой колонне 27, прикрепленной к верхнему концу насоса 13.
В одном из вариантов осуществления изобретения пакет 25 рабочих колес включает одно или более рабочих колес 37, изображенных на фиг. 2. Рабочее колесо 37 представляет собой вращающийся конструктивный элемент насоса, придающий ускорение флюиду 31 (фиг. 1) путем передачи последнему кинетической энергии при своем вращении. Рабочее колесо 37 имеет центральное отверстие, определяемое внутренним диаметром втулки 39 рабочего колеса. Через это центральное отверстие втулки 39 рабочего колеса проходит вал 35 (фиг. 1). Сцепление рабочего колеса 37 с валом 35 может обеспечиваться любыми средствами, например шпонками (не показаны) или шпоночными пазами 41, что обусловливает вращение рабочего колеса 37 вместе с валом 35 (фиг. 1).
Как показано в примере на фиг. 2, рабочее колесо 37 включает группу лопаток 43. Лопатки 43 простираются в радиальном направлении через рабочее колесо 37 между его внутренней областью, примыкающей к втулке 39, и его кромкой 49, удаленной от втулки 39. Лопатки 43 рабочего колеса имеют криволинейный профиль на протяжении от втулки 39 до кромки 49 и могут крепиться к втулке 39 или быть выполненными как единое целое с последней. Лопатки 43, простирающиеся в радиальном направлении от втулки 39 рабочего колеса, могут располагаться перпендикулярно или наклонно относительно вала 35. В иллюстрируемом варианте осуществления лопатки 43 искривляются по мере удаления от втулки 39 таким образом, что выпуклая часть каждой лопатки 43 обращена в направлении вращения. Между поверхностями лопаток 43 сформированы проходы 45. Рабочее колесо 37 вращается на валу 35 (фиг. 1) вокруг оси 57, проходящей через втулку 39, в направлении, указанном стрелкой 59. При вращении рабочего колеса 37 флюид направляется в проходы 45 через входной канал 51, сообщающийся с нижней поверхностью рабочего колеса 37. Флюид, ускоряющийся при вращении рабочего колеса 37, движется по лопатке 43 в направлении поверхности 55 высокого давления, после чего выходит из соответствующего прохода 45. Поверхность 55 высокого давления представляет собой поверхность лопатки 43, входящую в контакт с флюидом и повышающую его давление, как это более подробно описано ниже. Каждая лопатка 43 имеет также поверхность 56 низкого давления на стороне, противоположной стороне поверхности 55 высокого давления.
Нижний диск 47 образует наружную кромку рабочего колеса 37 и может крепиться к кромке каждой лопатки 43 или составлять с ними единое целое. Нижний диск 47 определяет плоскую поверхность, пересекаемую осью 57 и примыкающую к нижней боковой стороне рабочего колеса 37. В некоторых вариантах осуществления нижний диск 47 крепится непосредственно или посредством лопаток 43 к втулке 39 рабочего колеса. В некоторых вариантах осуществления втулка 39, лопатки 43 и нижний диск 47 рабочего колеса формируют совместно методом литья или изготавливают из одной цельной заготовки. Нижний диск 47 может иметь нижний упорный выступ, входящий в контакт с упругим кольцом на диффузоре. Нижний упорный выступ может быть сформирован на нижней поверхности нижнего диска 47. Нижний диск 47 определяет входной канал 51 рабочего колеса на нижней поверхности нижнего диска 47. Входной канал 51 рабочего колеса обеспечивает прохождение потока флюида из области под рабочим колесом 37 в проходы 45, определяемые лопатками 43.
Каждое рабочее колесо 37 содержит кромку 49, представляющую собой поверхность на его наружном радиальном участке. В одном из вариантов осуществления кромка 49 представляет собой наиболее удаленную от центра часть нижнего диска 47. Кромка 49 не обязательно должна представлять собой наиболее удаленную от центра часть рабочего колеса 37. Диаметр кромки 49 немного меньше внутреннего диаметра диффузора, в котором располагается рабочее колесо 37.
Кроме того, в примере, показанном на фиг. 2, рабочее колесо 37 включает верхний диск 53, расположенный напротив нижнего диска 47 и соединенный с верхней боковой кромкой каждой лопатки 43. Верхний диск 53 обычно определяет верхнюю границу проходов 45 между лопатками 43. Верхний диск 53 может уплотняться нажимным кольцом (не показано) диффузора 38 (фиг. 1), расположенного над рабочим колесом 37. Поджимное кольцо (не показано) может располагаться между обращенной вниз поверхностью рабочего колеса 37 и обращенной вверх поверхностью диффузора 38, расположенного под рабочим колесом 37.
Одно или более из рабочих колес 37, составляющих группу рабочих колес в одном общем корпусе насоса, могут конструктивно отличаться от одного или более из остальных рабочих колес 37, например, иметь другой шаг лопаток 43. Группа рабочих колес 37 может быть установлена на валу 35 (фиг. 1). Диффузоры 38 установлены поочередно между рабочими колесами 37. Узел, включающий вал 35, рабочие колеса 37 и диффузоры 38, смонтирован в насосе 13.
На фиг. 3-5 представлен пример осуществления лопатки 43, показанной в боковом перспективном изображении с поверхностью 55 высокого давления, находящейся на внешней периферии лопатки в радиальном направлении. Как показано на фиг. 2, поверхность 55 высокого давления простирается между нижним 47 и верхним 53 дисками. Поверхность 55 высокого давления, показанная на фиг. 3, может также находиться в непосредственной близости к входному каналу 51 (фиг. 2). Как показано на фиг. 3, каждая лопатка 43 содержит криволинейную переднюю кромку 63, сформированную на ее участке, находящемся в непосредственной близости к втулке 39 (фиг. 2). В одном варианте осуществления передняя кромка 63 простирается по всей высоте 65 лопатки 43 от верхнего диска 53 до нижнего диска 47. Передняя кромка 63 имеет волнообразный профиль в направлении вдоль высоты 65. В одном варианте осуществления передняя кромка 63 представляет собой кромку, соединяющую поверхность 55 высокого давления и поверхность 56 низкого давления и, как показано на фиг. 4, имеющую толщину, которая уменьшается в непосредственной близости к ее концу. Волнообразный профиль передней кромки 63 определяется впадинами 67 и гребнями 69, причем впадины 67 простираются внутрь лопатки 43 от линии 71, охватывающей вершины гребней 69, которые простираются наружу от линии 73 на лопатке 43, охватывающей нижние точки впадин 67. Линии 71 и 73 разделяет расстояние 75, определяемое применительно к гребням 69 как амплитуда. Поверхность 55 может включать однородную поверхность, простирающуюся от линии 73 до задней кромки (поверхность 77 на фиг. 2). Поверхность 55 высокого давления и поверхность 56 низкого давления сужаются на протяжении от толщины 79 до передней кромки 63 в такой степени, что эти поверхности являются, по существу, ровными поперек передней кромки 63, как показано на фиг. 4 и 5.
В одном примере осуществления рабочее колесо 37 вращается в процессе работы в направлении, указанном стрелкой 59 на фиг. 2, а поток флюида, проходящий через входной канал 51, движется поперек передней кромки 63. При этом давление флюида повышается, а сам он ускоряется вдоль поверхности 55 высокого давления 55. Впадины 67 и гребни 69 увеличивают турбулентность потока поперек поверхности 55 высокого давления вследствие образования завихрений в потоке при прохождении им выступов 69 и впадин 67. Эти завихрения могут повысить степень перемешивания флюида, поток которого проходит через проход 45 (фиг. 2), и, следовательно, увеличить этот поток через проход 45. Благодаря росту степени перемешивания в проходе 45, газ не может скапливаться вдоль поверхности 56 низкого давления, как это происходит в конструкциях существующего уровня техники. Таким образом, настоящее изобретение снижает вероятность образования газовых пробок и закупоривания в ЭПН 11 (фиг. 1).
Специалисту в данной области будет ясно, что профиль передней кромки 63 можно существенно варьировать. Например, можно требуемым образом изменять расстояние 75, чтобы привести в соответствие тип потока и тип рабочего колеса, в котором располагается лопатка 43. Аналогичным образом, хотя гребни 69 и впадины 67, показанные на фиг. 3, расположены с одинаковыми интервалами вдоль передней кромки 63, специалисту в данной области будет ясно, что гребни 69 и впадины 67 могут располагаться с разными интервалами, иметь разные расстояния 75 от высшей точки гребня 69 до низшей точки впадины 67 для соседних гребней 69 и впадин 67. Кроме того, между верхним диском 53 и нижним диском 47 может находиться большее или меньшее количество гребней 69 и впадин 67. Передняя кромка 63 может также содержать поверхность, определяющую толщину лопатки между поверхностью 55 высокого давления и поверхностью 56 низкого давления. В других вариантах осуществления задняя кромка или поверхность 77 может включать гребни и впадины аналогично передней кромке 63.
На фиг. 6 представлен альтернативный вариант осуществления рабочего колеса 37А, показанного в боковом разрезе. В данном примере передняя кромка 63А лопатки 43А простирается вдоль линии, проходящей в целом с наклоном относительно оси 57А рабочего колеса 37А, и находится на пути движения потока флюида, показанного стрелками А и поступающего из входного канала 51А в проход 45А. Передняя кромка 63А на фиг. 6 сформирована таким образом, что она содержит в целом прерывистую поверхность, вносящую существенное возмущение в поток флюида, проходящий из входного канала 51А в проход 45А, увеличивая его турбулентность. В одном примере осуществления прерывистая поверхность представляет собой поверхность, содержащую участок, расположенный вне плоскости, пересекающей соседние участки. Различные варианты осуществления включают поверхности со сформированными на них гребнями или впадинами. Поэтому при прохождении потока флюида над прерывистой поверхностью происходит изменение скоростей во флюиде, входящем в контакт и т.п. с неоднородностями структуры.
На фиг. 7 представлен пример передней кромки 63В лопатки 43В, показанной в боковом разрезе и имеющей неоднородности структуры для внесения возмущения в поток флюида с целью увеличения турбулентности. Эти неоднородности включают впадину 81, сформированную в поверхности 63В, скругленный выступ 83, выдающийся из этой поверхности, а также остроконечные выступы 85, которые могут иметь разную ширину и высоту. Таким образом, в различных вариантах осуществления передние кромки 63В могут включать впадины 81, скругленные выступы 83, остроконечные выступы 85, а также комбинации этих элементов. Неоднородности структуры на поверхности 63В не ограничиваются этими иллюстрациями, а могут включать элементы любой симметричной или асимметричной формы или конфигурации, в том числе элементы, имеющие в целом прямоугольную форму.
В соответствии с вышесказанным, настоящее изобретение предоставляет возможность получения многих преимуществ. Например, настоящее изобретение улучшает эксплуатационные характеристики насоса и расширяет диапазон его применения. Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает увеличение турбулентности в насосе, способствующее устранению закупоривания или застоя внутри рабочего колеса и ограничению скапливания газа, благодаря чему повышается высота напора. Далее, указанные преимущества могут достигаться без какого-либо существенного изменения влекущей силы потока внутри рабочего колеса.
Следует иметь в виду, что настоящее изобретение может быть реализовано во многих формах и вариантах осуществления. Соответственно, в представленных выше вариантах осуществления могут быть выполнены различные изменения в пределах сущности или объема настоящего изобретения. Таким образом, следует отметить, что в представленном описании настоящего изобретения, включающем ссылки на конкретные предпочтительные варианты его осуществления, последние носят скорее иллюстративный, чем ограничивающий характер, и что настоящее изобретение предусматривает вариации, модификации, изменения и замены в широком диапазоне, а некоторые отличительные признаки настоящего изобретения могут быть использованы в ряде случаев без соответствующего использования других отличительных признаков. После изучения приведенного выше описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения специалисты в данной области могут счесть многие из таких вариаций и модификаций очевидными и желательными. Например, в настоящем изобретении принимаются во внимание варианты осуществления ЭПН 11, включающие газовый сепаратор, используемый с рабочими колесами, примеры которых приведены в настоящем описании. В соответствии с этим, приложенная формула изобретения подразумевает широкую интерпретацию в пределах объема настоящего изобретения.

Claims (20)

1. Электрический погружной насос, содержащий:
Двигатель,
вал, соединенный с двигателем с возможностью избирательного вращения им, и
центробежный насос, имеющий несколько ступеней, каждая из которых содержит рабочее колесо и диффузор, а каждое рабочее колесо включает:
входной канал для флюида,
кольцевую втулку, соединенную с валом,
проходы для потока, простирающиеся радиально между втулкой и внешней периферией рабочего колеса,
лопатку между проходами для потока, простирающуюся радиально между втулкой и внешней периферией рабочего колеса,
переднюю кромку на одном конце лопатки, расположенном в непосредственной близости к втулке, причем передняя кромка имеет прерывистую поверхность, так что при контакте флюида, поступающего из входного канала, с этой передней кромкой происходит увеличение турбулентности его потока, приводящее к перемешиванию флюида.
2. Насос по п. 1, в котором профиль прерывистой поверхности содержит выступы, выдающиеся из передней кромки.
3. Насос по п. 1, в котором прерывистая поверхность содержит участки волнообразной неровности, простирающиеся вдоль удлиненной стороны передней кромки.
4. Насос по п. 1, содержащий верхний и нижний диски, простирающиеся радиально наружу от втулки до внешней периферии рабочего колеса и соответственно расположенные на верхней и нижней поверхностях лопатки.
5. Насос по п. 4, в котором входной канал для флюида сформирован в осевом направлении и проходит через нижний диск, а передняя кромка находится в непосредственной близости к этому входному каналу.
6. Насос по п. 1, в котором волнообразный профиль содержит участки волнообразной неровности, имеющие примерно одинаковые высоту и длину.
7. Насос по п. 1, в котором волнообразный профиль содержит участки волнообразной неровности, имеющие разные высоту и длину.
8. Насос по п. 1, в котором наружная поверхность лопатки между передней кромкой и внешней периферией рабочего колеса является, по существу, плоской.
9. Насос по п. 1, в котором волнообразный профиль содержит два участка волнообразной неровности.
10. Насос по п. 1, в котором волнообразный профиль содержит более двух участков волнообразной неровности.
11. Насос по п. 1, в котором толщина лопатки уменьшается в непосредственной близости к передней кромке.
12. Установка электрического погружного насоса для использования в скважине, содержащая:
двигательную секцию, включающую двигатель,
насосную секцию,
вал, соединенный с двигателем с возможностью избирательного вращения им, и
пакет рабочих колес в насосной секции, каждое из которых содержит:
кольцевую втулку, соединенную с валом с возможностью вращения при вращении вала,
лопатки, радиально выступающие между втулкой и внешней периферией рабочего колеса и расположенные на некотором расстоянии друг от друга с образованием проходов для потока между соседними лопатками,
входные каналы для впуска флюида в каждый из проходов для потока, примыкающих к втулке,
путь для движения потока в каждом проходе, простирающийся от каждого входного канала через каждый проход вдоль примыкающих к нему лопаток в направлении внешней периферии каждого рабочего колеса,
волнообразный профиль на конце каждой лопатки в непосредственной близости к втулке, определяющий переднюю кромку и находящийся на пути движения потока флюида, так что при прохождении потока флюида вдоль этого пути к передней кромке происходит увеличение турбулентности потока, приводящее к перемешиванию флюида.
13. Установка по п. 12, содержащая в насосной секции диффузоры, расположенные соосно с каждым соседним рабочим колесом.
14. Установка по п. 12, в которой каждый волнообразный профиль на лопатке расположен вдоль пути, примыкающего к границе раздела между лопаткой и примыкающим проходом для потока.
15. Установка по п. 12, в которой каждая лопатка имеет поперечное сечение с удлиненной стороной, причем волнообразный профиль простирается вдоль этой удлиненной стороны.
16. Установка по п. 12, в которой каждый волнообразный профиль содержит участки волнообразной неровности, имеющие примерно одинаковые размеры.
17. Установка по п. 12, в которой каждый волнообразный профиль содержит участки волнообразной неровности, имеющие разные размеры.
18. Установка по п. 12, в которой каждое рабочее колесо включает верхний диск, простирающийся радиально наружу от втулки до внешней периферии рабочего колеса и охватывающий боковую сторону каждой лопатки, и нижний диск, простирающийся радиально наружу от втулки до внешней периферии рабочего колеса и охватывающий боковую сторону каждой лопатки, удаленную от верхнего диска.
19. Электрический погружной насос, содержащий:
вал, установленный с возможностью избирательного вращения двигателем,
центробежный насос и
рабочие колеса, установленные соосно один над другим в центробежном насосе и каждое из которых включает:
лопатки, простирающиеся в радиальном направлении от оси каждого рабочего колеса до внешней периферии каждого рабочего колеса,
проходы, выполненные между всеми соседними лопатками, и
переднюю кромку на одном конце каждой лопатки в непосредственной близости к оси, причем эта передняя кромка имеет поверхность, сформированную с возможностью увеличения турбулентности потока флюида за передней кромкой.
20. Насос по п. 19, в котором профиль передней кромки содержит прерывистую поверхность, включающую элементы из группы, состоящей из участков волнообразной неровности, впадин, выступов и их комбинаций.
RU2014123110/06A 2011-11-09 2012-11-09 Лопатка рабочего колеса с усовершенствованной передней кромкой RU2598501C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161557448P 2011-11-09 2011-11-09
US61/557,448 2011-11-09
PCT/US2012/064316 WO2013071020A2 (en) 2011-11-09 2012-11-09 Impeller vane with leading edge enhancement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014123110A RU2014123110A (ru) 2015-12-20
RU2598501C2 true RU2598501C2 (ru) 2016-09-27

Family

ID=48223799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014123110/06A RU2598501C2 (ru) 2011-11-09 2012-11-09 Лопатка рабочего колеса с усовершенствованной передней кромкой

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9133849B2 (ru)
RU (1) RU2598501C2 (ru)
SG (1) SG11201402121WA (ru)
WO (1) WO2013071020A2 (ru)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9874088B2 (en) 2014-08-15 2018-01-23 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Wellbore flowmeter
US10436210B2 (en) 2014-09-15 2019-10-08 Weir Minerals Australia Ltd. Slurry pump impeller
US20170198793A1 (en) * 2016-01-07 2017-07-13 Caterpillar Inc. Torque converters and methods for assembling the same
US20190048886A1 (en) * 2016-11-04 2019-02-14 Halliburton Energy Services, Inc. Anti-gas lock electric submersible pump
WO2018151013A1 (ja) * 2017-02-20 2018-08-23 株式会社デンソー 遠心送風機
CN110513326B (zh) * 2019-08-27 2024-04-23 浙江理工大学 一种主动控制压力脉动的离心泵叶轮
JP2021032225A (ja) * 2019-08-29 2021-03-01 三菱重工コンプレッサ株式会社 インペラ、及び遠心圧縮機
CN117627955B (zh) * 2023-12-05 2024-06-11 吉林大学 一种防破乳的胶乳泵叶轮

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU850935A1 (ru) * 1979-11-29 1981-07-30 Всесоюзный Научно-Исследовательскийинститут Природных Газов "Вниигаз" Рабочее колесо центробежного нагне-ТАТЕл
FR2513324A1 (fr) * 1981-09-22 1983-03-25 Gebhardt Gmbh Wilhelm Ventilateur a flux radial
SU1656170A1 (ru) * 1989-06-06 1991-06-15 Государственный Научно-Исследовательский Институт По Химмотологии При Госстандарте Рабочее колесо центробежного насоса
JP2002364591A (ja) * 2001-06-06 2002-12-18 Daikin Ind Ltd 遠心ファン及び該遠心ファンを備えた空気調和機
RU74174U1 (ru) * 2008-02-11 2008-06-20 Юрий Апполоньевич Сазонов Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса
US20100221105A1 (en) * 2009-03-02 2010-09-02 Dalmatian Hunter Holdings Ltd. Staged centrifugal pump apparatus for pumping a viscous fluid

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2266180A (en) * 1939-01-20 1941-12-16 Raymond F Goltz Impeller for centrifugal pumps
US8025479B2 (en) 2006-03-28 2011-09-27 The Gorman-Rupp Company Impeller
US7549837B2 (en) * 2006-10-26 2009-06-23 Schlumberger Technology Corporation Impeller for centrifugal pump
US8371811B2 (en) 2007-10-03 2013-02-12 Schlumberger Technology Corporation System and method for improving flow in pumping systems
US20100284812A1 (en) * 2009-05-08 2010-11-11 Gm Global Technology Operations, Inc. Centrifugal Fluid Pump

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU850935A1 (ru) * 1979-11-29 1981-07-30 Всесоюзный Научно-Исследовательскийинститут Природных Газов "Вниигаз" Рабочее колесо центробежного нагне-ТАТЕл
FR2513324A1 (fr) * 1981-09-22 1983-03-25 Gebhardt Gmbh Wilhelm Ventilateur a flux radial
SU1656170A1 (ru) * 1989-06-06 1991-06-15 Государственный Научно-Исследовательский Институт По Химмотологии При Госстандарте Рабочее колесо центробежного насоса
JP2002364591A (ja) * 2001-06-06 2002-12-18 Daikin Ind Ltd 遠心ファン及び該遠心ファンを備えた空気調和機
RU74174U1 (ru) * 2008-02-11 2008-06-20 Юрий Апполоньевич Сазонов Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса
US20100221105A1 (en) * 2009-03-02 2010-09-02 Dalmatian Hunter Holdings Ltd. Staged centrifugal pump apparatus for pumping a viscous fluid

Also Published As

Publication number Publication date
US20130115047A1 (en) 2013-05-09
SG11201402121WA (en) 2014-08-28
US9133849B2 (en) 2015-09-15
RU2014123110A (ru) 2015-12-20
WO2013071020A3 (en) 2013-07-18
WO2013071020A2 (en) 2013-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2598501C2 (ru) Лопатка рабочего колеса с усовершенствованной передней кромкой
US6854517B2 (en) Electric submersible pump with specialized geometry for pumping viscous crude oil
US7377313B2 (en) Gas separator fluid crossover for well pump
US9046090B2 (en) High efficiency impeller
US9784283B2 (en) Diffuser vanes with pockets for submersible well pump
RU2508474C1 (ru) Диспергирующая ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса
RU185434U1 (ru) Насос
US10731651B2 (en) Apertures spaced around impeller bottom shroud of centrifugal pump
US20170241421A1 (en) Submersible disk-type pump for viscous and solids-laden fluids having helical inducer
RU63468U1 (ru) Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса
US10260518B2 (en) Downhole electrical submersible pump with upthrust balance
US9745991B2 (en) Slotted washer pad for stage impellers of submersible centrifugal well pump
RU2376500C2 (ru) Рабочее колесо ступени погружного центробежного насоса
RU2196253C1 (ru) Ступень центробежного скважинного насоса
RU2303167C1 (ru) Ступень погружного центробежного насоса для добычи нефти
RU2209347C2 (ru) Диспергирующая ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса
RU2008108327A (ru) Погружной насосный агрегат для откачки газожидкостной смеси
RU2209345C2 (ru) Ступень погружного центробежного многоступенчатого насоса
RU205750U1 (ru) Рабочее колесо погружного многоступенчатого лопастного насоса
RU192514U1 (ru) Насос
RU2622578C1 (ru) Мультифазная ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса
WO2013154461A1 (ru) Ступень погружного многоступенчатого насоса с рабочим колесом открытого типа
RU133215U1 (ru) Ступень погружного многоступенчатого насоса с рабочим колесом открытого типа
RU2281417C2 (ru) Ступень центробежного скважинного многоступенчатого насоса
RU2442909C2 (ru) Многоступенчатый высокооборотный погружной центробежный насос