RU2667562C1 - Ступень многоступенчатого погружного центробежного насоса - Google Patents
Ступень многоступенчатого погружного центробежного насоса Download PDFInfo
- Publication number
- RU2667562C1 RU2667562C1 RU2017138344A RU2017138344A RU2667562C1 RU 2667562 C1 RU2667562 C1 RU 2667562C1 RU 2017138344 A RU2017138344 A RU 2017138344A RU 2017138344 A RU2017138344 A RU 2017138344A RU 2667562 C1 RU2667562 C1 RU 2667562C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- seal
- stage
- discharge
- balancing
- impeller
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 241000566515 Nedra Species 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D13/00—Pumping installations or systems
- F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
- F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
- F04D13/08—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use
- F04D13/10—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use adapted for use in mining bore holes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
- F04D29/041—Axial thrust balancing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Изобретение относится к нефтяному машиностроению, в частности к многоступенчатым погружным лопастным насосам для добычи нефти. Ступень многоступенчатого погружного центробежного насоса содержит направляющий аппарат, плавающее на валу рабочее колесо, снабженное разгрузочными отверстиями и торцовым уплотнением с опорной шайбой, разгрузочную камеру и балансировочное уплотнение. Балансировочное уплотнение предназначено для регулирования осевой силы и отсекает разгрузочные отверстия от разгрузочной камеры при осевом смещении рабочего колеса в сторону нагнетания. Балансировочное уплотнение выполнено в виде осевого щелевого уплотнения, образованного кольцевым выступом на рабочем колесе, и имеет диаметр не больше наружного диаметра окружности, охватывающей разгрузочные отверстия. Изобретение направлено на снижение износа осевых опор и увеличение ресурса насоса за счет уменьшения осевой силы и усилия прижатия, а также расширение рабочего диапазона подач и упрощение сборки ступени. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к нефтяному машиностроению, в частности к многоступенчатым погружным лопастным насосам для добычи нефти.
Известна конструкция ступени погружного центробежного насоса с направляющим аппаратом (НА) и рабочим колесом (РК) плавающего типа, закрепленным на валу при помощи сквозной шпонки с возможностью свободного перемещения вдоль оси вращения. РК имеет собственные осевые опоры в обоих направлениях, представляющие собой антифрикционные шайбы, работающие по металлическим подпятникам НА [Богданов А.А. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти (расчет и конструкция). М.: Изд-во «Недра», 1968, С. 47-48].
При работе РК без специальных устройств в рабочем диапазоне подач возникает осевая сила прямого направления (от выхода РК к его входу), которая прижимает шайбы РК к подпятникам. При этом образуется переднее торцовое уплотнение, разделяющее области перекачиваемой жидкости с высоким и низким давлением. Но если осевая сила достигает значительного уровня, то происходит интенсивный износ осевых опор.
Для уменьшения осевой силы применяют устройство разгрузки осевой силы, например, в виде камеры, образованной разгрузочным уплотнением РК и НА, которая соединена отверстиями с областью низкого давления на входе в РК [Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы, Изд-во «Машиностроение», 1966, Глава 8, §45]. Интенсивность разгрузки осевой силы зависит от соотношения диаметров переднего и разгрузочного уплотнений, зазоров в них, размеров отверстий и т.д. При определенных условиях возможно изменение направления действия осевой силы, тем более что она зависит от текущей подачи РК. При этом РК перемещается вдоль оси вала в направлении выхода потока из РК до упора шайбы в обратный подпятник. В результате раскрывается переднее уплотнение, снижается напор и КПД насоса, увеличивается износ, насос работает фактически в аварийном режиме.
Для предотвращения указанного дефекта используется устройство отсечения разгрузочных отверстий от разгрузочной камеры, в частности в ступенях типа FLEX компании Baker Hughes.
В качестве прототипа выбрана ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса этой компании Centrilift 400FLEX10 ESP Pump [см., например, Overview на сайте https://assets.www.bakerhughes.com/svstem/96599d804d94403e9215de5516d322ef/pdfs/pdf/31155.400FLEXPump10_Overview.pdf], содержащая НА, плавающее на валу РК, снабженное разгрузочными отверстиями и торцовым уплотнением с опорной шайбой, разгрузочную камеру и балансировочное торцевое уплотнение для регулирования осевой силы, отсекающее разгрузочные отверстия от разгрузочной камеры при осевом смещении РК в сторону нагнетания (выхода потока). Благодаря последнему интенсивность разгрузки осевой силы снижается, и РК должно вернуться в нормальное положение либо найти некое промежуточное положение между крайними возможными.
Однако на практике данное решение имеет серьезные недостатки. Для обеспечения надежного торца балансировочного уплотнения требуется увеличить диаметр уплотнения Dупл, чтобы выйти за пределы разгрузочных отверстий Dотв, так как по отверстиям торцовое уплотнение не работает нормально. В условиях крайней стесненности из-за малого размера рабочих органов погружных насосов полученного уровня уменьшения осевой разгрузки часто недостаточно для достижения нужного эффекта (Dбу приближается к Dупл). Кроме того, для достижения эффективности балансировочного торцового уплотнения необходимо уменьшение осевого зазора в нем практически до нуля, то есть РК в любом случае будет находиться в положении открытого переднего уплотнения, будет наблюдаться снижение напора и КПД, поскольку установить достаточно малый зазор в балансировочном торцовом уплотнении при сборке нет возможности. По техническим требованиям он должен быть более 1 мм, а при работе из-за износа он еще и увеличится.
Задачей настоящего изобретения является снижение износа осевых опор и увеличение ресурса насоса за счет уменьшения осевой силы и усилия прижатия, а также расширение рабочего диапазона подач и упрощение сборки ступени.
Указанный технический результат достигается тем, что в ступени многоступенчатого погружного центробежного насоса, содержащем направляющий аппарат, плавающее на валу рабочее колесо, снабженное разгрузочными отверстиями и торцовым уплотнением с опорной шайбой, разгрузочную камеру и балансировочное уплотнение для регулирования осевой силы, отсекающее разгрузочные отверстия от разгрузочной камеры при осевом смещении рабочего колеса в сторону нагнетания, согласно изобретению балансировочное уплотнение выполнено в виде осевого щелевого уплотнения, образованного кольцевым выступом на рабочем колесе, при этом диаметр балансировочного уплотнения не больше наружного диаметра окружности, охватывающей разгрузочные отверстия.
Балансировочное уплотнение при сборке может быть установлено с нулевым перекрытием и допуском в обе стороны не более половины толщины опорной шайбы.
Кроме того, диаметральный зазор в балансировочном уплотнении при сборке может быть установлен не более 0,25% от его диаметра.
При этом предпочтительно для изготовления балансировочного уплотнения применять материалы, отличающиеся от материалов рабочих органов (РК и НА).
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлен разрез заявляемой ступени.
Ступень многоступенчатого погружного центробежного насоса состоит из РК 1 и НА 2. Рабочее колесо 1 насажено на шпонку 3 и может свободно перемещаться вдоль вала 4 между двумя подпятниками 5, 6 соседних НА 2. Рабочее колесо имеет осевые опоры в виде опорных шайб 7, 8, изготовленных, например, из текстолита. Опорная шайба 7 и подпятник 5 выполняют также функцию торцового уплотнения, разделяющего зоны давления нагнетания и давления всасывания РК 1. В РК 1 выполнены разгрузочные отверстия 9, соединяющие его внутреннюю входную полость с разгрузочной камерой 10, образованную разгрузочным уплотнением 13 и прилегающими стенками НА 2 и РК 1.
Для достижения автоматической балансировки осевой силы ступень снабжена щелевым балансировочным уплотнением 11, образованным кольцевым выступом 12 на РК 1 и цилиндрической проточкой 14 в НА 2. При осевом смещении рабочего колеса 1 в сторону выхода потока балансировочное уплотнение 11 отсекает разгрузочные отверстия 9 от разгрузочной камеры 10. Балансировочное уплотнение 11 устанавливается с диаметральным зазором не более 0,25% от его диаметра, что обеспечивает эффективность щелевого уплотнения. Во избежание абразивного износа для изготовления балансировочного уплотнения используются материалы с более высокой износостойкостью, чем у материалов РК и НА. При малом зазоре в балансировочном уплотнении возможно повышенное трение, поэтому необходимо также, чтобы эти материалы имели пониженный коэффициент трения.
Диаметр балансировочного уплотнения 11 Dбу целесообразно выбрать меньше, чем диаметр расположения отверстий 9 Dотв, чтобы увеличить разницу с диаметром разгрузочного уплотнения 13 Dупл. При сборке следует выставлять в нем предварительное перекрытие Z, равное нулю, с отклонением в обе стороны, которое не должно превышать половины толщины опорной шайбы 7. Такая установка РК несколько увеличит осевую силу в начале работы, что приведет к ускоренной приработке опорной шайбы 7, со смещением РК 1 в сторону входа потока с раскрытием балансировочного уплотнения, и, соответственно, с уменьшением осевой силы и скорости износа осевых опор. При изменении условий работы РК будет иметь возможность перемещения вдоль оси вращения в обе стороны с отрицательной обратной связью по осевой силе. При этом возможна работа основных осевых опор с ограниченным усилием прижима, но исключено перемещение РК до упора в противоположную сторону.
Таким образом, предлагаемая конструкция снижает износ осевых опор и увеличивает ресурс насоса. Появляется также возможность работы в более широком диапазоне подач как в меньшую, так и в большую сторону.
Claims (4)
1. Ступень многоступенчатого погружного центробежного насоса, содержащая направляющий аппарат, плавающее на валу рабочее колесо, снабженное разгрузочными отверстиями и торцовым уплотнением с опорной шайбой, разгрузочную камеру и балансировочное уплотнение для регулирования осевой силы, отсекающее разгрузочные отверстия от разгрузочной камеры при осевом смещении рабочего колеса в сторону нагнетания, отличающаяся тем, что балансировочное уплотнение выполнено в виде осевого щелевого уплотнения, образованного кольцевым выступом на рабочем колесе, при этом диаметр балансировочного уплотнения не больше наружного диаметра окружности, охватывающей разгрузочные отверстия.
2. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что балансировочное уплотнение при сборке установлено с нулевым перекрытием и допуском в обе стороны не более половины толщины опорной шайбы.
3. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что балансировочное уплотнение изготовлено из материалов, отличающихся от материалов рабочего колеса и направляющего аппарата.
4. Ступень по п. 3, отличающаяся тем, что балансировочное уплотнение установлено при сборке с диаметральным зазором не более 0,25% от его диаметра.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017138344A RU2667562C1 (ru) | 2017-11-02 | 2017-11-02 | Ступень многоступенчатого погружного центробежного насоса |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017138344A RU2667562C1 (ru) | 2017-11-02 | 2017-11-02 | Ступень многоступенчатого погружного центробежного насоса |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2667562C1 true RU2667562C1 (ru) | 2018-09-21 |
Family
ID=63668857
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017138344A RU2667562C1 (ru) | 2017-11-02 | 2017-11-02 | Ступень многоступенчатого погружного центробежного насоса |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2667562C1 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1038589A1 (ru) * | 1982-05-17 | 1983-08-30 | Предприятие П/Я Р-6639 | Многоступенчатый центробежный насос |
RU2027072C1 (ru) * | 1991-03-19 | 1995-01-20 | Сумский физико-технологический институт | Центробежный насос |
US6193462B1 (en) * | 1998-04-08 | 2001-02-27 | Nikkiso Co., Ltd. | Thrust balance device |
US20110058928A1 (en) * | 2009-09-09 | 2011-03-10 | Baker Hughes Incorporated | Centrifugal pump with thrust balance holes in diffuser |
US20110255951A1 (en) * | 2010-04-20 | 2011-10-20 | Baker Hughes Incorporated | Axial Thrust Balanced Impeller For Use With A Downhole Electrical Submersible Pump |
US20150204336A1 (en) * | 2014-01-17 | 2015-07-23 | Baker Hughes Incorporated | Stepped Balance Ring for a Submersible Well Pump |
US9745991B2 (en) * | 2013-12-18 | 2017-08-29 | Baker Hughes Incorporated | Slotted washer pad for stage impellers of submersible centrifugal well pump |
-
2017
- 2017-11-02 RU RU2017138344A patent/RU2667562C1/ru active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1038589A1 (ru) * | 1982-05-17 | 1983-08-30 | Предприятие П/Я Р-6639 | Многоступенчатый центробежный насос |
RU2027072C1 (ru) * | 1991-03-19 | 1995-01-20 | Сумский физико-технологический институт | Центробежный насос |
US6193462B1 (en) * | 1998-04-08 | 2001-02-27 | Nikkiso Co., Ltd. | Thrust balance device |
US20110058928A1 (en) * | 2009-09-09 | 2011-03-10 | Baker Hughes Incorporated | Centrifugal pump with thrust balance holes in diffuser |
US20110255951A1 (en) * | 2010-04-20 | 2011-10-20 | Baker Hughes Incorporated | Axial Thrust Balanced Impeller For Use With A Downhole Electrical Submersible Pump |
US9745991B2 (en) * | 2013-12-18 | 2017-08-29 | Baker Hughes Incorporated | Slotted washer pad for stage impellers of submersible centrifugal well pump |
US20150204336A1 (en) * | 2014-01-17 | 2015-07-23 | Baker Hughes Incorporated | Stepped Balance Ring for a Submersible Well Pump |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10280929B2 (en) | Multistage centrifugal pump with integral abrasion-resistant axial thrust bearings | |
US9334865B2 (en) | Self-aligning and vibration damping bearings in a submersible well pump | |
US9574562B2 (en) | System and apparatus for pumping a multiphase fluid | |
GB2576124A (en) | Compliant abrasion resistant bearings for a submersible well pump | |
CN105745452A (zh) | 卸载机构 | |
CA2845547C (en) | Bearing assembly for a vertical turbine pump | |
RU2690597C2 (ru) | Насос с осевым разъемом | |
US9303648B2 (en) | Compliant radial bearing for electrical submersible pump | |
CN105351206A (zh) | 节段式多级离心泵 | |
RU2667562C1 (ru) | Ступень многоступенчатого погружного центробежного насоса | |
RU2726977C1 (ru) | Погружной многоступенчатый центробежный насос | |
RU2342564C1 (ru) | Оседиагональный шнековый насос с автоматом разгрузки ротора от осевой силы | |
KR20170044004A (ko) | 고점성 유체를 전달하기 위한 펌프 | |
KR20170044003A (ko) | 고점성 유체를 전달하기 위한 펌프 | |
RU2307263C1 (ru) | Насос центробежный (варианты) | |
RU202692U1 (ru) | Погружной многоступенчатый скважинный центробежный насос с компрессионной схемой сборки | |
US10641264B2 (en) | Modular thrust-compensating rotor assembly | |
US11867176B1 (en) | Method and apparatus for a submersible multistage labyrinth-screw pump | |
RU2779208C1 (ru) | Многоступенчатый центробежный насос | |
RU2234620C1 (ru) | Погружной многоступенчатый центробежный насос | |
RU2560133C1 (ru) | Однопоточный четырехступенчатый турбомолекулярный насос | |
RU170010U1 (ru) | Оседиагональный шнековый насос | |
EP4098879A1 (en) | A balancing drum assembly in a centrifugal pump and method of operating a balancing drum assembly | |
RU168011U1 (ru) | Оседиагональный шнековый насос | |
RU2300021C1 (ru) | Компактный турбонасосный агрегат |