RU2708763C2

RU2708763C2 - Ступенчатый вихревой насос

Info

Publication number: RU2708763C2
Application number: RU2016102395A
Authority: RU
Inventors: Жеремиа Силвино
Original assignee: Игра Индустриаль Лтда
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2019-12-11
Also published as: RU2016102395A; RU2016102395A3

Abstract

Изобретение касается ступенчатого вихревого насоса, используемого в нефтяных скважинах. Насос включает впускной корпус, контактирующий с перекачиваемой жидкостью, и выпускной корпус, соединенные с корпусом насоса и несколько смежных ступеней (24) насоса. Каждая ступень (24) имеет статор (240), первый диффузор (250), второй диффузор (250) и дисковый ротор (260) с центральным отверстием (261) и ободом (262) с лопатками (263). Статор (240), диффузоры (250) и ротор (260) вмещают вал, который соединен с отверстием (261) ротора (260) и двигателем, и формируют по меньшей мере два впуска (E1, E2) ступени. Каждый ротор (260) содержит по меньшей мере одно сквозное отверстие (264) вдоль осевого направления между отверстием (261) и ободом (262). Каждый впуск (E1, E2) соединен посредством соответствующего кольцевого канала (C1, C2) с соответствующим выпуском (S1, S2) ступени. Выпуски предыдущих ступеней (24) соединены с соответствующими впусками последующих ступеней. Каждый диффузор (250) имеет форму диска с передней поверхностью (253) и задней поверхностью (254) и центральным отверстием (251) и жестко соединен с передней кольцевой прокладкой с наружной поверхностью, выступающей за поверхность (253) диффузора (250) и находящейся в контакте с задней стороной предыдущего смежного ротора (260) и последующей кольцевой прокладкой (72) с наружной поверхностью, выступающей за поверхность (254) диффузора (250) и находящейся в контакте с передней стороной последующего смежного ротора (260). Отверстие (251) каждого диффузора (250) плотно соединено с втулкой (82), имеющей центральное отверстие (823), переднюю и заднюю стороны с кольцевыми канавками. Передняя прокладка плотно соединена с передней канавкой, а задняя прокладка (72) – с задней канавкой. Изобретение направлено на устранение чрезмерной нагрузки на роторы. 10 ил.

Description

[001] ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[002] Изобретение относится к ступенчатому вихревому насосу, используемому в насосных системах, таких как нефтяные скважины.

[003] УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[004] Традиционный ступенчатый вихревой насос был описан в US 2008050249. Этот ступенчатый вихревой насос включает насос в сборе, содержащий впускной корпус в контакте с перекачиваемой жидкостью и выпускной корпус, соединенный со всасывающей трубкой насоса. Насос в сборе приводится в движение валом, соединенным с двигателем в сборе.

[005] Когда ступенчатый вихревой насос устанавливается в скважине, такой как нефтяная скважина, насос в сборе размещается внутри обсадной трубы скважины, верхний конец которой располагается на поверхности скважины, а ее нижний конец находится в контакте с перекачиваемой жидкостью. Аналогично всасывающая трубка насоса проходит внутри обсадной трубы скважины до уровня поверхности скважины.

[006] В US 2008050249 вал ступенчатого вихревого насоса проходит от насоса в сборе через всасывающую трубку насоса к двигателю в сборе, расположенному на поверхности скважины. В BRMU8802106-8 описан ступенчатый вихревой насос, в котором вал проходит от насоса в сборе до двигателя в сборе, включая погружной электрический двигатель, размещенный под упомянутым выше насосом в сборе.

[007] Как в ступенчатом вихревом насосе с двигателем в сборе, установленным на поверхности, так и в ступенчатом вихревом насосе с погружным двигателем в сборе насос в сборе дополнительно содержит корпус насоса, внутри которого расположено несколько смежных ступеней насоса, где каждая ступень насоса включает: статор, закрепленный внутри корпуса насоса; первый диффузор, соединенный с передней стороной статора; второй диффузор, соединенный с задней стороной статора; и дисковый ротор, имеющий центральное отверстие и обод с лопатками, причем упомянутый выше ротор соединен с валом и расположен внутри относительно статора.

[008] Как раскрыто в US 2008050249, каждая ступень насоса включает впуск ступени, соединенный с кольцевым каналом, который соединен с выпуском ступени. Лопатки ротора расположены внутри кольцевого канала. Ступени насоса расположены таким образом, что выпуск ступени предыдущей ступени насоса соединен с впуском ступени последующей ступени насоса.

[009] В US 2015330392 раскрыт ступенчатый вихревой насос, который отличается от насоса, раскрытого в US 2008050249, тем обстоятельством, что каждая ступень насоса включает по меньшей мере два впуска ступени, причем каждый впуск ступени соединен с соответствующим кольцевым каналом, а каждый кольцевой канал соединен с соответствующим выпуском ступени, где упомянутые выше впуски ступени равномерно распределены по внутреннему периметру статора, упомянутые выше выпуски ступени равномерно распределены по внутреннему периметру статора, а упомянутые выше ступени насоса расположены таким образом, что каждый выпуск ступени предыдущей ступени насоса соединен с соответствующим впуском ступени последующей ступени насоса. Такое расположение решает проблему чрезмерного касательного напряжения на валу насоса.

[0010] Как в насосе, раскрытом в US 2008050249, так и в насосе, раскрытом в US 2015330392, в условиях эксплуатации при вращении ротора жидкость поступает на ступень насоса по меньшей мере через один впуск ступени, проходит через соответствующий кольцевой канал и покидает ступень насоса через соответствующий выпуск ступени, направляясь на следующую ступень насоса. Таким образом, давление жидкости возрастает между впуском ступени и соответствующим выпуском ступени и также оно возрастает от одной ступени насоса к следующей ступени насоса в направлении перекачки.

[0011] В условиях эксплуатации, помимо перекачивания жидкости по меньшей мере через один впуск ступени, прохождения ее через соответствующий кольцевой канал и выхода через соответствующий выпуск ступени, между передней стороной каждого ротора и задней поверхностью диффузора, соединенного с передней стороной статора, образуется пленка предыдущей жидкости, а между задней стороной каждого ротора и передней поверхностью диффузора, соединенного с задней стороной статора, образуется пленка последующей жидкости.

[0012] Поскольку давление жидкости возрастает вдоль направления перекачивания, давление пленки последующей жидкости становится больше, чем давление пленки предыдущей жидкости, вызывая осевую нагрузку на каждый ротор, что приводит к нежелательному трению ротора о диффузор, соединенный с передней стороной статора.

[0013] СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0014] Целью изобретения является создание ступенчатого вихревого насоса, который устраняет проблему чрезмерной осевой нагрузки на роторы.

[0015] В изобретении предлагается ступенчатый вихревой насос, включающий впускной корпус в контакте с перекачиваемой жидкостью, корпус насоса, соединенный с впускным корпусом, и выпускной корпус, соединенный с корпусом насоса и соединенный со всасывающей трубкой насоса.

[0016] Корпус насоса включает несколько смежных ступеней насоса, где каждая из ступеней насоса имеет статор с передней стороной и задней стороной, при этом упомянутый выше статор закреплен внутри корпуса насоса; первый диффузор, соединенный с передней стороной статора; второй диффузор, соединенный с задней стороной статора; и дисковый ротор, имеющий центральное отверстие и обод с лопатками. Ротор расположен внутри статора между первым и вторым диффузорами. Статор, диффузоры и ротор сконструированы и расположены таким образом, чтобы вместить вал, который соединен с центральным отверстием ротора, и чтобы обеспечить по меньшей мере два впуска ступеней, причем каждый из впусков ступени соединен с соответствующим кольцевым каналом, который соединен с соответствующим выпуском ступени. Ступени насоса расположены таким образом, что выпуск ступени предыдущей ступени насоса соединен с соответствующим впуском ступени последующей ступени насоса. Вал соединен с двигателем в сборе, который приводит в движение насос.

[0017] В соответствии с изобретением, каждый ротор включает по меньшей мере одно сквозное отверстие в осевом направлении, причем упомянутое выше сквозное отверстие располагается между центральным отверстием и ободом ротора. Предпочтительно наличие сквозного отверстия в роторе обеспечивает, в условиях эксплуатации, обмен жидкости от пленки последующей жидкости к пленке предыдущей жидкости, содействуя тем самым уравновешиванию давления между пленками последующей и предыдущей жидкости, что позволяет, таким образом, ротору работать равномерно, предотвращая трение о смежные диффузоры.

[0018] КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

[0019] Изобретение может быть лучше понято при использовании приведенного ниже подробного описания, которое будет более понятно с помощью представленных ниже фигур:

[0020] Фигура 1 показывает продольный поперечный разрез ступенчатого вихревого насоса, в соответствии с изобретением, установленного в скважине, с двигателем в сборе, установленным на поверхности.

[0021] Фигура 2 показывает вид в увеличенном масштабе области "А" Фигуры, 1.

[0022] Фигура 3 показывает развернутый вид в перспективе ступенчатого вихревого насоса в соответствии с изобретением.

[0023] Фигура 4 показывает развернутый вид в перспективе ступени насоса, сконструированной в соответствии с изобретением.

[0024] Фигура 5 показывает вид в увеличенном масштабе области "D" Фигуры 2.

[0025] Фигура 6 показывает вид сверху диффузора, в соответствии с изобретением, с акцентом на его заднюю поверхность.

[0026] Фигура 7 показывает вид сверху диффузора, в соответствии с изобретением, с акцентом на его переднюю поверхность.

[0027] Фигура 8 показывает вид в увеличенном масштабе области "В" Фигуры 2.

[0028] Фигура 9 показывает продольный поперечный разрез ступенчатого вихревого насоса, в соответствии с изобретением, установленного в скважине, с погружным двигателем в сборе.

[0029] Фигура 10 показывает вид в увеличенном масштабе области "С" Фигуры 9.

[0030] ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0031] В изобретении предлагается ступенчатый вихревой насос, включающий впускной корпус (21) в контакте с перекачиваемой жидкостью (F), корпус насоса (23), соединенный с впускным корпусом (21), и выпускной корпус (22), соединенный с корпусом насоса (23) и соединенный со всасывающей трубкой насоса (30).

[0032] Корпус насоса (23) включает несколько смежных ступеней насоса (24), где каждая ступень насоса (24) имеет: статор (240) с передней стороной и задней стороной, причем упомянутый выше статор (240) закреплен внутри корпуса насоса (23); первый диффузор (250), соединенный с передней стороной статора (240); второй диффузор (250), соединенный с задней стороной статора (240); а также дисковый ротор (260) с центральным отверстием (261) и ободом (262) с лопатками (263). Ротор (260) расположен внутри статора (240) между первым диффузором (250) и вторым диффузором (250). Статор (240), диффузоры (250) и ротор (260) сконструированы и расположены таким образом, чтобы вместить вал (40), который соединен с центральным отверстием (261) ротора (260), и чтобы обеспечивать по меньшей мере два впуска ступеней (Е1, Е2), причем каждый впуск ступени (Е1, Е2) соединен с соответствующим кольцевым каналом (С1, С2), который соединен с соответствующим выпуском ступени (S1, S2). Ступени насоса (24) расположены таким образом, чтобы выпуск ступени (S1, S2) предыдущей ступени насоса (24) соединялся с соответствующим впуском ступени (Е1, Е2) последующей ступени насоса (24). Лопатки (263) ротора (260) расположены внутри кольцевого канала (С1, С2). Вал (40) соединен с двигателем в сборе (50, 50'), который приводит в движение насос.

[0033] В условиях эксплуатации, когда ротор (260) вращается, жидкость (F) поступает на ступень насоса (24) через впуски ступени (Е1, Е2), проходит через соответствующий кольцевой канал (С1, С2) и покидает ступень насоса (24) через соответствующий выпуск ступени (S1, S2), перемещаясь на следующую ступень насоса (24). Таким образом, давление жидкости (F) возрастает между впуском ступени (Е1, Е2) и соответствующим выпуском ступени (S1, S2) и также возрастает от одной ступени насоса (24) к следующей ступени насоса (24) вдоль направления перекачивания.

[0034] В условиях эксплуатации, помимо перекачивания жидкости (F) через впуски ступени (Е1, Е2), прохождения ее через соответствующий кольцевой канал (С1, С2) и выхода через соответствующий выпуск ступени (S1, S2), между передней стороной каждого ротора (260) и задней поверхностью (254) диффузора (250), соединенного с передней стороной статора (240), образуется пленка предыдущей жидкости (j1), а между задней стороной каждого ротора (260) и передней поверхностью (253) диффузора (250), соединенного с задней стороной статора (240), образуется пленка последующей жидкости (j2).

[0035] При возрастании давления жидкости (F) вдоль направления перекачивания давление пленки последующей жидкости (j2) становится большим, чем давление пленки предыдущей жидкости (j1), вызывая осевую нагрузку на каждый ротор (260), которая приводит к нежелательному трению ротора (260) о диффузор (250), соединенный с передней стороной статора (240).

[0036] В соответствии с изобретением, каждый ротор (260) содержит по меньшей мере одно сквозное отверстие (264) в осевом направлении, причем упомянутое выше сквозное отверстие (264) располагается между центральным отверстием (261) и ободом (262). Предпочтительно наличие сквозного отверстия (264) в роторе (260) обеспечивает, в условиях эксплуатации, обмен жидкости (F) от пленки последующей жидкости (j2) к пленке предыдущей жидкости (j1), способствуя тем самым выравниванию давления между пленками последующей (j2) и предыдущей (j1) жидкости, позволяя, таким образом, ротору (260) работать равномерно, предотвращая трение о смежные диффузоры (250).

[0037] Предпочтительно, как показано на Фигуре 4, каждый ротор (260) содержит четыре сквозных отверстия (264) в осевом направлении, причем каждое сквозное отверстие (264) расположено под углом 90° относительно смежного сквозного отверстия (264), имея при этом геометрическую ось ротора (260) в качестве вершины угла. Наличие четырех сквозных отверстий (264) в роторе (260) улучшает эффект выравнивания давлений жидкости между последующей (j2) и предыдущей (j1) пленками.

[0038] Каждый диффузор (250) имеет форму диска и имеет переднюю поверхность (253) и заднюю поверхность (254), а также центральное отверстие (251). Каждый диффузор (250), кроме того, жестко соединен с передней кольцевой прокладкой (71), имеющей внешнюю поверхность (711), выступающую относительно передней поверхности (253) диффузора (250), причем упомянутая выше внешняя поверхность (711) находится в контакте с задней стороной предыдущего ротора (260). Каждый диффузор (250), кроме того, жестко соединен с последующей кольцевой прокладкой (72), имеющей внешнюю поверхность (721), выступающую относительно задней поверхности (254) диффузора (250), причем упомянутая выше внешняя поверхность (721) находится в контакте с передней стороной последующего ротора (260). Прокладки (71, 72) могут быть изготовлены, например, из политетрафторэтилена.

[0039] В ступени насоса (24) задняя прокладка (72) диффузора (250), соединенного с передней стороной статора (240), и передняя прокладка (71) диффузора (250), соединенного с задней стороной статора (240), позволяют удерживать ротор (260) в равновесном состоянии на месте и слегка на расстоянии от поверхностей (253, 254) смежных диффузоров (250). Такая особенность эффективна при запуске насоса, когда пленки последующей (j2) и предыдущей (j1) жидкостей еще не присутствуют. Дополнительное преимущество состоит в том, что прокладки (71, 72) предотвращают попадание любых твердых частиц, содержащихся в жидкости (F), таких как песок, в центральную часть насоса вдоль по валу (40). С другой стороны, прокладки (71, 72) не обеспечивают полной герметичности, допуская обмен жидкости (F) от пленки последующей жидкости (j2) к пленке предыдущей жидкости (j1).

[0040] В иллюстративном варианте воплощения изобретения, как показано на Фигурах 4 и 5, центральное отверстие (251) каждого диффузора (250) плотно соединено с втулкой (82), где упомянутая выше втулка (82) содержит центральное отверстие (823), переднюю сторону, имеющую переднюю кольцевую канавку (821), и заднюю сторону, имеющую заднюю кольцевую канавку (822), причем передняя прокладка (71) плотно соединена с передней канавкой (821), а задняя прокладка (72) плотно соединена с задней канавкой (822). Втулка (82) может быть изготовлена, например, из бронзы. В соответствии с альтернативным вариантом воплощения изобретения, не показанным в настоящем описании, прокладки (71, 72) могут быть жестко соединены с канавками, имеющимися на поверхностях (253, 254) каждого диффузора (250).

[0041] В соответствии с другим вариантом воплощения изобретения, не показанным в настоящем описании, каждый ротор (260) может иметь свое центральное отверстие (261), непосредственное и плотно соединенное с валом (40). Вращение вала (40) запускает вращение ротора (260), причем вал (40) скользит вокруг центрального отверстия (823) втулки (82) каждого из диффузоров (250).

[0042] В качестве альтернативы, как показано на Фигуре 5, насос включает распорную втулку (92) для каждого ротора (260), где упомянутая выше распорная втулка (92) имеет центральное отверстие (921) и наружную поверхность (922), причем центральное отверстие (921) распорной втулки (92) соединено с валом (40), чтобы распорная втулка (92) могла скользить в осевом направлении под воздействием вала (40) в направлении вращения за счет шпоночного соединения, при этом центральное отверстие (261) ротора (260) жестко соединено с наружной поверхностью (922) распорной втулки (92), предпочтительно за счет резьбового соединения. Вращение вала (40) заставляет распорную втулку (92) поворачиваться, запуская в результате вращение ротора (260). Предпочтительно распорная втулка (92) имеет достаточную длину, так что гладкая часть ее наружной поверхности (922) входит внутрь центрального отверстия (823) втулки (82) диффузора (250), расположенного за соответствующим ротором (260), и, таким образом, при вращении вала (40), упомянутая выше гладкая часть наружной поверхности (922) скользит вокруг центрального отверстия (823) втулки (82).

[0043] Статоры (240) имеют кольцеобразную форму, а их наружная поверхность (241) находится в контакте с внутренней поверхностью корпуса насоса (23). Внутренняя поверхность (242) статора (240) имеет по меньшей мере два блокирующих выступа (243) с прямолинейными передней и задней поверхностями (243а), кольцевой внутренней поверхностью (243b) и меньшей длиной по оси, чем длина по оси статора (240). Блокирующие выступы (243) равномерно распределены по внутреннему периметру статора (240). Внутренняя поверхность (242) статора (240) также имеет по меньшей мере два участка без выступов, которые определяют по меньшей мере два впуска статора (244), при этом каждый впуск статора (244) располагается с одной стороны от соответствующего блокирующего выступа (243). Внутренняя поверхность (242) статора (240) имеет по меньшей мере два пропускных выступа (246) с прямолинейными передней и задней поверхностями (246а), длиной по оси, равной длине по оси блокирующего выступа (243), и внутренней поверхностью (246b), имеющей форму двойной изогнутой наклонной поверхности со сходящимися вершинами (246 с), при этом каждый пропускной выступ (246) расположен рядом с соответствующим впуском статора (244). Внутренняя поверхность (242) статора (240) также имеет по меньшей мере два участка без выступов, которые определяют два выпуска статора (245), при этом каждый выпуск статора (245) расположен рядом с соответствующим пропускным выступом (246). Длина дуги пропускных выступов (246) значительно больше, чем длина дуги блокирующих выступов (243). Пропускные выступы (246) располагаются на протяжении большей части внутреннего периметра статора (240), при этом каждый пропускной выступ (246) прерывается на одном из своих концов соответствующим впуском статора (244), а на другом конце прерывается соответствующим выпуском статора (245), причем упомянутый выше впуск статора (244) и упомянутый выше выпуск статора (245) разделены соответствующим блокирующим выступом (243).

[0044] Как показано на Фигурах 4, 6 и 7, каждый диффузор (250) имеет по меньшей мере два осевых канала (252), и каждый осевой канал (252) определяется как отсутствие материала в области обода диффузора (250). Осевые каналы (252) равномерно распределены вдоль наружного периметра диффузора (250). Диффузор (250) также имеет по меньшей мере две передние канавки (253а), расположенные на его передней поверхности (253), причем каждая передняя канавка (253а) располагается по кольцевой траектории от соответствующего осевого канала (252) до соответствующего переднего участка без канавки (253b). Диффузор (250) также имеет по меньшей мере две задние канавки (254а), расположенные на его задней поверхности (254), причем каждая задняя канавка (254а) располагается по кольцевой траектории от соответствующего осевого канала (252) до соответствующего заднего участка без канавки (254b), вследствие чего передний участок без канавки (253b), смежный с осевым каналом (252), смещен относительно заднего участка без канавки (254b), смежного с тем же самым осевым каналом (252).

[0045] Каждый ротор (260) имеет изогнутый край с двумя наклонными поверхностями (262) со сходящимися вершинами (262а). Диаметр ротора (260), измеренный до его лопаток (263), больше, чем диаметр ротора (260), измеренный до его вершины (262а).

[0046] В каждой из ступеней насоса (24) соединение первого диффузора (250) с передней стороной статора (240) осуществляется за счет установки задней поверхности (254) упомянутого выше диффузора (250) напротив передней поверхности блокирующих выступов (243) и передней поверхности пропускных выступов (246) при совмещении каждого заднего участка без канавки (254b) с соответствующим блокирующим выступом (243). Соединение второго диффузора (250) с задней стороной статора (240) осуществляется за счет установки передней поверхности (253) упомянутого выше диффузора (250) напротив задней поверхности (243а) блокирующих выступов (243) и задней поверхности (246а) пропускных выступов (246) при совмещении каждого переднего участка без канавки (253b) с соответствующим блокирующим выступом (243).

[0047] На Фигуре 4 показана ступень насоса (24), включающую два впуска ступени (Е1, Е2), где каждый впуск ступени (Е1, Е2) соединен с соответствующим кольцевым каналом (С1, С2), а каждый кольцевой канал (С1, С2) соединен с соответствующим выпуском ступени (S1, S2), причем упомянутые выше впуски ступени (Е1, Е2) равномерно распределены вдоль внутреннего периметра статора (240), а упомянутые выше выпуски ступени (S1, S2) равномерно распределены вдоль внутреннего периметра статора (240).

[0048] Первый впуск ступени (Е1) обеспечивается за счет совмещения осевого канала (252) первого диффузора (250), соединенного с передней стороной статора (240), с соответствующим впуском статора (244) и с соответствующим передним краем с канавкой (253а), смежным с передним участком без канавки (253b) второго диффузора (250), соединенного с задней стороной статора (240). Первый кольцевой канал (С1), соединенный с первым впуском ступени (Е1), обеспечивается за счет совмещения соответствующей задней канавки (254а) первого диффузора (250), соединенного с передней стороной статора (240), с соответствующим пропускным выступом (246) статора (240), с ободом (262) ротора (260) и с соответствующей передней канавкой (253а) второго диффузора (250), соединенного с задней стороной статора (240). Выпуск первой ступени (S1), соединенный с первым кольцевым каналом (С1), обеспечивается за счет совмещения соответствующего заднего края с канавкой (254а), смежного с задним участком без канавки (254b) первого диффузора (250), соединенного с передней стороной статора (240), с соответствующим выпуском статора (245) и с соответствующим осевым каналом (252) второго диффузора (250), соединенного с задней стороной статора (240).

[0049] Второй впуск ступени (Е2) образуется при совмещении второго осевого канала (252) первого диффузора (250), соединенного с передней стороной статора (240), с соответствующим впуском (244) статора и с соответствующим передним краем с канавкой (253а), смежным с передним участком без канавки (253b) второго диффузора (250), соединенного с задней стороной статора (240). Второй кольцевой канал (С2), соединенный со вторым впуском ступени (Е2), обеспечивается при совмещении соответствующей задней канавки (254а) первого диффузора (250), соединенного с передней стороной статора (240), с соответствующим пропускным выступом (246) статора (240), с ободом (262) ротора (260) и с соответствующей передней канавкой (253а) второго диффузора (250), соединенного с задней стороной статора (240). Второй выпуск ступени (S2), соединенный со вторым кольцевым каналом (С2), обеспечивается при совмещении соответствующего заднего края с канавкой (254а), смежного с задним участком без канавки (254b) первого диффузора (250), соединенного с передней стороной статора (240) с соответствующим выпуском статора (245) и с соответствующим осевым каналом (252) второго диффузора (250), соединенного с задней стороной статора (240).

[0050] Как показано на Фигуре 8 кольцевой канал (С), определяется внутренней поверхностью (246b) пропускного выступа (246) статора (240), передней канавкой (253а) второго диффузора (250), соединенного с задней стороной статора (240), ободом (262) ротора (260) и задней канавкой (254а) первого диффузора (250), соединенного с передней стороной статора (240). Лопатки (263) ротора (260) расположены внутри кольцевого канала (С). Можно увидеть, что вершина (246С) пропускного выступа (246) совмещена с вершиной (262а) обода (262) ротора (260) с целью разделения кольцевого канала (С) на два участка.

[0051] В условиях эксплуатации, когда ротор вращается (260), жидкость (F) осуществляет вихревое движение в каждом из двух участков кольцевого канала (С) во время ее прохождения через упомянутый выше кольцевой канал (С), как схематически показано стрелками на Фигуре 8.

[0052] Как показано на Фигурах 1 и 9, когда ступенчатый вихревой насос устанавливается в скважине,, насос в сборе (20) устанавливается в обсадной трубе скважины (10), верхний конец (12) которой располагается на поверхности скважины (SP), а нижний конец (14) находится в контакте с перекачиваемой жидкостью (F). Аналогично всасывающая трубка насоса (30) проходит внутри обсадной трубы скважины (10) вплоть до поверхности скважины (SP).

[0053] В ступенчатом вихревом насосе, установленном в скважине, при установке двигателя в сборе (50) на поверхности, вал (40) проходит от насоса в сборе (20) через насосный трубопровод (30) до двигателя в сборе (50), включающего электрический двигатель (52) на поверхности, установленный на поверхности скважины (SP), как это можно увидеть на Фигуре 1. В ступенчатом вихревом насосе, установленном в скважине с погружным двигателем в сборе (50'), вал (40) проходит от насоса в сборе (20) к двигателю в сборе (50'), включающему погружной электрический двигатель (54'), расположенный ниже упомянутого выше насоса в сборе (20), как можно увидеть на Фигурах 9 и 10.

[0054] Ступенчатый вихревой насос дополнительно включает, как показано на Фигурах 2 и 3, верхний радиальный подшипник (27), расположенный между выпускным корпусом (22) и верхней ступенью насоса (24), нижний радиальный подшипник (28) и упорный подшипник (29), причем оба подшипника расположены между впускным корпусом (21) и нижней ступенью насоса (24), где упомянутые выше подшипники (27, 28, 29) отвечают за опору вала (40). С впускным корпусом (21) ступенчатого вихревого насоса также может быть соединен обратный клапан колонны (60).

[0055] Разумеется, давление перекачиваемой жидкости (F) возрастает с увеличением числа ступеней насоса (24) ступенчатого вихревого насоса. Таким образом, число ступеней насоса (24) ступенчатого вихревого насоса устанавливается в соответствии с требуемым применением. Например, Фигура 2 показывает ступенчатый вихревой насос с десятью ступенями насоса (24), в то время как Фигуры 3 и 10 демонстрируют ступенчатый вихревой насос с четырьмя ступенями насоса (24).

[0056] Предпочтительный и альтернативный варианты воплощения изобретения, описанные в настоящей заявке, не дают права ограничивать изобретение только этими формами конструкции, допуская эквивалентные варианты конструктивного исполнения, однако, без выхода за пределы объема правовой охраны изобретения.

Claims

Ступенчатый вихревой насос, включающий:
впускной корпус (21) в контакте с перекачиваемой жидкостью (F); корпус насоса (23), соединенный с впускным корпусом (21) и включающий несколько смежных ступеней насоса (24), при этом каждая ступень насоса (24) имеет:
статор (240), имеющий переднюю сторону и заднюю сторону и закрепленный внутри корпуса насоса (23); первый диффузор (250), соединенный с передней стороной статора (240); второй диффузор (250), соединенный с задней стороной статора (240); а также дисковый ротор (260) с центральным отверстием (261) и ободом (262) с лопатками (263), при этом упомянутый выше ротор (260) расположен внутри относительно статора (240) между первым диффузором (250) и вторым диффузором (250); статор (240), диффузоры (250) и ротор (260) сконструированы и расположены таким образом, чтобы вмещать вал (40), который соединен с центральным отверстием (261) ротора (260), и чтобы сформировать по меньшей мере два впуска ступени (Е1, Е2), где каждый впуск ступени (Е1, Е2) соединен с соответствующим кольцевым каналом (С1, С2), который соединен с соответствующим выпуском ступени (S1, S2), а выпуск ступени (S1, S2) предыдущей ступени насоса (24) соединен с соответствующим впуском ступени (Е1, Е2) последующей ступени насоса (24); и
выпускной корпус (22), соединенный с корпусом насоса (23) и соединенный со всасывающей трубкой насоса (30);
при этом вал (40) соединен с двигателем в сборе (50, 50'), который приводит в движение насос, отличающийся тем, что
каждый ротор (260) включает по меньшей мере одно сквозное отверстие (264) вдоль осевого направления, расположенное между центральным отверстием (261) и ободом (262);
при этом каждый диффузор (250) имеет форму диска и имеет переднюю поверхность (253) и заднюю поверхность (254), а также центральное отверстие (251) и жестко соединен с передней кольцевой прокладкой (71), имеющей наружную поверхность (711), выступающую относительно передней поверхности (253) диффузора (250), при этом упомянутая выше наружная поверхность (711) находится в контакте с задней стороной предыдущего смежного ротора (260), а также за счет каждого диффузора (250) жестко соединена с последующей кольцевой прокладкой (72), имеющей наружную поверхность (721), выступающую относительно задней поверхности (254) диффузора (250), при этом упомянутая выше наружная поверхность (721) находится в контакте с передней стороной последующего смежного ротора (260);
при этом центральное отверстие (251) каждого диффузора (250) плотно соединено с втулкой (82), причем упомянутая выше втулка (82) содержит центральное отверстие (823), переднюю сторону, имеющую переднюю кольцевую канавку (821), и заднюю сторону, имеющую заднюю кольцевую канавку (822), а также переднюю прокладку (71), плотно соединенную с передней канавкой (821), и заднюю прокладку (72), плотно соединенную с задней канавкой (822).