RU2735971C1 - Impeller of blade pump stage - Google Patents
Impeller of blade pump stage Download PDFInfo
- Publication number
- RU2735971C1 RU2735971C1 RU2020108153A RU2020108153A RU2735971C1 RU 2735971 C1 RU2735971 C1 RU 2735971C1 RU 2020108153 A RU2020108153 A RU 2020108153A RU 2020108153 A RU2020108153 A RU 2020108153A RU 2735971 C1 RU2735971 C1 RU 2735971C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inter
- oval
- section
- channels
- channel
- Prior art date
Links
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
- F04D1/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
- F04D1/06—Multi-stage pumps
-
- 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
- F04D29/18—Rotors
- F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
- F04D29/2238—Special flow patterns
- F04D29/2255—Special flow patterns flow-channels with a special cross-section contour, e.g. ejecting, throttling or diffusing effect
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
Description
Область техникиTechnology area
Заявляемое техническое решение относится к насосной технике, а именно к рабочим колесам лопастных многоступенчатых насосов для перекачки различных жидких сред. Наиболее эффективно оно будет использоваться при применении в составе многоступенчатых ЭЦН (электропогружных центробежных насосов) для добычи нефти.The claimed technical solution relates to pumping equipment, namely to impellers of vane multistage pumps for pumping various liquid media. It will be most effectively used when used as a part of multistage ESPs (electric submersible centrifugal pumps) for oil production.
Уровень техникиState of the art
Многоступенчатые лопастные (центробежные и полуосевые) насосы широко применяются для перекачки различных жидкостей в нефтедобыче, электроэнергетике, других отраслях промышленности и Ж.К.Х. Рабочими органами таких насосов являются насосные ступени, каждая из которых состоит из рабочего колеса и направляющего аппарата. Вращающееся рабочее колесо, служит для передачи механической энергии потоку жидкости. Оно представляет собой основной диск со ступицей и покрывной диск, между которыми расположены лопасти (лопатки), образующие межлопастные каналы, по которым, под действием лопастей, движется перекачиваемая жидкость. Такая конструкция называется рабочим колесом закрытого типа. Неподвижно закрепленный в корпусе направляющий аппарат служит для передачи жидкости в рабочее колесо следующей ступени лопастного насоса [см. В.Н. Ивановский, А.А. Сабиров, А.В. Деговцев и др. «Проектирование и исследование ступеней динамических насосов» - М: РГУ Нефти и газа им. И.М. Губкина, 124 с.].Multistage vane (centrifugal and semi-axial) pumps are widely used for pumping various liquids in oil production, power engineering, other industries and Zh.K.Kh. The working bodies of such pumps are pump stages, each of which consists of an impeller and a guide vane. The rotating impeller serves to transfer mechanical energy to the fluid flow. It is a main disc with a hub and a cover disc, between which the blades (blades) are located, forming inter-blade channels, through which, under the action of the blades, the pumped liquid moves. This design is called a closed impeller. The guide vane fixed in the housing serves to transfer the liquid to the impeller of the next stage of the vane pump [see. V.N. Ivanovsky, A.A. Sabirov, A.V. Degovtsev et al. "Design and research of dynamic pump stages" - M: Russian State University of Oil and Gas named after THEM. Gubkin, 124 p.].
В основном количестве известных аналогов межлопастные каналы рабочего колеса с точки зрения гидродинамики представляют из себя кривоосные диффузоры, в которых лопатки (лопасти) выполнены криволинейными, с изменяющимся наклонном и загнутыми назад (по ходу вращения колеса). Сечение межлопастных каналов, перпендикулярное направлению потока жидкости (или поперечное сечение канала), имеет форму четырехугольника в которых линии, образованные дисками, прямые и параллельные, а лопастями как параллельными прямыми, так и параллельными кривыми линиями [см., например, Патент US №5224821, кл. F01D 5/14, опубл. 06.07.1993 г., Патент RU 2080490, кл. F04B 29/24, F04D 29/66 опубл. 27.05.1997 г., Евразийский патент 000686 кл. F 04D 29/22, 7/04. опубл. 28.02.2000 г., а также В.Н. Ивановский, А.А. Сабиров, А.В. Деговцев и др. «Проектирование и исследование ступеней динамических насосов.» - М: РГУ Нефти и газа им. И.М. Губкина, 124 с.].In the main number of known analogs, the inter-blade channels of the impeller from the point of view of hydrodynamics are curved diffusers, in which the blades (blades) are curved, with a variable inclined and bent back (along the direction of rotation of the wheel). The cross-section of the inter-blade channels, perpendicular to the direction of fluid flow (or the cross-section of the channel), has the shape of a quadrangle in which the lines formed by the discs are straight and parallel, and the blades are both parallel straight and parallel curved lines [see, for example, US Patent No. 5224821 , cl.
Наиболее близким техническим решением по своей сущности к заявляемому является изобретение по Патенту RU 2688873 С1 кл. F04D 1/06, F04D 29/22, F04D 29/44, опубл. 22.05.2019 г. Это Ступень центробежного насоса, состоящая как минимум из рабочего колеса и направляющего аппарата, отличающаяся тем, что межлопаточные (межлопастные) каналы выполняют круглой или близкой к кругу формы в поперечном сечении; близкой к кругу в данном случае считают форму, в которой расстояние от оси канала до наименее удаленной точки на стенке канала составляет не менее 90% расстояния от оси канала до наиболее удаленной точки. Вариантом изобретения является Ступень центробежного насоса по п. 1, отличающаяся тем, что каждый канал или его часть расположен вдоль кривой, описываемой уравнениями вида:The closest technical solution in essence to the claimed one is the invention under Patent RU 2688873 C1 class.
x=a⋅t⋅cos(tb);x = a⋅t⋅cos (t b );
y=a⋅t⋅sin(tb);y = a⋅t⋅sin (t b );
где a, b, t - любое действительное число.where a, b, t is any real number.
Недостатки технических решений, выбранных в качестве аналогов и прототипа следующие:The disadvantages of the technical solutions chosen as analogues and prototype are as follows:
1. Рассмотренные выше аналоги являются рабочими колесами с межлопастными каналами в виде кривоосных диффузоров с поперечным сечением каналов в форме четырехугольника с параллельными противоположными сторонами. Наиболее часто такие каналы - это плоские диффузоры, т.е. расширяющиеся в одной плоскости (в ширину проточного канала), т.к. они имеют гидравлическое сопротивление ниже, чем у диффузоров, расширяющихся в двух плоскостях. Местное гидравлическое сопротивление внезапного расширения жидкости на выходе из таких диффузоров минимально.1. The analogs considered above are impellers with inter-blade channels in the form of curved diffusers with a cross-section of channels in the form of a quadrangle with parallel opposite sides. Most often, these channels are flat diffusers, i.e. expanding in one plane (in the width of the flow channel), because they have a hydraulic resistance lower than that of diffusers that expand in two planes. The local hydraulic resistance of the sudden liquid expansion at the outlet from such diffusers is minimal.
Недостатком вышеописанных рабочих колес является довольно высокое гидравлическое сопротивление межлопастных каналов, особенно насосов малой производительности (20-100 м3/сут), а также невысокая надежность при эксплуатации этих насосов в скважинах из-за засорения каналов механическими примесями и солевыми отложениями из перекачиваемой жидкости. Последнее особенно актуально при эксплуатации ЭЦН для добычи нефти.The disadvantage of the above-described impellers is a rather high hydraulic resistance of the inter-blade channels, especially of low-capacity pumps (20-100 m 3 / day), as well as low reliability during the operation of these pumps in wells due to clogging of the channels with mechanical impurities and salt deposits from the pumped liquid. The latter is especially important when operating an ESP for oil production.
2. Техническое решение, выбранное в качестве прототипа, отличается от аналогов тем, что межлопастные каналы имеют круглую или очень близкую к кругу форму поперечного сечения. Благодаря такой форме каналов, при движении жидкости по ним, поток движется вдоль стенок канала с меньшим количеством отрывов и вихрей, которые обуславливают потери напора. Т.е. данная форма обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление межлопастных каналов. Наши гидродинамические расчеты, проведенные для адаптации прототипа к конструкции реального рабочего колеса (см. Таблицу №1) показали, что гидравлическое сопротивления каналов такой формы может быть на 42% ниже, чем у аналогов. Кроме того, засорение проточных круглых каналов происходит реже, чем вытянутой четырехугольной формы (при одинаковых площадях сечения каналов).2. The technical solution chosen as a prototype differs from analogs in that the inter-blade channels have a circular or very close to circular cross-sectional shape. Due to this shape of the channels, when the fluid moves along them, the flow moves along the channel walls with fewer separations and vortices, which cause pressure losses. Those. this form provides a minimum hydraulic resistance of the inter-blade channels. Our hydrodynamic calculations carried out to adapt the prototype to the design of a real impeller (see Table 1) showed that the hydraulic resistance of channels of this shape can be 42% lower than that of analogues. In addition, clogging of the flowing round channels occurs less often than the elongated quadrangular shape (with the same cross-sectional areas of the channels).
В конструкции ступени, изображенной в материалах Прототипа (но не отраженной в формуле и описании изобретения), направляющий аппарат имеет диаметр намного больше диаметра рабочего колеса и поток жидкости входит из колеса в межлопастную решетку направляющего аппарата без изменения направления. Оно меняется уже в самом направляющем аппарате. Но в реальных скважинных ЭЦН со сравнительно малыми радиальными габаритами использование такой конструкции ступени приводит к существенному снижения ее напора. Похоже, что автор также не учел высокое гидравлическое сопротивление, возникающее при входе жидкости из колеса в лопастную решетку аппарата круглого сечения. Поэтому заявленное в прототипе снижение гидравлических потерь в насосной ступени в целом, мягко говоря, спорное. Конструкции рабочего колеса с круглой формой проточного канала, свойственны следующие недостатки:In the design of the stage shown in the materials of the Prototype (but not reflected in the claims and description of the invention), the guide vane has a diameter much larger than the diameter of the impeller and the fluid flow from the wheel enters the inter-blade grate of the guide vane without changing direction. It changes already in the guide vane itself. But in real downhole ESPs with relatively small radial dimensions, the use of such a stage design leads to a significant decrease in its head. It seems that the author also did not take into account the high hydraulic resistance arising when the fluid enters from the wheel into the blade cascade of a circular apparatus. Therefore, the reduction in hydraulic losses in the pump stage declared in the prototype as a whole is, to put it mildly, controversial. The design of an impeller with a circular flow channel has the following disadvantages:
2.1. Использование круглой формы сечения межлопастного канала приводит к очень большому росту местного гидравлического сопротивления внезапного расширения жидкости на выходе из рабочего колеса. Наши гидродинамические расчеты, проведенные при адаптации прототипа к конструкции реального рабочего колеса, показали, что местное гидравлическое сопротивление внезапного расширения жидкости на выходе из колеса перед входом в направляющий аппарат может быть в 140-150 раз выше, чем у аналогов (см. Таблицу №1). Поэтому полное гидравлическое сопротивление рабочего колеса прототипа будет в 1,65 раз больше, чем у рабочих колес лопастных насосов с классической конструкции (диффузорной конструкции с четырехугольной формой поперечного сечения канала).2.1. The use of a circular cross-section of the inter-blade channel leads to a very large increase in the local hydraulic resistance of the sudden expansion of the liquid at the outlet of the impeller. Our hydrodynamic calculations, carried out when adapting the prototype to the design of a real impeller, showed that the local hydraulic resistance of the sudden expansion of the liquid at the exit from the impeller before entering the guide vane can be 140-150 times higher than that of analogues (see Table 1 ). Therefore, the total hydraulic resistance of the impeller of the prototype will be 1.65 times greater than that of impellers of vane pumps with a classical design (diffuser design with a quadrangular shape of the channel cross-section).
2.2. Неравномерный, пульсирующий характер движения жидкости в насосе с такими ступенями. Это приводит к разрыву струи, срыву подачи и повышенной кавитации в насосах. Результатом является снижение надежности и ресурса работы насосной установки, особенно когда перекачиваемая жидкость содержит растворенный газ. Последнее всегда свойственно процессу добычи нефти из скважин.2.2. Uneven, pulsating nature of fluid movement in a pump with such stages. This leads to jet rupture, flow disruption and increased cavitation in the pumps. The result is a decrease in the reliability and service life of the pumping unit, especially when the pumped liquid contains dissolved gas. The latter is always characteristic of the process of oil production from wells.
Раскрытие предлагаемого технического решенияDisclosure of the proposed technical solution
Целью заявляемого изобретения является повышение эффективности работы многоступенчатого лопастного насоса за счет снижения гидравлического сопротивления рабочего колеса в целом, а значит и уменьшения гидравлических потерь при движении жидкости в нем.The aim of the claimed invention is to improve the efficiency of the multistage vane pump by reducing the hydraulic resistance of the impeller as a whole, and hence reducing hydraulic losses when the fluid moves in it.
Поставленная цель достигается благодаря тому, что рабочее колесо ступени лопастного насоса, состоящей из основного диска (1) со ступицей (2) и покрывного диска (3), между которыми расположены криволинейные лопасти (4), образующие межлопастные каналы (5), по которым, под действием лопастей, движется перекачиваемая жидкость (см. Фиг. 1) отличается следующими основными признаками:This goal is achieved due to the fact that the impeller of a vane pump stage, consisting of a main disk (1) with a hub (2) and a cover disk (3), between which curved blades (4) are located, forming inter-blade channels (5), along which , under the action of the blades, the pumped liquid moves (see Fig. 1) is distinguished by the following main features:
1). Каждый межлопастной канал представляют из себя кривоосный диффузор, который имеет поперечное сечение овальной формы, преимущественно овал-эллипс-овал:1). Each inter-blade channel is a curved diffuser, which has an oval cross-section, mainly oval-ellipse-oval:
2). Входы в межлопастные каналы и выходы из них выполнены в форме четырехугольников с параллельными противоположными сторонами, а концевые области этих каналов, где происходит переход от четырехугольной формы сечения к овальной (т.е. на входе потока жидкости в межлопастные каналы) и от овального сечения к четырехугольному (т.е. на выходе потока жидкости из межлопастных каналов) плавно сопрягаются с внутренними областями этих каналов.2). The entrances to the inter-blade channels and exits from them are made in the form of quadrangles with parallel opposite sides, and the end areas of these channels, where the transition from a quadrangular section to an oval one occurs (i.e., at the inlet of the fluid flow into the inter-blade channels) and from an oval section to quadrangular (i.e. at the outlet of the fluid flow from the inter-blade channels) smoothly mate with the inner regions of these channels.
Общее между прототипом и заявляемым техническим решением состоит в том, что на основной протяженности межлопастного канала его сечение не четырехугольной формы, а замкнутая выпуклая кривая без углов. Образование завихрений и отрыв струи жидкости от труб происходят наиболее интенсивно именно в углах. Наличие углов повышает гидравлическое сопротивление потоков жидкости в каналах. Сглаженная, без углов форма сечений межлопастных каналов позволяет в принципе понизить гидравлическое сопротивление по сравнению с каналами, у которых форма сечения четырехугольная. Причем именно круглая форма сечения межлопастного канала, свойственная Прототипу, обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление при протекании жидкости. Но использование такой формы каналов приводит к большому увеличению местных гидравлических сопротивлений на входе, а особенно на выходе из рабочего колеса (см. Таблицу №1).The general between the prototype and the claimed technical solution is that on the main length of the inter-blade channel its section is not quadrangular, but a closed convex curve without corners. The formation of vortices and the separation of the liquid stream from the pipes occur most intensively precisely in the corners. The presence of corners increases the hydraulic resistance of fluid flows in the channels. Smoothed, without angles, the shape of the cross-sections of the inter-blade channels allows, in principle, to lower the hydraulic resistance in comparison with channels in which the cross-sectional shape is quadrangular. Moreover, it is the circular shape of the cross-section of the inter-blade channel, inherent in the Prototype, that provides the minimum hydraulic resistance during fluid flow. But the use of such a channel shape leads to a large increase in local hydraulic resistance at the inlet, and especially at the outlet of the impeller (see Table 1).
В отличие от Прототипа в заявляемом техническом решении хотя и по всей длине канала сформирована сглаженная без углов форма сечения, но она не является близкой к кругу, а скорее средней между сильно вытянутым по большой полуоси эллипсом и описывающим его параллелограммом (или прямоугольником). Причем чем ближе к входу и выходу канала, тем форма ближе к параллелограмму, а отношение длины малой полуоси овала (эллипса) к его большой полуоси может составлять 0,16-0,87 (для рабочих колес насосов серии ЭЦНА5 с номинальной производительностью 20-160 м3/сут). Если последовательно (по ходу движения жидкости) рассматривать формы сечения диффузорного канала, то наблюдается следующая картина: параллелограмм - постепенно сужающийся в диагональной плоскости овал - овал близкий к эллипсу - постепенно расширяющийся в диагональной плоскости овал - параллелограмм (см. Фиг. 2). Наличие переходных областей является существенным признаком заявляемого технического решения.In contrast to the Prototype, in the claimed technical solution, although along the entire length of the channel, a sectional shape smoothed without corners is formed, but it is not close to a circle, but rather an average between an ellipse strongly elongated along the semi-major axis and the parallelogram (or rectangle) that describes it. Moreover, the closer to the inlet and outlet of the channel, the closer the shape is to the parallelogram, and the ratio of the length of the semi-minor axis of the oval (ellipse) to its semi-major axis can be 0.16-0.87 (for impellers of the ETsNA5 series pumps with a nominal capacity of 20-160 m 3 / day). If we sequentially (in the direction of fluid movement) consider the sectional shapes of the diffuser channel, then the following picture is observed: parallelogram - oval gradually tapering in the diagonal plane - oval close to an ellipse - oval gradually expanding in the diagonal plane - parallelogram (see Fig. 2). The presence of transition areas is an essential feature of the proposed technical solution.
В отличие от Прототипа в заявляемом рабочем колесе концевые области каждого межлопастного канала близки по форме к параллелограмму, а именно такая форма сечения межлопастного канала, свойственная аналогам, обеспечивает минимальную величину местных гидравлических сопротивлений внезапного расширения потока на выходе из колеса (см. Таблицу №1).In contrast to the Prototype, in the inventive impeller, the end regions of each blade channel are close in shape to a parallelogram, namely, such a cross-sectional shape of the blade channel, inherent in analogues, provides a minimum value of local hydraulic resistances of a sudden expansion of the flow at the exit from the wheel (see Table No. 1) ...
То есть предложенная в настоящем предлагаемом изобретении сложная конструкция межлопастного канала позволяет в едином объекте сочетать преимущества аналогов и Прототипа и одновременно нивелировать их недостатки.That is, the complex design of the inter-blade channel proposed in the present invention makes it possible to combine the advantages of analogues and the Prototype in a single object and at the same time to level their disadvantages.
Наиболее оптимальный вариант технического решения реализуется в том случае, когда основная часть внутренней области межлопастных каналов имеет поперечное сечение в форме эллипса. Это связано с тем, что при одних и тех же линейных габаритных размерах (равенство большой и малой осей) у овала и эллипса у последнего меньше периметр, а значит и ниже гидравлическое сопротивление. Тогда рабочее колесо ступени лопастного насоса отличается тем, что внутренние области межлопастных каналов имеют форму поперечного сечения овал-эллипс-овал, а длины переходных областей, между которыми размещаются области каналов с формой сечения эллипс, подчиняются следующим соотношениям:The most optimal variant of the technical solution is realized when the main part of the inner region of the inter-blade channels has an elliptical cross-section. This is due to the fact that with the same linear overall dimensions (equality of the major and minor axes), the oval and the ellipse have a smaller perimeter, and therefore lower hydraulic resistance. Then the impeller of the vane pump stage differs in that the inner regions of the inter-blade channels have an oval-ellipse-oval cross-sectional shape, and the lengths of the transition regions, between which the channel regions with an elliptical cross-sectional shape are located, obey the following relations:
длина переходной области межлопастного канала с поперечным сечением в форме сужающегося в диагональной плоскости овала, на котором происходит плавный переход от четырехугольного входа в канал к внутреннему участку с сечением в форме эллипса, составляетlength of the transitional region of the interspace canal with a cross-section in the form of an oval tapering in the diagonal plane, on which a smooth transition from the quadrangular entrance to the channel to the inner section with an elliptical cross-section occurs, is
(где b1 - ширина (толщина) межлопастного канала на входе в него потока жидкости)(where b 1 is the width (thickness) of the inter-blade channel at the entrance to it of the fluid flow)
длина к переходной области межлопастного канала с поперечным сечением в форме расширяющегося в диагональной плоскости овала, на котором происходит плавный переход от внутреннего участка с формой сечения в виде эллипса к четырехугольному выходу из канала, составляетlength to the transitional region of the interscotch canal with a cross-section in the form of an oval expanding in the diagonal plane, on which there is a smooth transition from the inner section with an elliptical cross-section to a quadrangular outlet from the channel, is
(где b2 - ширина (толщина) межлопастного канала на выходе потока из рабочего колеса)(where b 2 is the width (thickness) of the inter-blade channel at the outlet of the flow from the impeller)
В общем случае ширина межлопастного канала на входе и выходе могут отличаться друг от друга, а значит, b1 и b2 не всегда равны.In the general case, the width of the inter-blade channel at the inlet and outlet may differ from each other, which means that b 1 and b 2 are not always equal.
Указанные выше формулы расчета длин переходных областей (1, 2) связаны с условиями оптимальных соотношений углов сужения и расширения для сложных конфузорно-диффузорных переходов. Известно, что при углах расширения более 40°÷50° диффузоры становятся неэффективны. Кроме того, оптимальные углы сужения в этих случаях лежит в пределах 30°÷40°, а расширения 7°÷10°. [см. Идельчик И.Е. «Справочник по гидравлическим сопротивлениям / под ред. М.О. Штейнберга.» - 3-е издание перераб. и доп. - М: Машиностроение, 1992- 672 с]. Следует по возможности увеличить протяженность области межлопастных каналов с формой сечения эллипс. Именно этой форме свойственна минимально возможное гидравлическое сопротивление. Поэтому принимаем для заявляемого технического решения условия:The above formulas for calculating the lengths of the transition regions (1, 2) are related to the conditions for optimal ratios of the angles of narrowing and expansion for complex converging-diffuser transitions. It is known that diffusers become ineffective at expansion angles of more than 40 ° ÷ 50 °. In addition, the optimal angles of contraction in these cases are in the range of 30 ° ÷ 40 °, and expansion 7 ° ÷ 10 °. [cm. Idelchik I.E. "Handbook on hydraulic resistance / ed. M.O. Steinberg. " - 3rd edition revised. and add. - M: Mechanical Engineering, 1992 - 672 s]. It is necessary to increase the length of the region of the inter-blade channels with an elliptical section shape, if possible. It is this form that is characterized by the lowest possible hydraulic resistance. Therefore, we accept the following conditions for the proposed technical solution:
а). Угол сужения переходной области на входе в межлопастной канал в пределах 30°÷40°, что эквиватентно неравенству по формуле (1);and). The angle of narrowing of the transitional region at the entrance to the inter-blade channel is within 30 ° ÷ 40 °, which is equivalent to the inequality according to formula (1);
б). Угол расширения переходной области при выходе из межлопастного канала 10°÷40°, что эквивалентно неравенству по формуле (2).b). The angle of expansion of the transition region at the exit from the inter-blade channel is 10 ° ÷ 40 °, which is equivalent to the inequality according to formula (2).
Описание чертежейDescription of drawings
На фиг. 1 представлен продольный разрез рабочего колеса ступени лопастного насоса в его осевой проекции меридиональном сечении.FIG. 1 shows a longitudinal section of the impeller of a vane pump stage in its axial projection of the meridian section.
На фиг. 2 представлено рабочее колесо ступени лопастного насоса в радиальной проекции с сечениями межлопастных каналов - разрезы А-А, Б-Б, В-В, Г-Г, Д-Д и Е-Е.FIG. 2 shows the impeller of a vane pump stage in a radial projection with sections of the inter-blade channels - sections A-A, B-B, V-C, G-G, D-D and E-E.
А-А - радиальный разрез рабочего колеса по входу в межлопастной канал перекачиваемой жидкости,А-А - radial section of the impeller at the entrance to the inter-blade channel of the pumped liquid,
Б-Б - радиальный разрез межлопастного канала в переходной области, ближайшей к входу, В-В - радиальный разрез внутренней области межлопастного канала,B-B - radial section of the interscotch canal in the transitional region closest to the entrance, B-B - radial section of the inner region of the interspace canal,
Г-Г - радиальный разрез межлопастного канала в переходной области, ближайшей к выходу,Г-Г - radial section of the inter-blade canal in the transitional region closest to the exit,
Д-Д - радиальный разрез межлопастного канала по выходу из него перекачиваемой жидкости,D-D - radial section of the inter-blade channel at the outlet of the pumped liquid from it,
Е-Е - осевой разрез межлопастного канала рабочего колеса в плоскости проходящей не по центру канала.E-E - axial section of the impeller interspace channel in a plane not passing through the center of the channel.
На чертежах приняты следующие обозначения:The following designations are adopted in the drawings:
1 - основной диск;1 - main disk;
2 - ступица;2 - hub;
3 - покровный диск;3 - cover disc;
4 - криволинейные лопасти;4 - curved blades;
5 - межлопастной канал, образованный криволинейными лопастями и основным и покровным дисками;5 - inter-blade canal formed by curved blades and main and cover discs;
b1 - ширина (толщина) межлопастного канала на входе в него потока перекачиваемой жидкости;b 1 - width (thickness) of the inter-blade channel at the inlet of the pumped liquid flow;
b2 - ширина (толщина) межлопастного канала на выходе из него потока перекачиваемой жидкости;b 2 - width (thickness) of the inter-blade channel at the outlet of the flow of the pumped liquid;
- длина переходной области межлопастного канала на входе в него потока перекачиваемой жидкости; - the length of the transition region of the inter-blade channel at the inlet of the pumped liquid flow;
- длина внутренней области межлопастного канала с поперечным сечением в форме эллипс, или овала приближающегося к эллипсу; - the length of the inner region of the inter-blade channel with a cross-section in the form of an ellipse, or an oval approaching an ellipse;
- длина переходной области межлопастного канала на входе в него потока перекачиваемой жидкости. is the length of the transition region of the inter-blade channel at the inlet of the pumped liquid flow.
Стрелками показано направление движения перекачиваемой жидкости в рабочем колесе.The arrows show the direction of movement of the pumped liquid in the impeller.
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Во время работы лопастного многоступенчатого насоса перекачиваемая жидкость поступает в кольцевой канал ступицы (2) рабочего колеса, вращающегося на валу. Далее, после прохождения кольцевого канала, жидкость совершает поворот (как правило, плавный на 90°) и поступает в межлопастные каналы (5), которые образованны криволинейными лопастями (4) основным диском (1) и покровным диском (3). В межлопастных каналах, под воздействием центробежной силы, передаваемой лопастями, скорость потока жидкости увеличивается. Поток движется в канале с плавным расширением и выходит из межлопастных каналов рабочего колеса, а затем через направляющий аппарат ступени лопастного насоса поток поступает в рабочее колесо следующей ступени лопастного насоса. При движении жидкости в рабочем колесе на нее действует центробежная сила, увеличивающая кинетическую энергию потока, и тормозящие поток силы гидравлического торможения.During the operation of the vane multistage pump, the pumped liquid enters the annular channel of the hub (2) of the impeller rotating on the shaft. Further, after passing through the annular channel, the liquid makes a turn (as a rule, smooth by 90 °) and enters the inter-blade channels (5), which are formed by the curved blades (4) by the main disk (1) and the cover disk (3). In the inter-blade channels, under the influence of the centrifugal force transmitted by the blades, the fluid flow rate increases. The flow moves in the channel with smooth expansion and leaves the inter-blade channels of the impeller, and then through the guide vane of the vane pump stage, the flow enters the impeller of the next vane pump stage. When the fluid moves in the impeller, the centrifugal force acts on it, increasing the kinetic energy of the flow, and the hydraulic braking forces that inhibit the flow.
Силы гидравлического торможения прямо пропорциональны гидравлическим сопротивлениям элементов рабочего колеса, по которым протекает поток. Последовательно по ходу движения потока жидкости можно выделить следующие гидравлические сопротивления: сопротивление трения кольцевого канала ступицы, местное сопротивление плавного поворота перед входом в межлопастные каналы, сопротивление внезапного и плавного сужения при входе потока в межлопастные каналы, сопротивление плавного диффузорного расширения жидкости при движении в межлопастных каналах (оно имеет 2 компонента: сопротивление расширения и сопротивление трения), местные сопротивления внезапного расширения при выходе потоков из межлопастных каналов.The hydraulic braking forces are directly proportional to the hydraulic resistance of the impeller elements through which the flow flows. Sequentially along the direction of the fluid flow, the following hydraulic resistances can be distinguished: friction resistance of the annular channel of the hub, local resistance of smooth rotation before entering the interspace channels, resistance of a sudden and gradual narrowing when the flow enters the interspace channels, resistance of a smooth diffuser expansion of the fluid when moving in the interlobate channels (it has 2 components: expansion resistance and frictional resistance), local resistances of sudden expansion at the exit of flows from the inter-blade channels.
Для выявления преимуществ настоящего технического решения перед аналогами и Прототипом был проведен расчет гидравлических сопротивлений элементов рабочего колеса ступени электропогружного центробежного насоса ЭЦНА5-80 как в существующем варианте (аналог), так и при применении в его конструкции технических решений Прототипа и заявляемого технического решения. При расчете использовались рекомендуемые методики, формулы, значения коэффициентов и параметров из таблиц, графиков и диаграмм литературного источника [см. Идельчик И.Е. «Справочник по гидравлическим сопротивлениям / под ред. М.О. Штейнберга.» - 3-е издание перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1992 - 672 с], а также формулы выведенные авторами настоящего технического решения на основе теоретических положений, представленных в вышеуказанном Справочнике. Результаты этих расчетов представлены в Таблице №1.To identify the advantages of this technical solution over analogues and the Prototype, the hydraulic resistance of the elements of the impeller of the stage of the electric submersible centrifugal pump ETsNA5-80 was calculated both in the existing version (analogue) and when the technical solutions of the Prototype and the proposed technical solution were applied in its design. The calculation used the recommended techniques, formulas, values of coefficients and parameters from tables, graphs and diagrams of a literature source [see. Idelchik I.E. "Handbook on hydraulic resistance / ed. M.O. Steinberg. " - 3rd edition revised. and additional - M .: Mechanical Engineering, 1992 - 672 s], as well as the formulas derived by the authors of this technical solution on the basis of theoretical provisions presented in the above Reference. The results of these calculations are presented in Table 1.
Полученные данные показали следующее:The data obtained showed the following:
1) Гидравлическое сопротивление межлопастных каналов рабочего колеса, изготовленного согласно заявляемому техническому решению, на 33-49% выше, чем в рабочем колесе, изготовленном в соответствии с Прототипом. Но оно на 5-13% ниже, чем в рабочем колесе - аналоге с классической четырехугольной формой сечения межлопастных каналов.1) The hydraulic resistance of the inter-blade channels of the impeller manufactured according to the claimed technical solution is 33-49% higher than in the impeller manufactured in accordance with the Prototype. But it is 5-13% lower than in the impeller - an analogue with the classical quadrangular cross-section of the inter-blade channels.
2) Гидравлическое сопротивление на выходе из межлопастных каналов рабочего колеса, изготовленного согласно заявляемому техническому решению, практически такое же, как в рабочем колесе - аналоге с классической конструкцией межлопастных каналов. Но оно в 145-146 раз ниже, чем у рабочего колеса Прототипа.2) The hydraulic resistance at the outlet from the inter-blade channels of the impeller, manufactured according to the claimed technical solution, is practically the same as in the impeller - an analogue with the classical design of the inter-blade channels. But it is 145-146 times lower than that of the Prototype impeller.
3) Суммарное гидравлическое сопротивление и гидравлические потери рабочего колеса, изготовленного согласно заявляемому техническому решению, на 1,9-5,3% ниже, чем у рабочих колес аналогов, и на 41-43% ниже, чем у Прототипа.3) The total hydraulic resistance and hydraulic losses of the impeller, manufactured according to the claimed technical solution, is 1.9-5.3% lower than that of analog impellers, and 41-43% lower than that of the Prototype.
Примеры реализации технического решения Examples of technical solution implementation
Теоретические расчеты, проведенные для насоса ЭЦНА5-80 (см. Таблицу №1) показали, что конструкции рабочих колес ступеней серийных многоступенчатых насосов легко могут быть адаптированы под реализацию заявляемого технического решения. Например, это ряд массово производимых электропогружных центробежных насосов ЭЦНА5-20…ЭЦН5-125 и ЭЦНА5А-25…ЭЦНА5А-160 с номинальными производительностями от 20 м3/сут до 160 м3/сут. Наиболее оптимальная технология изготовления таких рабочих колес - это литье по выплавляемым моделям, с последующей механической обработкой (шлифовкой) на высокопроизводительных автоматах. Материалы рабочих колес, изготавливаемых с помощью литья, - это модифицированный серый чугун или коррозионно-износостойкий чугун марки «Нирезист». Рабочее колесо также можно изготовить из полимерных или композитных материалов.Theoretical calculations carried out for the ETsNA5-80 pump (see Table 1) showed that the design of the impellers of the stages of serial multistage pumps can be easily adapted to the implementation of the proposed technical solution. For example, this is a series of mass-produced electric submersible centrifugal pumps ETsNA5-20… ETsN5-125 and ETsNA5A-25… ETsNA5A-160 with nominal capacities ranging from 20 m 3 / day to 160 m 3 / day. The most optimal technology for manufacturing such impellers is investment casting, followed by machining (grinding) on high-performance machines. The materials of the impellers produced by casting are modified gray cast iron or corrosion-resistant cast iron of the Nirezist grade. The impeller can also be made from plastic or composite materials.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020108153A RU2735971C1 (en) | 2020-02-25 | 2020-02-25 | Impeller of blade pump stage |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020108153A RU2735971C1 (en) | 2020-02-25 | 2020-02-25 | Impeller of blade pump stage |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2735971C1 true RU2735971C1 (en) | 2020-11-11 |
Family
ID=73460714
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020108153A RU2735971C1 (en) | 2020-02-25 | 2020-02-25 | Impeller of blade pump stage |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2735971C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU211070U1 (en) * | 2022-01-14 | 2022-05-19 | Константин Георгиевич Мухамадеев | STAGE OF SUBMERSIBLE MULTI-STAGE CENTRIFUGAL PUMP |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2122653C1 (en) * | 1998-04-09 | 1998-11-27 | Яловега Сергей Николаевич | Submersible electric pumping unit |
WO2011117801A2 (en) * | 2010-03-22 | 2011-09-29 | Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii Im. Prof. Zbigniewa Religi | Single-entry radial pump |
WO2014184368A1 (en) * | 2013-05-17 | 2014-11-20 | Nuovo Pignone Srl | Impeller with backswept circular pipes |
US20160108927A1 (en) * | 2013-07-05 | 2016-04-21 | Ebara Corporation | Pump impeller for submerged pump and submerged pump including same |
CN207526746U (en) * | 2017-10-19 | 2018-06-22 | 浙江理工大学 | A kind of impeller of not equidistant runner pump |
RU2688873C1 (en) * | 2018-05-21 | 2019-05-22 | Данил Петрович Шмырин | Centrifugal pump stage |
-
2020
- 2020-02-25 RU RU2020108153A patent/RU2735971C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2122653C1 (en) * | 1998-04-09 | 1998-11-27 | Яловега Сергей Николаевич | Submersible electric pumping unit |
WO2011117801A2 (en) * | 2010-03-22 | 2011-09-29 | Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii Im. Prof. Zbigniewa Religi | Single-entry radial pump |
WO2014184368A1 (en) * | 2013-05-17 | 2014-11-20 | Nuovo Pignone Srl | Impeller with backswept circular pipes |
US20160108927A1 (en) * | 2013-07-05 | 2016-04-21 | Ebara Corporation | Pump impeller for submerged pump and submerged pump including same |
CN207526746U (en) * | 2017-10-19 | 2018-06-22 | 浙江理工大学 | A kind of impeller of not equidistant runner pump |
RU2688873C1 (en) * | 2018-05-21 | 2019-05-22 | Данил Петрович Шмырин | Centrifugal pump stage |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU211070U1 (en) * | 2022-01-14 | 2022-05-19 | Константин Георгиевич Мухамадеев | STAGE OF SUBMERSIBLE MULTI-STAGE CENTRIFUGAL PUMP |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4063849A (en) | Non-clogging, centrifugal, coaxial discharge pump | |
KR960002023B1 (en) | Centrifugal compressor with high efficiency and wide operating | |
JP5233436B2 (en) | Centrifugal compressor with vaneless diffuser and vaneless diffuser | |
EP0011982A1 (en) | Regenerative rotodynamic machines | |
WO2011036459A1 (en) | Diffuser | |
RU2735971C1 (en) | Impeller of blade pump stage | |
RU2735978C1 (en) | Stage of multistage vane pump | |
EP3156655A1 (en) | Pump for conveying a highly viscous fluid | |
Oh et al. | Optimum values of design variables versus specific speed for centrifugal pumps | |
EA036239B1 (en) | Centrifugal pump impeller | |
PL216284B1 (en) | Single-jet centrifugal pump | |
RU2692941C1 (en) | Centrifugal pump impeller for gas-liquid media | |
RU2688873C1 (en) | Centrifugal pump stage | |
RU2754049C1 (en) | Stage of a multi-stage vane pump | |
Cho et al. | Design of centrifugal pump volute-type casing | |
RU206628U1 (en) | Stage vane multistage diagonal oval pump | |
RU221391U1 (en) | Multistage pump | |
WIN et al. | Design of Double-Suction Centrifugal Pump Impeller and Casing | |
RU2164626C1 (en) | Impeller of immersion centrifugal pump | |
RU194907U1 (en) | PUMP | |
RU93476U1 (en) | RADIAL PUMP, FAN OR COMPRESSOR WHEEL | |
RU185106U1 (en) | Centrifugal pump | |
RU2232297C2 (en) | Centrifugal vortex pump stage | |
Messele et al. | Assessing the performance of three different type of diffusers for a centrifugal compressor applications | |
RU2294462C1 (en) | Device forming passage area of intervane channel of centrifugal compressor radial diffuser |