RU2754049C1 - Stage of a multi-stage vane pump - Google Patents

Stage of a multi-stage vane pump Download PDF

Info

Publication number
RU2754049C1
RU2754049C1 RU2020140990A RU2020140990A RU2754049C1 RU 2754049 C1 RU2754049 C1 RU 2754049C1 RU 2020140990 A RU2020140990 A RU 2020140990A RU 2020140990 A RU2020140990 A RU 2020140990A RU 2754049 C1 RU2754049 C1 RU 2754049C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
impeller
stage
channels
inter
vane
Prior art date
Application number
RU2020140990A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Олегович Стасюк
Александр Олегович Стасюк
Александр Иосифович Наконечный
Original Assignee
Игорь Олегович Стасюк
Александр Олегович Стасюк
Александр Иосифович Наконечный
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Игорь Олегович Стасюк, Александр Олегович Стасюк, Александр Иосифович Наконечный filed Critical Игорь Олегович Стасюк
Priority to RU2020140990A priority Critical patent/RU2754049C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2754049C1 publication Critical patent/RU2754049C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D1/00Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D1/06Multi-stage pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00Pumping installations or systems
    • F04D13/02Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D13/08Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use
    • F04D13/10Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use adapted for use in mining bore holes

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

FIELD: pumping equipment.
SUBSTANCE: invention relates to the field of pump engineering, mainly to multi-stage electric submersible vane pumps used in the oil industry. The stage of a multi-stage vane pump contains at least an impeller and a guide device. The flow channels on the periphery of the stage elements, at the outlet of the fluid flow from the wheel and at the entrance to the device, are made with an oval shape rounded in the axial projection, the peripheral sections of which provide a flow rotation of at least 180°. The ratio of the radius of the peripheral rounding of the flow channels in the axial projection to their width at the exit of the wheel and the entrance of the device is greater than or equal to 0.65, but less than or equal to 1.95. The internal sections of the inter-blade flow channels of at least one of the stage elements in their axial section are made with an inclination to the axis of rotation of the wheel at an obtuse angle in the direction of fluid movement. The values of these angles (δk and /or δa) do not exceed 110°. As a result, the axial distance (x1) between the centers of the flow channels of the wheel and the device in the central region of the stage elements is less than the similar axial distance (x2) when moving to the peripheral region of the rounding of the channels.
EFFECT: increasing the specific pressure of the stage and reducing its axial size without increasing the hydraulic resistance.
5 cl, 5 dwg

Description

Область техники.The field of technology.

Заявляемое техническое решение относится к насосной технике, а именно к ступеням лопастных многоступенчатых насосов для перекачки различных жидких сред. Наиболее эффективно оно будет использоваться при применении в многоступенчатых электропогружных насосах для добычи нефти. The claimed technical solution relates to pumping equipment, namely to the stages of vane multistage pumps for pumping various liquid media. It will be most effectively used when applied in multistage electric submersible pumps for oil production.

Уровень техники.State of the art.

Многоступенчатые лопастные насосы широко применяются в нефтедобыче. Их принято подразделять на центробежные, диагональные (или полуосевые) и осевые. Рабочими органами центробежных и диагональных многоступенчатых насосов являются насосные ступени каждая из которых состоит как минимум из рабочего колеса и направляющего аппарата. Дополнительными элементами ступени являются опорные шайбы из текстолита или карбида кремния (1 или 2 штуки), отделяющие жестко закрепленное на вращающемся валу рабочее колесо от неподвижного 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, образующие межлопастные каналы, по которым, под действием лопастей, движется перекачиваемая жидкость. Такая конструкция называется рабочим колесом закрытого типа. Неподвижно закрепленный в корпусе насоса направляющий аппарат служит для передачи жидкости в рабочее колесо следующей ступени насоса. В его проточных каналах жидкость тормозится, преодолевая внешнее давление. Направляющий аппарат центробежных и диагональных насосов в общем случае содержит цилиндрический (или комбинированный цилиндрически-конический) корпус, верхний и нижний диски с лопатками (лопастями) между ними, образующие обратные каналы, сходящиеся к горловине, у которой имеется опорный буртик. Через горловину направляющего аппарата перекачиваемая жидкость поступает в канал ступицы рабочего колеса следующей насосной ступени [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, 124с.]. Multistage vane pumps are widely used in oil production. They are usually subdivided into centrifugal, diagonal (or semi-axial) and axial. The working bodies of centrifugal and diagonal multistage pumps are pump stages, each of which consists of at least an impeller and a guide vane. Additional elements of the stage are support washers made of textolite or silicon carbide (1 or 2 pieces), which separate the impeller rigidly fixed on the rotating shaft from the stationary guide vane. The rotating impeller serves to transfer mechanical energy to the fluid flow. It is a main disk with a hub and a cover disk, between which the 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 pump casing serves to transfer the liquid to the impeller of the next pump stage. In its flow channels, the fluid is inhibited, overcoming external pressure. The guiding device of centrifugal and diagonal pumps generally contains a cylindrical (or combined cylindrical-conical) housing, upper and lower discs with blades (blades) between them, forming return channels converging to the throat, which has a support collar. Through the throat of the guide vane, the pumped liquid enters the channel of the impeller hub of the next pumping stage [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, 124s.].

Двигаясь в ступени лопастного насоса, перекачиваемая жидкость подвергается действую центробежной силы, увеличивающей кинетическую энергию потока, и тормозящей силы гидродинамического сопротивления. Величина сил гидродинамического сопротивления прямо пропорциональна гидравлическому сопротивлению ступени (

Figure 00000001
), в которой протекает перекачиваемый поток. Т.е. энергетическая эффективность ступени обратно пропорциональна ее гидравлическому сопротивлению. Moving in the stage of a vane pump, the pumped liquid is subjected to the action of centrifugal force, which increases the kinetic energy of the flow, and the braking force of hydrodynamic resistance. The magnitude of the hydrodynamic resistance forces is directly proportional to the hydraulic resistance of the stage (
Figure 00000001
), in which the pumped stream flows. Those. the energy efficiency of a stage is inversely proportional to its hydraulic resistance.

Основной особенностью конструкции и работы известных аналогов - ступеней многоступенчатых насосов центробежного типа является то, что вся жидкость однократно проходит через ступень, двигаясь, в основном в межлопастных каналах, перпендикулярно оси вращения насоса (точнее оси вращения рабочего колеса) [см., например, Патент US 4511307, кл. F04D 29/02, 29/04, опубл. 16.04.1985г.; Патент RU 2403450, кл. F04D 1/06, 13/10, 29/44 ,опубл. 19.06.2009г.; Патент СА 2803993 кл. F04D 29/22, 29/12, 29/40, опубл. 26.04.2016г.]. В рабочем колесе такой ступени движение жидкости направлено от центра к периферии, а в направляющем аппарате - от периферии к центру. Исключения составляют участки кольцевых проточных каналов в ступице рабочего колеса, на периферии направляющего аппарата (точнее в кольцевом канале перед входом в его межлопаточные каналы) и в его горловине (на выходе межлопаточных каналов направляющего аппарата). По этим сравнительно коротким участкам жидкость движется преимущественно параллельно оси вращения рабочего колеса. Угол между направлениями потока жидкости в межлопастных каналах рабочего колеса и межлопаточных каналах направляющего аппарата в осевой проекции равен 180° или очень близкое к нему значения. Направляющий аппарат ступеней центробежного типа имеет корпус цилиндрический формы. The main design and operation feature of known analogs - stages of multistage centrifugal pumps is that all liquid passes through the stage once, moving, mainly in the inter-blade channels, perpendicular to the axis of rotation of the pump (more precisely, the axis of rotation of the impeller) [see, for example, Patent US 4511307, cl. F04D 29/02, 29/04, publ. 04/16/1985; Patent RU 2403450, cl. F04D 1/06, 13/10, 29/44, publ. June 19, 2009; Patent CA 2803993 cl. F04D 29/22, 29/12, 29/40, publ. 04/26/2016]. In the impeller of such a stage, the movement of the liquid is directed from the center to the periphery, and in the guide vane - from the periphery to the center. Exceptions are sections of annular flow channels in the impeller hub, on the periphery of the guide vane (more precisely, in the annular channel before entering its interscapular channels) and in its throat (at the outlet of the interscapular channels of the guide vane). In these relatively short sections, the fluid moves mainly parallel to the axis of rotation of the impeller. The angle between the directions of the fluid flow in the inter-blade channels of the impeller and the inter-blade channels of the guide vanes in the axial projection is equal to 180 ° or very close to it. The guiding device of the centrifugal stages has a cylindrical body.

Поток жидкости, проходящий через проточные каналы ступени диагонального насоса направлен не радиально, как у центробежных насосов, и не параллельно оси, как у осевых, а наклонно, как бы по диагонали прямоугольника, составленного радиальным и осевым направлениями. Наклонное направление потока создает основную конструктивную особенность диагональных насосов - перпендикулярное к меридиональному потоку и наклонное к оси насоса расположение лопастей рабочего колеса. Это обстоятельство позволяет использовать при создании напора совместное действие подъемной и центробежной сил [см. Карелин В. Я., Минаев А. В. «Насосы и насосные станции: Учеб. для вузов» 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Стройиздат, 1986. - 320 с.]. В высокоэффективных диагональных ступенях погружных насосов «REDA, 675 Series» (США), с которыми приходилось работать авторам заявляемого технического решения, угол между направлениями движения потока жидкости в межлопастных каналах рабочего колеса и межлопаточных каналах направляющего аппарата в осевой проекции составляет 80°÷120°, а углы между направлениями движения жидкости в ступице рабочего колеса или горловине направляющего аппарата и направлениями движения жидкости в межлопастных (межлопаточных) каналах составляют 30°÷50°. Классическим примером насосной ступени диагонального типа, состоящей как минимум из рабочего колеса и направляющего аппарата в которых межлопастные каналы рабочего колеса и направляющего аппарата выполнены с наклоном к оси вращения навстречу друг другу [см. например, Патент US 2013/ 0058777A1 кл. F04D 29/54, опубл. 07.03.2013г., Патент RU 188224U1 кл. F04D 10/13, 29/22, 29/041, опубл. 27.08.2018г.]. The flow of liquid passing through the flow channels of the diagonal pump stage is directed not radially, as in centrifugal pumps, and not parallel to the axis, as in axial pumps, but obliquely, as if diagonally of a rectangle composed of radial and axial directions. The oblique direction of the flow creates the main design feature of diagonal pumps - the arrangement of the impeller blades perpendicular to the meridional flow and inclined to the pump axis. This circumstance makes it possible to use the combined action of lifting and centrifugal forces when creating a pressure [see. Karelin V. Ya., Minaev A. V. “Pumps and pumping stations: Textbook. for universities "2nd ed., rev. and additional - M .: Stroyizdat, 1986. - 320 p.]. In the highly efficient diagonal stages of submersible pumps "REDA, 675 Series" (USA), with which the authors of the proposed technical solution had to work, the angle between the directions of fluid flow in the inter-blade channels of the impeller and the inter-blade channels of the guide vanes in the axial projection is 80 ° ÷ 120 ° , and the angles between the directions of fluid movement in the impeller hub or the throat of the guide vane and the directions of fluid movement in the interscapular (interscapular) channels are 30 ° ÷ 50 °. A classic example of a diagonal-type pumping stage, consisting at least of an impeller and a guide vane in which the inter-blade channels of the impeller and the guide vane are made with an inclination towards the axis of rotation towards each other [see. for example, Patent US 2013 / 0058777A1 cl. F04D 29/54, publ. 03/07/2013, Patent RU 188224U1 class. F04D 10/13, 29/22, 29/041, publ. 27.08.2018].

Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является ступень многоступенчатого лопастного насоса, авторами которого являются заявители настоящего технического решения [см. Патент RU № 2735978 кл. F 04D 1/06, 13/10, 29/22, 29/44, опубл. 11.11.2020г.]. Мы назвали ее ступенью «овального» типа, т.к. она не подходит по своей сущности ни под одну из вышеописанных ступеней лопастных насосов. Эта ступень отличается тем, что межлопастные каналы на выходе потока жидкости из рабочего колеса и обратные проточные каналы направляющего аппарата на входе потока в направляющий аппарат в их осевом сечении образуют периферийные закругленные переходящие друг в другу участки овальной формы, которые плавно сопрягаются с внутренними участками каналов перпендикулярными оси вращения рабочего колеса, находящимися на входе потока жидкости в межлопастные каналы рабочего колеса и на выходе из проточных каналов направляющего аппарата, при этом отношение радиуса периферийного закругления каналов (rk-a) к их осевой ширине на выходе из рабочего колеса и на входе направляющего аппарата (bk-a) подчиняются соотношению:The closest technical solution to the claimed device is a stage of a multistage vane pump, the authors of which are the applicants of this technical solution [see. Patent RU No. 2735978 cl. F 04D 1/06, 13/10, 29/22, 29/44, publ. 11.11.2020]. We called it the “oval” type step, because it does not fit in its essence any of the above stages of vane pumps. This stage differs in that the inter-blade channels at the outlet of the fluid flow from the impeller and the return flow channels of the guide vane at the flow inlet into the guide vane in their axial section form peripheral rounded oval-shaped sections passing into each other, which smoothly mate with the internal sections of the channels perpendicular the axes of rotation of the impeller located at the inlet of the fluid flow to the inter-blade channels of the impeller and at the outlet from the flow channels of the guide vane, while the ratio of the radius of the peripheral curvature of the channels (r ka ) to their axial width at the outlet from the impeller and at the inlet of the guide vane ( b ka ) obey the relation:

Figure 00000002
Figure 00000002

Причем радиус этого периферийного закругления каналов (rk-a) может быть, как постоянной величиной по всей длине каждого закругленного участка, так и переменной, но подчиняющейся соотношению (1). Moreover, the radius of this peripheral rounding of the channels (r ka ) can be either a constant value along the entire length of each rounded section, or a variable, but obeying relation (1).

Недостатки технических решений, выбранных в качестве аналогов и прототипа следующие: The disadvantages of the technical solutions chosen as analogs and prototypes are as follows:

При проектировании ступеней многоступенчатых лопастных насосов необходимо улучшать их энергетическую эффективность, а значит уменьшать гидравлическое сопротивлению (

Figure 00000001
), и повышать их удельный напор (Hуд). Последний параметр равен отношение напора ступени (Hcm) к ее осевому размеру или высоте ступени (hcm). When designing the stages of multistage vane pumps, it is necessary to improve their energy efficiency, and therefore to reduce the hydraulic resistance (
Figure 00000001
), and increase their specific head (H beats ). The latter parameter is equal to the ratio of the step head (H cm ) to its axial dimension or step height (h cm ).

Figure 00000003
Figure 00000003

Для многоступенчатых лопастных насосов со ступенями центробежного типа характерно высокий удельный напор (Hуд) и гидравлическое сопротивление (

Figure 00000001
), т.е. низкая энергетическая эффективность. А для насосов со ступенями диагонального типа наоборот. Сравнительно низкий удельный напор (Hуд) и гидравлическое сопротивление (
Figure 00000001
), т.е. высокая энергетическая эффективность. То есть диагональные насосы при одинаковом напоре существенно длиннее центробежных. Multistage vane pumps with centrifugal stages are characterized by a high specific head (H beats ) and hydraulic resistance (
Figure 00000001
), i.e. low energy efficiency. And vice versa for pumps with diagonal stages. Relatively low specific head (H beats ) and hydraulic resistance (
Figure 00000001
), i.e. high energy efficiency. That is, diagonal pumps with the same head are significantly longer than centrifugal ones.

Применение ступеней «овального» типа, описанных в прототипе, позволяет достигнуть компромиссный результат: обеспечить низкие значения гидравлического сопротивления ступени при её сравнительно малом осевом размере. Значит «овальная» ступень имеет повышенную энергетическую эффективность при высоком удельном напоре. The use of steps of the "oval" type, described in the prototype, allows you to achieve a compromise result: to provide low values of hydraulic resistance of the step with its relatively small axial size. This means that the "oval" stage has increased energy efficiency at a high specific head.

Однако осевой размер «овальной» ступени (прототипа) больше, чем у ступени центробежного типа. Поэтому удельный напор у ступени прототипа все-таки меньше, чем у центробежной ступени. Повышение удельного напора «овальной» ступени без увеличения ее гидравлического сопротивления, позволит снизить длину насосной установки без потери ее напора. А это особенно важно для электропогружных насосных систем. However, the axial dimension of the "oval" stage (prototype) is larger than that of the centrifugal type stage. Therefore, the specific head of the prototype stage is still less than that of the centrifugal stage. Increasing the specific pressure of the "oval" stage without increasing its hydraulic resistance will reduce the length of the pumping unit without losing its pressure. This is especially important for electric submersible pumping systems.

Раскрытие предлагаемого технического решения.Disclosure of the proposed technical solution.

Целью изобретения является увеличение удельного напора ступени лопастного многоступенчатого насоса за счет уменьшения ее осевого размера (высоты), без существенного роста ее гидравлического сопротивления, а значит существенного снижения ее энергетической эффективности. The aim of the invention is to increase the specific pressure of a stage of a vane multistage pump by reducing its axial size (height), without a significant increase in its hydraulic resistance, and hence a significant decrease in its energy efficiency.

Поставленная цель достигается благодаря следующему: This goal is achieved due to the following:

В известной ступени лопастного многоступенчатого насоса, состоящая ,как минимум, из рабочего колеса (1), направляющего аппарата (2) и опорных элементов-шайб (3); причем рабочее колесо содержит в себе основной диск (4) со ступицей (5) и покрывной диск (6), между которыми расположены криволинейные лопасти (7), образующие межлопастные каналы рабочего колеса (8), по которым, под действием лопастей, движется перекачиваемая жидкость; а направляющий аппарат содержит в себе и нижний (9) и верхний (10) диски с размещенными между ними лопатками (11), образующие обратные каналы (12) сходящиеся к имеющий опорный буртик горловине (13), по которым происходит движения жидкости к входу в рабочее колесо следующей ступени; в которой реализован основной признак ступени «овального» типа, а именно межлопастные каналы (8) на выходе потока жидкости из рабочего колеса и обратные проточные каналы (12) направляющего аппарата на входе потока в направляющий аппарат в их осевом сечении образуют периферийные закругленные переходящие друг в другу участки овальной формы, имеются следующие отличительные признаки: In the known stage of a vane multistage pump, consisting at least of an impeller (1), a guide vane (2) and supporting elements-washers (3); moreover, the impeller contains a main disk (4) with a hub (5) and a cover disk (6), between which curvilinear blades (7) are located, forming inter-blade channels of the impeller (8), along which, under the action of the blades, the pumped liquid; and the guide vane contains both the lower (9) and the upper (10) disks with blades (11) placed between them, forming return channels (12) converging to a neck (13) with a support collar, along which the fluid moves to the entrance to next stage impeller; in which the main feature of the "oval" type stage is implemented, namely, the inter-blade channels (8) at the outlet of the liquid flow from the impeller and the return flow channels (12) of the guide vane at the flow inlet into the guide vanes in their axial section form peripheral rounded passages passing into each other other areas are oval in shape, there are the following distinctive features:

1. Внутренние участки межлопастных каналов (8, 12) как минимум одного из элементов ступени (рабочего колеса и/или направляющего аппарата) выполнены в осевой проекции меридиональном сечении с наклоном к оси вращения рабочего колеса под тупыми углами (δк и/или δа ) не более 110° по направлению движения жидкости в ступени (см. Фиг.1 и Фиг.2 ) 1. The inner sections of the inter-blade channels (8, 12) of at least one of the stage elements (impeller and / or guide vane) are made in axial projection meridian section with an inclination to the axis of rotation of the impeller at obtuse angles (δ to and / or δ a ) no more than 110 ° in the direction of fluid movement in the stage (see Fig. 1 and Fig. 2)

2. В отличие от прототипа поворот потока жидкости не менее чем на 180° в осевой проекции меридиональном сечении описывается следующим отношением радиуса периферийного закругления проточных каналов (rk-a) к их ширине на выходе из рабочего колеса и входе направляющего аппарата (bk-a) (см. Фиг.1 и Фиг.2): 2. In contrast to the prototype, the rotation of the fluid flow by at least 180 ° in the axial projection of the meridional section is described by the following ratio of the radius of the peripheral curvature of the flow channels (r ka ) to their width at the outlet of the impeller and the inlet of the guide vane (b ka ) (cm . Fig. 1 and Fig. 2):

Figure 00000004
Figure 00000004

Отметим, что наиболее оптимальным с точки зрения достижения наибольшего удельного напора Hуд, вычисляемого по формуле (2), достигается при условии rk-a = CONST. То есть, когда форма траектории движения потока жидкости близка к окружности.Note that the most optimal from the point of view of achieving the highest specific pressure H beats , calculated by the formula (2), is achieved under the condition r ka = CONST. That is, when the shape of the trajectory of the fluid flow is close to a circle.

3. Углы δк и/или δа между направления потока жидкости в каналах на внутренних участках могут быть как неизменными по величине - тогда в осевой проекции внутренние участки каналов будут выглядеть прямолинейными (см. Фиг.3 б ), так и с переменными ростом величины углов δк и/или δа по мере отдаления от центра ступени (оси насоса) - тогда в осевой проекции эти участки каналов будут выглядеть криволинейными (см. Фиг.3 в). Последнее более оптимально при проектировании многоступенчатых насосов со ступенями «плавающего» типа (не закрепляемых жестко на валу в осевом направлении) с опорными шайбами. Для насосов с «компрессионным» (жестким) креплением ступеней на валу варианты ступеней с переменными значениями углов δк и δа или постоянным их значением практически равнозначны. 3. The angles δ to and / or δ a between the directions of the fluid flow in the channels in the internal sections can be both constant in magnitude - then in the axial projection the internal sections of the channels will look rectilinear (see Fig. 3 b), and with variable growth the values of the angles δ to and / or δ a as they move away from the center of the stage (pump axis) - then in the axial projection these sections of the channels will look curvilinear (see Fig. 3 c). The latter is more optimal when designing multistage pumps with "floating" type stages (not rigidly fixed on the shaft in the axial direction) with support washers. For pumps with "compression" (rigid) fastening of steps on the shaft, the options for steps with variable values of the angles δ to and δ a or their constant values are practically equivalent.

4. Возможны следующие частные случаи заявляемого технического решения по форме внутренних участков проточных каналов:4. The following particular cases of the proposed technical solution in the form of the internal sections of the flow channels are possible:

4.1. Внутренний участки как межлопастных каналов рабочего колеса (8), так и обратных межлопастных каналов направляющего аппарата (12) выполнены с наклоном к оси вращения рабочего колеса под тупыми углами по направлению движения жидкости, величина которых не более 110° (см. Фиг. 3 поз. б и поз. в, и Фиг.1). 4.1. The inner sections of both the inter-blade channels of the impeller (8) and the reverse inter-blade channels of the guide vane (12) are made with an inclination to the axis of rotation of the impeller at obtuse angles in the direction of fluid movement, the value of which is not more than 110 ° (see Fig. 3, pos. b and pos. c, and Fig. 1).

4.2. Внутренние участки межлопастных каналов рабочего колеса (8) выполнены перпендикулярными к оси вращения насоса, а с наклоном к оси вращения рабочего колеса под тупым углом не более 110° по направлению движения жидкости выполнены только внутренние участки межлопаточных каналов направляющего аппарата (12) (см. Фиг. 3 поз. г).4.2. The inner sections of the interscapular channels of the impeller (8) are made perpendicular to the axis of rotation of the pump, and with an inclination to the axis of rotation of the impeller at an obtuse angle of not more than 110 ° in the direction of fluid movement, only the inner sections of the interscapular channels of the guide vane (12) are made (see Fig. . 3 item d).

4.3. Внутренние участки межлопастных каналов направляющего аппарата (12) выполнены перпендикулярными к оси вращения насоса, а с наклоном к оси вращения рабочего колеса под тупым углом не более 110° по направлению движения жидкости выполнены только внутренние участки межлопастных каналов рабочего колеса (8) (см. Фиг. 3 поз. д, и Фиг.2). 4.3. The inner sections of the inter-blade channels of the guide vane (12) are made perpendicular to the axis of rotation of the pump, and with an inclination to the axis of rotation of the impeller at an obtuse angle of no more than 110 ° in the direction of fluid movement, only the inner sections of the inter-blade channels of the impeller (8) are made (see Fig. . 3 pos. E, and Fig. 2).

Описание чертежей.Description of drawings.

Суть изобретения поясняется графическими материалами (Фигурами). The essence of the invention is illustrated by graphic materials (Figures).

На Фиг. 1 представлен чертеж Ступени лопастного многоступенчатого насоса с разрезом в осевой проекции меридиональном сечении. В этой ступени внутренние участки межлопастных каналов рабочего колеса и направляющего аппарата выполнены в осевой проекции с наклоном к оси вращения рабочего колеса под тупыми углами (δк > 90°, δа. > 90° ); FIG. 1 shows a drawing of the Stages of a vane multistage pump with a section in the axial projection of the meridian section. In this stage, the inner sections of the inter-blade channels of the impeller and the guide vane are made in axial projection with an obtuse angle to the axis of rotation of the impeller (δ to > 90 °, δ a .> 90 °);

На Фиг. 2 представлен чертеж Ступени лопастного многоступенчатого насоса с разрезом в осевой проекции меридиональном сечении. В этой ступени внутренние участки межлопастных каналов рабочего колеса в осевой проекции с наклоном к оси вращения рабочего колеса под тупым углом, а в направляющем аппарате под прямым углом (δк = 90°, δа. > 90° ); . FIG. 2 shows a drawing of the Stages of a vane multistage pump with a section in the axial projection of the meridian section. In this stage, the inner sections of the inter-blade channels of the impeller in the axial projection with an obtuse angle to the axis of rotation of the impeller, and in the guide vanes at a right angle (δ to = 90 °, δ a .> 90 °); ...

На чертежах приняты следующие обозначения:The following designations are adopted in the drawings:

1 - рабочее колесо;1 - impeller;

2 - направляющий аппарат; 2 - guiding device;

3 - опорные элементы (шайбы);3 - supporting elements (washers);

4 - основной диск рабочего колеса; 4 - the main disk of the impeller;

5 - ступица рабочего колеса; 5 - impeller hub;

6 - покровный диск рабочего колеса; 6 - cover disk of the impeller;

7 - криволинейные лопасти рабочего колеса;7 - curved impeller blades;

8 - межлопастной канал рабочего колеса, образованный лопастями, основным и покровным дисками; 8 - inter-blade channel of the impeller formed by blades, main and cover disks;

9 - нижний диск направляющего аппарата;9 - the lower disc of the guide vane;

10 -верхний диск направляющего аппарата;10 - top disc of the guide vane;

11 - лопатки (лопасти) направляющего аппарата;11 - blades (blades) of the guide vanes;

12 - обратный межлопаточный канал, образованный лопатками, верхним нижним дисками направляющего аппарата;12 - reverse interscapular channel formed by blades, upper lower discs of the guide vanes;

13 - горловина направляющего аппарата;13 - the throat of the guide vane;

bк-а - осевая ширина проточных каналов на выходе из рабочего колеса и на входе направляющего аппарата; bк-а - axial width of the flow channels at the outlet of the impeller and at the inlet of the guide vane;

rк-а - периферийный радиус закругления проточных каналов на выходе из рабочего колеса и на входе направляющего аппарата; r to-a - peripheral radius of curvature of the flow channels at the exit from the impeller and at the entrance of the guide vane;

δк - угол изменения направления потока жидкости в его осевой проекции для внутренней области каналов рабочего колеса;δ to - the angle of change in the direction of the fluid flow in its axial projection for the inner area of the channels of the impeller;

δа - угол изменения направления потока жидкости в его осевой проекции для внутренней области каналов направляющего аппарата;δ a - the angle of change in the direction of the fluid flow in its axial projection for the inner region of the channels of the guide vanes;

x1 - расстояние в осевой проекции между центрами проточных каналов рабочего колеса и направляющего аппарата во внутренней области ступени (переходы: ступица рабочего колеса - межлопастной канал рабочего колеса, межлопаточный канал направляющего аппарата- горловина направляющего аппарата); x 1 is the distance in axial projection between the centers of the flow channels of the impeller and the guide vane in the inner region of the step (transitions: impeller hub - intershape channel of the impeller, interscapular channel of the guide vane - throat of the guide vane);

x2 - расстояние в осевой проекции между центрами проточных каналов рабочего колеса и направляющего аппарата в периферийной области ступени начала закругления каналов; x 2 - distance in axial projection between the centers of the flow channels of the impeller and the guide vane in the peripheral region of the stage of the beginning of rounding of the channels;

hcm - осевой размер (высота) ступени;h cm - axial dimension (height) of the step;

Д - внешний диаметр ступени;D ct - the outer diameter of the step;

Стрелками показано направление движения перекачиваемой жидкости в ступени насоса.The arrows show the direction of movement of the pumped liquid in the pump stage.

На Фиг. 3 представлена Схема движения перекачиваемой жидкости в осевой проекции при разных конструкциях ступени. Непрерывными стрелками показано направление движения перекачиваемой жидкости в рабочим колесе, прерывистыми стрелками - в направляющем аппарате.FIG. 3 shows a diagram of the movement of the pumped liquid in the axial projection for different designs of the stage. Continuous arrows show the direction of movement of the pumped liquid in the impeller, intermittent arrows - in the guide vane.

а. Схема движение жидкости в лопастном многоступенчатом насосе со ступенями «овального» типа при δк= 90° и δа = 90° (Прототип);a. Scheme of fluid movement in a vane multistage pump with “oval” -type stages at δ k = 90 ° and δ a = 90 ° (Prototype);

б. Схема движение жидкости в многоступенчатом насосе со ступенями «овального» типа при δк >90° и δа >90° , δк = Const и δа = Const (Заявляемое техническое решение);b. Scheme of fluid flow in a multistage pump with “oval” -type stages at δ to > 90 ° and δ a > 90 °, δ to = Const and δ a = Const (Declared technical solution);

в. Схема движение жидкости в многоступенчатом насосе со ступенями «овального» типа при δк >90° и δа >90° , δк ≠ Const и δа≠ Const (Заявляемое техническое решение);v. Scheme of fluid flow in a multistage pump with “oval” -type stages at δ to > 90 ° and δ a > 90 °, δ to ≠ Const and δ a ≠ Const (Declared technical solution);

г. Схема движение жидкости в многоступенчатом насосе со ступенями «овального» типа при δк=90° и δа >90° , δк = Const и δа ≠ Const (Заявляемое техническое решение);d. Scheme of fluid flow in a multistage pump with “oval” -type stages at δ k = 90 ° and δ a > 90 °, δ k = Const and δ a ≠ Const (Declared technical solution);

д. Схема движение жидкости в многоступенчатом насосе со ступенями «овального» типа при δк >90° и δа = 90° , δк ≠ Const CONST и δа = Const (Заявляемое техническое решение).e. Scheme of fluid flow in a multistage pump with “oval” -type stages at δ to > 90 ° and δ a = 90 °, δ to ≠ Const CONST and δ a = Const (Declared technical solution).

где rk-a - радиус закругления потока жидкости на периферии рабочего колеса и направляющего аппарата; where r ka is the radius of curvature of the fluid flow at the periphery of the impeller and the guide vane;

δк - угол изменения направления потока жидкости в его осевой проекции для внутренней области каналов рабочего колеса (выход из канала ступицы - вход в межлопастной лопастной канал рабочего колеса);δ k is the angle of change in the direction of the fluid flow in its axial projection for the inner area of the impeller channels (exit from the hub channel - entrance to the inter-blade vane channel of the impeller);

δа - угол изменения направления потока жидкости в его осевой проекции для внутренней области каналов направляющего аппарата (выход из обратного межлопастного канала направляющего аппарата - вход в канал горловины аппарата);δ a - the angle of change in the direction of the fluid flow in its axial projection for the inner region of the channels of the guide vane (exit from the reverse inter-blade channel of the guide vane - entrance into the throat channel of the device);

8 - межлопастные каналы рабочего колеса;8 - inter-blade channels of the impeller;

12- обратные межлопастные каналы направляющего аппарата; 12 - reverse inter-blade channels of the guide vane;

На Фиг. 4 представлен График зависимости гидравлического сопротивления заявляемой ступени (

Figure 00000001
) лопастного многоступенчатого насоса в зависимости от величины ее осевого размера (hcm) , при 0 ≤ rk-a /bk-a ≤ 2,5) и малом (не более 5°) отклонении потока жидкости в межлопастных каналах от перпендикулярного оси вращения насоса. Значения (
Figure 00000001
) получены расчетным путем на основе математической модели, разработанной авторами настоящего предполагаемого изобретения на базе формул и диаграмм, представленных в литературном источнике [см. Идельчик И.Е. «Справочник по гидравлическим сопротивлениям /под ред. М.О. Штейнберга.» -3-е издание перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1992- 672с]. В качестве базовой модели, для проектирования и расчетов была использована ступень центробежного насоса ЭЦНА5-80 (АО «АЛНАС»). FIG. 4 shows the graph of the dependence of the hydraulic resistance of the inventive stage (
Figure 00000001
) a vane multistage pump, depending on the value of its axial size (h cm ), at 0 ≤ r ka / b ka ≤ 2.5) and small (no more than 5 °) deviation of the fluid flow in the inter-blade channels from the perpendicular to the axis of rotation of the pump. The values (
Figure 00000001
) obtained by calculation on the basis of a mathematical model developed by the authors of the present alleged invention based on the formulas and diagrams presented in the literature [see. Idelchik I.E. "Handbook on hydraulic resistance / ed. M.O. Steinberg. " -3rd edition revised. and add. - M .: Mechanical Engineering, 1992- 672s]. A centrifugal pump stage ETsNA5-80 (JSC "ALNAS") was used as a basic model for design and calculations.

Точечная кривая 14 - Показывает зависимость

Figure 00000001
от hcm для ступени с δк = 90° и δа= 90°, т.е. спроектированной согласно Прототипу; Dot Curve 14 - Shows dependency
Figure 00000001
from h cm for a step with δ к = 90 ° and δ а = 90 °, i.e. designed according to the Prototype;

Пунктирная кривая 15 - Показывает зависимость

Figure 00000001
от hcm для ступени с δк = 95° и δа= 90°, т.е. спроектированной согласно Заявляемому техническому решению, по варианту когда один и углов (δк или δа) тупой, а второй прямой. Dotted line 15 - Shows dependence
Figure 00000001
from h cm for a step with δ к = 95 ° and δ а = 90 °, i.e. designed according to the claimed technical solution, according to the option when one of the angles (δ to or δ a ) is obtuse, and the second is straight.

Кривая 16 - Показывает зависимость

Figure 00000001
от hcm для ступени с δк = 95° и δа= 95°, т.е. спроектированной согласно Заявляемому техническому решению, по варианту когда оба угла (δк и δа) тупые.Curve 16 - Shows dependence
Figure 00000001
from h cm for a step with δ к = 95 ° and δ а = 95 °, i.e. designed according to the declared technical solution, according to the option when both angles (δ to and δ a ) are obtuse.

На Фиг. 5 представлен График зависимости гидравлического сопротивления заявляемой ступени (

Figure 00000001
) лопастного многоступенчатого насоса в зависимости от величины ее осевого размера (hcm), при 0,65 ≤ rk-a /bk-a ≤ 2,5 и повышенном (до 20°) отклонении потока жидкости в межлопастных каналах от направления перпендикулярного оси вращения насоса. Значения (
Figure 00000001
) получены расчетным путем на основе математической модели, разработанной авторами настоящего предполагаемого изобретения на базе формул и диаграмм, представленных в литературном источнике [см. Идельчик И.Е. «Справочник по гидравлическим сопротивлениям /под ред. М.О. Штейнберга.» -3-е издание перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1992- 672с]. В качестве базовой модели, для проектирования и расчетов была использована ступень центробежного насоса ЭЦНА5-80 (АО «АЛНАС»). FIG. 5 shows the graph of the dependence of the hydraulic resistance of the inventive stage (
Figure 00000001
) a vane multistage pump depending on the value of its axial size (h cm ), at 0.65 ≤ r ka / b ka ≤ 2.5 and increased (up to 20 °) deviation of the fluid flow in the inter-blade channels from the direction perpendicular to the axis of rotation of the pump. The values (
Figure 00000001
) obtained by calculation on the basis of a mathematical model developed by the authors of the present alleged invention based on the formulas and diagrams presented in the literature [see. Idelchik I.E. "Handbook on hydraulic resistance / ed. M.O. Steinberg. " -3rd edition revised. and add. - M .: Mechanical Engineering, 1992- 672s]. A centrifugal pump stage ETsNA5-80 (JSC "ALNAS") was used as a basic model for design and calculations.

Точечная кривая 14 - Показывает зависимость

Figure 00000001
от hcm для ступени с δк = 90° и δа= 90°, т.е. спроектированной согласно Прототипу; Dot Curve 14 - Shows dependency
Figure 00000001
from h cm for a step with δ к = 90 ° and δ а = 90 °, i.e. designed according to the Prototype;

Пунктирная кривая 17 - Показывает зависимость

Figure 00000001
от hcm для ступени с δк = 110° и δа=90°, т.е. спроектированной согласно Заявляемому техническому решению, по варианту когда один и углов (δк или δа) тупой, а второй прямой. Dotted Curve 17 - Shows Dependency
Figure 00000001
from h cm for a step with δ к = 110 ° and δ а = 90 °, i.e. designed according to the claimed technical solution, according to the option when one of the angles (δ to or δ a ) is obtuse, and the second is straight.

Кривая 18 - Показывает зависимость

Figure 00000001
от hcm для ступени с δк = 110° и δа= 110°, т.е. спроектированной согласно Заявляемому техническому решению, по варианту когда оба угла (δк и δа) тупые. Curve 18 - Shows dependence
Figure 00000001
from h cm for a step with δ к = 110 ° and δ а = 110 °, i.e. designed according to the declared technical solution, according to the option when both angles (δ to and δ a ) are obtuse.

Принципиальное отличие новой ступени от Прототипа наглядно демонстрирует схема движения перекачиваемой жидкости в осевой проекции при разных конструкциях этих ступеней (См. Фиг.3). В ступени Прототипе движение жидкости происходит радиально во внутренних областях проточных каналов (находящихся ближе к центру ступени), и по овальной траектории (окружность - это частный случай овала) на периферии как рабочего колеса, так и направляющего аппарата (см. Фиг. 3.а). Суммарно поворот потока в овальной области каналов происходит на 180°, а два поворота во внутренних областях ступени каждый на 90° (то есть δк = 90°, δа. = 90°). В ступени, имеющей конструкцию, согласно заявляемому техническому решению, периферийный поворот направления потока жидкости такой же, как и в ступени прототипе, но движение жидкости в межлопастных каналах хотя бы одного из элементов ступени (рабочего колеса и/или направляющего) аппарата происходит в осевой проекции наклонно, под тупым углом, к оси вращения насоса (см. Фиг.3 б-д). Указанные углы поворотов направления потока могут достигать 110°. Вследствие этого осевое расстояние между центрами проточных каналов рабочего колеса и направляющего аппарата в центральной области элементов ступени (x1) меньше, чем осевое расстояние между центрами этих каналов при переходе к периферийной области закругления каналов рабочего колеса и направляющего аппарата (x2) (см.Фиг.1). Уменьшение размера x1 обеспечивает и уменьшение осевого размера ступени (hcm), а значит и рост ее удельного напора (Hуд). The fundamental difference between the new stage and the Prototype is clearly demonstrated by the flow diagram of the pumped liquid in the axial projection with different designs of these stages (see Fig. 3). In the Prototype stage, the fluid movement occurs radially in the inner regions of the flow channels (located closer to the center of the stage), and along an oval trajectory (a circle is a special case of an oval) at the periphery of both the impeller and the guide vane (see Fig. 3.a ). The total turn of the flow in the oval region of the channels occurs by 180 °, and two turns in the inner regions of the step, each by 90 ° (that is, δ k = 90 °, δ a . = 90 °). In a stage having a design, according to the claimed technical solution, the peripheral rotation of the direction of the liquid flow is the same as in the prototype stage, but the movement of the liquid in the inter-blade channels of at least one of the elements of the stage (impeller and / or guide) of the apparatus occurs in the axial projection obliquely, at an obtuse angle, to the axis of rotation of the pump (see Fig. 3 b-e). The specified angles of turns of the direction of flow can be up to 110 °. As a result, the axial distance between the centers of the flow channels of the impeller and the guide vane in the central region of the stage elements (x1) is less than the axial distance between the centers of these channels at the transition to the peripheral region of the curvature of the channels of the impeller and the guide vane (x2) (see Fig. 1). A decrease in the size x1 also ensures a decrease in the axial size of the step (h cm ), and hence an increase in its specific head (H beats ).

Для справки: Тупой угол - это угол величина которого больше 90°, но меньше 180°.For reference: An obtuse angle is an angle greater than 90 ° but less than 180 °.

Во внутренних областях проточных каналов направление движения жидкости в осевой проекции обратное по отношению к основному направлению потока жидкости внутри ступени в целом. Такого признака нет ни у ступеней аналогов (центробежных или диагональных), ни у прототипа - запатентованной нами «овальной» ступени. Наличие этого нового признака оказалось принципиально возможно только в совокупности с основным признаком ступени «овального» типа - закругленности в осевой проекции проточных каналов рабочего колеса и направляющего аппарата на периферийных областях элементов насосной ступени. In the inner regions of the flow channels, the direction of fluid movement in the axial projection is opposite to the main direction of fluid flow inside the stage as a whole. Neither the steps of analogs (centrifugal or diagonal), nor the prototype - our patented "oval" step, have such a feature. The presence of this new feature turned out to be fundamentally possible only in conjunction with the main feature of the "oval" type stage - roundness in the axial projection of the flow channels of the impeller and the guide vane on the peripheral areas of the pump stage elements.

Если величина соотношения (rk-a/bk-a) меньше, чем 0,65, то нет практического смысла в использовании нового технического решения т.к. снижение осевого размера овальной ступени практически не заметно. Если же величина соотношения (rk-a/bk-a) больше 1,95, то при одинаковых осевых размерах ступени, изготовленные по конструкции Прототипа, обладают меньшим гидравлическим сопротивлением чем ступени, изготовленные согласно заявляемому техническому решению. В диапазоне удовлетворяющему условию неравенства (3) гидравлическое сопротивление ступеней, имеющих конструкцию согласно заявляемому техническому решению ниже, чем у ступеней Прототипа (см. Фиг. 4 и Фиг.5).If the value of the ratio (r ka / b ka ) is less than 0.65, then there is no practical sense in using a new technical solution, since the decrease in the axial size of the oval step is practically not noticeable. If the value of the ratio (r ka / b ka ) is greater than 1.95, then with the same axial dimensions, the steps made according to the design of the Prototype have less hydraulic resistance than the steps made according to the claimed technical solution. In the range satisfying the condition of inequality (3), the hydraulic resistance of the steps having a design according to the claimed technical solution is lower than that of the Prototype steps (see Fig. 4 and Fig. 5).

Небольшая (не более 20°) величина отклонения тупых углов δк и δа от прямого угла (90°), свойственная заявляемому техническому решению не позволяет существенно увеличится местным гидравлическим сопротивлениям поворотов потока жидкости во внутренних областях элементов ступени, но в тоже время существенно уменьшает осевой размер ступени. The small (no more than 20 °) deviation of obtuse angles δ to and δ a from the right angle (90 °), inherent in the claimed technical solution, does not significantly increase the local hydraulic resistance of the fluid flow turns in the inner regions of the step elements, but at the same time significantly reduces axial step size.

При небольшом периферийном осевом закруглении каналов, когда выполняется условие (4):With a small peripheral axial curvature of the channels, when condition (4) is satisfied:

Figure 00000005
Figure 00000005

предпочтительнее для повышения удельного напора использовать конструкцию ступени с двумя тупыми углами δк и δа (90° < δк < 110° , 90° < δа ≤ 110°); It is preferable to increase the specific pressure used design stage with two obtuse angles δ and k and δ (90 ° <δ to <110 °, 90 ° <δ a ≤ 110 °);

при больших закруглениях, когда выполняется условие (5):at large curvatures, when condition (5) is satisfied:

Figure 00000006
Figure 00000006

предпочтительнее конструкция с одним прямым и одним тупым углом (90° < δк < 110°, δа = 90° или δк = 90°, 90° < δа ≤ 110° , с точки зрения гидродинамики это эквивалентно). a design with one right and one obtuse angle is preferable (90 ° <δ k <110 °, δ a = 90 ° or δ k = 90 °, 90 ° <δ a ≤ 110 °, from the point of view of hydrodynamics this is equivalent).

При средних закруглениях, когда выполняется условие (6): With medium rounding, when condition (6) is satisfied:

Figure 00000007
Figure 00000007

использование любой из заявляемых конструкций дает практически равнозначный результат. the use of any of the claimed designs gives an almost equivalent result.

Во всех описанных выше вариантах заявленного технического решения для снижения осевого размера ступени применен один и тот же конструкторский прием. А именно, исполнение внутренней части межлопастных каналов ступени с обратным наклоном под тупым углом к оси вращения насоса. С точки зрения гидродинамики три варианта конструкции овальной ступени с обратно наклонными межлопастными каналами обеспечивают один и тот же результат. Поэтому эти три варианта ступени могут считаться единым техническим решением. In all the variants of the claimed technical solution described above, the same design technique is used to reduce the axial dimension of the step. Namely, the design of the inner part of the inter-blade channels of the stage with a reverse inclination at an obtuse angle to the axis of rotation of the pump. From a hydrodynamic point of view, the three design options for an oval stage with inversely inclined inter-blade channels provide the same result. Therefore, these three stage options can be considered a single technical solution.

Ступени лопастных насосов бывают одноопорной конструкции (с одной опорной шайбой в ступени), двух опорной конструкции (с двумя опорными шайбами в ступени) и безопорной конструкции (опорных шайб в ступени нет). Для достижения поставленной цели это не имеет значения, поэтому их не обязательно упоминать в ограничительной части формулы изобретения. The stages of vane pumps are of a single-support structure (with one support washer in the stage), two support structures (with two support washers in the stage) and an unsupported structure (there are no support washers in the stage). To achieve this goal, this does not matter, therefore, they do not have to be mentioned in the limiting part of the claims.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Во время работы лопастного многоступенчатого насоса перекачиваемая жидкость поступает в рабочее колесо (1) ступени, которое вращается на валу лопастного насоса. Это происходит через кольцевой канал ступицы (5) рабочего колеса. Далее, после прохождения кольцевого канала, жидкость совершает поворот (как правило плавный) и поступает в межлопастные каналы (8), которые образованны криволинейными лопастями (7) основным диском (4) и покровным диском (6). В межлопастных каналах, под воздействием центробежной силы, передаваемой лопастями, скорость потока жидкости увеличивается. Поток движется в межлопастном канале вначале по внутреннему участку под тупым углом 90°÷110° по отношению к оси вращения насоса, а затем по периферийным участкам каналов по траектории овальной формы (окружность - это тоже частный случай овала). Далее поток жидкости, выходя из проточных каналов рабочего колеса, попадает в неподвижный направляющий аппарат (2) ступени лопастного насоса. На периферийных участках обратных проточных каналов направляющего аппарата (12), образованных верхним и нижним дисками (9,10) и лопатками (11), траектория движения потока имеет овальную форму. Т.е. она продолжает закругленную траекторию движения жидкости на периферии рабочего колеса. В результате, плавно закругляясь в осевой проекции на периферии рабочего колеса и направляющего аппарата, поток жидкости совершает поворот на суммарный угол не менее 180°. Затем этот поток протекает под тупым углом 90°÷110° по отношению к оси вращения насоса по внутренним участкам обратных межлопастных каналов направляющего аппарата. Выходя из межлопаточных каналов поток жидкости совершает поворот (как правило плавный) и попадает в кольцевой канал горловины (13) направляющего аппарата. Далее через горловину направляющего аппарата перекачиваемая жидкость поступает в канал ступицы рабочего колеса следующей ступени многоступенчатого лопастного насоса.During operation of the vane multistage pump, the pumped liquid enters the impeller (1) of the stage, which rotates on the shaft of the vane pump. This takes place through the annular channel of the impeller hub (5). Further, after passing through the annular channel, the liquid makes a turn (usually smooth) and enters the inter-blade channels (8), which are formed by curved blades (7) by the main disk (4) and the cover disk (6). 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 inter-blade channel, first along the inner section at an obtuse angle of 90 ° ÷ 110 ° with respect to the pump rotation axis, and then along the peripheral sections of the channels along an oval trajectory (a circle is also a special case of an oval). Further, the liquid flow, leaving the flow channels of the impeller, enters the stationary guide vane (2) of the vane pump stage. On the peripheral sections of the return flow channels of the guide vane (12), formed by the upper and lower discs (9, 10) and blades (11), the flow path has an oval shape. Those. it continues the rounded fluid path at the periphery of the impeller. As a result, smoothly rounding off in axial projection on the periphery of the impeller and the guide vane, the fluid flow rotates through a total angle of at least 180 °. Then this flow flows at an obtuse angle of 90 ° ÷ 110 ° with respect to the axis of rotation of the pump along the inner sections of the reverse inter-blade channels of the guide vanes. Coming out of the interscapular channels, the fluid flow makes a turn (usually smooth) and enters the annular channel of the throat (13) of the guide vanes. Then, through the throat of the guide vane, the pumped liquid enters the channel of the impeller hub of the next stage of the multistage vane pump.

Примеры реализации технического решения.Examples of implementation of a technical solution.

Возможный вариант исполнения ступени «овальной» конструкции с обратно наклонными межлопастными каналами представлены на Фиг.1. и Фиг.2. A possible embodiment of the “oval” design step with inversely inclined inter-blade channels is shown in Fig. 1. and Fig. 2.

Теоретические расчеты по созданной нами математической модели, проведенные для насоса ЭЦНА5-80, показали, что конструкции ступеней серийных многоступенчатых электропогружных насосов могут быть адаптированы под «овальную» конструкцию с обратно наклонными межлопастными каналами. Расчеты показали, что, используя такие ступени удастся уменьшить длину насоса на 4 ÷ 18% по сравнению с овальным насосом прототипом при практически таком же гидравлическом сопротивлении, а значит неизменной энергетической эффективности. Theoretical calculations based on the mathematical model created by us, carried out for the ETSNA5-80 pump, showed that the stage designs of serial multistage electric submersible pumps can be adapted to the "oval" design with inversely inclined inter-blade channels. Calculations have shown that using such stages it will be possible to reduce the length of the pump by 4 ÷ 18% in comparison with the prototype oval pump with practically the same hydraulic resistance, which means unchanged energy efficiency.

Наиболее оптимальная технология изготовления овальных ступеней с обратно наклонными межлопастными каналами - это литье по выплавляемым моделям, с последующей механической обработкой (шлифовкой) на высокопроизводительных автоматах. Материалы рабочих колес и направляющих аппаратов таких ступеней, изготавливаемых с помощью литья - это модифицированный серый чугун или коррозионно-износостойкий чугун марки «Нирезист». Овальные ступени с обратно наклонными межлопастными каналами также можно изготовить из полимерных или композитных материалов. The most optimal technology for manufacturing oval steps with inversely inclined inter-blade channels is investment casting, followed by machining (grinding) on high-performance automatic machines. The materials of the impellers and guide vanes of such stages, manufactured by casting, are modified gray cast iron or corrosion-resistant cast iron of the Nirezist grade. Oval steps with inversely inclined inter-blade channels can also be made of polymer or composite materials.

Claims (7)

1. Ступень лопастного многоступенчатого насоса, состоящая как минимум из рабочего колеса, содержащего основной диск со ступицей и покрывной диск, между которыми расположены криволинейные лопасти, образующие межлопастные каналы рабочего колеса, по которым под действием лопастей движется перекачиваемая жидкость, и направляющего аппарата, содержащего верхний и нижний диски с размещенными между ними лопатками, образующие обратные межлопастные каналы, сходящиеся к горловине, по которым происходит движения жидкости к входу в рабочее колесо следующей ступени, при этом межлопастные каналы на выходе потока жидкости из рабочего колеса и обратные проточные каналы направляющего аппарата на входе потока в направляющий аппарат в их осевом сечении образуют периферийные закругленные переходящие друг в другу участки овальной формы, отличающаяся тем, что периферийные участки проточных каналов, обеспечивающие поворот потока жидкости не менее чем на 180°, выполнены подчиняющимися следующему отношению радиуса периферийного закругления каналов (rk-a) к их осевой ширине на выходе из рабочего колеса и на входе направляющего аппарата (bk-a):1. A stage of a vane multistage pump, consisting at least of an impeller containing a main disk with a hub and a cover disk, between which curved blades are located, forming inter-blade channels of the impeller, along which the pumped liquid moves under the action of the blades, and a guide vane containing an upper and the lower discs with blades placed between them, forming reverse inter-blade channels converging to the throat, along which the fluid moves to the inlet of the next stage impeller, while the inter-blade channels at the outlet of the liquid flow from the impeller and reverse flow channels of the guide vane at the inlet flow into the guide vanes in their axial section form peripheral rounded oval-shaped sections passing into each other, characterized in that the peripheral sections of the flow channels, ensuring the rotation of the fluid flow by at least 180 °, are made obeying the following relation for the sake of mustache of peripheral rounding of channels ( rk-a ) to their axial width at the outlet of the impeller and at the inlet of the guide vane ( bk-a ): 0,65≤(rk-a/bk-a)≤1,95, 0.65≤ (rk-a / bk-a) ≤1.95, а внутренние участки межлопастных каналов минимум одного из элементов ступени в их осевом сечении выполнены с наклоном к оси вращения рабочего колеса под тупым углом, но не более 110°, по направлению движения жидкости так, что осевое расстояние между центрами проточных каналов рабочего колеса и направляющего аппарата в центральной области элементов ступени меньше, чем осевое расстояние между центрами этих каналов при переходе к периферийной области закругления каналов рабочего колеса и направляющего аппарата. and the inner sections of the inter-blade channels of at least one of the stage elements in their axial section are made with an inclination to the axis of rotation of the impeller at an obtuse angle, but not more than 110 °, in the direction of fluid movement so that the axial distance between the centers of the flow channels of the impeller and the guide vane in the central region of the step elements is less than the axial distance between the centers of these channels in the transition to the peripheral region of the curvature of the channels of the impeller and the guide vane. 2. Ступень лопастного многоступенчатого насоса по п.1, отличающаяся тем, что тупой угол наклона внутренних участков проточных каналов плавно увеличивается по мере отдаления от центра ступени в ее осевом сечении.2. The stage of a vane multistage pump according to claim 1, characterized in that the obtuse angle of inclination of the inner sections of the flow channels smoothly increases with distance from the center of the stage in its axial section. 3. Ступень лопастного многоступенчатого насоса по п.1, отличающаяся тем, что внутренние участки как межлопастных каналов рабочего колеса, так и обратных каналов направляющего аппарата выполнены с наклоном к оси вращения рабочего колеса под тупым углом, но не более 110°, по направлению движения жидкости. 3. The stage of a vane multistage pump according to claim 1, characterized in that the inner sections of both the inter-blade channels of the impeller and the return channels of the guide vane are tilted to the axis of rotation of the impeller at an obtuse angle, but not more than 110 °, in the direction of motion liquids. 4. Ступень лопастного многоступенчатого насоса по п.1, отличающаяся тем, что внутренние участки межлопастных каналов рабочего колеса выполнены перпендикулярными к оси вращения насоса, а с наклоном к оси вращения рабочего колеса под тупым углом, но не более 110°, выполнены только внутренние участки обратных каналов направляющего аппарата. 4. The stage of a vane multistage pump according to claim 1, characterized in that the inner sections of the inter-blade channels of the impeller are made perpendicular to the axis of rotation of the pump, and with an inclination to the axis of rotation of the impeller at an obtuse angle, but not more than 110 °, only the inner sections are made return channels of the guide vane. 5. Ступень лопастного многоступенчатого насоса по п.1, отличающаяся тем, что внутренние участки обратных каналов направляющего аппарата выполнены перпендикулярными к оси вращения насоса, а с наклоном к оси вращения рабочего колеса под тупым углом, но не более 110°, по направлению движения жидкости выполнены только внутренние участки межлопастных каналов рабочего колеса.5. The stage of a vane multistage pump according to claim 1, characterized in that the inner sections of the return channels of the guide vane are made perpendicular to the axis of rotation of the pump, and with an inclination to the axis of rotation of the impeller at an obtuse angle, but not more than 110 °, in the direction of fluid movement only the inner sections of the inter-blade channels of the impeller are made.
RU2020140990A 2020-12-12 2020-12-12 Stage of a multi-stage vane pump RU2754049C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020140990A RU2754049C1 (en) 2020-12-12 2020-12-12 Stage of a multi-stage vane pump

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020140990A RU2754049C1 (en) 2020-12-12 2020-12-12 Stage of a multi-stage vane pump

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2754049C1 true RU2754049C1 (en) 2021-08-25

Family

ID=77460452

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020140990A RU2754049C1 (en) 2020-12-12 2020-12-12 Stage of a multi-stage vane pump

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2754049C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130058777A1 (en) * 2009-12-30 2013-03-07 Schlumberger Technology Corporation Submersible pump stage
RU170908U1 (en) * 2016-10-03 2017-05-15 Закрытое акционерное общество "РИМЕРА" ELECTRIC CENTRIFUGAL PUMP STEP
EP3224481A1 (en) * 2014-11-25 2017-10-04 KSB Aktiengesellschaft Centrifugal pump with axially discharging radial impeller
RU178325U1 (en) * 2017-07-18 2018-03-30 Акционерное общество "РИМЕРА" (АО "РИМЕРА") Submersible electric centrifugal pump stage
RU188224U1 (en) * 2018-08-27 2019-04-03 ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ЛУКОЙЛ ЭПУ Сервис" Submersible multi-stage vane pump stage
RU2735978C1 (en) * 2020-06-24 2020-11-11 Игорь Олегович Стасюк Stage of multistage vane pump

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130058777A1 (en) * 2009-12-30 2013-03-07 Schlumberger Technology Corporation Submersible pump stage
EP3224481A1 (en) * 2014-11-25 2017-10-04 KSB Aktiengesellschaft Centrifugal pump with axially discharging radial impeller
RU170908U1 (en) * 2016-10-03 2017-05-15 Закрытое акционерное общество "РИМЕРА" ELECTRIC CENTRIFUGAL PUMP STEP
RU178325U1 (en) * 2017-07-18 2018-03-30 Акционерное общество "РИМЕРА" (АО "РИМЕРА") Submersible electric centrifugal pump stage
RU188224U1 (en) * 2018-08-27 2019-04-03 ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ЛУКОЙЛ ЭПУ Сервис" Submersible multi-stage vane pump stage
RU2735978C1 (en) * 2020-06-24 2020-11-11 Игорь Олегович Стасюк Stage of multistage vane pump

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR960002023B1 (en) Centrifugal compressor with high efficiency and wide operating
US4449888A (en) Free spool inducer pump
US20160090992A1 (en) Centrifugal pump for handling abrasive-laden fluid
CN102287398A (en) Small-sized high-speed centrifugal pump suitable for flow regulation in wide range
CN105041720B (en) A kind of efficiently quasi- annular pumping chamber Hydraulic Design Method of big overcurrent Turo pump
CN113236607B (en) Design method of large-scale engineering pump volute and volute thereof
RU2735978C1 (en) Stage of multistage vane pump
WO2011036459A1 (en) Diffuser
JPS58104400A (en) Device for reducing abrasion of cavitation
CN110107539B (en) A return guide vane structure for fluid machinery
RU2754049C1 (en) Stage of a multi-stage vane pump
CN110500288B (en) Vertical multistage pump space guide vane body
CN104895806A (en) Centripetal type compressor
CN109882448B (en) Mixed flow pump runner chamber with arc pumping groove
JP2018135836A (en) Centrifugal compressor
RU206628U1 (en) Stage vane multistage diagonal oval pump
JP2017048703A (en) Centrifugal Pump
CN211116664U (en) Vertical multistage pump space guide vane body
US11781556B2 (en) High energy density turbomachines
US1065732A (en) Centrifugal pump.
RU2692941C1 (en) Centrifugal pump impeller for gas-liquid media
CN110073112B (en) Vortex pump
RU2735971C1 (en) Impeller of blade pump stage
WO2019155487A1 (en) Vortex impeller with radially split concentric vanes
CN114688077B (en) Vortex pump impeller structure for improving clearance sealing effect of dynamic and static parts and vortex pump