RU57394U1

RU57394U1 - STEERING WHEEL OF THE STEP OF THE SUBMERSIBLE MULTI-STAGE CENTRIFUGAL PUMP

Info

Publication number: RU57394U1
Application number: RU2006118787/22U
Authority: RU
Inventors: Валерий Николаевич Юткин; Алексей Анатольевич Гончаренко; Максим Олегович Чижиков
Original assignee: Центр Разработки Нефтедобывающего Оборудования (Црно)
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2006-10-10

Abstract

Техническое решение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при создании погружных центробежных насосов, предназначенных для добычи нефти из скважин. Рабочее колесо ступени погружного центробежного многоступенчатого насоса, содержит ведущий и ведомый диски с размещенными между ними основными лопатками. На периферийной части боковой поверхности ведущего диска на одинаковом угловом расстоянии относительно друг друга размещены дополнительные лопатки. Ведущий диск в зоне размещения дополнительных лопаток выполнен с плавно увеличивающейся толщиной в сторону выходного участка рабочего колеса с образованием верхней кромки ведущего диска в результате пересечения наружной цилиндрической поверхности ведущего диска с его боковой поверхностью со стороны дополнительных лопаток. При этом верхняя кромка ведущего диска представляет собой либо участок торцевой поверхности в плоскости, параллельной боковой поверхности диска, совпадающей по высоте с высотой дополнительных лопаток, либо торцевые поверхности дополнительных лопаток, расположенные в плоскости, параллельной боковой поверхности диска, выступают относительно верхней кромки ведущего диска в осевом направлении. При этом диаметр ведущий диск может быть равен или меньше диаметра ведомого диска и диаметра окружности, описываемой основными лопатками. Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в повышении напора и КПД рабочего колеса ступени погружного центробежного многоступенчатого насоса путем уменьшения вязких потерь при смешивании основного и дополнительного потоков на выходном участке рабочего колеса за счет сформированного на внешней стороне ведущего диска из вихревого движения жидкости радиально-осевой составляющей потока. 3 з. п.ф-лы, 3ил.The technical solution relates to hydraulic engineering and can be used in the oil industry to create submersible centrifugal pumps designed to extract oil from wells. The impeller of the stage of a submersible centrifugal multistage pump contains a drive and a driven disc with the main blades placed between them. On the peripheral part of the side surface of the drive disk at the same angular distance relative to each other, additional blades are placed. The leading disk in the area of additional blades is made with a gradually increasing thickness towards the output section of the impeller with the formation of the upper edge of the leading disk as a result of the intersection of the outer cylindrical surface of the leading disk with its side surface from the side of the additional blades. In this case, the upper edge of the leading disk is either a portion of the end surface in a plane parallel to the side surface of the disk, which coincides in height with the height of the additional blades, or the end surfaces of additional blades located in a plane parallel to the side surface of the disk, protrude relative to the upper edge of the leading disk in axial direction. In this case, the diameter of the drive disk can be equal to or less than the diameter of the driven disk and the diameter of the circle described by the main blades. The technical result achieved by the implementation of the utility model consists in increasing the pressure and efficiency of the impeller of the stage of a submersible centrifugal multistage pump by reducing viscous losses when mixing the main and additional flows at the output section of the impeller due to the radial swirling of the drive from the outer disk -axial component of the flow. 3 s P. f-ly, 3il.

Description

Полезная модель относится к гидромашиностроению и может быть использована в нефтедобывающей промышленности при создании погружных центробежных насосов, предназначенных для добычи нефти из скважин.The utility model relates to hydraulic engineering and can be used in the oil industry to create submersible centrifugal pumps designed to extract oil from wells.

Известно рабочее колесо ступени погружного центробежного насоса (см. патент US 4,664,592 A, F 04 D 29/08, 12.05.1987), которое содержит ведущий и ведомый диски с размещенными между ними лопатками. На верхней поверхности ведущего диска рабочего колеса выполнены соединенные между собой выступы, выполненные в форме Г-образных лопастей, которые расположены по окружности ведущего диска на приближенно одинаковом угловом расстоянии относительно друг от друга.The impeller of a step of a submersible centrifugal pump is known (see US Pat. No. 4,664,592 A, F 04 D 29/08, 05/12/1987), which contains a drive and a driven disc with vanes located between them. On the upper surface of the driving disk of the impeller are made interconnected protrusions made in the form of L-shaped blades, which are located around the circumference of the driving disk at approximately the same angular distance from each other.

В описанном аналоге Г-образные лопасти обеспечивают снижение осевой силы и уменьшение потерь в результате трения жидкости о стенки рабочего колеса и направляющего аппарата и их наличие практически не воздействует на основные технические характеристиками рабочего колеса - напор, подачу и КПД.In the described analogue, the L-shaped blades provide a decrease in axial force and a decrease in losses due to friction of the liquid on the walls of the impeller and the guide apparatus and their presence practically does not affect the main technical characteristics of the impeller - pressure, feed and efficiency.

Известно также рабочее колесо ступени погружного центробежного многоступенчатого насоса (см. патент RU 2138691, C1 F 04 D 13/10, 27.09.1999), содержащее ведущий и ведомый диски с размещенными между ними лопатками. На периферии ведущего диска рабочего колеса на его боковой поверхности установлены трехсторонние ячейки, открытые с внешней стороны диска.Also known is the impeller of the stage of a submersible centrifugal multistage pump (see patent RU 2138691, C1 F 04 D 13/10, 09/27/1999), containing the driving and driven disks with blades placed between them. On the periphery of the driving disk of the impeller, tripartite cells are installed on its lateral surface, open on the outside of the disk.

В известном рабочем колесе, при его использовании в многоступенчатых центробежных насосах, за счет лопаточного венца, образованного трехсторонними ячейками на внешней поверхности ведущего диска создается дополнительный радиальный поток жидкости, что приводит к повышению напора при малых подачах.In the known impeller, when used in multistage centrifugal pumps, an additional radial fluid flow is created on the outer surface of the drive disk due to a blade rim formed by trilateral cells, which leads to an increase in pressure at low flows.

Недостаток данного технического решения заключается в том, что при работе рабочего колеса, когда происходит смешивание основного радиально-осевого потока с дополнительным радиальным потоком, образованного лопаточным венцом на ведущем диске, возникают значительные вязкие потери, что приводит к снижению КПД рабочего колеса.The disadvantage of this technical solution is that during the operation of the impeller, when the main radial-axial flow is mixed with the additional radial flow formed by the blade ring on the drive disk, significant viscous losses occur, which leads to a decrease in the efficiency of the impeller.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения (прототипом) является рабочее колесо погружного центробежного многоступенчатого насоса (патент RU 2218482, 6 F 04 D 13/10 от 10.07.02), которое содержит ведущий и ведомый диски с размещенными между ними лопатками. На периферии верхней поверхности ведущего диска рабочего колеса выполнены, отделенные друг от друга, ориентированные в радиальном направлении дополнительные лопатки (выступы), которые расположены по окружности ведущего диска на The closest analogue of the claimed invention (prototype) is the impeller of a submersible centrifugal multistage pump (patent RU 2218482, 6 F 04 D 13/10 from 10.07.02), which contains the leading and driven disks with blades placed between them. On the periphery of the upper surface of the driving disk of the impeller, additional blades (protrusions) are arranged, separated from each other, oriented in the radial direction, which are located around the circumference of the driving disk on

приближенно одинаковом угловом расстоянии относительно друг от друга.approximately the same angular distance relative to each other.

Однако данное рабочее колесо обладает тем же недостатком, что и вышеупомянутое, заключающееся в снижении КПД в следствие вязких потерь, возникающих при смешивании основного радиально-осевого и дополнительного радиального потоков перекачиваемой жидкости.However, this impeller has the same drawback as the aforementioned one, which consists in reducing the efficiency due to viscous losses that occur when mixing the main radial-axial and additional radial flows of the pumped liquid.

Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, состоит в том, что на выходном участке внешней стороны ведущего диска рабочего колеса обеспечивается формирование дополнительного радиально-осевого потока жидкости, который, смешиваясь с основным потоком, приводит к повышению как напора, так и КПД рабочего колеса центробежной ступени.The problem to which the present utility model is directed is that on the output section of the outer side of the driving wheel of the impeller, an additional radial-axial fluid flow is formed, which, when mixed with the main flow, leads to an increase in both the pressure and the efficiency of the working centrifugal stage wheels.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в рабочем колесе ступени погружного центробежного многоступенчатого насоса, содержащем ведущий и ведомый диски с размещенными между ними основными лопатками, и дополнительными лопатками, размещенными на периферийной части боковой поверхности ведущего диска на одинаковом угловом расстоянии относительно друг друга, согласно полезной модели, ведущий диск в зоне размещения дополнительных лопаток выполнен с плавно увеличивающейся толщиной в сторону выходного участка рабочего колеса с образованием верхней кромки ведущего диска в результате пересечения наружной цилиндрической поверхности ведущего диска и его боковой поверхности со стороны дополнительных лопаток.The specified technical result is achieved due to the fact that in the impeller of the stage of a submersible centrifugal multistage pump containing the driving and driven disks with the main blades placed between them, and additional blades placed on the peripheral part of the side surface of the driving disk at the same angular distance relative to each other, according to a utility model, the drive disk in the area of the additional blades is made with a gradually increasing thickness towards the output section of the working about wheels with the formation of the upper edge of the drive disk as a result of the intersection of the outer cylindrical surface of the drive disk and its side surface from the side of the additional blades.

При этом верхняя кромка ведущего диска представляет собой участок The top edge of the drive disc is

торцевой поверхности в плоскости, параллельной боковой поверхности диска, совпадающей по высоте с высотой дополнительных лопаток, или торцевые поверхности дополнительных лопаток, расположенные в плоскости, параллельной боковой поверхности диска, могут выступать относительно верхней кромки ведущего диска в осевом направлении.the end surface in a plane parallel to the side surface of the disk, coinciding in height with the height of the additional blades, or the end surfaces of the additional blades located in a plane parallel to the side surface of the disk may protrude relative to the upper edge of the drive disk in the axial direction.

Кроме этого, ведущий диск может иметь диаметр, меньший или равный диаметру ведомого диска и диаметру окружности, описываемой основными лопатками.In addition, the drive disk may have a diameter less than or equal to the diameter of the driven disk and the diameter of the circle described by the main blades.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен продольный разрез рабочего колеса ступени погружного центробежного насоса;The essence of the proposed technical solution is illustrated by the drawing, where figure 1 shows a longitudinal section of the impeller of the stage of a submersible centrifugal pump;

на фиг.2 - поперечное сечение рабочего колеса по С;figure 2 is a cross section of the impeller along C;

на фиг.3 - представлена сравнительная характеристика рабочего колеса, выполненного в соответствии с полезной моделью и рабочего колеса, имеющего традиционную конструкцию (без дополнительных лопаток).figure 3 - presents a comparative characteristic of the impeller made in accordance with the utility model and the impeller having a traditional design (without additional blades).

Рабочее колесо 1 погружного центробежного многоступенчатого насоса содержит ступицу 2 для установки рабочего колеса 1 на валу 3 насоса, а также ведущий 4 и ведомый 5 диски с размещенными между ними лопатками 6. На боковой поверхности А ведущего диска 4, по ее периферии, выполнены дополнительные лопатки 7, расположенные на одинаковом угловом расстоянии относительно друг друга по окружности ведущего диска. В зоне 8 размещения дополнительных лопаток 7 ведущий диск 4 выполнен с плавно увеличивающейся толщиной в сторону выходного участка 9 рабочего колеса 1 с The impeller 1 of a submersible centrifugal multistage pump contains a hub 2 for mounting the impeller 1 on the pump shaft 3, as well as the driving 4 and driven 5 discs with blades placed between them 6. On the peripheral surface A of the driving disc 4, additional blades are made 7 located at the same angular distance relative to each other around the circumference of the drive disk. In the zone 8 for the placement of additional blades 7, the drive disk 4 is made with a gradually increasing thickness towards the output section 9 of the impeller 1 s

образованием верхней кромки 10 ведущего диска в результате пересечения боковой поверхности А и наружной цилиндрической поверхности 11 ведущего диска 4. При этом верхняя кромка 10 ведущего диска 4 представляет собой участок торцевой поверхности в плоскости, параллельной боковой поверхности диска на высоте дополнительных лопаток 7, либо торцевые поверхности дополнительных лопаток 7, расположенные в плоскости, параллельной боковой поверхности А диска, могут выступать относительно верхней кромки 10 ведущего диска 4 в осевом направлении (на фиг.1 показано пунктиром). Кроме этого, едущий диск 4 может быть выполнен как с равным, так и с меньшим диаметром, чем диаметр ведомого диска 5 и диаметр окружности, описываемой основными лопатками 6.the formation of the upper edge 10 of the drive disk as a result of the intersection of the side surface A and the outer cylindrical surface 11 of the drive disk 4. The upper edge 10 of the drive disk 4 is a portion of the end surface in a plane parallel to the side surface of the disk at the height of the additional blades 7, or end surfaces additional blades 7 located in a plane parallel to the side surface A of the disk can protrude relative to the upper edge 10 of the drive disk 4 in the axial direction (in FIG. 1 is indicated by a dotted line). In addition, the traveling disk 4 can be made with equal or smaller diameter than the diameter of the driven disk 5 and the diameter of the circle described by the main blades 6.

В сборе рабочее колесо 1 и направляющий аппарат 13 образуют ступень погружного центробежного многоступенчатого насоса, при этом между боковой поверхностью А ведущего диска 4 рабочего колеса 1 и наружной поверхностью В нижнего диска 14 направляющего аппарата 13 образуется полость 15.Assembled the impeller 1 and the guide vane 13 form the stage of a submersible centrifugal multistage pump, while a cavity 15 is formed between the side surface A of the driving disk 4 of the impeller 1 and the outer surface B of the lower disk 14 of the guide vane 13.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При вращении вала 3 погружного многоступенчатого центробежного насоса и, соответственно, рабочего колеса 1, пластовая жидкость из направляющего аппарата предыдущей ступени поступает в каналы рабочего колеса 1, образованные лопатками 6, увеличивая при этом свою кинетическую энергию. С выхода рабочего колеса 1 пластовая жидкость поступает в каналы направляющего аппарата 11, где кинетическая энергия жидкости When the shaft 3 is rotated by a submersible multistage centrifugal pump and, accordingly, the impeller 1, the formation fluid from the previous stage guide apparatus enters the channels of the impeller 1 formed by the blades 6, while increasing its kinetic energy. From the output of the impeller 1, the reservoir fluid enters the channels of the guide apparatus 11, where the kinetic energy of the fluid

преобразуется в энергию давления, и далее направляется на вход рабочего колеса следующей ступени. При этом часть жидкости попадает в полость 15 между наружной поверхностью В нижнего диска 14 направляющего аппарата 13 и боковой поверхностью А ведущего диска 4 рабочего колеса 1. Эта часть жидкости захватывается дополнительными лопатками 7, которые образуют вихревой поток. При этом благодаря тому, что ведущий диск 8 в зоне размещения дополнительных лопаток 7 выполнен с плавно увеличивающейся толщиной в сторону выходного участка 9 рабочего колеса 1, в вихревом потоке происходит формирование дополнительной радиально-осевой составляющей потока, совпадающей на выходном участке 9 с направлением движения основного потока с выхода рабочего колеса. В результате смешивания основного потока и, сформированного из вихревого движения жидкости, дополнительного потока в радиально-осевом направлении, на выходном участке 9 рабочего колеса 1 существенно уменьшаются вязкие потери, что приводит к повышению напора и КПД рабочего колеса ступени погружного центробежного многоступенчатого насоса. На фиг.3 представлены гидронапорные характеристики ступени с традиционным выполнением рабочего колеса (кривая 1) и ступени с рабочим колесом, выполненным в соответствии с полезной моделью (кривая 2), которые наглядно демонстрируют увеличение напора и КПД.converted into pressure energy, and then sent to the input of the impeller of the next stage. In this case, a part of the liquid enters the cavity 15 between the outer surface B of the lower disk 14 of the guide apparatus 13 and the side surface A of the driving disk 4 of the impeller 1. This part of the liquid is captured by additional blades 7, which form a vortex flow. Moreover, due to the fact that the leading disk 8 in the area of additional blades 7 is made with a gradually increasing thickness towards the output section 9 of the impeller 1, an additional radial-axial component of the flow is formed in the vortex flow, coinciding in the output section 9 with the direction of movement of the main flow from the outlet of the impeller. As a result of mixing the main flow and the additional flow formed from the vortex motion of the fluid in the radial-axial direction, viscous losses are significantly reduced at the output section 9 of the impeller 1, which leads to an increase in the pressure and efficiency of the impeller of the submersible centrifugal multistage pump stage. Figure 3 presents the hydraulic pressure characteristics of a stage with the traditional design of the impeller (curve 1) and a stage with an impeller made in accordance with the utility model (curve 2), which clearly demonstrate an increase in pressure and efficiency.

Claims

1. The impeller of the stage of a submersible centrifugal multistage pump, comprising a driving and driven disks with main blades placed between them and additional blades placed on the peripheral part of the side surface of the leading disk at the same angular distance relative to each other, characterized in that the leading disk in the placement zone additional blades are made with a gradually increasing thickness towards the output section of the impeller with the formation of the upper edge of the drive disk when crossing ii a cylindrical outer surface of the drive disc and the side surface thereof by additional blades.

2. The impeller according to claim 1, characterized in that the upper edge of the drive disk is a portion of the end surface in a plane parallel to the side surface of the disk, matching in height with the height of the additional blades.

3. The impeller according to claim 1, characterized in that the end surfaces of the additional blades located in a plane parallel to the side surface of the disk protrude relative to the upper edge of the drive disk in the axial direction.

4. The impeller according to claim 1, characterized in that the drive disk is made with an equal or smaller diameter than the diameter of the driven disk and the diameter of the circle described by the main blades.