RU92491U1

RU92491U1 - STEP OF MULTI-STAGE PUMP DISPERSANTER

Info

Publication number: RU92491U1
Application number: RU2009143405/22U
Authority: RU
Inventors: Юрий Апполоньевич Сазонов; Владимир Николаевич Ивановский; Владимир Иванович Заякин
Original assignee: Юрий Апполоньевич Сазонов
Priority date: 2009-11-23
Filing date: 2009-11-23
Publication date: 2010-03-20

Abstract

1. Ступень многоступенчатого насоса-диспергатора, содержащая входной и выходной каналы, рабочее колесо открытого типа, имеющее ступицу и лопатки, рабочий профиль которых выполнен в сечениях от ступицы до периферийного конца лопатки с положительным углом атаки, создающим положительный напор для потока перекачиваемой среды, направляющий аппарат, состоящий из кольцевого корпуса и размещенного в нем диска, в котором выполнен ряд сквозных отверстий, сообщающих выходной канал ступени с входным каналом соседней ступени, отличающаяся тем, что рабочее колесо оснащено лопатками, имеющими реверсивный участок, на котором профиль лопатки расположен с отрицательным углом атаки, создающим торможение потоку перекачиваемой среды. ! 2. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что реверсивный участок выполнен на всей лопатке.1. The stage of the multistage dispersing pump containing the inlet and outlet channels, an open impeller with a hub and vanes, the working profile of which is made in sections from the hub to the peripheral end of the vanes with a positive angle of attack, creating a positive pressure for the flow of the pumped medium, an apparatus consisting of an annular housing and a disk located in it, in which a series of through holes are made, communicating the output channel of the stage with the input channel of the adjacent stage, characterized in that Static preparation wheel equipped with vanes having a reverse portion in which the blade profile is a negative angle of attack, creating a braking flow of the pumping medium. ! 2. The stage according to claim 1, characterized in that the reversible section is made on the entire blade.

Description

Полезная модель относится к области разработки насосов и компрессоров и может быть использована в погружных многоступенчатых насосах для добычи нефти из скважин.The utility model relates to the field of development of pumps and compressors and can be used in submersible multi-stage pumps for oil production from wells.

Известна ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, состоящая из рабочего колеса, имеющего ступицу и лопатки, разборного направляющего аппарата, имеющего съемный верхний диск и нижний диск с размещенными между дисками лопатками, формирующими проточную часть направляющего аппарата. На входе и выходе проточной части направляющего аппарата выполнены соответственно входная и выходная кольцевые камеры, которые обеспечивают гидравлическую связь проточных частей рабочего колеса и направляющего аппарата. Лопатки рабочего колеса имеют удлиненные до ступицы входные участки, расположенные по окружности с образованием осевой круговой решетки. Осевая решетка обеспечивает разворот потока на входе в рабочее колесо, и кроме этого обеспечивает выполнение функций диспергатора. Между контактирующими горизонтальными поверхностями рабочего колеса и направляющего аппарата установлены осевые опоры. [Свидетельство на полезную модель №59752 от 05.07.2006; F04D 13/10].Known step submersible multistage centrifugal pump, consisting of an impeller having a hub and vanes, collapsible guide apparatus having a removable upper disk and lower disk with blades placed between the disks forming the flow part of the guide apparatus. At the inlet and outlet of the flowing part of the guide vane, the inlet and outlet annular chambers are made respectively, which provide hydraulic connection of the flowing parts of the impeller and the guide vane. The impeller blades have inlet portions elongated to the hub and arranged in a circle to form an axial circular grid. The axial grate provides a reversal of the flow at the entrance to the impeller, and in addition provides the performance of the dispersant. Between the contacting horizontal surfaces of the impeller and the guide vane axial bearings are installed. [Certificate for utility model No. 59752 of July 5, 2006; F04D 13/10].

Радиально направленные потоки в каналах рабочего колеса и межлопастных каналах направляющего аппарата ограничивают значения объемного расхода перекачиваемой среды, что ограничивает область применения такого технического решения. Перемешивание жидкости с газом, то есть диспергирование, обеспечивается только за счет вихрей, образующихся при обтекании осевой решетки жидкостно-газовым потоком. Эффективность подобного диспергирующего устройства ослабевает с повышением подачи насоса.Radially directed flows in the channels of the impeller and the inter-blade channels of the guide vane limit the volumetric flow rate of the pumped medium, which limits the scope of this technical solution. The mixing of the liquid with the gas, i.e. dispersion, is provided only due to the vortices formed during the flow around the axial lattice with a liquid-gas stream. The effectiveness of such a dispersing device decreases with increasing pump flow.

Техническое решение, наиболее близкое к заявляемому решению, представляет ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, состоящая из рабочего колеса открытого типа, имеющего ступицу и лопатки, направляющего аппарата, имеющего верхний диск и нижний диск с размещенными между дисками лопатками, формирующими проточную часть направляющего аппарата. На входе и выходе проточной части направляющего аппарата выполнены, соответственно, входная и выходная кольцевые камеры, которые обеспечивают гидравлическую связь проточных частей рабочего колеса и направляющего аппарата. Лопатки рабочего колеса имеют удлиненные до ступицы входные участки, расположенные по окружности с образованием осевой круговой решетки. В направляющем аппарате выполнены сквозные отверстия, сообщающие проточную часть рабочего колеса с проточной частью направляющего аппарата или с проточной частью рабочего колеса соседней ступени, с возможностью периодического перекрытия этих отверстий лопатками рабочего колеса при его вращении. [Свидетельство на полезную модель №63468 от 09.01.2007; F04D 13/10].The technical solution closest to the claimed solution is a step of a submersible multistage centrifugal pump, consisting of an open impeller having a hub and vanes, a guiding apparatus having an upper disk and a lower disk with vanes placed between the disks forming the flow part of the guiding apparatus. At the inlet and outlet of the flowing part of the guide vane, the inlet and outlet annular chambers are made, respectively, which provide a hydraulic connection between the flowing parts of the impeller and the guide vane. The impeller blades have inlet portions elongated to the hub and arranged in a circle to form an axial circular grid. Through-holes are made in the guiding apparatus, communicating the flowing part of the impeller with the flowing part of the guiding apparatus or with the flowing part of the impeller of an adjacent stage, with the possibility of periodically blocking these holes with the blades of the impeller during its rotation. [Certificate for utility model No. 63468 of 01/09/2007; F04D 13/10].

Радиально направленные потоки в каналах рабочего колеса и межлопастных каналах направляющего аппарата ограничивают значения объемного расхода перекачиваемой среды через сквозные отверстия, что в свою очередь ограничивает область применения такого технического решения. Эффективность подобного диспергирующего устройства ослабевает с повышением подачи насоса.Radially directed flows in the channels of the impeller and the inter-blade channels of the guide vane limit the volumetric flow rate of the pumped medium through the through holes, which in turn limits the scope of this technical solution. The effectiveness of such a dispersing device decreases with increasing pump flow.

Техническим результатом использования полезной модели является расширение области применения, повышение коэффициента полезного действия и надежности работы многоступенчатого насоса за счет улучшения процесса диспергирования при перекачке газожидкостных смесей, особенно при добыче нефти с высоким содержанием газа и в осложненных условиях эксплуатации нефтяных скважин. В дополнение, заявляемое техническое решение должно упростить и удешевить технологию изготовления деталей ступени.The technical result of using the utility model is to expand the scope, increase the efficiency and reliability of the multi-stage pump by improving the dispersion process during the pumping of gas-liquid mixtures, especially when producing oil with a high gas content and in difficult operating conditions of oil wells. In addition, the claimed technical solution should simplify and reduce the cost of the manufacturing technology of the details of the stage.

Указанный технический результат достигается тем, что ступень многоступенчатого насоса-диспергатора, содержит входной и выходной каналы, рабочее колесо открытого типа, имеющее ступицу и лопатки. Направляющий аппарат ступени имеет кольцевой корпус с размещенным в нем диском. В диске выполнен ряд сквозных отверстий. Рабочее колесо оснащено лопатками рабочий профиль которых выполнен в сечениях от ступицы до периферийного конца лопатки с положительным углом атаки создающий положительный напор для потока перекачиваемой среды. Рабочее колесо, также, оснащено лопатками, имеющими реверсивный участок, на котором профиль лопатки расположен с отрицательным углом атаки, создающий торможение потоку перекачиваемой среды. Реверсивный участок может быть выполнен на всей лопатке.The specified technical result is achieved in that the stage of the multi-stage dispersing pump contains inlet and outlet channels, an open impeller with a hub and vanes. The guide device of the stage has an annular housing with a disk placed in it. A number of through holes are made in the disk. The impeller is equipped with blades, the working profile of which is made in sections from the hub to the peripheral end of the blade with a positive angle of attack creating a positive pressure for the flow of the pumped medium. The impeller is also equipped with vanes having a reversible section, on which the blade profile is located with a negative angle of attack, which creates inhibition of the flow of the pumped medium. Reversible section can be performed on the entire blade.

Совокупность существенных признаков заявляемого технического решения может быть многократно использована в производстве насосов.The set of essential features of the claimed technical solution can be reused in the manufacture of pumps.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего технического решения станут понятными при рассмотрении вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые рисунки.These advantages, as well as the features of this technical solution will become clear when considering options for its implementation with reference to the accompanying drawings.

На фигуре 1 изображен поперечный разрез ступеней многоступенчатого насоса-диспергатора.The figure 1 shows a cross section of the steps of a multi-stage dispersing pump.

На фигуре 2 изображен продольный разрез трех ступеней многоступенчатого насоса-диспергатора.Figure 2 shows a longitudinal section of three stages of a multi-stage dispersing pump.

На фигуре 3 изображен продольный разрез одной ступени насоса-диспергатора.The figure 3 shows a longitudinal section of one stage of the pump-dispersant.

На фигуре 4 изображен вид сверху одной ступени насоса-диспергатора.The figure 4 shows a top view of one stage of the pump-dispersant.

На фигуре 5 изображено поперечное сечение лопаток и диска направляющего аппарата насоса-диспергатора.The figure 5 shows a cross section of the blades and the disk of the guide apparatus of the pump-dispersant.

На фигуре 6 изображен вид в изометрии одной ступени насоса-диспергатора с разнесенными деталями.Figure 6 shows an isometric view of one stage of a dispersant pump with spaced parts.

На фигуре 7 изображен вид в изометрии варианта исполнения колеса ступени насоса-диспергатораThe figure 7 shows a perspective view of an embodiment of a wheel of a stage of a dispersing pump

Многоступенчатый насос-диспергатор содержит набор ступеней, собранных в цилиндрическом корпусе 1. Ступень состоит из рабочего колеса 2 и направляющего аппарата 3. Рабочее колесо 2 имеет ступицу 4 и лопатки 5. Между лопатками 5 сформированы каналы 6 проточной части рабочего колеса 2. Направляющий аппарат 3 имеет кольцевой корпус 7 и диск 8. В диске 8 выполнен ряд сквозных отверстий 9, сообщающие выходной канал 10 ступени с входным каналом 11 соседней ступени. Между колесом 2 и диском 8 направляющего аппарата 3 установлены подшипники 12. Ступица колеса 4 установлена на валу 13.The multi-stage dispersant pump contains a set of stages assembled in a cylindrical housing 1. The stage consists of an impeller 2 and a guide apparatus 3. The impeller 2 has a hub 4 and vanes 5. Between the vanes 5 channels 6 of the flowing part of the impeller 2 are formed. has an annular body 7 and a disk 8. In the disk 8, a series of through holes 9 are made, communicating the output channel 10 of the stage with the input channel 11 of the adjacent stage. Bearings 12 are mounted between the wheel 2 and the disk 8 of the guide apparatus 3. The wheel hub 4 is mounted on the shaft 13.

Рабочий профиль лопатки 5 выполнен в сечениях от ступицы 4 до периферийного конца лопатки с положительным углом атаки «А», (смотри фиг.5) создающий положительный напор для потока перекачиваемой среды. Угол атаки - угол между хордой 14 профиля лопатки и вектором скорости набегающего потока перекачиваемой среды в данном сечении «V».The working profile of the blade 5 is made in sections from the hub 4 to the peripheral end of the blade with a positive angle of attack "A" (see Fig. 5) creating a positive pressure for the flow of the pumped medium. The angle of attack is the angle between the chord 14 of the profile of the blade and the velocity vector of the free flow of the pumped medium in this section "V".

Вектор скорости «V» определяется как результат векторного сложения вектора скорости подачи перекачиваемой среды вдоль оси насоса «V₀» и вектора скорости, создаваемой за счет вращения лопаток «V_w».The velocity vector “V” is defined as the result of the vector addition of the velocity vector of the pumped medium along the axis of the pump “V ₀ ” and the velocity vector created by the rotation of the blades “V _w ”.

Численное значение «V_w»:The numerical value of "V _w ":

V_w=w.RV _w = wR

гдеWhere

w - угловая скорость вращения колеса:w is the angular velocity of rotation of the wheel:

R - радиус сечения.R is the radius of the section.

Положительное направление угла атаки «А» - направление, при котором создается дополнительный напор для перекачиваемой среды при обтекании лопатки.The positive direction of the angle of attack “A” is the direction in which an additional pressure is created for the pumped medium when flowing around the blade.

Рабочее колесо 2 оснащено лопатками 15 имеющими реверсивный участок 16 (смотри фиг.6) с отрицательным углом атаки «Б» (смотри фиг.5), создающий торможение потоку перекачиваемой среды. Здесь угол атаки - угол между хордой 17 профиля лопатки и вектором скорости набегающего потока перекачиваемой среды в данном сечении «V».The impeller 2 is equipped with blades 15 having a reversible section 16 (see Fig.6) with a negative angle of attack "B" (see Fig.5), which creates inhibition of the flow of the pumped medium. Here, the angle of attack is the angle between the chord 17 of the blade profile and the velocity vector of the free flow of the pumped medium in this section “V”.

Отрицательное направление угла атаки «Б» - направление, при котором создается торможение потоку перекачиваемой среды при обтекании лопатки.The negative direction of the angle of attack "B" is the direction in which the inhibition of the flow of the pumped medium during flow around the blade is created.

Возможен вариант исполнения, при котором реверсивный участок выполнен на всей лопатке 18 (смотри фиг.7).An embodiment is possible in which the reverse section is made on the entire blade 18 (see Fig. 7).

Рабочие поверхности лопаток 5, 15, 16 и 18 могут быть выполнены плоскими или криволинейными.The working surfaces of the blades 5, 15, 16 and 18 can be made flat or curved.

Ступень многоступенчатого насоса-диспергатора работает следующим образом.The stage of a multistage dispersing pump works as follows.

При вращении вала 13 лопатки 5 рабочего колеса 2 оказывают силовое воздействие на перекачиваемую среду (жидкость или жидкостно-газовую смесь), заполняющую каналы 6 проточной части рабочего колеса 2 в целом. Создается дополнительный напор для перекачиваемой среды, которая, под силовым воздействием лопаток 5, перемещается в осевом направлении от входного канала 11 к выходному каналу 10. Через ряд сквозных отверстий 9 перекачиваемая среда вытесняется в следующую ступень. При прохождении потока через отверстия 9 формируются отдельные струи, которые препятствуют развитию вращательного движения среды вокруг оси вала 13.When the shaft 13 is rotated, the blades 5 of the impeller 2 exert a force on the pumped medium (liquid or liquid-gas mixture) that fills the channels 6 of the flow part of the impeller 2 as a whole. An additional pressure is created for the pumped medium, which, under the force of the blades 5, moves axially from the inlet channel 11 to the outlet channel 10. Through a series of through holes 9, the pumped medium is displaced to the next stage. When the flow passes through the holes 9, separate jets are formed, which impede the development of the rotational movement of the medium around the axis of the shaft 13.

При вращении вала 13 реверсивные участки лопаток 16 или 18 рабочего колеса 2 оказывают силовое воздействие на перекачиваемую среду (жидкость или жидкостно-газовую смесь), заполняющую каналы 6. Создается торможение потоку перекачиваемой среды при обтекании лопатки. Перекачиваемая среда, в этой зоне, перемещается в осевом направлении от выходного канала 10 к входному каналу 11. Таким образом, под реверсивным участком лопатки 16 или 18 образуется зона, где формируется поток, направленный в противоположную сторону к основному потоку в насосе. При этом локальная зона рециркуляции находится во вращательном движении вместе с участком лопатки 16 или 18, что способствует возникновению импульсов давления и скорости в отверстиях 9. Такой пульсирующий режим течения в отверстиях 9 способствует повышению эффективности работы насоса-диспергатора, а перекачиваемая газожидкостная смесь приобретает свойства квазигомогенной среды. Известно, что эффективность работы насосных ступеней повышается, если перекачиваемая среда обработана в диспергаторе. Заявляемый насос-диспергатор может быть установлен на входе многоступенчатого центробежного или осевого насоса, для предварительной обработки перекачиваемой среды, обеспечивая повышение эффективности работы насосной установки в целом.When the shaft 13 rotates, the reversible sections of the blades 16 or 18 of the impeller 2 exert a force on the pumped medium (liquid or liquid-gas mixture) filling the channels 6. Inhibition of the flow of the pumped medium when flowing around the blade is created. The pumped medium, in this zone, moves axially from the output channel 10 to the input channel 11. Thus, under the reversible section of the blade 16 or 18, a zone is formed where the flow is formed, directed in the opposite direction to the main stream in the pump. In this case, the local recirculation zone is in rotational motion together with the blade section 16 or 18, which contributes to the emergence of pressure and velocity pulses in the openings 9. Such a pulsating flow regime in the openings 9 helps to increase the efficiency of the dispersant pump, and the pumped gas-liquid mixture acquires the properties of a quasi-homogeneous Wednesday. It is known that the efficiency of pump stages is increased if the pumped medium is processed in a dispersant. The inventive dispersant pump can be installed at the inlet of a multistage centrifugal or axial pump, for pre-treatment of the pumped medium, providing increased efficiency of the pump installation as a whole.

Реверсивный участок лопатки 16 или 18 может быть выполнен плоским. Меняя угол атаки «Б» реверсивного участка лопатки, можно регулировать интенсивность вихревых обратных потоков и соответственно управлять процессом диспергирования.The reversible portion of the blade 16 or 18 can be made flat. By changing the angle of attack "B" of the reversible section of the scapula, it is possible to regulate the intensity of the vortex return flows and, accordingly, control the dispersion process.

Диск 8 направляющего аппарата 3 при производстве ступени может быть выполнен как отдельная деталь. Такое техническое решение позволяет упростить и удешевить технологию изготовления направляющего аппарата 3. Для производства рабочих колес могут быть использованы высокопроизводительные технологии, включая штамповку.The disk 8 of the guide apparatus 3 during the production of the stage can be performed as a separate part. This technical solution allows to simplify and reduce the cost of manufacturing technology of the guide apparatus 3. For the production of impellers, high-performance technologies can be used, including stamping.

Подшипники 12 могут быть выполнены в виде комплекта антифрикционных шайб, с использованием технологии нанесения антифрикционного материала на контактирующие поверхности.Bearings 12 can be made in the form of a set of anti-friction washers, using the technology of applying anti-friction material on contact surfaces.

Повышение эффективности диспергирования достигается за счет организации импульсного течения перекачиваемой среды в отверстиях 9 и у рабочих поверхностей лопаток 5, 16, 18. Регулировочные настройки системы диспергирования могут проводиться за счет изменения количества лопаток 15 имеющих реверсивные участки, за счет изменения угла атаки обтекания реверсивных участков и суммарной площади рабочих поверхностей у лопаток, а также за счет изменения формы и площади сечения отверстий 9. Эффективное диспергирование (дробление газовых пузырей в жидкости) позволяет уменьшить количество диспергирующих ступеней, необходимых для бесперебойной работы насоса. Это повышает коэффициент полезного действия и надежность работы насосной установки в целом.Increasing the dispersion efficiency is achieved by organizing the pulsed flow of the pumped medium in the openings 9 and at the working surfaces of the blades 5, 16, 18. Adjusting the dispersion system can be carried out by changing the number of blades 15 having reversible sections, by changing the angle of attack around the reversing sections and the total area of the working surfaces of the blades, as well as by changing the shape and cross-sectional area of the holes 9. Effective dispersion (crushing of gas bubbles in bone) allows you to reduce the amount of dispersing steps necessary for the smooth operation of the pump. This increases the efficiency and reliability of the pump unit as a whole.

Claims

1. The stage of the multistage dispersing pump, containing the inlet and outlet channels, an open impeller, having a hub and vanes, the working profile of which is made in sections from the hub to the peripheral end of the vanes with a positive angle of attack, creating a positive pressure for the flow of the pumped medium, an apparatus consisting of an annular housing and a disk located in it, in which a series of through holes are made, communicating the output channel of the stage with the input channel of the adjacent stage, characterized in that Static preparation wheel equipped with vanes having a reverse portion in which the blade profile is a negative angle of attack, creating a braking flow of the pumping medium.

2. The stage according to claim 1, characterized in that the reversible section is made on the entire blade.