Патент на изобретение №2159869

(54) МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС

(57) Реферат:

Изобретение относится к области насосостроения, преимущественно к многоступенчатым центробежным скважинным насосам. Многоступенчатый центробежный насос содержит последовательно набранные по валу рабочие ступени. Направляющие аппараты последних выполнены в виде цилиндрической обоймы с кольцевыми обратными переводными каналами, а рабочие колеса насажены на вал. При этом проточная полость каждого рабочего колеса сообщена с проточной полостью обратных каналов направляющего аппарата соединительным кольцевым каналом. Внутренняя проточная часть канала образована выходными элементами рабочего колеса и лопаточным диском направляющего аппарата, а наружная поверхность – внутренней поверхностью обоймы. Соединительный канал между колесом и направляющим аппаратом выполнен в виде кольцевого осесимметричного диффузора, плоский угол сечения которого составляет 2-10°. Использование изобретения позволяет повысить КПД, увеличить напорность, улучшить напорную характеристику и в целом повысить надежность и долговечность работы насоса путем уменьшения гидравлических потерь. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области насосостроения, преимущественно к многоступенчатым центробежным скважинным насосам, предназначенным для добычи нефти, нефтегазовой смеси или воды.

Известны многоступенчатые центробежные скважинные насосы, состоящие из последовательно набранных по валу рабочих ступеней, направляющие аппараты которых выполнены в виде цилиндрической обоймы с кольцевыми обратными переводными каналами, рабочие колеса насажены на вал, при этом проточная полость рабочего колеса соединяется с проточной полостью обратных каналов направляющего аппарата кольцевыми соединительными каналами.

Внутренняя часть цилиндрических каналов образована выходными элементами рабочего колеса и лопаточным диском направляющего аппарата, а наружная поверхность образуется внутренней поверхностью обоймы (А.А. Богданов “Погружные центробежные насосы”. Баку. Гостоптехиздат, 1957 г., рис. 5.7, стр. 73).

Реализованы данные конструкции, в частности, на Альметьевском насосном заводе по ТУ 26-06-1485-96 и по ТУ 3631-025-219454-97, каталог “АЛНАС”, 1998 г.

Известна также конструкция погружного центробежного насоса со скошенными лопастями по наружному диаметру рабочего колеса под углом 5-15^o к оси вращения, (Свидетельство на полезную модель N 7154. ПМПО N 7, 98 г.)
У представленных конструкций насосов ограничена возможность повышения напора, КПД, долговечной работы, обеспечения стабильной, устойчивой характеристики во всем диапазоне подач, т.к. имеют место значительные гидравлические потери на вихреобразование в кольцевом цилиндрическом канале, образуемом выходными элементами рабочего колеса и направляющего аппарата и соединяющем выход потока из колеса со входом его в обратные каналы направляющего аппарата, при этом не обеспечивается оптимальное преобразование кинетической (скоростной) энергии потока в потенциальную энергию давления. Это особенно важно для малодебитных скважинных насосов добычи нефти типа “ЭЦНМ5-20”, “ЭЦНМ5-30”, “ЭЦНМ5-50”, у которых заниженное значение КПД, напора и ухудшена форма напорной характеристики Q-Н, ее стабильность и устойчивость, например у ЭЦНМ5-50.

Соответственно отсутствие преобразователя энергии между колесом и направляющим аппаратом усугубляет тепловой режим работы всего агрегата (насос-двигатель), увеличивает составляющую гидродинамических вибраций и механический износ составляющих элементов соединительного кольцевого канала, что значительно снижает надежность и долговечность работы как насоса, так и установки в целом.

Кроме того, у названных насосов значительные потери мощности потока на механическое трение по дискам рабочих колес, особенно значительные потери на периферийных поверхностях дисков узкоканальных рабочих колес, например, В₂= 3-5 мм.

В рассматриваемых конструкциях также отсутствуют элементы, обеспечивающие раскрутку рабочего потока между колесом и направляющим аппаратом, например направляющие лопатки.

Предлагаемое техническое решение направлено на повышение КПД, увеличение напорности, улучшение формы напорной характеристики Q-H и в целом повышение надежности и долговечности работы насоса путем уменьшения гидравлических потерь.

Это достигается тем, что в многоступенчатом центробежном насосе, содержащем последовательно набранные по валу и установленные в цилиндрическом корпусе рабочие ступени, направляющие аппараты которых выполнены в виде цилиндрической обоймы с кольцевыми обратными переводными каналами, рабочие колеса насажены на вал, а выходная проточная полость рабочего колеса соединяется с проточной полостью обратных каналов направляющего аппарата кольцевыми соединительными каналами, внутренняя проточная часть которых образована выходными элементами рабочего колеса (проточным каналом с лопастями, покрывными дисками, задней пазухой) и лопаточным диском направляющего аппарата, а наружная поверхность образована внутренней поверхностью обоймы, согласно изобретению элементы, образующие соединительный проточный канал между колесом и аппаратом, выполнены в виде кольцевого осесимметричного диффузора, плоский угол сечения которого составляет 2 – 10^o.

Периферийная часть ведущего диска рабочего колеса замещена периферийной поверхностью лопаточного диска направляющего аппарата, образуя щелевое уплотнение по торцу лопастей колеса и с радиальной поверхностью ведущего диска, формирует при этом внутреннюю проточную поверхность осевого диффузора.

В кольцевом соединительном канале установлены направляющие лопатки, обеспечивающие прием и раскрутку рабочего потока, которые могут быть выполнены “заодно” с обратными лопатками или устанавливаются самостоятельно.

На чертеже показан общий вид многоступенчатого центробежного насоса, например, в виде двух ступеней, установленных в цилиндрическом корпусе насоса с “плавающими” по валу рабочими колесами.

Многоступенчатый насос состоит из последовательно набранных по валу 1 ступеней, установленных в корпусе 2 и состоящих из направляющих аппаратов 3, основные элементы которых: цилиндрическая обойма 4, обратные кольцевые каналы 5 с выполненными в них обратными лопатками 6 и покрывной лопаточный диск 7. Рабочие колеса 8, например, снабжены индивидуальными опорами 9 и 10, установленными в покрывных дисках (ведущем 11, ведомом 12), насажены на вал 1 и могут свободно перемещаться вдоль него, образуя индивидуальные пары упорных подшипников с ответными неподвижными опорами в направляющих аппаратах 3.

Периферийная часть ведущего диска 11 рабочего колеса 8 замещена ответной периферийной поверхностью лопаточного диска 7 направляющего аппарата 3, заполняя при этом периферийную часть задней пазухи 14 колеса 8, и образует щелевое уплотнение 15 с открытыми торцами лопастей колеса и тоже образует щелевое уплотнение 16 с ответной радиальной поверхностью уменьшенного ведущего диска 11.

Кольцевая проточная полость 17, соединяющая выход потока из колеса 8 со входом его в обратный кольцевой канал 5 аппарата 3, выполнена в виде кольцевого осесимметричного диффузора. Его внутренняя поверхность 18 образована выходными элементами рабочего колеса 8 (наружным диаметром проточного канала с лопастями, цилиндрической поверхностью ведомого диска 12), периферийной поверхностью лопаточного диска 7 направляющего аппарата 3 и щелевым уплотнением 15. Наружная поверхность 19 осевого диффузора 17 образована внутренней поверхностью обоймы 4 аппарата 3. При этом плоский угол сечения кольцевого осесимметричного диффузора 17 составляет j=2-10^o.

Направляющие лопатки 20, установленные в кольцевом осесиметричном диффузоре 17, могут быть выполнены “заодно” с обратными лопатками 6 направляющего аппарата, как показано на первой ступени, или установлены самостоятельно, как показано на второй ступени.

Во время работы насоса рабочий поток, создаваемый рабочим колесом 8 и нагнетаемый по проточному лопастному каналу, работает в периферийной его части как открытое рабочее колесо, а щелевые уплотнения 15 и 16, образованные с ответными поверхностями лопаточного диска 6 направляющего аппарата 3, обеспечивают минимальные утечки в уменьшенную заднюю пазуху 14 рабочего колеса. 8. При движении потока в периферийной части колеса в удаленной зоне части ведущего диска 11 значительно уменьшаются дисковые потери мощности рабочего колеса. Также уменьшаются потери мощности и на механическое трение в передней индивидуальной пяте 9 в связи с уменьшением осевой силы.

При движении потока в периферийной открытой части колеса и подходе его к осевому диффузору 17 он притормаживается относительно ответной торцовой поверхности лопаточного диска 6 аппарата, тем самым способствует безвихревому повороту потока и входу его в осевой диффузор 17.

В кольцевом осесимметричном диффузоре 17, образуемом выходными элементами рабочего колеса 8 и направляющего аппарата 3, происходит преобразование кинетической энергии, составляющей до 25%, в потенциальную энергию давления рабочего потока с минимальными потерями. Эффективность осевого диффузора, между колесом и аппаратом, плоский угол которого составляет 2 – 10^o, подтверждается стендовыми испытаниями, проведенными в АЛНАС с рядом экспериментальных ступеней насосов “ЭЦНМ” малых быстроходностей.

Направляющие лопатки 20, установленные в осевом диффузоре 17, обеспечивают раскрутку рабочего потока, нагнетаемого рабочим колесом 8, поддерживают его осесимметричность при преобразовании энергии.

Формула изобретения

1. Многоступенчатый центробежный насос, содержащий последовательно набранные по валу рабочие ступени, направляющие аппараты которых выполнены в виде цилиндрической обоймы с кольцевыми обратными переводными каналами, а рабочие колеса насажены на вал, при этом проточная полость каждого рабочего колеса сообщена с проточной полостью обратных каналов направляющего аппарата соединительным кольцевым каналом, внутренняя проточная часть которого образована выходными элементами рабочего колеса и лопаточным диском направляющего аппарата, а наружная поверхность – внутренней поверхностью обоймы, отличающийся тем, что соединительный канал между рабочим колесом и направляющим аппаратом выполнен в виде кольцевого осесимметричного диффузора.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что плоский угол сечения кольцевого осесимметричного диффузора составляет 2 – 10^o.

3. Насос по п.1, отличающийся тем, что периферийная часть ведущего диска рабочего колеса замещена периферийной поверхностью лопаточного диска направляющего аппарата, образуя щелевое уплотнение по торцу лопастей колеса и с радиальной поверхностью ведущего диска, формируя при этом внутреннюю проточную поверхность осесимметричного диффузора.

4. Насос по п.1, отличающийся тем, что в кольцевом осесимметричном диффузоре установлены направляющие лопатки, обеспечивающие прием и раскрутку рабочего потока, при этом лопатки могут быть выполнены заодно с обратными лопатками или установлены самостоятельно.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 14.07.2002

Номер и год публикации бюллетеня: 22-2003

Извещение опубликовано: 10.08.2003

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 10.10.2004 БИ: 28/2004