Многоступенчатый центробежный насос

 

Многоступенчатый центробежный насос предназначен для перекачивания жидкостей и может быть применен при добыче нефти из скважин. Насос содержит вал, на котором установлены рабочие колеса, причем рабочее колесо каждой ступени расположено между двумя соседними направляющими аппаратами с радиальным и осевыми зазорами и выполнено в виде ступицы. На ступицу установлены открытые лопасти, имеющие острый угол наклона на выходе по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси вращения. Нижний торец ступицы установлен на внутреннем кольце предыдущего направляющего аппарата, внешний радиус покрывного диска и пластины, разделяющей два соседних канала направляющего аппарата, выполнен уменьшающимся от начала вогнутой стенки канала до минимального расстояния между вогнутой и выпуклой стенками следующего канала, а между каналами направляющего аппарата, имеющими на выходе угол меньше 90^o, и его внутренним кольцом образована кольцевая полость. Использование изобретения позволяет повысить надежность его работы, напор и КПД. 2 ил.

Изобретение относится к гидромашиностроению, а более конкретно к конструкциям многоступенчатых центробежных насосов для перекачивания жидкостей, и может быть применено при добыче нефти из скважин.

Известен центробежный насос, работающий на криогенных жидкостях с очень низкой температурой кипения, имеющий паровые полости в осевом зазоре между корпусом насоса и дисками рабочего колеса (например, авт. св. СССР 1206484, кл. F 04 D 7/02). Этот насос может работать с высоким КПД лишь на жидкостях, имеющих очень низкую температуру парообразования, и плохо использует высокий динамический напор.

Наиболее близким к предлагаемому является многоступенчатый центробежный насос, содержащий вал, на котором установлены рабочие колеса, за каждым из которых расположен направляющий аппарат, причем рабочее колесо каждой ступени выполнено в виде ступицы, на которой установлены открытые лопасти, имеющие острый угол наклона на выходе по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси вращения, и установлено между двумя соседними направляющими аппаратами с радиальным и осевыми зазорами (заявка Великобритании N 1567886, кл. F 04 D 13/10, 1980).

Недостатком этого устройства является то, что трудно получить круто падающую напорную характеристику при малом расходе, недостаточно полно используется скоростной напор, насос работает недостаточно надежно на загрязненной жидкости.

Целью изобретения является увеличение надежности работы многоступенчатого центробежного насоса, его напора и КПД.

Для достижения этой цели в известном многоступенчатом центробежном насосе, содержащем вал, на котором установлены рабочие колеса так, что рабочее колесо каждой ступени расположено между двумя соседними направляющими аппаратами с радиальным и осевыми зазорами и выполнено в виде ступицы, на которой установлены открытые лопасти, имеющие острый угол наклона на выходе по отношению к плоскости перпендикулярной к оси вращения, нижний торец ступицы установлен на внутреннем кольце предыдущего направляющего аппарата, внешний радиус покрывного диска и пластины, разделяющей два соседних канала направляющего аппарата, выполнен уменьшающимся от начала вогнутой стенки канала до минимального расстояния между вогнутой и выпуклой стенками следующего канала, а между каналами направляющего аппарата, имеющими на выходе угол меньше 90^o и его внутренним кольцом образована кольцевая полость.

Погружные многоступенчатые центробежные насосы, как правило, работают с неочищенными жидкостями, с различными твердыми включениями, например с песком, поэтому необходимо иметь широкие каналы в проточной части, избегать сепарации твердой фазы и газа в различных ее частях. Во многих существующих погружных насосах, особенно в малорасходных, рабочие колеса являются закрытыми, лопасти с двух сторон имеют диски, это приводит к собиранию песка и газа в пространстве между дисками закрытого рабочего колеса и направляющими аппаратами с последующим трением опор рабочего колеса по песку. Чтобы этого избежать применены рабочие колеса с открытыми лопастями, изогнутыми на выходе под некоторым углом, обеспечивающим подъем твердых включений. Ступица рабочего колеса в процессе вращения прижимается к внутреннему кольцу предыдущего направляющего аппарата, это позволяет уменьшить протечки между ступенями, так как в этом случае ступица рабочего колеса является торцовым уплотнением, идет трение по наименьшему радиусу, что снижает механические потери. Для эффективного применения выше писанных рабочих колес пропеллерного типа, в области малых расходов необходимо использовать направляющие аппараты, спроектированные особым образом. Для того чтобы иметь широкие каналы в направляющих аппаратах, особенно в малодебитных насосах, сохранив плавность входа в них жидкости, что требует существенного уменьшения площади входа, аппараты изготовляются канальными. Например делается два широких канала вместо десяти узких. Уменьшая внешний радиус покрывного диска и пластины, разделяющей два соседних канала, направляющего аппарата от начала вогнутой стенки канала до минимального расстояния между вогнутой и выпуклой стенками следующего канала, мы устраняем препятствие для перехода жидкости из рабочего колеса до входа в направляющий аппарат, увеличивая тем самым напор, в том числе и при нулевом расходе, и увеличиваем минимальные зазоры в проточной части ступени, делая ее проходимой для твердых частиц большего диаметра. Между каналами направляющего аппарата, имеющими на выходе угол меньше 90^o и его внутренним кольцом образована кольцевая полость. Это позволяет на расчетном режиме обеспечить остаточную циркуляцию на входе в рабочее колесо, тем самым мы обеспечим требуемую крутизну напорной кривой и обеспечим плавный вход в более широкое рабочее колесо.

Указанные меры позволяют повысить надежность работы многоступенчатого центробежного насоса, напор и КПД.

На фиг. 1 изображен общий вид многоступенчатого центробежного насоса в разрезе; на фиг. 2 - вид проточной части направляющих аппаратов в разрезе.

Многоступенчатый центробежный насос содержит вал 1, на котором установлены рабочие колеса 2, за каждым из которых располагается направляющий аппарат 3. Каждое рабочее колесо состоит из ступицы 4, на которой установлены открытые лопасти 5. Нижний торец ступицы 4 установлен на внутреннем кольце 6 предыдущего направляющего аппарата. Внешний радиус покрывного диска 7 направляющего аппарата уменьшается вместе с внешним радиусом пластины 8, установленной между каналами 9. Между каналами 9 направляющего аппарата и его внутренним кольцом 6 образована кольцевая полость 10.

Многоступенчатый центробежный насос работает следующим образом. Жидкость проходит через рабочие колеса 2, установленные на валу 1 и через радиально-осевые направляющие аппараты 3, что приводит к увеличению ее давления согласно основного уравнения гидромашин. Открытые лопасти 5, установленные на ступице 4, имеют острый угол на выходе по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси вращения, это позволяет избегать скопления песка между колесом и предыдущим направляющим аппаратом, перемещать твердые частицы в осевом направлении. Нижний торец ступицы 4 прижимается к внутреннему кольцу 6 направляющего аппарата 3, устраняя перетечку между ступенями. Внешний радиус покрывного диска 7 вместе с внешним радиусом пластины 8, установленной между двумя каналами, плавно уменьшается, обеспечивая увеличение минимальных проходов в проточной части ступеней, проход песка и поднятие напора при нулевом расходе. Плавно войдя в каналы направляющего аппарата 9, имеющие на выходе острый угол, жидкость закручивается в полости 10, между ними и внутренним кольцом 6, обеспечивая требуемую крутизну напорной характеристики.

Таким образом, по сравнению с прототипом изобретение позволяет увеличить надежность работы и сократить затраты электроэнергии.

Формула изобретения

Многоступенчатый центробежный насос, содержащий вал, на котором установлены рабочие колеса, причем рабочее колесо каждой ступени расположено между двумя соседними направляющими аппаратами с радиальным и осевыми зазорами и выполнено в виде ступицы, на которой установлены открытые лопасти, имеющие острый угол наклона на выходе по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси вращения, отличающийся тем, что нижний торец ступицы установлен на внутреннем кольце предыдущего направляющего аппарата, внешний радиус покрывного диска и пластины, разделяющей два соседних канала направляющего аппарата, выполнен уменьшающимся от начала вогнутой стенки канала до минимального расстояния между вогнутой и выпуклой стенками следующего канала, а между каналами направляющего аппарата, имеющими на выходе угол меньше 90^o, и его внутреним кольцом образована кольцевая полость.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2