Многоступенчатый центробежный насос

 

Изобретение относится к гидромашиностроению, а более конкретно - к конструкциям центробежных насосов для перекачивания жидкостей, и может быть применено при добыче нефти из скважин. Центробежный насос содержит отводящее устройство, в котором установлено, по меньшей мере, одно рабочее колесо, состоящее из ступицы, основного и покрывного дисков и установленных между ними лопастей. В дисках рабочих колес выполнены вспомогательные закрытые каналы, входные и выходные отверстия которых расположены на разных радиусах относительно оси вращения рабочего колеса. Отношение максимального расстояния между соседними лопастями к высоте лопастей на выходе из рабочего колеса меньше двух, а угол наклона вспомогательных каналов на выходном радиусе по отношению к направлению окружной скорости вращения рабочего колеса выполнен острым. Использование изобретения позволит увеличить напор центробежного насоса при его работе на малых расходах, в том числе при расходе, равном нулю, повысить надежность его работы и уменьшить габариты. 2 ил.

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

Известен центробежный насос с рабочим колесом, содержащим диск с закрепленными на нем лопатками, в котором выполнены закрытые каналы (см. а.с. СССР 964241, кл. F 04 D 1/00, 1981).

Недостатком этого устройства является то, что, несмотря на лучшее закручивание потока по сравнению с традиционными рабочими колесами за счет выравнивая эпюры скоростей, напор рабочего колеса при нулевом расходе является недостаточно высоким по сравнению с теоретическим напором рабочего колеса при бесконечно большом числе лопастей.

Наиболее близким к предлагаемому является центробежный насос, содержащий корпус, вал, на котором расположены рабочие колеса, радиальные направляющие аппараты, установленные в корпусе насоса, в котором в дисках рабочих колес выполнены вспомогательные закрытые каналы, входные и выходные отверстия которых расположены на разных радиусах относительно оси вращения (см. а.с. СССР 1523731 A1, кл. F 04 d 1/06,29/66,1987).

Недостатком этого устройства является то, что, несмотря на лучшее закручивание потока по сравнению с традиционными рабочими колесами за счет некоторого выравнивания эпюры скоростей жидкости на выходе из рабочего колеса, напор рабочего колеса при нулевом и малых расходах является недостаточно высоким по сравнению с теоретическим напором рабочего колеса при бесконечно большом числе лопастей.

Известно также, что в промышленности нашли применение многоступенчатые насосы, в каждой ступени которых на ведущем диске рабочего колеса изготовлены радиальные лопасти (импеллера). Рабочие колеса установлены с некоторым осевым зазором между ведущим диском и направляющим аппаратом.

Недостатком этого устройства является то, что повышение напора ступени сильно зависит от величины осевого зазора между радиальными лопастями на ведущем диске рабочего колеса и соседней стенкой направляющего аппарата. Вследствие создаваемого радиальными лопастями разрежения возникает опасность всплытия рабочих колес. Радиальные лопасти также увеличивают потери на дисковое трение, что ведет к уменьшению КПД центробежного насоса.

Задачей настоящего изобретения является увеличение напора центробежного насоса при его работе на малых расходах, в том числе при расходе, равном нулю, увеличение надежности его работы и уменьшение габаритов.

Для достижения технического результата известный центробежный насос, содержащий отводящее устройство, в котором установлено, по меньшей мере, одно рабочее колесо, состоящее из ступицы, основного и покрывного дисков и установленных между ними лопастей, при этом в дисках рабочих колес выполнены вспомогательные закрытые каналы, входные и выходные отверстия которых расположены на разных радиусах относительно оси вращения рабочего колеса, отношение максимального расстояния между соседними лопастями к высоте лопастей на выходе из рабочего колеса меньше двух, а угол наклона вспомогательных каналов на выходном радиусе по отношению к направлению окружной скорости вращения рабочего колеса выполнен острым.

В традиционных рабочих колесах центробежных насосов лопасти рабочих колес установлены на выходе под углом меньше девяноста градусов. Количество лопастей далеко от бесконечности, и обычно расстояние между соседними лопастями на выходном диаметре рабочего колеса в несколько раз превышает расстояние между дисками рабочего колеса. В проточной части рабочего колеса, образованной ведущим и покрывным дисками и лопастями, скорость вращения жидкости существенно меньше скорости вращения рабочего колеса на малых расходах и при расходе, равном нулю. Вследствие того что жидкость неплотно охвачена лопастями, в межлопастных каналах возникают различные противотоки, уменьшающие скорость вращения жидкости. Разница скоростей вращения жидкости и рабочего колеса обычно учитывается поправкой на конечное число лопастей. В предлагаемом рабочем колесе отношение максимального расстояния между соседними лопастями к высоте лопастей на выходе из рабочего колеса меньше двух. Это может быть обеспечено как за счет увеличения количества лопастей на выходе из рабочего колеса, так и за счет их специального профилирования. В этом случае межлопастные каналы лучше закручивают проходящий через них поток, за счет более плотного охвата и устранения вращения в них жидкости. Вследствие этого на малых расходах и особенно при расходах, равных нулю, напор жидкости на выходе из предлагаемых рабочих колес будет существенно выше по сравнению с традиционными рабочими колесами. В изготовленных в дисках вспомогательных каналах, которые могут быть уже межлопастных, поток закручивается лучше, чем лопастями рабочего колеса. Вследствие этого напор жидкости на выходе из них будет выше напора основного потока на выходе из рабочего колеса. Поэтому через вспомогательные каналы будет происходить переток жидкости даже при нулевом расходе через насос. Благодаря тому, что они имеют на выходном радиусе острый угол наклона по отношению к окружной скорости вращения рабочего колеса, проходящий через них поток будет увеличивать скорость вращения жидкости на выходе из рабочего колеса, и, таким образом, увеличатся потенциальный и динамический напоры. Увеличение напора насоса при нулевом расходе приведет к тому, что напорная кривая станет более крутопадающей, что повысит устойчивость работы насосной установки и, следовательно, ее надежность. Увеличение напора также позволит уменьшить габариты насоса и в ряде случаев повысить его КПД.

Указанные меры позволяют повысить напор насоса при нулевом и малых расходах, увеличить надежность его работы и уменьшить габариты.

В просмотренных источниках информации указанные отличительные признаки не обнаружены, следовательно, предложенное решение отвечает критерию существенности отличий.

На фиг. 1 изображена схема центробежного рабочего колеса в разрезе, на фиг. 2 изображен вид А с местными разрезами.

Центробежный насос содержит рабочее колесо, состоящее из ступицы 1, ведущего 2 и покрывного 3 дисков и установленных между ними лопастей 4, образующих межлопастные каналы 5. Внутри дисков изготовлены закрытые вспомогательные каналы 6, входные и выходные отверстия которых расположены на разных радиусах относительно оси вращения рабочего колеса. Рабочее колесо установлено в отводящем устройстве 7.

Центробежный насос работает следующим образом. Жидкость, проходя через рабочее колесо, состоящее из ступицы 1, ведущего 2 и покрывного 3 дисков и установленных между ними лопастей 4, образующих межлопастные каналы 5, увеличивает свою энергию, на основании основного уравнения лопастных гидромашин. В отводящем устройстве 7 происходит преобразование скоростной энергии потока в давление. В традиционных рабочих колесах вследствие того, что жидкость неплотно охвачена лопастями, в межлопастных каналах возникают различные противотоки, уменьшающие скорость вращения жидкости. Разница скоростей вращения жидкости и рабочего колеса обычно учитывается поправкой на конечное число лопастей. В предлагаемом рабочем колесе отношение максимального расстояния между соседними лопастями 4 к высоте лопастей на выходе из рабочего колеса меньше двух. Это может быть обеспечено как за счет увеличения количества лопастей на выходе из рабочего колеса, так и за счет их специального профилирования. В этом случае межлопастные каналы 5 лучше закручивают проходящий через них поток за счет более плотного охвата и устранения вращения в них жидкости. Вследствие этого на малых расходах и особенно при расходах, равных нулю, напор жидкости на выходе из предлагаемых рабочих колес будет существенно выше по сравнению с традиционными рабочими колесами. В изготовленных в дисках вспомогательных каналах 6, которые могут быть уже межлопастных, поток закручивается лучше, чем лопастями рабочего колеса. Вследствие этого напор жидкости на выходе из них будет выше напора основного потока на выходе из рабочего колеса. Поэтому через вспомогательные каналы 6 будет происходить переток жидкости даже при нулевом расходе через насос. Благодаря тому что они имеют на выходном радиусе острый угол наклона по отношению к окружной скорости вращения рабочего колеса, проходящий через них поток будет увеличивать скорость вращения жидкости на выходе из рабочего колеса и, таким образом, увеличатся потенциальный и динамический напоры. Увеличение напора насоса при нулевом расходе приведет к тому, что напорная кривая станет более крутопадающей, что повысит устойчивость работы насосной установки и, следовательно, ее надежность. Увеличение напора также позволит уменьшить габариты насоса и в ряде случаев повысить его КПД.

Таким образом, по сравнению с прототипом изобретение позволяет уменьшить габариты, вес насоса, а также увеличить срок межремонтного периода.

Формула изобретения

Центробежный насос, содержащий отводящее устройство, в котором установлено, по меньшей мере, одно рабочее колесо, состоящее из ступицы, основного и покрывного дисков и установленных между ними лопастей, при этом в дисках рабочих колес выполнены вспомогательные закрытые каналы, входные и выходные отверстия которых расположены на разных радиусах относительно оси вращения рабочего колеса, отличающийся тем, что отношение максимального расстояния между соседними лопастями к высоте лопастей на выходе из рабочего колеса меньше двух, а угол наклона вспомогательных каналов на выходном радиусе по отношению к направлению окружной скорости вращения рабочего колеса выполнен острым.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2