Ступень центробежно-вихревого насоса

 

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано при изготовлении центробежно-вихревых ступеней погружных насосов для добычи пластовой жидкости. Ступень центробежно-вихревого насоса имеет рабочее колесо (РК), содержащее ведущий и ведомый диски с размещенными между ними лопастями, и направляющий аппарат (НА) с профилированными лопатками. На внешней поверхности ведущего диска установлены трехсторонние ячейки, открытые как в осевом, так и в радиальном направлении. Входные кромки лопаток выступают за внешний диаметр наружной крышки НА. Установлены значение выходного угла лопаток НА β₁ ≥ 100° и значение выходного угла лопастей РК β₂ ≥ 45°. Глубина трехсторонних ячеек на внешней поверхности ведущего диска РК выполнена равной от 0,035 до 0,05 величины наружного диаметра РК. Высота каналов РК установлена больше высоты каналов НА в 1,1-1,5 раза, а площадь входного сечения НА в осевом направлении выполнена больше площади выходного сечения РК в том же направлении в 1,3-1,5 раза. Изобретение направлено на повышение КПД и напора в рабочей зоне центробежно-вихревого погружного многоступенчатого насоса при сохранении монотонно падающей напорной характеристики. 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано для изготовления центробежно-вихревых ступеней погружных насосов для добычи пластовой жидкости.

Известна конструкция центробежной ступени к погружным насосам, состоящая из направляющего аппарата и рабочего колеса, у которой с целью повышения напора в номинале выходные углы лопаток направляющего аппарата β ₁≥ 90° , выходные углы лопастей рабочего колеса β ₂≥ 42° , а высота канала в рабочем колесе больше, чем в направляющем аппарате.

Недостатком этой конструкции является низкий КПД и нестабильность работы системы насос-скважина, так как напорные характеристики такой ступени имеют локальный максимум. (Исследование и расчет гидродинамики / Сборник научных трудов ВНИИгидромаша. М.: Энергия, 1978 г., стр. 93-104; Богданов А.А. Погружные электроцентробежные насосы для добычи нефти (расчет и конструкция). М.: Недра, 1968 г., стр. 90-115.)

Известны центробежно-вихревые ступени к погружным многоступенчатым насосам с монотонно падающей напорной характеристикой. Эти ступени состоят из рабочего колеса с ведущим и ведомым дисками, с размещенными между ними профилированными лопастями, с трехсторонними ячейками на внешней поверхности ведущего диска, которые открыты как в осевом, так и радиальном направлении, и направляющего аппарата с профилированными лопатками. При этом входные кромки лопаток выступают за внешний диаметр наружной крышки аппарата, выходные углы лопаток направляющего аппарата β ₁≤ 90° , выходные углы лопастей рабочего колеса β₂≤ 42° , а высота лопаток в направляющем аппарате в 1,05 раза больше, чем высота лопастей в рабочем колесе (Патент РФ на изобретение “Ступень погружного многоступенчатого насоса” №2138691, 25.11.1997 г.).

Недостатком такой конструкции является низкие КПД и напор на номинальной подаче.

Настоящее изобретение решает задачу создания ступени центробежно-вихревого погружного многоступенчатого насоса, обеспечивающей повышенные КПД и напор в рабочей зоне при сохранении монотонно падающей напорной характеристики.

Указанный технический результат достигается тем, что в ступени центробежно-вихревого насоса, имеющей рабочее колесо, содержащее ведущий и ведомый диски с размещенными между ними профилированными лопастями, с трехсторонними ячейками на внешней поверхности ведущего диска открытыми как в осевом, так и в радиальном направлении, и направляющий аппарат с профилированными лопатками, входные кромки которых выступают за внешний диаметр наружной крышки направляющего аппарата, согласно изобретению, установлены значение выходного угла лопаток направляющего аппарата β ₁≥ 100° , значение выходного угла лопастей рабочего колеса β ₂≥ 45° , глубина трехсторонних ячеек на внешней поверхности ведущего диска рабочего колеса выполнена равной от 0,035 до 0,05 величины наружного диаметра рабочего колеса, высота каналов рабочего колеса установлена больше высоты каналов направляющего аппарата в 1,1-1,5 раза, а площадь входного сечения направляющего аппарата в осевом направлении выполнена больше площади выходного сечения рабочего колеса в том же направлении в 1,3-1,5 раза.

Каждое из указанных конструктивных особенностей в той или иной степени решает поставленную задачу, но наибольший эффект получается при их совместном использовании, при этом достигается оптимальное сочетание КПД и напора.

На фигуре 1 представлена ступень центробежно-вихревого насоса; на фигуре 2 - рабочее колесо этой ступени; на фигуре 3 - ее направляющий аппарат.

Рабочее колесо ступени имеет ведущий 1 и ведомый 2 диски с размещенными между ними профилированными лопастями 3 и установленными на периферии ведущего диска на его наружной поверхности трехсторонними ячейками 4, открытыми как в осевом (вектор В), так и радиальном (вектор Г) направлении. Выходной угол лопастей рабочего колеса - β ₂.

Направляющий аппарат ступени имеет профилированные лопатки 5 с входными участками 6, выступающие за наружную крышку 7. Выходной угол лопаток аппарата - β ₁.

При работе ступени центробежно-вихревого насоса лопасти и ячейки рабочего колеса сообщают жидкости кинетическую энергию, которая в направляющем аппарате трансформируется в напор.

На фигуре 4 показаны зависимости напора (Н, м) и коэффициента полезного действия (КПД, %) от подачи (Q, м³/сут) для ступени погружного многоступенчатого насоса (ВНН5-80, спроектированного согласно Патенту РФ №2138691 от 25.11.1997, ТУ 3631-004-12058737-99) - 1, и ступени центробежно-вихревого насоса с конструкцией согласно изобретению - 2, где β ₁=115° . Высота каналов рабочего колеса в 1,23 раза больше, чем в направляющем аппарате, а площадь входного сечения направляющего аппарата в осевом направлении больше площади выходного сечения рабочего колеса в том же направлении в 1,35 раза. Габариты ступеней одинаковые и равны 80 мм.

Из фигуре 4 видно, что КПД и напор предлагаемой конструкции ступени центробежно-вихревого насоса заметно больше, чем у известной ступени. При этом напорная характеристика монотонно падающая.

Формула изобретения

1. Ступень центробежно-вихревого насоса, имеющая рабочее колесо, содержащее ведущий и ведомый диски с размещенными между ними профилированными лопастями, с трёхсторонними ячейками на внешней поверхности ведущего диска, которые открыты как в осевом, так и в радиальном направлении, и направляющий аппарат с профилированными лопатками, входные кромки которых выступают за внешний диаметр наружной крышки направляющего аппарата, отличающаяся тем, что значение выходного угла лопаток направляющего аппарата не менее 100°.

2. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что значение выходного угла лопастей рабочего колеса не менее 45°.

3. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что глубина трехсторонних ячеек на внешней поверхности ведущего диска рабочего колеса составляет от 0,035 до 0,05 величины наружного диаметра рабочего колеса.

4. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что высота каналов рабочего колеса в 1,1-1,5 раза больше высоты каналов направляющего аппарата.

5. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что площадь входного сечения направляющего аппарата в осевом направлении больше площади выходного сечения рабочего колеса в том же направлении в 1,3-1,5 раза.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4