Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса

Изобретение относится к скважинным многоступенчатым погружным центробежным насосам. Ступень насоса состоит из рабочего колеса (РК) 2, имеющего втулку 9, ведущий и ведомый диски 10 и 12 с размещенными между ними лопатками 11, и направляющего аппарата (НА) 1. НА имеет кольцо 3, цапфу 7, верхний и нижний диски 6 и 4 с размещенными между ними лопатками 5. Лопатки РК 2 и НА 1 образуют проточную часть. Между контактирующими поверхностями РК 2 и НА 1 установлена индивидуальная осевая опора (ОО) 14, содержащая антифрикционную шайбу. На верхнем диске 6 НА 1 со стороны проточной части выполнен кольцевой выступ 8, ориентированный торцевой частью вверх. Внутренние кольцевые поверхности антифрикционной шайбы и ведомого диска 12 РК 2 прилегают к наружной кольцевой поверхности указанного выступа 8. На цапфе 7 нижнего диска 4 НА 1 выполнена кольцевая расточка 20, а на ведущем диске 10 РК 2 в месте сопряжения с НА 1 - кольцевой упор, между которыми установлена вторая индивидуальная ОО 19. Изобретение направлено на снижение вибрации, уменьшение гидравлического сопротивления, повышение КПД, упрощение изготовления РК и снижение трудоемкости ремонтных работ. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в многоступенчатых погружных центробежных насосах для подъема пластовой жидкости из скважин.

Известна ступень погружного скважинного центробежного насоса, состоящая из рабочего колеса, имеющего втулку, ведущий и ведомый диски с размещенными между ними лопатками, и направляющего аппарата, имеющего верхний и нижний диски также с размещенными между ними лопатками, лопатки рабочего колеса и направляющего аппарата образуют каналы проточной части ступени. Между контактирующими поверхностями рабочего колеса и направляющего аппарата установлены индивидуальные осевые опоры, состоящие из опорного бурта направляющего аппарата предыдущей ступени и антифрикционной износостойкой шайбы, запрессованной в расточку рабочего колеса. При этом ступень может быть выполнена как одноопорной, так и двухопорной [В.Н. ИВАНОВСКИЙ и др. Оборудование для добычи нефти и газа, Москва, ГУП Нефть и газ РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2002 - ч.1, с.356-360, рис.5.5.].

Недостатком известного технического решения является то, что для размещения в рабочем колесе антифрикционной износостойкой шайбы на дисках рабочего колеса приходиться выполнять расточки, что усложняет изготовление рабочего колеса ступени. Кроме того, рабочее колесо в месте расточки должно иметь утолщение, а это приводит к увеличению массы вращающейся детали, созданию на валу в процессе работы дисбаланса и, как следствие, к значительной вибрации, что снижает надежность и долговечность ступени. Помимо этого, процесс извлечения изношенной шайбы весьма затруднен, а это увеличивает трудоемкость и длительность проведения ремонтных работ. Далее, наличие кольцевого выступа на ведомом диске рабочего колеса, размещенного в проточной части ступени и обращенного торцевой частью навстречу течению жидкости, создает сопротивление потоку. В режиме “всплытия” рабочего колеса перетечка жидкости в ступени будет направлена против движения основного потока. Все перечисленные недостатки приводят к увеличению гидравлического сопротивления, снижению КПД ступени и сокращению срока ее службы.

Наиболее близкой к изобретению является ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, состоящая из рабочего колеса, имеющего втулку, ведущий и ведомый диски с размещенными между ними лопатками, и направляющего аппарата, имеющего кольцо, цапфу, верхний и нижний диски с размещенными между ними лопатками, лопатки рабочего колеса и направляющего аппарата образуют проточную часть, между контактирующими поверхностями рабочего колеса и направляющего аппарата установлена индивидуальная осевая опора, содержащая антифрикционную шайбу [RU 32214 U1, (ООО "БОРЕЦ"), 10.09.2003].

Недостатком этой известной ступени является то, что при размещении упорной шайбы в кольцевой расточке ведущего диска рабочего колеса или в верхнем диске направляющего аппарата в процессе работы насоса происходит быстрый износ контактирующих трущихся кольцевых поверхностей рабочего колеса и направляющего аппарата. Это приводит к снижению ресурса работы ступени. При работе ступени, как и в вышеописанном случае, образующийся дисбаланс приводит к значительным вибрациям насоса. Кроме того, при размещении индивидуальной осевой опоры открытой со стороны проточной части перетечка жидкости в ступени будет направлена перпендикулярно движению осевого потока жидкости по проточной части, что увеличивает гидравлическое сопротивление и снижает КПД ступени.

Технический результат предложенного изобретения заключается в снижении вибрации погружного многоступенчатого центробежного насоса в процессе его работы за счет уменьшения массы вращающегося рабочего колеса ступени, в уменьшении гидравлического сопротивления и повышении КПД, а также в упрощении изготовления рабочего колеса и снижении трудоемкости и длительности проведения ремонтных работ.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в ступени погружного центробежного насоса, состоящей из рабочего колеса, имеющего втулку, ведущий и ведомый диски с размещенными между ними лопатками, и направляющего аппарата, имеющего кольцо, цапфу, верхний и нижний диски с размещенными между ними лопатками, лопатки рабочего колеса и направляющего аппарата образуют проточную часть, между контактирующими поверхностями рабочего колеса и направляющего аппарата установлена индивидуальная осевая опора, содержащая антифрикционную шайбу, согласно изобретению на верхнем диске направляющего аппарата со стороны проточной части выполнен кольцевой выступ, ориентированный торцевой частью вверх, при этом внутренние кольцевые поверхности антифрикционной шайбы и ведомого диска рабочего колеса прилегают к наружной кольцевой поверхности указанного выступа.

Кроме того, на цапфе нижнего диска направляющего аппарата может быть выполнена кольцевая расточка, а на ведущем диске рабочего колеса в месте сопряжения с направляющим аппаратом выполнен кольцевой упор, между которыми установлена вторая индивидуальная осевая опора, при этом вторая опора и часть кольцевого упора на ведущем диске рабочего колеса размещены в кольцевой расточке цапфы. При этом кольцевая расточка на цапфе направляющего аппарата может быть выполнена как со стороны втулки рабочего колеса, так и со стороны проточной части.

Сущность предложенного изобретения поясняется чертежами сборки двух ступеней погружного скважинного многоступенчатого центробежного насоса, где:

на фиг.1 представлены ступени с кольцевыми расточками на цапфах направляющих аппаратов, выполненных со стороны втулки рабочего колеса;

на фиг.2 - то же, но когда расточки на цапфах выполнены со стороны проточной части.

Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса состоит из направляющего аппарата 1 и рабочего колеса 2. Направляющий аппарат 1 выполнен в виде единой детали, включающей в себя кольцо 3, нижний диск 4, лопатки 5, верхний диск 6 и цапфу 7. Лопатки 5 размещены между дисками 4 и 6 и образуют проточную часть направляющего аппарата. Верхний диск 6 со стороны проточной части выполнен с кольцевым выступом 8. Рабочее колесо 2 также представляет собой единую деталь и содержит втулку 9, ведущий диск 10, лопатки 11 и ведомый диск 12, выполненный с упорным кольцом 13. Лопатки 11 размещены между дисками 10 и 12 и образуют проточную часть рабочего колеса. На верхнем диске 6 направляющего аппарата 1 в месте его сопряжения с ведомым диском 12 рабочего колеса 2 размещена индивидуальная опора 14, представляющая собой антифрикционную износостойкую шайбу, которая установлена в направляющем аппарате свободно, либо запрессована, либо приклеена. Внутренняя кольцевая поверхность 15 шайбы индивидуальной опоры 14 и внутренняя кольцевая поверхность 16 упорного кольца 13 на ведомом диске 12 рабочего колеса 2 прилегают к наружной кольцевой поверхности выступа 8, выполненного на верхнем диске 6 направляющего аппарата 1, а внешняя кольцевая поверхность 17 опоры 14 остается открытой со стороны безлопаточной камеры 18.

Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса может быть выполнена с двумя индивидуальными опорами, при этом вторая осевая опора 19 может быть также размещена в направляющем аппарате 1. Для чего на цапфе 7 в месте сопряжения с ведущим диском 10 рабочего колеса 2 выполняют кольцевую расточку 20 со стороны втулки 9 (фиг.1) или со стороны проточной части ступени (фиг.2), а вторую осевую опору 19 устанавливают таким образом, что ее внутренняя кольцевая поверхность прилегает либо к втулке 9, либо к кольцевой поверхности расточки 20.

Работает ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса следующим образом.

Предварительно на валу 21 насоса собирают необходимое количество ступеней. На представленных чертежах изображены две собранные ступени А и В. После запуска насоса в работу поток жидкости из проточной части рабочего колеса предыдущей ступени (не показано) поступает в проточную часть направляющего аппарата 1 ступени А и далее в проточную часть, образованную лопатками 11 рабочего колеса 2 этой же ступени А. Затем через проточную часть, образованную лопатками 5 направляющего аппарата 1 ступени В, поток жидкости поступает на вход проточной части рабочего колеса 2 ступени В. Выполненный на направляющем аппарате кольцевой выступ 8, который ориентирован торцевой частью вверх, направляет перетечки, возникающие в ступени, по направлению движения основного потока жидкости в проточной части ступени, что способствует снижению гидравлических потерь при работе насоса. Кроме того, размещение индивидуальных осевых опор 14 и 18 на направляющем аппарате 1 позволяет при изготовлении рабочего колеса выполнить его с меньшей массой, что, в свою очередь, обеспечивает снижение дисбаланса на валу насоса и значительное снижение вибрации при работе насоса.

1. Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, состоящая из рабочего колеса, имеющего втулку, ведущий и ведомый диски с размещенными между ними лопатками, и направляющего аппарата, имеющего кольцо, цапфу, верхний и нижний диски с размещенными между ними лопатками, лопатки рабочего колеса и направляющего аппарата образуют проточную часть, между контактирующими поверхностями рабочего колеса и направляющего аппарата установлена индивидуальная осевая опора, содержащая антифрикционную шайбу, отличающаяся тем, что на верхнем диске направляющего аппарата со стороны проточной части выполнен кольцевой выступ, ориентированный торцевой частью вверх, при этом внутренние кольцевые поверхности антифрикционной шайбы и ведомого диска рабочего колеса прилегают к наружной кольцевой поверхности указанного выступа.

2. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что на цапфе нижнего диска направляющего аппарата выполнена кольцевая расточка, а на ведущем диске рабочего колеса в месте сопряжения с направляющим аппаратом выполнен кольцевой упор, между которыми установлена вторая индивидуальная осевая опора, при этом вторая опора и часть кольцевого упора на ведущем диске рабочего колеса размещены в кольцевой расточке цапфы.

3. Ступень по п.2, отличающаяся тем, что кольцевая расточка на цапфе направляющего аппарата выполнена со стороны втулки рабочего колеса.

4. Ступень по п.2, отличающаяся тем, что кольцевая расточка на цапфе направляющего аппарата выполнена со стороны проточной части.