Ступень многоступенчатого погружного центробежного насоса
Изобретение относится к насосостроению, в частности к насосам для добычи нефти из скважин. Ступень многоступенчатого погружного центробежного насоса содержит направляющий аппарат и закрытое рабочее колесо (РК). РК имеет диски (Д) и внутреннюю полость с лопастями между ними, нижнюю и верхнюю пазухи (П), образованные соответственно внешними поверхностями ведомого и ведущего Д и торцевыми поверхностями направляющего аппарата до и после РК. П соединены гидравлически с внутренней полостью РК через тело Д. Соединение П с внутренней полостью РК выполнено посредством непрерывной кольцевой щели в теле Д или отдельных секторных кольцевых щелей между лопастями. Для увеличения осевой силы, действующей на РК, с внутренней полостью последнего соединяют нижнюю П, а для уменьшения - верхнюю. Кольцевая щель может быть выполнена с фасками на наружной стороне дисков РК или сужающейся внутрь РК. Возможно выполнение Д с внешней стороны перед кольцевой щелью с утонением по конусу. Изобретение решает задачу изменения величины осевой силы в ту или другую сторону практически без усложнения конструкции колеса и технологии его изготовления и позволяет повысить КПД и напор. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к насосостроению, в частности к многоступенчатым погружным центробежным насосам для добычи нефти из скважин.
Известны конструкции ступеней, содержащие рабочее колесо и отвод в виде спиральной камеры или направляющего аппарата. Для уменьшения осевой силы рабочее колесо выполнено с разгрузочной камерой, которая сообщена с зоной всасывания колеса посредством отверстий в ведущем диске, либо посредством специальной разгрузочной трубки со всасывающим патрубком насоса (В.В.Малюшенко, А.К.Михайлов. Основное насосное оборудование тепловых электростанций. М.: Из-во «Энергия», 1969. С.53, рис.5-3, б, в).
Недостаток конструкции заключается в ее сложности из-за необходимости наличия устройства разгрузочной камеры, что к тому же увеличивает осевые габариты ступени, а перетечки жидкости из зоны высокого давления в зону всасывания снижают КПД и напор. Кроме того, использование рабочего колеса с разгрузочной камерой позволяет только уменьшить осевую силу и не позволяет ее увеличить. Последнее бывает необходимо, например, в ступенях многоступенчатых насосов для добычи нефти с так называемыми плавающими рабочими колесами.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является ступень центробежного насоса, в котором для уменьшения осевой силы, действующей на рабочее колесо, боковые пазухи со стороны ведомого и ведущего дисков (нижняя и верхняя для вертикальных насосов) посредством отверстий в концентрических несквозных пазах, выполненных на дисках, сообщены с внутренней полостью колеса (Авт. св. СССР №640042, F04D 1/00, 29/04, 1978).
Недостаток конструкции состоит в ее сложности, так как требуется выполнение значительного количества отверстий, ориентированных таким образом, чтобы они оказались равномерно расположенными между лопастями. Другой недостаток - это неизбежное значительное снижение КПД и напора. Наличие отверстий по всему объему внутренней полости рабочего колеса и перетечки через эти отверстия нарушают структуру потока в колесе, приводят к дополнительному вихреобразованию и потерям, а концентрические несквозные пазы увеличивают затраты мощности на дисковое трение.
Настоящее изобретение решает задачу изменения величины осевой силы в ту или другую сторону практически без усложнения конструкции колеса и технологии его изготовления и позволяет по сравнению с прототипом повысить КПД и напор. Применительно к ступеням с плавающими рабочими колесами предлагаемое решение дает возможность через изменение осевой силы смещать момент всплытия колес по подаче в нужную сторону и влиять на скорость износа осевых опор колеса. Изобретение может быть использовано как в ступенях с чисто центробежным колесом, так и в ступенях с комбинированными колесами, например с центробежно-вихревыми или центробежно-осевыми.
Указанный технический результат достигается тем, что ступень многоступенчатого погружного насоса содержит направляющий аппарат, закрытое рабочее колесо с дисками и внутренней полостью с лопастями между ними, нижнюю и верхнюю пазухи, образованные соответственно внешними поверхностями ведомого и ведущего дисков и торцевыми поверхностями направляющего аппарата до и после рабочего колеса и соединенные гидравлически с внутренней полостью рабочего колеса через тело дисков, согласно изобретению соединение пазух с внутренней полостью рабочего колеса выполнено посредством непрерывной кольцевой щели в теле дисков или отдельных секторных кольцевых щелей между лопастями, причем для увеличения осевой силы, действующей на рабочее колесо, с внутренней полостью последнего соединяют нижнюю пазуху, а для уменьшения - верхнюю.
Кольцевая щель может быть выполнена с фасками на наружной стороне дисков рабочего колеса или ссужающейся внутрь рабочего колеса. Кроме того, внешняя поверхность диска до кольцевой щели может быть выполнена конической с уменьшением диаметра конуса в сторону кольцевой щели.
На фиг.1 представлена ступень многоступенчатого погружного центробежного насоса заявленной конструкции в разрезе, на фиг.2 - вид рабочего колеса со стороны ведомого диска, на фиг.3 и 4 - вариант выполнения щели.
Ступень содержит направляющий аппарат 1, рабочее колесо 2 с ведомым 3 и ведущим 4 дисками, образующими внутреннюю полость 5, в которой размещены лопасти 6. Нижняя пазуха 7 и верхняя пазуха 8 образованы соответственно внешней поверхностью ведомого и ведущего дисков 3 и 4 и торцевыми поверхностями 9 и 10 направляющего аппарата 1 до колеса 2 и после него. В теле одного из дисков (3 или 4), выполнена непрерывная кольцевая щель 11 или 12, сообщающая соответствующую пазуху 7 или 8 с внутренней полостью 5 колеса 2. Кольцевая щель 11 или 12 может быть как непрерывной, так и в виде кольцевых секторов той или иной формы, например, 13 или 14 (фиг.2, нижняя часть).
Входы в непрерывную кольцевую щель 11 или 12 или в щель в виде секторов 13 или 14 (фиг.1, 2) могут быть выполнены без фасок (фиг.1), с фасками (фиг.3, ведомый диск 3), ссужающимися внутрь (фиг.3, ведущий диск 4), либо с проточкой ведомого или ведущего диска 3 или 4 на конус до входа в саму щель 11 или 12 (фиг.4).
Ступень работает следующим образом. При вращении рабочего колеса 2 на выходе из него создается повышенное давление Р2. В пазухах 7 и 8 давление уменьшается от периферии к центру от давления Р2 до некоторого меньшего давления в месте, где пазуха заканчивается. При этом давление на каком-либо радиусе в пазухе всегда остается больше, чем давление на том же радиусе во внутренней полости 5 колеса 2, причем перепад давления увеличивается с уменьшением радиуса. Благодаря указанному перепаду возникают перетечки жидкости из пазухи 7 или 8 во внутреннюю полость 5 колеса 2 через кольцевую щель 11 или 12. Эти перетечки восполняются возвратным течением жидкости в пазухи 7 или 8 с выхода рабочего колеса. В области входа потока перетечек в кольцевую щель 11 или 12 с внешней стороны того или другого диска формируется зона пониженного давления. Если перетечки во внутреннюю полость 5 осуществляются из нижней пазухи 7, осевая сила, действующая на рабочее колесо 2, увеличивается, если из верхней пазухи 8 - уменьшается. Чем ближе кольцевая щель 11 или 12 к центру, тем большее понижение давления она обеспечивает и, соответственно, большее изменение осевой силы. Большее понижение давления обеспечивается также с увеличением ширины кольцевой щели.
Концентрическая щель обеспечивает осесимметричный и более упорядоченный ввод потока перетечек во внутреннюю полость 5 рабочего колеса 2 по сравнению с отверстиями, выполненными в ведомом или ведущем дисках, как это имеет место в прототипе, в результате чего по сравнению с последним возрастает КПД и напор при одинаковой суммарной площади отверстий и площади кольцевой щели.
Предложение экспериментально проверено на ряде ступеней.
1. Ступень многоступенчатого погружного центробежного насоса, содержащая направляющий аппарат, закрытое рабочее колесо с дисками и внутренней полостью с лопастями между ними, нижнюю и верхнюю пазухи, образованные соответственно внешними поверхностями ведомого и ведущего дисков и торцевыми поверхностями направляющего аппарата до и после рабочего колеса и соединенными гидравлически с внутренней полостью рабочего колеса через тело дисков, отличающаяся тем, что соединение пазух с внутренней полостью рабочего колеса выполнено посредством непрерывной кольцевой щели в теле дисков или отдельных секторных кольцевых щелей между лопастями, причем для увеличения осевой силы, действующей на рабочее колесо, с внутренней полостью последнего соединяют нижнюю пазуху, а для уменьшения - верхнюю.
2. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что кольцевая щель выполнена с фасками на наружной стороне дисков рабочего колеса.
3. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что кольцевая щель выполнена сужающейся внутрь рабочего колеса.
4. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что диск с внешней стороны перед кольцевой щелью выполнен с утонением по конусу.
