Ступень многоступенчатого погружного центробежного насоса

Изобретение относится к нефтяному машиностроению, в частности к многоступенчатым погружным лопастным насосам для добычи нефти. Ступень многоступенчатого погружного центробежного насоса содержит направляющий аппарат, плавающее на валу рабочее колесо, снабженное разгрузочными отверстиями и торцовым уплотнением с опорной шайбой, разгрузочную камеру и балансировочное уплотнение. Балансировочное уплотнение предназначено для регулирования осевой силы и отсекает разгрузочные отверстия от разгрузочной камеры при осевом смещении рабочего колеса в сторону нагнетания. Балансировочное уплотнение выполнено в виде осевого щелевого уплотнения, образованного кольцевым выступом на рабочем колесе, и имеет диаметр не больше наружного диаметра окружности, охватывающей разгрузочные отверстия. Изобретение направлено на снижение износа осевых опор и увеличение ресурса насоса за счет уменьшения осевой силы и усилия прижатия, а также расширение рабочего диапазона подач и упрощение сборки ступени. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к нефтяному машиностроению, в частности к многоступенчатым погружным лопастным насосам для добычи нефти.

Известна конструкция ступени погружного центробежного насоса с направляющим аппаратом (НА) и рабочим колесом (РК) плавающего типа, закрепленным на валу при помощи сквозной шпонки с возможностью свободного перемещения вдоль оси вращения. РК имеет собственные осевые опоры в обоих направлениях, представляющие собой антифрикционные шайбы, работающие по металлическим подпятникам НА [Богданов А.А. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти (расчет и конструкция). М.: Изд-во «Недра», 1968, С. 47-48].

При работе РК без специальных устройств в рабочем диапазоне подач возникает осевая сила прямого направления (от выхода РК к его входу), которая прижимает шайбы РК к подпятникам. При этом образуется переднее торцовое уплотнение, разделяющее области перекачиваемой жидкости с высоким и низким давлением. Но если осевая сила достигает значительного уровня, то происходит интенсивный износ осевых опор.

Для уменьшения осевой силы применяют устройство разгрузки осевой силы, например, в виде камеры, образованной разгрузочным уплотнением РК и НА, которая соединена отверстиями с областью низкого давления на входе в РК [Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы, Изд-во «Машиностроение», 1966, Глава 8, §45]. Интенсивность разгрузки осевой силы зависит от соотношения диаметров переднего и разгрузочного уплотнений, зазоров в них, размеров отверстий и т.д. При определенных условиях возможно изменение направления действия осевой силы, тем более что она зависит от текущей подачи РК. При этом РК перемещается вдоль оси вала в направлении выхода потока из РК до упора шайбы в обратный подпятник. В результате раскрывается переднее уплотнение, снижается напор и КПД насоса, увеличивается износ, насос работает фактически в аварийном режиме.

Для предотвращения указанного дефекта используется устройство отсечения разгрузочных отверстий от разгрузочной камеры, в частности в ступенях типа FLEX компании Baker Hughes.

В качестве прототипа выбрана ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса этой компании Centrilift 400FLEX10 ESP Pump [см., например, Overview на сайте https://assets.www.bakerhughes.com/svstem/96599d804d94403e9215de5516d322ef/pdfs/pdf/31155.400FLEXPump10_Overview.pdf], содержащая НА, плавающее на валу РК, снабженное разгрузочными отверстиями и торцовым уплотнением с опорной шайбой, разгрузочную камеру и балансировочное торцевое уплотнение для регулирования осевой силы, отсекающее разгрузочные отверстия от разгрузочной камеры при осевом смещении РК в сторону нагнетания (выхода потока). Благодаря последнему интенсивность разгрузки осевой силы снижается, и РК должно вернуться в нормальное положение либо найти некое промежуточное положение между крайними возможными.

Однако на практике данное решение имеет серьезные недостатки. Для обеспечения надежного торца балансировочного уплотнения требуется увеличить диаметр уплотнения Dупл, чтобы выйти за пределы разгрузочных отверстий Dотв, так как по отверстиям торцовое уплотнение не работает нормально. В условиях крайней стесненности из-за малого размера рабочих органов погружных насосов полученного уровня уменьшения осевой разгрузки часто недостаточно для достижения нужного эффекта (Dбу приближается к Dупл). Кроме того, для достижения эффективности балансировочного торцового уплотнения необходимо уменьшение осевого зазора в нем практически до нуля, то есть РК в любом случае будет находиться в положении открытого переднего уплотнения, будет наблюдаться снижение напора и КПД, поскольку установить достаточно малый зазор в балансировочном торцовом уплотнении при сборке нет возможности. По техническим требованиям он должен быть более 1 мм, а при работе из-за износа он еще и увеличится.

Задачей настоящего изобретения является снижение износа осевых опор и увеличение ресурса насоса за счет уменьшения осевой силы и усилия прижатия, а также расширение рабочего диапазона подач и упрощение сборки ступени.

Указанный технический результат достигается тем, что в ступени многоступенчатого погружного центробежного насоса, содержащем направляющий аппарат, плавающее на валу рабочее колесо, снабженное разгрузочными отверстиями и торцовым уплотнением с опорной шайбой, разгрузочную камеру и балансировочное уплотнение для регулирования осевой силы, отсекающее разгрузочные отверстия от разгрузочной камеры при осевом смещении рабочего колеса в сторону нагнетания, согласно изобретению балансировочное уплотнение выполнено в виде осевого щелевого уплотнения, образованного кольцевым выступом на рабочем колесе, при этом диаметр балансировочного уплотнения не больше наружного диаметра окружности, охватывающей разгрузочные отверстия.

Балансировочное уплотнение при сборке может быть установлено с нулевым перекрытием и допуском в обе стороны не более половины толщины опорной шайбы.

Кроме того, диаметральный зазор в балансировочном уплотнении при сборке может быть установлен не более 0,25% от его диаметра.

При этом предпочтительно для изготовления балансировочного уплотнения применять материалы, отличающиеся от материалов рабочих органов (РК и НА).

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлен разрез заявляемой ступени.

Ступень многоступенчатого погружного центробежного насоса состоит из РК 1 и НА 2. Рабочее колесо 1 насажено на шпонку 3 и может свободно перемещаться вдоль вала 4 между двумя подпятниками 5, 6 соседних НА 2. Рабочее колесо имеет осевые опоры в виде опорных шайб 7, 8, изготовленных, например, из текстолита. Опорная шайба 7 и подпятник 5 выполняют также функцию торцового уплотнения, разделяющего зоны давления нагнетания и давления всасывания РК 1. В РК 1 выполнены разгрузочные отверстия 9, соединяющие его внутреннюю входную полость с разгрузочной камерой 10, образованную разгрузочным уплотнением 13 и прилегающими стенками НА 2 и РК 1.

Для достижения автоматической балансировки осевой силы ступень снабжена щелевым балансировочным уплотнением 11, образованным кольцевым выступом 12 на РК 1 и цилиндрической проточкой 14 в НА 2. При осевом смещении рабочего колеса 1 в сторону выхода потока балансировочное уплотнение 11 отсекает разгрузочные отверстия 9 от разгрузочной камеры 10. Балансировочное уплотнение 11 устанавливается с диаметральным зазором не более 0,25% от его диаметра, что обеспечивает эффективность щелевого уплотнения. Во избежание абразивного износа для изготовления балансировочного уплотнения используются материалы с более высокой износостойкостью, чем у материалов РК и НА. При малом зазоре в балансировочном уплотнении возможно повышенное трение, поэтому необходимо также, чтобы эти материалы имели пониженный коэффициент трения.

Диаметр балансировочного уплотнения 11 Dбу целесообразно выбрать меньше, чем диаметр расположения отверстий 9 Dотв, чтобы увеличить разницу с диаметром разгрузочного уплотнения 13 Dупл. При сборке следует выставлять в нем предварительное перекрытие Z, равное нулю, с отклонением в обе стороны, которое не должно превышать половины толщины опорной шайбы 7. Такая установка РК несколько увеличит осевую силу в начале работы, что приведет к ускоренной приработке опорной шайбы 7, со смещением РК 1 в сторону входа потока с раскрытием балансировочного уплотнения, и, соответственно, с уменьшением осевой силы и скорости износа осевых опор. При изменении условий работы РК будет иметь возможность перемещения вдоль оси вращения в обе стороны с отрицательной обратной связью по осевой силе. При этом возможна работа основных осевых опор с ограниченным усилием прижима, но исключено перемещение РК до упора в противоположную сторону.

Таким образом, предлагаемая конструкция снижает износ осевых опор и увеличивает ресурс насоса. Появляется также возможность работы в более широком диапазоне подач как в меньшую, так и в большую сторону.

1. Ступень многоступенчатого погружного центробежного насоса, содержащая направляющий аппарат, плавающее на валу рабочее колесо, снабженное разгрузочными отверстиями и торцовым уплотнением с опорной шайбой, разгрузочную камеру и балансировочное уплотнение для регулирования осевой силы, отсекающее разгрузочные отверстия от разгрузочной камеры при осевом смещении рабочего колеса в сторону нагнетания, отличающаяся тем, что балансировочное уплотнение выполнено в виде осевого щелевого уплотнения, образованного кольцевым выступом на рабочем колесе, при этом диаметр балансировочного уплотнения не больше наружного диаметра окружности, охватывающей разгрузочные отверстия.

2. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что балансировочное уплотнение при сборке установлено с нулевым перекрытием и допуском в обе стороны не более половины толщины опорной шайбы.

3. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что балансировочное уплотнение изготовлено из материалов, отличающихся от материалов рабочего колеса и направляющего аппарата.

4. Ступень по п. 3, отличающаяся тем, что балансировочное уплотнение установлено при сборке с диаметральным зазором не более 0,25% от его диаметра.



 

Похожие патенты:

Предлагается вращающаяся установка, содержащая вал, корпус, главный магнитный подшипник, соединенный с валом, вспомогательный радиальный подшипник качения и вспомогательный осевой подшипник качения, расположенные между валом и корпусом, первую втулку, установленную на валу и расположенную между наружной поверхностью вала и внутренним кольцом вспомогательного радиального подшипника качения.

Изобретение относится к вентилятору, в частности к напольному или настольному вентилятору, такому как вентилятор для письменного стола, охладительная колонка или вентилятор на подставке.

Изобретение относится к электроцентробежному насосу, перекачивающему охлаждающую жидкость через циркуляционную систему охлаждения. Электроцентробежный насос содержит электродвигатель, наружный и внутренний корпусы, рабочее колесо, два торцовых уплотнения с фланцами и двумя неподвижными и двумя подвижными кольцами из силицированного графита.

Широкохордная лопатка вентилятора газотурбинного двигателя состоит из металлической оболочки и несущих силовых элементов, установленных в полости внутри металлической оболочки и демпфирующего материала.

Широкохордная лопатка вентилятора газотурбинного двигателя состоит из металлической оболочки и жестко скрепленных с ней силовых несущих элементов, установленных в полости внутри металлической оболочки и демпфирующего материала.

Изобретение касается суспензионного насоса. Насос содержит насосный узел с наружным корпусом, имеющим первый и второй подкомпоненты корпуса, крыльчатку, имеющую коническое отверстие с конической резьбой, и комбинацию силовой рамы, основания, гильзы подшипника и приводного вала.

Изобретение относится к измерению потоков текучей среды в установке для сжигания. В частности, данное изобретение касается измерения потоков текучих сред, таких как воздух, при наличии турбулентности.

Группа изобретений относится к ступени центробежного насоса, в частности погружного типа. Ступень насоса для центробежного насоса содержит узел (10) рабочего колеса, имеющего осевую ступицу (11), диффузорный узел (20) и крышку (30).

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано преимущественно в конструкции главного циркуляционного насосного агрегата для энергоблоков АЭС.

Изобретение касается всасывающего диффузора или всасывающего устройства и содержит корпус и устройство обработки потока. Корпус диффузора имеет внутреннюю полость и впускное и выпускное отверстия для приема и формирования выходящей текучей среды.

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности и может использоваться при добыче из скважин жидкости с повышенным газосодержанием посредством перекачки лопастными насосами.

Изобретение относится к погружным устройствам для подачи реагента в скважину, оборудованную штанговым насосом. Устройство содержит устанавливаемые в скважину ниже нефтедобывающего оборудования емкость для реагента и сообщенный с ней имеющий собственный привод поршневой насос-дозатор, полость которого имеет возможность соединения всасывающим каналом с емкостью для реагента, а нагнетательным - со скважиной.

Изобретение относится к вихревым насосам непрерывного действия и может быть использовано в системах нагнетания нефтяных скважин. Насос 20 содержит впускное отверстие 21, находящееся в контакте с перекачиваемой текучей средой F, и выпускное отверстие 22, находящееся в контакте с патрубком 30 насоса.

Группа изобретений касается подводящего кабеля двигателя, электрической погружной насосной системы и устройства для обеспечения уплотнения вокруг электрического подводящего провода.

Группа изобретений относится к погружным насосным системам для выкачивания текучих сред из ствола скважины. Насосная система содержит электродвигатель, заполненный первым диэлектрическим смазочным материалом, и насос, приводимый в действие электродвигателем.

Группа изобретений относится к скважинным насосам. Многоступенчатый центробежный насос содержит корпус, вращающийся вал и первую и вторую ступени насоса.

Изобретение относится к насосам центробежным модульным, используемым для добычи жидкостей из скважин. Насос центробежный модульный содержит насосные модули с соединительными деталями, выполненными в виде вилки с кольцевыми проточками под стопорные полукольца.

Изобретение относится к нефтяному машиностроению, в частности к погружным насосам для откачки пластовой жидкости. Погружной многоступенчатый центробежный насос содержит рабочие колеса со ступицами, соединенными с приводным валом с помощью шпоночного соединения в виде шпоночных канавок и установленных в них шпонок.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для привода погружных нефтедобывающих насосов, а также для привода любого другого устройства с вращающимся ротором.

Группа изобретений относится к погружным насосным установкам. Технический результат – усовершенствование конструкции за счет повышения устойчивости к загрязнениям и износу, вызванному твердыми частицами.

Группа изобретений относится к вращающимся машинам. Вращающаяся машина содержит вал (14), корпус, по меньшей мере один основной магнитный подшипник, присоединенный к валу (14) для поддержки с возможностью вращения вала внутри корпуса, по меньшей мере один первый и один второй вспомогательные подшипники (20, 22), расположенные между валом и корпусом для поддержки осевых и радиальных нагрузок, и первое и второе осевые упорные средства (44, 54), расположенные на валу ля передачи осевых нагрузок к внутренним кольцам подшипников качения. Машина также содержит разделительную деталь (28), расположенную в осевом направлении между обращенными друг к другу поверхностями внутренних колец (20а, 22а) указанных подшипников качения для передачи осевых нагрузок между указанными внутренними кольцами, и по меньшей мере первое осевое удерживающее средство (58), расположенное в корпусе и находящееся в осевом направлении между обращенными друг к другу поверхностями внешних колец (20b, 22b) для передачи осевых нагрузок по меньшей мере между одним из указанных внешних колец и корпусом. Группа изобретений направлена на увеличение срока службы подшипников. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к нефтяному машиностроению, в частности к многоступенчатым погружным лопастным насосам для добычи нефти. Ступень многоступенчатого погружного центробежного насоса содержит направляющий аппарат, плавающее на валу рабочее колесо, снабженное разгрузочными отверстиями и торцовым уплотнением с опорной шайбой, разгрузочную камеру и балансировочное уплотнение. Балансировочное уплотнение предназначено для регулирования осевой силы и отсекает разгрузочные отверстия от разгрузочной камеры при осевом смещении рабочего колеса в сторону нагнетания. Балансировочное уплотнение выполнено в виде осевого щелевого уплотнения, образованного кольцевым выступом на рабочем колесе, и имеет диаметр не больше наружного диаметра окружности, охватывающей разгрузочные отверстия. Изобретение направлено на снижение износа осевых опор и увеличение ресурса насоса за счет уменьшения осевой силы и усилия прижатия, а также расширение рабочего диапазона подач и упрощение сборки ступени. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

Наверх