РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА Российский патент 1998 года по МПК F04D29/22 F04D7/04 

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в нефтегазовой промышленности при добыче нефти из низкодебитных скважин, содержащей механические примеси.

Известно рабочее колесо центробежного насоса для неоднородных сред, содержащее ведущий и ведомый диски и установленные между ними лопасти, выходные части которых имеют с рабочей стороны утолщения, частично перекрывающие межлопастные каналы (авт. св. СССР N 802635, кл. F 04 D 29/22, 1981).

Однако это устройство обеспечивает низкую степень диспергирования.

Из известных устройств наиболее близким к изобретению является рабочее колесо центробежного насоса, содержащее ведущий и ведомый диски с закрепленными между ними лопастями с образованием межлопастных каналов, в которых расположены перегородки [1].

Однако известное колесо не обеспечивает достаточно высокую степень диспергирования при малых подачах, что исключает возможность использования его для откачки жидкости из низкодебитных нефтяных скважин, продукция которых содержит механические примеси.

В основу изобретения положена задача создания конструкции рабочего колеса центробежного насоса, обеспечивающего высокую степень диспергирования при малых подачах, достаточную для эффективной откачки жидкости с мехпримесями из низкодебитных нефтяных скважин.

Поставленная задача достигается тем, что в рабочем колесе центробежного насоса, содержащем ведущий и ведомый диски с закрепленными между ними лопастями с образованием межлопаточных каналов, в которых расположены перегородки, согласно изобретению каждая перегородка закреплена своими концами на боковых поверхностях смежных лопастей с образованием заглушенного участка межлопаточного канала, причем число перегородок К соответствует условию
1≤K≤Z-1
где Z - число межлопаточных каналов.

при этом каждая перегородка расположена на расстоянии от входа в межлопаточный канал, составляющем не более 0,9 длины лопасти. В предпочтительных вариантах перегородки могут быть выполнены в виде пластин прямоугольного сечения, дуг окружностей, пластин цилиндрического сечения, двояковогнутых менисков, двух пластин, соединенных под углом друг к другу.

Желательно в выходной части заглушенных участков межлопаточных каналов устанавливать дополнительные вихревые образующие лопасти, причем число последних может соответствовать числу перегородок.

Предлагаемая конструкция рабочего колеса центробежного насоса благодаря закреплению перегородок на смежных лопастях с образованием заглушенного участка - межлопаточного канала, т. е. созданию фактически застойных зон, обеспечивает формирование зон интенсивного вихреобразования в застойных зонах и незаглушенных участках межлопаточных каналов за счет отрыва потока на границе указанных зон и участков. Это способствует повышению степени диспергирования мехпримесей, предотвращению выпадения отложений твердой фазы и засорению рабочих органов насоса, вследствие чего повысятся эффективность откачки жидкости с мехпримесями из низкодебитных скважин и межремонтный период работы скважины. При этом по меньшей мере один межлопаточный канал должен быть не заглушен для обеспечения непрерывной подачи жидкости и по меньшей мере один из межлопаточных каналов должен иметь перегородку для создания зоны вихреобразования. Кроме того, экспериментально установлено, что максимальная эффективность вихреобразования может быть достигнута при условии расположения перегородки на расстоянии от входа в межлопаточный канал, составляющем не более 0,9 длины лопасти. Выполнение перегородок в виде пластин прямоугольного или цилиндрического сечения, либо в виде дуг окружностей обеспечивают оптимальные условия откачки жидкости с небольшим содержанием механических примесей.

Выполнение перегородок в виде двояковогнутых менисков или в виде двух пластин, соединенных под углом друг к другу, обеспечивает оптимальные условия откачки жидкости с повышенным содержанием механических примесей.

Благодаря установке в выходной части заглушенных участков межлопаточных каналов дополнительных вихреобразующих лопастей эффективность откачки жидкости с высоким содержанием механических примесей может быть повышена.

Дополнительные лопасти позволяют преобразовывать энергию вихрей в дополнительный напор, создаваемый центробежным насосом. В случаях, когда при этом требуется создать повышенные значения напора для откачки нефти из низкодебитных скважин, число дополнительных укороченных лопастей соответствует числу перегородок.

На фиг. 1 изображено рабочее колесо центробежного насоса, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, меридианальное сечение с перегородками в виде пластин прямоугольного сечения; на фиг. 3 - вариант выполнения перегородки в виде дуг окружностей; на фиг. 4 - вариант выполнения перегородок в виде пластин цилиндрического сечения; на фиг. 5 - вариант выполнения перегородок к виде двояковогнутых менисков; на фиг. 6 - вариант выполнения перегородок в виде двух пластин, соединенных под углом друг к другу; на фиг. 7 - вариант выполнения рабочего колеса с установкой дополнительных вихреобразующих лопастей в выходной части заглушенных участков межлопаточных каналов.

Рабочее колесо центробежного насоса (см. фиг. 1,2) содержит ведущий и ведомый диски 1,2 с закрепленными между ними лопастями 3 с образованием межлопаточных каналов 4, в которых расположены перегородки 5. Перегородки 5 закреплены своими концами на боковых поверхностях смежных лопастей 3 с образованием заглушенных участков 6 межлопаточных каналов, причем число перегородок К соответствует условию
1≤K≤S-1
где Z - число межлопаточных каналов.

При этом каждая перегородка 5 расположена на расстоянии от входа в межлопаточный канал 4, составляющем не более 0,9 длины лопасти 3. Перегородки 5 могут быть выполнены в виде пластин прямоугольного сечения (фиг. 1, 2), дуг окружностей (фиг. 3), пластин цилиндрического сечения (фиг. 4), двояковогунтых менисков (фиг. 5), а также двух пластин, установленных под углом друг к другу (фиг. 6).

В одном из вариантов выполнения рабочего колеса (фиг. 7) в выходной части заглушенных участков межлопаточных каналов 4 установлены дополнительные вихреобразующие лопасти 7. Число дополнительных лопастей 7 может соответствовать числу перегородок 5.

Рабочее колесо центробежного насоса работает следующим образом.

Водонефтегазовая смесь с мехпримесями поступает из ствола скважин в межлопаточные каналы 4, образуемые лопастями 3, а также ведущим и ведомым дисками 1, 2. При взаимодействии потока смеси с лопастями 3 и перегородками 5 в межлопаточных каналах 4 происходит интенсивное вихреобразование, что приводит к дроблению отложений твердой фазы и предотвращает засорение рабочего колеса мехпримесями. При больших содержаниях мехпримесей и свободного газа в откачиваемой продукции эффективное вихреобразование обеспечивается воздействием на поток лопастей 3, перегородок 5 и дополнительных лопастей 7, активно способствующих созданию вихревых зон в осложненных условиях эксплуатации.

После прохождения через рабочее колесо продукция скважины поступает в направляющий аппарат (не показан), где приобретенная кинетическая энергия потока не преобразуется в потенциальную энергию давления.

Благодаря созданию зон интенсивного вихреобразования и предотвращению засорению мехпримесями рабочего колеса предложенной конструкции появляется возможность успешной насосной эксплуатации низкодебитных нефтяных скважин. Испытания модельного рабочего колеса предложенной конструкции в осложненных условиях показали, что засорения колеса мехпримесями не происходит.

Рабочее колесо центробежного насоса предназначено для добычи нефти с механическими примесями из низкодебитных скважин. Колесо снабжено ведущим и ведомым дисками с закрепленными между ними лопастями (3) с образованием межлопаточных каналов (4). В каналах (4) расположены перегородки (5). Каждая перегородка (5) закреплена своими концами на боковых поверхностях смежных лопастей (3) с образованием заглушенного участка (6) межлопаточного канала (4). Фактически участки (6) создают застойные зоны. Колесо снабжено по меньшей мере одной перегородкой (5). Наибольшее же количество перегородок (5) составляет число меньшее на единицу числа межлопаточных каналов (4). Каждая перегородка (5) расположена на расстоянии от входа в межлопасточный канал (6), составляющем не более 0,9 длины лопасти (3). Перегородки (5) могут быть выполнены различных форм. В заглушенных участках (6) могут быть установлены дополнительные вихреобразующие лопасти, число которых соответствует числу перегородок. Формирование зон интенсивного вихреобразования позволяет повысить степень диспергирования мехпримесей, предотвратить выпадение отложений твердой фазы и засорение рабочих органов насоса. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Рабочее колесо центробежного насоса, содержащее ведущий и ведомый диски с закрепленными между ними лопастями с образованием межлопаточных каналов, в которых расположены перегородки, отличающееся тем, что каждая перегородка закреплена своими концами на боковых поверхностях смежных лопастей с образованием заглушенного участка межлопаточного канала, причем, число перегородок K соответствует условию
1 ≤ K ≤ Z - 1,
где Z - число межлопаточных каналов,
и каждая перегородка расположена на расстоянии от входа в межлопаточный канал, составляющем не более 0,9 длины лопасти. 2. Колесо по п. 1, отличающееся тем, что перегородки выполнены в виде пластин прямоугольного сечения. 3. Колесо по п.1, отличающееся тем, что перегородки выполнены в виде дуг окружностей. 4. Колесо по п. 1, отличающееся тем, что перегородки выполнены в виде пластин цилиндрического сечения. 5. Колесо по п. 1, отличающееся тем, что перегородки выполнены в виде двояковогнутых менисков. 6. Колесо по п. 1, отличающееся тем, что перегородки выполнены в виде двух пластин, соединенных под углом друг с другом. 7. Колесо по п.1, отличающееся тем, что в выходной части заглушенных участков межлопаточных каналов установлены дополнительные вихреобразующие лопасти. 8. Колесо по п.7, отличающееся тем, что число дополнительных лопастей соответствует числу перегородок.