СТУПЕНЬ СКВАЖИННОГО МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА Российский патент 2003 года по МПК F04D13/10 F04D1/06 

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в многоступенчатых центробежных скважинных насосах, предназначенных для откачки пластовой жидкости.

Известен центробежный насос, в котором рабочее колесо выполнено содержащим ведущий диск с лопатками. На поверхности ведущего диска в известном устройстве выполнено утолщение, в котором сформированы трехгранные несквозные выемки [1].

Выемки на рабочем колесе в центробежном насосе известной конструкции не участвуют в процессе перекачивания жидкости, не влияют на структуру потока перекачиваемой жидкости или газожидкостной смеси и, соответственно, не позволяют улучшить структуру потока газожидкостной смеси при наличии в перекачиваемой смеси значительных объемов газа.

Устройством, наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению, является ступень скважинного многоступенчатого центробежного насоса [2] , содержащая рабочее колесо с ведущим диском и расположенными на нем лопастями, а также направляющий аппарат с лопатками, диаметр расположения внешних кромок которых больше диаметра нижнего диска направляющего аппарата. На верхней поверхности ведущего диска рабочего колеса выполнены трехсторонние несквозные выемки в виде боковых ребер и оснований между этими ребрами.

Известное устройство при его использовании в многоступенчатых центробежных насосах обеспечивает повышение напора при малых подачах и повышение стабильности характеристик при работе с содержащими газ жидкостными смесями.

Недостатком такого выполнения ступени скважинного центробежного многоступенчатого насоса является то, что при отсутствии непосредственной связи ребер с лопастями рабочего колеса увеличивается длина вихревых дорожек в пространстве между лопастями рабочего колеса и лопатками направляющего аппарата, что существенно снижает устойчивость потока перекачиваемой жидкости и снижает КПД насоса. Кроме того, ограничивается повышение напора ступени и диспергации газовых включений в перекачиваемой пластовой жидкости.

Настоящее изобретение обеспечивает возможность создания ступени скважинного многоступенчатого центробежного насоса, которая позволяет уменьшить длину вихревых дорожек в пространстве между лопастями рабочего колеса и лопатками направляющего аппарата, повысить устойчивость потока перекачиваемой жидкости, КПД, напор ступени и диспергацию газовых включений в перекачиваемой пластовой жидкости.

Указанный выше технический результат достигается за счет того, что в ступени скважинного многоступенчатого центробежного насоса, содержащей направляющий аппарат, диаметр расположения внешних кромок лопаток которого больше диаметра нижнего диска направляющего аппарата, и рабочее колесо, имеющее ведущий диск с размещенными на нем лопастями, согласно изобретению диаметр ведущего диска меньше диаметра расположения внешних кромок лопастей, на верхней поверхности периферийной части ведущего диска выполнен уступ, на котором расположены основные ребра рабочего колеса, диаметр расположения внешних кромок которых больше диаметра ведущего диска, причем основные ребра рабочего колеса выполнены в виде единого целого с лопастями таким образом, что боковые поверхности каждого основного ребра рабочего колеса являются продолжениями боковых поверхностей соответствующей указанному ребру лопасти.

Кроме того, на уступе ведущего диска, между основными ребрами рабочего колеса, могут быть расположены дополнительные ребра рабочего колеса, диаметр расположения внешних кромок которых меньше или равен диаметру ведущего диска. Также на уступе ведущего диска, между основными ребрами рабочего колеса, могут быть расположены дополнительные ребра рабочего колеса, диаметр расположения внешних кромок которых больше диаметра ведущего диска. Причем верхние кромки ребер рабочего колеса могут быть расположены в плоскости, в которой расположена, по крайней мере, часть верхней поверхности ведущего диска. Следует отметить, что на периферийной части нижней поверхности нижнего диска направляющего аппарата может быть выполнен уступ, на котором расположены основные ребра направляющего аппарата, диаметр расположения внешних кромок которых больше диаметра нижнего диска, причем основные ребра направляющего аппарата выполнены в виде единого целого с лопатками таким образом, что боковые поверхности каждого основного ребра направляющего аппарата являются продолжениями боковых поверхностей соответствующей указанному ребру лопатки. При этом на уступе нижнего диска, между основными ребрами направляющего аппарата, могут быть расположены дополнительные ребра направляющего аппарата, диаметр расположения внешних кромок которых меньше или равен диаметру нижнего диска. Также на уступе нижнего диска, между основными ребрами направляющего аппарата, могут быть расположены дополнительные ребра направляющего аппарата, диаметр расположения внешних кромок которых больше диаметра нижнего диска. Причем нижние кромки ребер направляющего аппарата расположены в плоскости, в которой расположена, по крайней мере, часть нижней поверхности нижнего диска.

При таком выполнении заявленного устройства, по сравнению с наиболее близким техническим решением, достигается следующее.

При непосредственной связи ребер с лопастями рабочего колеса уменьшается длина вихревых дорожек в пространстве между лопастями рабочего колеса и лопатками направляющего аппарата, что повышает устойчивость потока перекачиваемой жидкости и КПД.

Увеличиваются также напор ступени и диспергация газовых включений в перекачиваемой пластовой жидкости.

Кроме того, уменьшение расстояния между ребрами рабочего колеса и лопатками направляющего аппарата также повышает степень измельчения газовых включений в пластовой жидкости, что существенным образом повышает напор ступени и устойчивость ее работы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - две установленные последовательно ступени, выполненные в соответствии с заявленным изобретением;
на фиг. 2, 5 - вид сверху ведущего диска рабочего колеса с различными диаметрами расположения кромок дополнительных ребер;
на фиг.3, 6 - вид снизу нижнего диска направляющего аппарата с различными диаметрами расположения кромок дополнительных ребер;
на фиг.4, 7 - вид снизу нижнего диска направляющего аппарата, выполненного с основными и дополнительными ребрами, с различными диаметрами расположения кромок дополнительных ребер.

Ступень скважинного многоступенчатого центробежного насоса (фиг.1) содержит рабочее колесо 1 и направляющий аппарат 2. Рабочее колесо 1 имеет ведомый диск 3, ведущий диск 4 с размещенными на нем лопастями 5, верхнюю (в рабочем положении насоса) 6 и боковую 7 поверхности, втулку 8, предназначенную для сопряжения через шпонку с общим валом насоса (на чертеже не изображен). В рабочем колесе образованы каналы, ограниченные жестко связанными между собой ведомым диском 3, лопастями 5 и ведущим диском 4. Направляющий аппарат 2 содержит внутренний диск 9, нижний диск 10 и лопатки 11, диаметр расположения внешних кромок 12 которых больше диаметра нижнего диска 10 направляющего аппарата 2. Выполненные в направляющем аппарате 2 каналы образованы дисками 9, 10 и лопатками 11. Внутренний диск 9 жестко связан с кольцом 13, нижним диском 10 (через лопатки 11) и цапфой 14, сопряженной с втулкой 8 рабочего колеса 1. На диске 3 и 4 закреплены антифрикционные опорные шайбы 15, выполненные, например, из текстолита. Диаметр ведущего диска 4 меньше диаметра расположения внешних кромок лопастей 5. На верхней поверхности 6 периферийной части ведущего диска 4 выполнен уступ, на котором расположены основные ребра 17 рабочего колеса, диаметр расположения внешних кромок которых больше диаметра ведущего диска 4 (фиг.2). Причем основные ребра 17 рабочего колеса выполнены в виде единого целого с лопастями 5 таким образом, что боковые поверхности каждого основного ребра 17 рабочего колеса 1 являются продолжениями боковых поверхностей соответствующей указанному ребру лопасти.

На уступе ведущего диска 4 между основными ребрами 17 рабочего колеса могут быть расположены дополнительные ребра 16 рабочего колеса, диаметр расположения внешних кромок которых меньше или равен (фиг.2) или больше (фиг. 5) диаметра ведущего диска. Верхние кромки ребер рабочего колеса могут быть расположены в плоскости, в которой расположена, по крайней мере, часть верхней поверхности 6 ведущего диска 4.

Участками ребер 16 и 17, связанными с ведущим диском 4, совместно с участками верхней поверхности 6, то есть с участками уступа ведущего диска 4, сформированы несквозные выемки 18 рабочего колеса 1. Эти участки поверхности 6 являются основаниями выемок 18. Участки ребер 16 и 17 равной длины имеют одинаковую форму. Ребра 16 и 17 чередуются между собой.

В дополнение к ребрам, расположенным на ведущем диске рабочего колеса, на периферийной части (фиг. 3), обращенной к рабочему колесу 1 нижней поверхности нижнего диска 10 направляющего аппарата 2, может быть выполнен уступ, на котором расположены ребра 19 направляющего аппарата 2. Участками ребер 19, жестко связанными с нижним диском 10, и участками вышеуказанной поверхности диска 10, то есть участками уступа диска 10, формируются несквозные выемки 20 направляющего аппарата 2, для которых эти участки являются основаниями. Диаметр расположения внешних кромок ребер 19 меньше, или равен (фиг.3), или больше (фиг.6) диаметра нижнего диска 10.

На периферийной части (фиг. 4), обращенной к рабочему колесу 1 нижней поверхности нижнего диска 10 направляющего аппарата 2, может быть выполнен уступ, на котором расположены основные ребра 21 направляющего аппарата, диаметр расположения внешних кромок которых больше диаметра нижнего диска 10. Причем основные ребра 21 направляющего аппарата выполнены в виде единого целого с лопатками 11 таким образом, что боковые поверхности каждого основного ребра 21 направляющего аппарата являются продолжениями боковых поверхностей соответствующей указанному ребру лопатки.

На уступе нижнего диска 10, между основными ребрами 21 направляющего аппарата, могут быть расположены дополнительные ребра 22 направляющего аппарата, диаметр расположения внешних кромок которых меньше, или равен (фиг.4), или больше (фиг.7) диаметра нижнего диска 10.

Нижние кромки ребер направляющего аппарата могут быть расположены в плоскости, в которой расположена, по крайней мере, часть нижней поверхности нижнего диска.

Это относится также к ребрам 19.

Участки ребер 21 и 22 равной длины имеют одинаковую форму. Ребра 21 и 22 чередуются между собой. Участками ребер 21 и 22, которые жестко связаны с нижним диском 10, и участками периферийной части вышеуказанной поверхности диска 10 (то есть участками уступа диска 10) формируются несквозные выемки 23 направляющего аппарата 2. Эти участки поверхности диска 10 являются основаниями для несквозных выемок 23.

При работе насоса пластовая жидкость поступает в каналы рабочего колеса 1, приводимого в движение валом насоса (направление его вращения на фиг.2-7 показано стрелкой), и при прохождении потока жидкости через каналы рабочих колес формируется напор жидкости как за счет центробежных сил, так и за счет действия лопастей рабочего колеса на поток жидкости. Далее жидкость поступает в каналы направляющего аппарата 2, в которых осуществляется создание дополнительного напора и направление потока на рабочее колесо следующей ступени. После выхода из каналов рабочего колеса 1 пластовая жидкость движется потоком, формируемым кольцом 13 направляющего аппарата 2, к каналам направляющего аппарата. В процессе движения ребра 16, 17 и основания выемок 18 вращающегося рабочего колеса 1 формируют тороидальный вихрь между выходом из каналов рабочего колеса 1 и входом в каналы направляющего аппарата 2. За счет формирования тороидального вихря повышается напор ступени на малых расходах перекачиваемой жидкости, а также осуществляется эффективное перемешивание жидкости с газовыми включениями и диспергация газовых пузырей в перекачиваемой жидкости, что усиливается удлинением ребер 16, равно как и ребер 17 рабочего колеса. При непосредственной связи ребер с лопастями рабочего колеса уменьшается длина вихревых дорожек в пространстве между лопастями рабочего колеса и лопатками направляющего аппарата, что повышает устойчивость потока перекачиваемой жидкости и КПД.

Увеличиваются также напор ступени и диспергация газовых включений в перекачиваемой пластовой жидкости.

Кроме того, уменьшение расстояния между ребрами рабочего колеса и лопатками направляющего аппарата также повышает степень измельчения газовых включений в пластовой жидкости, что существенным образом повышает напор ступени и устойчивость ее работы.

Ребра 19 и основания несквозных выемок 20, сформированных на нижнем диске 10 направляющего аппарата 2, способствуют повышению интенсивности перемещения жидкости в тороидальном вихре и, соответственно, диспергации газовых включений в газожидкостной смеси, что относится и к ребрам 21, 22, и к основаниям выемок 23. Удлинением ребер 19 или 22, равно как и ребер 21, усиливается указанная выше диспергация.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1617208, кл. F 04 D 29/08; 1990.

2. Патент РФ 2138691, кл. F 04 D 13/10, 01/06, 31/00; 1999.

Изобретение относится к нефтяному машиностроению, в частности к многоступенчатым скважинным насосам для откачки пластовой жидкости. Ступень скважинного многоступенчатого центробежного насоса содержит направляющий аппарат, диаметр расположения внешних кромок лопаток которого больше диаметра нижнего диска направляющего аппарата, и рабочее колесо, имеющее ведущий диск с размещенными на нем лопастями. Диаметр ведущего диска меньше диаметра расположения внешних кромок лопастей. На верхней поверхности периферийной части ведущего диска выполнен уступ, на котором расположены основные ребра рабочего колеса. Диаметр расположения их внешних кромок больше диаметра ведущего диска. Основные ребра рабочего колеса выполнены в виде единого целого с лопастями таким образом, что боковые поверхности каждого основного ребра рабочего колеса являются продолжениями боковых поверхностей соответствующей указанному ребру лопасти. Использование изобретения позволяет повысить кпд, напор ступени и диспергацию газовых включений в перекачиваемой пластовой жидкости. 7 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Ступень скважинного многоступенчатого центробежного насоса, содержащая направляющий аппарат, диаметр расположения внешних кромок лопаток которого больше диаметра нижнего диска направляющего аппарата, и рабочее колесо, имеющее ведущий диск с размещенными на нем лопастями, отличающаяся тем, что диаметр ведущего диска меньше диаметра расположения внешних кромок лопастей, на верхней поверхности периферийной части ведущего диска выполнен уступ, на котором расположены основные ребра рабочего колеса, диаметр расположения внешних кромок которых больше диаметра ведущего диска, причем основные ребра рабочего колеса выполнены в виде единого целого с лопастями таким образом, что боковые поверхности каждого основного ребра рабочего колеса являются продолжениями боковых поверхностей соответствующей указанному ребру лопасти. 2. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что на уступе ведущего диска, между основными ребрами рабочего колеса, расположены дополнительные ребра рабочего колеса, диаметр расположения внешних кромок которых меньше или равен диаметру ведущего диска. 3. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что на уступе ведущего диска, между основными ребрами рабочего колеса, расположены дополнительные ребра рабочего колеса, диаметр расположения внешних кромок которых больше диаметра ведущего диска. 4. Ступень по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что верхние кромки ребер рабочего колеса расположены в плоскости, в которой расположена, по крайней мере, часть верхней поверхности ведущего диска. 5. Ступень по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что на периферийной части нижней поверхности нижнего диска направляющего аппарата выполнен уступ, на котором расположены основные ребра направляющего аппарата, диаметр расположения внешних кромок которых больше диаметра нижнего диска, причем основные ребра направляющего аппарата выполнены в виде единого целого с лопатками таким образом, что боковые поверхности каждого основного ребра направляющего аппарата являются продолжениями боковых поверхностей соответствующей указанному ребру лопатки. 6. Ступень по п. 5, отличающаяся тем, что на уступе нижнего диска, между основными ребрами направляющего аппарата, расположены дополнительные ребра направляющего аппарата, диаметр расположения внешних кромок которых меньше или равен диаметру нижнего диска. 7. Ступень по п. 5, отличающаяся тем, что на уступе нижнего диска, между основными ребрами направляющего аппарата, расположены дополнительные ребра направляющего аппарата, диаметр расположения внешних кромок которых больше диаметра нижнего диска. 8. Ступень по любому из пп. 5-7, отличающаяся тем, что нижние кромки ребер направляющего аппарата расположены в плоскости, в которой расположена, по крайней мере, часть нижней поверхности нижнего диска.