СТУПЕНЬ СКВАЖИННОГО МНОГОСТУПЕНЧАТОГО НАСОСА Российский патент 2003 года по МПК F04D13/10 F04D1/06 F04D31/00 

Настоящее 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 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, причем на краю верхней поверхности ведущего диска рабочего колеса выполнены выемки.

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 меньшей, чем толщина ведущего диска, глубине выемок на их внешнем краю ограничены вихреобразование в выемках рабочего колеса и количество участвующей в вихревом движении пластовой жидкости, повышено сопротивление внешнего края ведущего диска и ухудшена плавность при сходе пластовой жидкости со дна выемок рабочего колеса, ограничены диспергация в ней газовых включении и напор ступени.

Настоящее изобретение обеспечивает возможность создания ступени скважинного многоступенчатого насоса, которая позволяет устранить отмеченные выше недостатки и тем самым усилить вихреобразование в выемках рабочего колеса, повысить количество участвующей в вихревом движении пластовой жидкости, снизить сопротивление внешнего края ведущего диска и улучшить плавность при сходе пластовой жидкости со дна выемок рабочего колеса, усилить диспергацию в ней газовых включений, повысить напор ступени.

Указанный выше технический результат достигается за счет того, что в ступени скважинного многоступенчатого насоса, содержащей направляющий аппарат с лопатками, диаметр расположения внешних кромок которых больше диаметра нижнего диска направляющего аппарата, и рабочее колесо с ведущим диском, на верхней поверхности которого выполнены выемки, открытые с верхней поверхности ведущего диска, согласно изобретению дно каждой выемки выполнено лежащим на поверхности, пересекающей нижнюю поверхность ведущего диска по линии, расположенной от оси ведущего диска на расстоянии, меньшем, чем внешний радиус ведущего диска рабочего колеса.

Кроме того, поверхность дна каждой выемки рабочего колеса может быть участком цилиндрической поверхности или выполнена плоской. Боковые стенки каждой выемки рабочего колеса могут быть выполнены параллельными.

Следует отметить, что на нижней поверхности нижнего диска направляющего аппарата могут быть выполнены дополнительные выемки, открытые с нижней и внешней боковой поверхностей указанного нижнего диска. Боковые стенки каждой дополнительной выемки направляющего аппарата могут быть выполнены параллельными.

При таком выполнении заявленного устройства, по сравнению с наиболее близким техническим решением, усиливается вихреобразование в выемках рабочего колеса, повышается количество участвующей в вихревом движении пластовой жидкости, снижается сопротивление внешнего края ведущего диска и улучшается плавность при сходе пластовой жидкости со дна выемок рабочего колеса, усиливается диспергация в ней газовых включений, повышается напор ступени.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - две установленные последовательно ступени, выполненные в соответствии с заявленным изобретением;
на фиг. 2 - вид сверху ведущего диска рабочего колеса, выполненного согласно изобретению.

Ступень скважинного многоступенчатого насоса (фиг.1) содержит рабочее колесо 1 и направляющий аппарат 2. Рабочее колесо 1 выполнено с ведомым диском 3, ведущим диском 4, лопастями 5, верхней (в рабочем положении насоса) 6 и боковой 7 поверхностями, втулкой 8, предназначенной для сопряжения через шпонку с общим валом насоса (не изображен). В рабочем колесе образованы каналы, ограниченные жестко связанными между собой ведомым диском 3, лопастями 5 и ведущим диском 4. Направляющий аппарат 2 выполнен с верхним диском 9, нижним диском 10 и лопатками 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. Верхний 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. На верхней поверхности 6 ведущего диска 4 (фиг.1, 2) выполнены выемки 16, открытые с верхней поверхности 6 ведущего диска 4. Дно 17 каждой выемки 16 выполнено лежащим на поверхности, пересекающей нижнюю поверхность 18 ведущего диска 4 по линии 19, расположенной от оси 20 ведущего диска 4 на расстоянии, меньшем, чем внешний радиус ведущего диска 4 рабочего колеса 1.

Поверхность дна 17 каждой выемки 16 рабочего колеса 1 может быть участком цилиндрической поверхности или выполнена плоской. Боковые стенки 21 и 22 каждой выемки 16 рабочего колеса 1 могут быть выполнены параллельными.

В дополнение к выемкам 16, расположенным на ведущем диске 4 рабочего колеса 1, на нижней поверхности 23 нижнего диска 10 направляющего аппарата 2 могут быть выполнены дополнительные выемки 24, открытые с нижней поверхности 23 и внешней боковой поверхности 25 указанного нижнего диска 10. Боковые стенки каждой дополнительной выемки 24 направляющего аппарата 2 могут быть выполнены параллельными.

При работе насоса пластовая жидкость поступает в каналы рабочего колеса 1, приводимого в движение валом насоса 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 обеспечивается 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 выемки 16 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. Кроме того, при описанном выполнении ступени за счет уменьшения вплоть до нуля толщины дна 17 в зоне линии 19, следовательно, увеличения глубины выемки 16 при приближении к этой линии 19, усиливается вихреобразование в выемках рабочего колеса, повышается количество участвующей в вихревом движении пластовой жидкости, снижается сопротивление внешнего края ведущего диска и улучшается плавность схода пластовой жидкости с поверхности дна выемок рабочего колеса, усиливается диспергация (разбиение) газовых включений в жидкости, повышается напор ступени и стабильность работы.

При цилиндрической форме поверхности дна выемок 16 обеспечивается более плавный сход пластовой жидкости, чем при плоской, однако износ поверхности дна выемок вблизи внешнего края выемок становится более интенсивным. Выполнение боковых стенок выемок 16 рабочего колеса 1 параллельными улучшает стабильность течения пластовой жидкости в пространстве выемок.

Выемки 24, сформированные на нижнем диске 10 направляющего аппарата 2, способствуют повышению интенсивности перемещения жидкости в тороидальном вихре и соответственно диспергации газовых включений в газожидкостной смеси. Выполнение боковых стенок выемок 24 направляющего аппарата 2 параллельными и перекрытие выемками 24 линий 19 пересечения поверхностей дна 17 выемок 16 и нижней поверхности 23 рабочего колеса 1 стабилизирует этот процесс.

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

2. Патент РФ 2138691, кл. F 04 D 13/10, 1/06, 31/00, 1999.

Изобретение относится к нефтяному машиностроению, в частности к многоступенчатым скважинным насосам для откачки пластовой жидкости. Ступень скважинного многоступенчатого насоса содержит направляющий аппарат с лопатками, диаметр расположения внешних кромок которых больше диаметра нижнего диска направляющего аппарата, и рабочее колесо с ведущим диском. На его верхней поверхности выполнены выемки, открытые с верхней поверхности ведущего диска. Дно каждой выемки выполнено лежащим на поверхности, пересекающей нижнюю поверхность ведущего диска по линии, расположенной от оси ведущего диска на расстоянии, меньшем, чем внешний радиус ведущего диска рабочего колеса. Использование изобретения позволяет усилить вихреобразование в выемках рабочего колеса, повысить количество участвующей в вихревом движении пластовой жидкости, снизить сопротивление внешнего края ведущего диска и улучшить плавность при сходе пластовой жидкости со дна выемок рабочего колеса, усилить ее диспергацию, повысить напор ступени. 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Ступень скважинного многоступенчатого насоса, содержащая направляющий аппарат с лопатками, диаметр расположения внешних кромок которых больше диаметра нижнего диска направляющего аппарата, и рабочее колесо с ведущим диском, на верхней поверхности которого выполнены выемки, открытые с верхней поверхности ведущего диска, отличающаяся тем, что дно каждой выемки выполнено лежащим на поверхности, пересекающей нижнюю поверхность ведущего диска по линии, расположенной от оси ведущего диска на расстоянии меньшем, чем внешний радиус ведущего диска рабочего колеса. 2. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что поверхность дна каждой выемки рабочего колеса является участком цилиндрической поверхности. 3. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что поверхность дна каждой выемки рабочего колеса выполнена плоской. 4. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что боковые стенки каждой выемки рабочего колеса выполнены параллельными. 5. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что на нижней поверхности нижнего диска направляющего аппарата выполнены дополнительные выемки, открытые с нижней и внешней боковой поверхностей указанного нижнего диска. 6. Ступень по п. 5, отличающаяся тем, что боковые стенки каждой дополнительной выемки направляющего аппарата выполнены параллельными.