РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ПОГРУЖНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА Российский патент 2004 года по МПК F04D29/22 F04D13/10 

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в вертикальных насосных агрегатах, предназначенных для подъема жидкости из скважин или закачки жидкости в скважину.

В настоящее время в погружных центробежных насосах, предназначенных для подъема жидкости из скважин, используются рабочие колеса закрытого и открытого типов (Богданов Н.А. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти. М.: Недра, 1968, с. 46-50, 110-122; описание к патенту США 6276899 В1, МПК⁷ F 01 D 5/22, 21.08.2001).

Рабочее колесо погружного центробежного насоса закрытого типа содержит ступицу, основной и покрывной диски, между которыми размещены лопасти, образующие в междисковом пространстве проточную часть рабочего колеса. При этом основной диск закреплен на ступице колеса, а покрывной диск выполнен с центральным кольцевым каналом для поступления жидкости в проточную часть рабочего колеса.

Недостатком известной конструкции рабочего колеса закрытого типа является высокая трудоемкость изготовления, обусловленная использованием литья и последующей механической обработки.

Кроме того, при изготовлении рабочего колеса методом литья невозможно добиться выполнения лопастей с тонким профилем (менее 2 мм) и низкой шероховатостью поверхностей проточной части, а именно эти параметры влияют на гидродинамическую эффективность ступени насоса.

Кроме того, рабочие колеса, полученные методом литья, имеют большую массу и при работе насоса за счет дисбаланса масс, создаваемого размещенными на валу колесами, возникает значительная вибрация, которая приводит к снижению надежности и сокращению срока службы насоса.

Известно сварное рабочее колесо центробежного компрессора, содержащее несущий и покрывной диски, выполненные с частями лопаток, к которым приварены средние части лопаток, каждая из которых выполнена штамповкой (описание к авторскому свидетельству СССР №1116223 А, МПК F 04 D 29/28, 30.09.1984).

Недостатком известной конструкции рабочего колеса является значительная трудоемкость его изготовления из-за присутствия операций фрезерования частей лопаток на несущем и покрывном дисках и зачистки сварных швов.

В качестве прототипа выбрано рабочее колесо насоса, описанное в патенте США №6276899 В1, МПК F 01 D 5/22, 21.08.2001, которое состоит из основного диска со ступицей, покрывного диска, выполненного с центральным кольцевым каналом для поступления жидкости, и лопастей, размещенных между основным и покрывным дисками.

Недостаток данной конструкции рабочего колеса заключается в том, что для получения венца лопастей приходится выбирать металл, заполняющий межлопастные каналы, а учитывая сложную геометрию проточной части рабочего колеса, эта операция значительно усложняет технологию изготовления и не обеспечивает выполнение лопастей с тонким профилем.

Задачей предлагаемого изобретения является создание рабочего колеса погружного центробежного насоса, конструкция которого позволяет снизить трудоемкость за счет упрощения технологии изготовления, снизить металлоемкость и повысить КПД.

Указанный технический результат достигается тем, что в рабочем колесе погружного центробежного насоса, содержащем ступицу, основной и покрывной диски с размещенными между ними лопастями, причем основной диск закреплен на ступице колеса, а покрывной диск выполнен с центральным кольцевым каналом для поступления жидкости в проточную часть рабочего колеса, согласно изобретению между основным и покрывным дисками размещен профильный диск, выполненный с чередующимися передними и задними выступающими поверхностями, передние выступающие поверхности жестко соединены с покрывным диском, задние выступающие поверхности жестко соединены с основным диском, лопасти рабочего колеса образованы боковыми поверхностями профильного диска, а проточная часть образована выступающими поверхностями профильного диска и чередующимися секторами внутренних поверхностей основного и покрывного дисков.

При этом профильный диск может быть выполнен методом штамповки, а жесткое соединение выступающих поверхностей профильного диска с основным и покрывным дисками может быть выполнено посредством сварки, пайки или склейки.

Сущность предложенного изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 представлен общий вид рабочего колеса;

на фиг.2 представлена ступень центробежного насоса (рабочее колесо в сборе с направляющим аппаратом);

на фиг.3 представлен профильный диск;

на фиг.4 изображена развертка профильного диска.

Рабочее колесо погружного центробежного насоса состоит из основного диска 1, закрепленного на ступице 2, и покрывного диска 3, имеющего входной кольцевой канал 4 для поступления жидкости. Между основным и покрывным дисками 1 и 3 размещен профильный диск 5, который представляет собой чередующиеся передние А и задние В выступающие поверхности.

Покрывной, профильный и основной диски соответственно 3, 5 и 1 жестко закреплены друг с другом по поверхностям профильного диска А и В. При этом боковые поверхности С профильного диска 5 образуют лопасти 6 рабочего колеса (фиг.1, 2), которые совместно с выступающими поверхностями А и В профильного диска и чередующимися секторами внутренних поверхностей основного и покрывного дисков 1 и 3 формируют проточную часть 7 рабочего колеса.

Основной диск 1, покрывной диск 3 и профильный диск 5 изготовлены методом штамповки из листового металла.

Соединение выступающих поверхностей А и В профильного диска 5 с основным и покрывным дисками 1, 3 осуществляется сваркой, пайкой или склейкой.

Изготовленное рабочее колесо собирают с направляющим аппаратом 8 и с помощью ступицы 2 закрепляют на валу 9 центробежного насоса.

При работе центробежного насоса поток жидкости поступает к рабочему колесу и, обтекая лопасти 6, перемещается по проточной части 7, получая приращение энергии. Для преобразования кинетической энергии в энергию давления выходящая из рабочего колеса жидкость направляется в каналы направляющего аппарата 8 и далее на выход насоса.

Таким образом, предложенная конструкция позволяет в процессе изготовления рабочего колеса погружного центробежного насоса отказаться от литья, использовать более технологичный метод штамповки и тем самым значительно повысить коэффициент использования материала.

Кроме того, метод штамповки позволяет изготавливать лопасти рабочего колеса с минимально тонким профилем, что приводит к снижению сопротивления потоку жидкости и, как следствие, к повышению КПД.

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в вертикальных погружных насосных агрегатах, предназначенных для подъема жидкости из скважин или закачки жидкости в скважину. Рабочее колесо содержит основной и покрывной диски 1 и 3, между которыми размещен профильный диск 5, выполненный с чередующимися передними и задними выступающими поверхностями. Передние выступающие поверхности жестко соединены с покрывным диском 3, задние выступающие поверхности жестко соединены с основным диском 1, лопасти рабочего колеса образованы боковыми поверхностями профильного диска, а проточная часть 7 образована выступающими поверхностями профильного диска 5 и чередующимися секторами внутренних поверхностей основного 1 и покрывного 3 дисков. Профильный диск 5 может быть выполнен методом штамповки, а жесткое соединение выступающих поверхностей профильного диска с основным 1 и покрывным 3 дисками может быть выполнено посредством сварки, пайки или склейки. Изобретение направлено на создание рабочего колеса погружного центробежного насоса, конструкция которого позволяет снизить трудоемкость за счет упрощения технологии изготовления, снизить металлоемкость и повысить КПД. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Рабочее колесо погружного центробежного насоса, содержащее ступицу, основной и покрывной диски с размещенными между ними лопастями, причем основной диск закреплен на ступице колеса, а покрывной диск выполнен с центральным кольцевым каналом для поступления жидкости в проточную часть рабочего колеса, отличающееся тем, что между основным и покрывным дисками размещен профильный диск, выполненный с чередующимися передними и задними выступающими поверхностями, передние выступающие поверхности жестко соединены с покрывным диском, задние выступающие поверхности жестко соединены с основным диском, лопасти рабочего колеса образованы боковыми поверхностями профильного диска, а проточная часть образована выступающими поверхностями профильного диска и чередующимися секторами внутренних поверхностей основного и покрывного дисков.2. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что профильный диск выполнен методом штамповки.3. Рабочее колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что жесткое соединение выступающих поверхностей профильного диска с основным и покрывным дисками выполнено посредством сварки.4. Рабочее колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что жесткое соединение выступающих поверхностей профильного диска с основным и покрывным дисками выполнено посредством пайки.5. Рабочее колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что жесткое соединение выступающих поверхностей профильного диска с основным и покрывным дисками выполнено посредством склейки.