ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ НАСОС Российский патент 2005 года по МПК F04D1/06 F04D29/04 

Изобретение относится к области насосостроения, в частности к конструкции центробежного многоступенчатого насоса, и может быть использовано в системах искусственного поддержания пластового давления (ППД) на нефтяных месторождениях в нефтяной, нефтегазовой, горнодобывающей и других отраслях промышленности, а также для создания гидравлической энергии привода скважинных турбонасосных агрегатов при подъеме из скважины пластовых жидкостей и газожидкостных смесей с повышенным содержанием газа.

Известна конструкция центробежного многоступенчатого насоса, выбранная в качестве прототипа, содержащая корпус, в котором со стороны ведущего диска рабочего колеса установлена направляющая лопастная решетка. Рабочее колесо установлено в корпусе и имеет между ведущим и ведомым дисками, по крайней мере, два ряда рабочих лопастных решеток (a.c.CCCP №684158, опубл. 05.09.1979, бюл.№33).

Для разгрузки насоса от осевых сил направляющая лопастная решетка расположена между двумя концентричными рядами рабочих лопастных решеток и закреплена на корпусе со стороны основного диска колеса.

Такая конструкция позволяет получить некоторую степень разгрузки от осевой силы, но одновременно недостаток такой конструкции в том, что она имеет низкий КПД подачи, обусловленный включением направляющей лопастной решетки в проточную часть. Это приводит к дополнительному вихреобразованию в канале рабочего колеса и практически не позволяет создать на основе известной конструкции, насос который бы обеспечивал возможность установки на одном валу насоса большого количества надежно работающих ступеней с высоким КПД.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания центробежного многоступенчатого насоса, в котором путем снижения осевого усилия, действующего на рабочее колесо с одновременным улучшением динамических характеристик передних уплотнений, обеспечивается возможность установки на одном валу насоса большого количества надежно работающих ступеней с высоким КПД.

Поставленная задача достигается тем, что в центробежном многоступенчатом насосе содержащем направлявляющий аппарат с неподвижной направляющей лопастной решеткой, рабочее колесо, в котором между основным и покрывающим дисками закреплена рабочая лопастная решетка, согласно изобретению неподвижная направляющая лопастная решетка выполнена в виде радиальных пластин и установлена на секции в передней пазухе рабочего колеса с зазором относительно покрывающего диска, а на основном диске закреплены импеллеры с зазором относительно внутренней стенки направляющего аппарата, при этом на торцовых поверхностях рабочего колеса выполнены канавки, в которых размещены упорные кольца и втулка направляющего аппарата имеет также упорное кольцо.

Густота направляющей лопастной решетки может иметь следующую зависимость:

где l - длина лопасти;

t_cp - шаг на среднем диаметре решетки.

Зазор между лопастями направляющей решетки и ведомым диском может быть равен:

S₁-(0,01-0,0055)D,

где S₁ - зазор;

D - наружный диаметр рабочего колеса.

Зазор между торцами импеллеров и внутренней стенкой направляющего аппарата может быть равен:

S₂ (0,0017-0,0055) D,

где S₂ - зазор;

D - наружный диаметр рабочего колеса.

Установка направляющей решетки на секции в передней пазухе рабочего колеса и выполненной в виде радиальных пластин способствует уменьшению скорости вращения перекачиваемой среды в пазухе рабочего колеса и увеличению давления жидкости на покрывающий диск рабочего колеса. Размещение же импеллеров на основном диске рабочего колеса позволит увеличить в задней пазухе скорость вращения перекачиваемой среды, тем самым уменьшить давление и, следовательно, осевое усилие на основной диск.

Благодаря этому удается достичь нулевого значения осевого усилия, действующего на рабочее колесо, и, кроме того, обеспечить жидкостный режим трения в опорах скольжения, которые образованы упорными кольцами на торцовых поверхностях рабочего колеса и на втулке направляющего аппарата.

В предлагаемой конструкции осевые усилия, действующие на рабочее колесо, воспринимаются торцовыми упорными кольцами, которые в этом случае работают как опоры скольжения, смазкой для которой служит перекачиваемая среда. Такая конструкция передней пазухи, наряду с разгрузкой осевого усилия, увеличивает несущую способность передних уплотнений, что дает возможность установить на одном валу насоса большое количество ступеней.

Таким образом, центробежный многоступенчатый насос, выполненный согласно настоящему изобретению, обеспечивает возможность установки на одном валу насоса большого количества надежно работающих ступеней с высоким КПД.

Использование совокупности всех существенных признаков, включая отличительные, позволяет повысить КПД насоса и увеличить надежность и долговечность работы насосного оборудования и тем самым обеспечить широкое использование центробежных многоступенчатых насосов в нефтяной и нефтегазовой промышленности.

Изобретение поясняется чертежами:

На фиг.1 схематически изображена насосная установка. На фиг.2 показан разрез проточной части насоса по А-А.

Центробежный многоступенчатый насос, выполненный согласно настоящему изобретению, имеет блочную конструкцию и содержит электродвигатель 1, связанный с входным блоком 2 насоса посредством соединительной муфты 3 и кронштейна 4. Промежуточный блок 5 связан с входным блоком 2 и выходным блоком 6 разъемными соединениями. К выходному блоку 6 прикреплен также разъемным соединением отвод 7. Между блоками 2, 5 и 6 установлены опоры 8, связанные с рамой 9. Каждый блок насоса содержит размещенные между секциями 10 (фиг.2) и направляющими аппаратами 11 (фиг.2) рабочие колеса 12 (фиг.2), в передних пазухах которых на секциях 10 с зазорами 13 (равными S₁) относительно покрывающих дисков 14 рабочих колес 12 установлены радиальные лопатки 15, образующие неподвижную направляющую решетку. На основном диске 16 рабочего колеса 12 установлены с зазором 17 (равным S₂) относительно внутренней поверхности направляющего аппарата 11 импеллеры 18. В кольцевых канавках на передней и задней торцовых поверхностях рабочего колеса 12 размещены упорные кольца 19 и 20. Направляющий аппарат 11 имеет втулку 21, в кольцевой канавке которой также установлено упорное кольцо 22.

Рабочие колеса 12 насоса приводятся в движение от электродвигателя 1, который передает крутящий момент через соединительную муфту 3. Перекачиваемая среда поступает в подводящий патрубок входного блока 2 и направляется в рабочее колесо 12 первой ступени. После приобретения напора в рабочем колесе 12 жидкость поступает в направляющий аппарат 11 и далее в рабочее колесо 12 следующей ступени. После приобретения необходимого напора в ступенях блоков входного 2, промежуточного 5, выходного 6 жидкость с последней ступени выходит через отвод 7 насоса. Под действием системы неподвижных лопаток 15 в процессе работы происходит затормаживание потока в передней пазухе и увеличение в ней давления жидкости, что обуславливает увеличение осевой силы, действующей на покрывающий диск.

Разгрузка рабочего колеса 12 от остаточной осевой силы происходит за счет установки на основном диске 16 системы радиальных импеллеров 18 с зазором 17, раскручивающих поток и уменьшающих давление в задней пазухе, что приводит к уменьшению осевой силы, действующей на основной диск 16.

На режимах работы насоса, отличающихся от оптимальных, неуравновешенная осевая сила воспринимается опорами скольжения 19, 20, 22, втулкой 21. Необходимые показатели надежности опор скольжения достигаются за счет уменьшения осевой силы с помощью системы лопаток 15 и импеллеров 18, установленных с зазорами 13 и 17 соответственно. Работа колеса 12 на упорных кольцах 19 и 20 обеспечивается за счет плавающего (не закрепленного на валу в осевом направлении) исполнения.

За счет плавающего исполнения рабочего колеса в насосе не предусмотрена установка разгрузочных устройств, применяемых в традиционных многоступенчатых центробежных насосах.

Улучшение динамических характеристик передних уплотнений рабочих колес 12 происходит за счет уменьшения закрутки потока на входе в уплотнение и увеличения перепада давления на нем, в результате чего несущая способность передних уплотнений повышается. Таким образом, каждая ступень насоса снабжена индивидуальным опорным подшипником, поэтому в насосе не предусмотрена установка промежуточных подшипниковых опор.

Использование предлагаемой конструкции насоса обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества:

- повышается напорность и экономичность насоса;

- увеличивается надежность и долговечность работы насосного оборудования;

- обеспечивается возможность широкого использования в нефтяной, нефтегазовой и горнодобывающей промышленности с высокими ТЭП.

Изобретение может быть использовано в системах искусственной поддержки пластового давления на нефтяных месторождениях, а также для подъема из скважин пластовых жидкостей и газожидкостных смесей с повышенным содержанием газа. Каждая ступень насоса имеет рабочее колесо и направляющий аппарат с неподвижной направляющей лопастной решеткой. Решетка выполнена в виде радиальных пластин и установлена на секции в передней пазухе рабочего колеса с зазором относительно покрывающего диска. На основном диске закреплены импеллеры с зазором относительно внутренней стенки направляющего аппарата. На торцовых поверхностях рабочего колеса выполнены канавки, в которых размещены упорные кольца. Втулка направляющего аппарата также имеет упорное кольцо. Изобретение направлено на повышение напорности и экономичности насоса и увеличение надежности и долговечности работы насосного оборудования. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Центробежный многоступенчатый насос, содержащий направляющий аппарат с неподвижной направляющей лопастной решеткой, рабочее колесо, в котором между основным и покрывающим дисками закреплена рабочая лопастная решетка, отличающийся тем, что неподвижная направляющая лопастная решетка выполнена в виде радиальных пластин и установлена на секции в передней пазухе рабочего колеса с зазором относительно покрывающего диска, а на основном диске закреплены импеллеры с зазором относительно внутренней стенки направляющего аппарата, при этом на торцовых поверхностях рабочего колеса выполнены канавки, в которых размещены упорные кольца, и втулка направляющего аппарата также имеет упорное кольцо.2. Центробежный многоступенчатый насос по п.1, отличающийся тем, что густота неподвижной направляющей лопастной решетки имеет следующую зависимость:

где l - длина лопасти;

t_cp - шаг на среднем диаметре решетки.