ВЕРТИКАЛЬНЫЙ НЕФТЯНОЙ ЭЛЕКТРОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ (ВАРИАНТЫ) И ВАЛОПРОВОД ВЕРТИКАЛЬНОГО ЭЛЕКТРОНАСОСНОГО АГРЕГАТА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2012 года по МПК F04D13/06 F04D9/04 F04D29/04 

Изобретение относится к насосостроению, а именно к вертикальным нефтяным электронасосным агрегатам, и может быть использовано в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.

Известен вертикальный химический электронасосный агрегат для перекачивания агрессивных сред, содержащий электродвигатель, сопряженный с ним шнекоцентробежный насос, снабженный всасывающим и выходным патрубками. С целью повышения антикавитационных показателей насоса всасывающий патрубок содержит подкачивающий шнек, закрепленный на валу шнекоцентробежного насоса (RU 2006122670 A, опубл. 10.01.2008).

Известен шнекоцентробежный насос, содержащий корпус, установленный в нем направляющий аппарат и подвижно на передней и задней подшипниковых опорах ротор, включающий шнековый преднасос и центробежные колеса, имеющие втулки и диски, в которых вблизи втулки выполнены сквозные отверстия. В дисках с обеих сторон выполнены каналы, равномерно распределенные по окружности и ограниченные крышками. Передняя опора ротора выполнена в виде подшипника качения, внутренняя обойма которого прочно скреплена с наружными кромками шнека (RU 2252337 C2, опубл. 20.05.2005).

Известен вертикальный шнеково-центробежный насос, содержащий корпус с установленными в нем центробежным рабочим колесом и предвключенным шнеком, размещенным внутри нижней части удлиненной трубы, консольно закрепленной к центральной всасывающей части корпуса. Колесо и шнек соединены между собой удлиненной трансмиссией. На всасывающем участке трубы выполнен один или более обратных клапанов, например, в виде расположенных выше предвключенного шнека окон, снабженных нормально закрытыми лепестковыми упругими элементами, выполненных с возможностью открытия за счет давления разрежения перекачиваемой жидкости при ее полном заполнении вращающегося центробежного рабочего колеса (RU 2305208 C1, опубл. 27.08.2007).

Недостатками известных технических решений являются относительно невысокие надежность и долговечность работы и обусловленные конструктивными решениями невысокие гидродинамические характеристики, что приводит к повышенному износу рабочих узлов и снижению КПД насосов в процессе эксплуатации.

Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке вертикального нефтяного электронасосного агрегата и валопровода вертикального электронасосного агрегата с повышенной стабильностью и долговечностью работы при увеличении КПД и снижении энергоемкости перекачивания любых видов нефтесодержащих жидкостей от товарной нефти и нефтепродуктов до сырой и обводненной нефти с высоким содержанием воды, а также твердых дискретных частиц, в том числе с перекачиванием указанных сред в безкавитационных режимах.

Поставленная задача решается тем, что по первому варианту вертикальный нефтяной электронасосный агрегат для откачки жидкой среды согласно изобретению включает последовательно сообщенные электродвигатель, основной, предпочтительно, центробежный насос, трансмиссию, бустер и заборную трубу; при этом электродвигатель содержит корпус, ротор с валом, оснащенным присоединительной полумуфтой; основной насос содержит снабженный опорным фланцем корпус, состоящий из имеющих открытые на проток полости не менее чем одной напорной секции с крыльчаткой и направляющим аппаратом, подводящего канала, секции отвода с образованием полостями указанных секций и подводящим каналом проточной полости насоса и заключенный в корпус вал ротора; трансмиссия содержит не менее одной, предпочтительно, не менее двух секций, каждую с двумя концевыми и соединительным корпусами, в которых с опиранием на подшипники установлен вал, заключенный в неподвижную оболочку - разделительную трубу с образованием между последней и упомянутыми корпусами проточной полости для перекачиваемой среды; бустер содержит корпус, размещенное в корпусе рабочее колесо в виде шнека с валом, на котором закреплена втулка с многозаходной крыльчаткой, гидродинамически сопряженной с закрепленным в корпусе спрямляющим аппаратом с образованием совместно с корпусом бустера проточной полости, при этом обтекаемая поверхность втулки и ограниченная ею сторона проточной полости имеют форму тела вращения - ундулоида с вогнуто-выпуклой образующей, а втулка содержит на входе антикавитационный участок, дополненный переходным с радиусом, возрастающим по ходу потока до радиуса выходного участка, и до обеспечения практически бесступенчатого перехода последнего и упомянутой кольцевой полости шнека в кольцевую полость на участке спрямляющего аппарата, а многозаходная крыльчатка выполнена с многоступенчатым возрастанием по ходу потока в геометрической прогрессии количества и числа заходности спиральных лопаток шнека; причем бустер, трансмиссия и основной насос последовательно соосно сообщены валами роторов с валом ротора электродвигателя с образованием валопровода с возможностью синхронного вращения с валом электродвигателя и передачи крутящего момента роторам основного насоса и бустера, а путем соединения упомянутых проточных полостей насоса, трансмиссии, бустера и заборной трубы в электронасосном агрегате образован единый проточный тракт; кроме того, упомянутые напорные секции последовательно соединены в насосе по потоку перекачиваемой среды с возможностью передачи в каждую последующую секцию и/или на выход в напорную линию давления, суммированного с давлением, создаваемым в каждой из предыдущих секций, а общее число напорных секций в насосе принято не менее определяемого отношением заданного напора насоса к напору, создаваемому одной секцией; при этом крыльчатка каждой напорной секции выполнена в виде рабочего колеса, включающего диск, снабженный с заходной стороны спирально изогнутыми в плане лопатками, разделенными межлопаточными каналами, активный объем динамического заполнения которых перекачиваемой средой выполнен с возможностью выброса на проток за один оборот рабочего колеса не менее 1,4·10^-5 м³/об.

При этом крыльчатка шнека бустера может быть выполнена на входе трехзаходной, а на выходе двенадцатизаходной, при этом входные лопатки пролонгированы на всю длину шнека, а выходные дополнены тремя лопатками второй ступени и шестью лопатками третьей ступени, осевая длина последних в проекции на радиально-осевую плоскость составляет не более 17%, а лопаток второй ступени не более 35% осевой длины шнека, считая от условной выходной плоскости, нормальной к оси шнека.

Примыкающая к бустеру снизу заборная труба может быть снабжена защитной сеткой или, по меньшей мере, защитной сеткой-фильтром.

Основной насос может содержать верхнюю и нижнюю подшипниковые опоры и узел уплотнения, расположенный между верхней подшипниковой опорой и секцией отвода.

Электронасосный агрегат может быть предназначен для откачки товарной нефти из безнапорной емкости и подачи во всасывающую магистраль, например, нефтеперекачивающей станции.

Электронасосный агрегат может быть предназначен для откачки обводненной нефти с содержанием воды до 100% и с минерализацией до 200 г/л.

Электронасосный агрегат может быть предназначен для откачки низковязких жидкостей типа дизельного топлива и газоконденсата.

По второму варианту вертикальный нефтяной электронасосный агрегат для откачки жидкой среды согласно изобретению включает последовательно сообщенные электродвигатель, основной, предпочтительно, центробежный насос, трансмиссию, бустер и заборную трубу; при этом электродвигатель содержит корпус, ротор с валом, оснащенным присоединительной полумуфтой; основной насос содержит снабженный опорным фланцем корпус, состоящий из имеющих открытые на проток полости не менее чем одной напорной секции с крыльчаткой и направляющим аппаратом, подводящего канала, секции отвода с образованием полостями указанных секций и подводящим каналом проточной полости насоса и заключенный в корпус вал ротора; трансмиссия содержит не менее одной, предпочтительно, не менее двух секций, каждую с двумя концевыми и соединительным корпусами, в которых с опиранием на подшипники установлен вал, заключенный в неподвижную оболочку - разделительную трубу с образованием между последней и упомянутыми корпусами проточной полости для перекачиваемой среды; бустер содержит корпус, размещенное в корпусе рабочее колесо в виде шнека с валом, на котором закреплена втулка с многозаходной крыльчаткой, гидродинамически сопряженной с закрепленным в корпусе спрямляющим аппаратом с образованием совместно с корпусом бустера проточной полости, при этом обтекаемая поверхность втулки и ограниченная ею сторона проточной полости имеют форму тела вращения - ундулоида с вогнуто-выпуклой образующей, а втулка содержит на входе антикавитационный участок, дополненный переходным с радиусом, возрастающим по ходу потока до радиуса выходного участка и до обеспечения практически бесступенчатого перехода последнего и упомянутой кольцевой полости шнека в кольцевую полость на участке спрямляющего аппарата, а многозаходная крыльчатка выполнена с многоступенчатым возрастанием по ходу потока в геометрической прогрессии количества и числа заходности спиральных лопаток шнека, причем бустер, трансмиссия и основной насос последовательно соосно сообщены валами роторов с валом ротора электродвигателя с образованием валопровода с возможностью синхронного вращения с валом электродвигателя и передачи крутящего момента роторам основного насоса и бустера, а путем соединения упомянутых проточных полостей насоса, трансмиссии, бустера и заборной трубы в электронасосном агрегате образован единый проточный тракт, кроме того, упомянутые напорные секции последовательно соединены в насосе по потоку перекачиваемой среды с возможностью передачи в каждую последующую секцию и/или на выход в напорную линию давления, суммированного с давлением, создаваемым в каждой из предыдущих секций, а общее число напорных секций в насосе принято не менее определяемого отношением заданного напора насоса к напору, создаваемому одной секцией.

При этом крыльчатка каждой напорной секции может быть выполнена в виде рабочего колеса, включающего диск, снабженный с заходной стороны спирально изогнутыми в плане лопатками, разделенными межлопаточными каналами.

Активный объем динамического заполнения перекачиваемой средой каждого из межлопаточных каналов может быть выполнен с возможностью выброса на проток за один оборот рабочего колеса не менее 1,4·10^-5 м³/об.

Примыкающая к бустеру снизу заборная труба может быть снабжена защитной сеткой или, по меньшей мере, защитной сеткой-фильтром.

Каждая секция трансмиссии может иметь протяженную трубчатую форму, выполнена с возможностью встречной передачи крутящего момента от электродвигателя к бустеру и транспортирования перекачиваемой среды от заборной трубы через бустер и трансмиссию в насос.

Каждая сборная секция трансмиссии может быть принята одной из двух длин, отличающихся одна от другой не менее чем на длину бустера.

Поставленная задача в части валопровода решается тем, что по первому варианту валопровод вертикального электронасосного агрегата с протяженным корпусом согласно изобретению образован из последовательно соединенных с возможностью передачи крутящего момента и восприятия гравитационных и реактивных осевых усилий валов роторов электродвигателя, насоса, не менее чем одной, предпочтительно, двух сборных секций трансмиссии и вала ротора бустера, при этом каждый из входящих в валопровод перечисленных валов роторов установлен с возможностью вращения в подшипниках соответственно верхней и нижней концевых опор, которые в свою очередь, начиная с нижних опор насоса, оперты на корпус электронасосного агрегата посредством ребер, образующих на каждой опоре гидропрозрачный сотовый канал, с возможностью пропуска и дополнительной стабилизации движения струй потока перекачиваемой среды в направлении, встречном осевому вектору направления передачи крутящего момента.

При этом, по меньшей мере, на части длины, включающей сборную секцию трансмиссии, валопровод может быть образован валом ротора трансмиссии, состоящим из полой трубы с массивными концевыми опорными участками, а каждый участок валопровода в составе каждой сборной секции трансмиссии отделен от контактирования с потоком перекачиваемой среды дополнительной неподвижно сообщенной с корпусом электронасосного агрегата трубчатой оболочкой.

Валопровод может содержать две части - верхнюю, ограниченную опорным фланцем насоса, непогружную часть, включающую вал ротора электродвигателя и, по меньшей мере, верхнюю часть вала ротора насоса, а также нижнюю, выполненную полупогружной часть длины, расположенную в корпусе вертикального насосного агрегата, ниже упомянутого опорного фланца насоса.

При заданной технологической длине полупогружной части, равной или превышающей две наибольшие из упомянутых длин сборных секций трансмиссии, последняя может быть сформирована из целого числа указанных сборных секций с любым сочетанием их длин, плюс длина бустера и, при необходимости, отрезок заборной трубы, предпочтительно, длиной менее минимальной из двух упомянутых длин сборных секций трансмиссии.

По второму варианту валопровод вертикального электронасосного агрегата с протяженным корпусом согласно изобретению образован из последовательно соединенных с возможностью передачи крутящего момента и восприятия гравитационных и реактивных осевых усилий валов роторов электродвигателя, насоса, не менее чем одной, предпочтительно, двух сборных секций трансмиссии и вала ротора бустера, при этом каждый из входящих в валопровод перечисленных валов роторов установлен с возможностью вращения в подшипниках соответственно верхней и нижней концевых опор, закрепленных в корпусе электронасосного агрегата с возможностью пропуска потока перекачиваемой среды в направлении, встречном осевому вектору направления передачи крутящего момента, при этом каждая секция трансмиссии содержит сборный корпус, включающий два связанных соединительным корпусом концевых корпуса - верхний и нижний, в которых с возможностью передачи крутящего момента установлен на снабженных подшипниками опорах вал ротора трансмиссии, заключенный в разделительную трубу с образованием проточной полости между последней и упомянутыми корпусами, предназначенной для транспортирования перекачиваемой среды, причем каждая из упомянутых опор вала ротора вмонтирована в соответствующий концевой корпус секции трансмиссии посредством продольно-ориентированных ребер, образующих в совокупности гидропрозрачный сотовый канал проточной полости в каждом концевом корпусе секции трансмиссии.

Технический результат, достигаемый приведенной совокупностью признаков, состоит в разработке вертикального нефтяного электронасосного агрегата и валопровода вертикального нефтяного электронасосного агрегата с повышенной стабильностью и долговечностью работы при увеличении КПД и снижении энергоемкости перекачивания любых видов нефтесодержащих жидкостей от товарной нефти и нефтепродуктов до сырой и обводненной нефти с высоким содержанием воды, а также твердых дискретных частиц, в том числе с перекачиванием указанных сред в безкавитационных режимах, что достигается за счет разработанных в изобретении технических решений секционированного насоса, позволяющего варьировать в широких пределах достигаемый напор перекачиваемой жидкой среды, а также оригинальных компактных полифункционально исполненных сборных секций трансмиссии и найденной в изобретении антикавитационной композиции вала ротора, втулки со ступенчато многозаходной крыльчаткой и проточной полости бустера, а также полифункционального решения валопровода с совмещением встречно направленных передачи крутящего момента от вала ротора электродвигателя к валу ротора бустера и потока перекачиваемой среды в кольцевой полости, ограниченной стенками корпуса агрегата и элементами валов роторов валопровода.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображен вертикальный нефтяной электронасосный агрегат, вид спереди;

на фиг.2 - основной центробежный насос, вертикальный разрез;

на фиг.3 - трансмиссия, вертикальный разрез;

на фиг.4 - бустер, вертикальный разрез;

на фиг.5 - крыльчатка основного насоса, в изометрии.

Вертикальный нефтяной электронасосный агрегат для откачки жидкой среды включает последовательно сообщенные электродвигатель 1, основной, предпочтительно, центробежный насос 2, трансмиссию 3, бустер 4 и заборную трубу 5.

Электродвигатель 1 содержит корпус 6, ротор с валом 7, оснащенным присоединительной полумуфтой 8.

Основной насос 2 содержит снабженный опорным фланцем 9 корпус 10, состоящий из имеющих открытые на проток полости не менее чем одной напорной секции 11 с крыльчаткой 12 и направляющим аппаратом 13, подводящего канала 14, секции 15 отвода с образованием полостями указанных секций 11 и подводящим каналом 14 проточной полости 16 насоса 2. Насос 2 снабжен также заключенным в корпус 10 вал 17 ротора.

Трансмиссия 3 содержит не менее одной, предпочтительно, не менее двух секций 18, каждую с двумя концевыми и соединительным корпусами 19 и 20 соответственно, в которых с опиранием на подшипники 21 установлен вал 22, заключенный в неподвижную оболочку - разделительную трубу 23 с образованием между последней и упомянутыми корпусами проточной полости 24 для перекачиваемой среды.

Бустер 4 содержит корпус 25, размещенное в корпусе рабочее колесо в виде шнека 26 с валом 27, на котором закреплена втулка 28 с многозаходной крыльчаткой 29, гидродинамически сопряженной с закрепленным в корпусе спрямляющим аппаратом 30 с образованием совместно с корпусом 25 бустера 4 проточной полости 31. Обтекаемая поверхность втулки 28 и ограниченная ею сторона проточной полости 31 имеют форму тела вращения - ундулоида с вогнуто-выпуклой образующей. Втулка 28 содержит на входе антикавитационный участок 32, дополненный переходным участком 33 с радиусом, возрастающим по ходу потока до радиуса выходного участка 34 и до обеспечения практически бесступенчатого перехода последнего и упомянутой кольцевой полости шнека 26 в кольцевую полость на участке спрямляющего аппарата 30. Крыльчатка 29 шнека 26 выполнена с многоступенчатым возрастанием по ходу потока в геометрической прогрессии количества и числа заходности спиральных лопаток 35 шнека 26.

Бустер 4, трансмиссия 3 и основной насос 2 последовательно соосно сообщены валами 27, 22, 17 роторов с валом 7 ротора электродвигателя 1 с образованием валопровода с возможностью синхронного вращения с валом 7 электродвигателя и передачи крутящего момента роторам основного насоса 2 и бустера 4. Путем соединения проточных полостей 16, 24, 31 соответственно насоса 2, трансмиссии 3, бустера 4 и заборной трубы 5 в электронасосном агрегате образован единый проточный тракт.

Напорные секции 11 последовательно соединены в насосе 2 по потоку перекачиваемой среды с возможностью передачи в каждую последующую секцию и/или на выход в напорную линию давления, суммированного с давлением, создаваемым в каждой из предыдущих секций. Общее число напорных секций 11 в насосе 2 принято не менее определяемого отношением заданного напора насоса 2 к напору, создаваемому одной секцией 11. Крыльчатка 12 каждой напорной секции 11 выполнена в виде рабочего колеса, включающего диск 36, снабженный с заходной стороны спирально изогнутыми в плане лопатками 37, разделенными межлопаточными каналами 38, активный объем динамического заполнения которых перекачиваемой средой выполнен с возможностью выброса на проток за один оборот рабочего колеса не менее 1,4·10^-5 м³/об.

Крыльчатка 29 шнека 26 бустера 4 выполнена на входе трехзаходной, а на выходе двенадцатизаходной. Входные лопатки 35 пролонгированы на всю длину шнека 26, а выходные дополнены тремя лопатками второй ступени и шестью. Осевая длина лопаток третьей ступени в проекции на радиально-осевую плоскость составляет не более 17%, а лопаток второй ступени не более 35% осевой длины шнека 26, считая от условной выходной плоскости, нормальной к оси шнека.

Примыкающая к бустеру 4 снизу заборная труба 5 снабжена защитной сеткой или, по меньшей мере, защитной сеткой-фильтром (не показано).

Основной насос 2 содержит верхнюю и нижнюю подшипниковые опоры 39 и 40 соответственно и узел 41 уплотнения, расположенный между верхней подшипниковой опорой и секцией 15 отвода.

Электронасосный агрегат предназначен для откачки товарной нефти из безнапорной емкости и подачи во всасывающую магистраль, например, нефтеперекачивающей станции.

Электронасосный агрегат предназначен для откачки обводненной нефти с содержанием воды до 100% и с минерализацией до 200 г/л.

Электронасосный агрегат предназначен для откачки низковязких жидкостей типа дизельного топлива и газоконденсата.

По второму варианту вертикальный нефтяной электронасосный агрегат для откачки жидкой среды включает последовательно сообщенные электродвигатель 1, основной, предпочтительно, центробежный насос 2, трансмиссию 3, бустер 4 и заборную трубу 5.

Электродвигатель 1 содержит корпус 6, ротор с валом 7, оснащенным присоединительной полумуфтой 8.

Основной насос 2 содержит снабженный опорным фланцем 9 корпус 10, состоящий из имеющих открытые на проток полости не менее чем одной напорной секции 11 с крыльчаткой 12 и направляющим аппаратом 13, подводящего канала 14, секции 15 отвода с образованием полостями указанных секций 11 и подводящим каналом 14 проточной полости 16 насоса 2. Насос 2 снабжен также заключенным в корпус 10 вал 17 ротора.

Трансмиссия 3 содержит не менее одной, предпочтительно, не менее двух секций 18, каждую с двумя концевыми и соединительным корпусами 19 и 20 соответственно, в которых с опиранием на подшипники 21 установлен вал 22, заключенный в неподвижную оболочку - разделительную трубу 23 с образованием между последней и упомянутыми корпусами проточной полости 24 для перекачиваемой среды.

Бустер 4 содержит корпус 25, размещенное в корпусе рабочее колесо в виде шнека 26 с валом 27, на котором закреплена втулка 28 с многозаходной крыльчаткой 29, гидродинамически сопряженной с закрепленным в корпусе спрямляющим аппаратом 30 с образованием совместно с корпусом 25 бустера проточной полости 31. Обтекаемая поверхность втулки 28 и ограниченная ею сторона проточной полости 31 имеют форму тела вращения - ундулоида с вогнуто-выпуклой образующей. Втулка 28 содержит на входе антикавитационный участок 32, дополненный переходным участком 33 с радиусом, возрастающим по ходу потока до радиуса выходного участка 34 и до обеспечения практически бесступенчатого перехода последнего и упомянутой кольцевой полости шнека 26 в кольцевую полость на участке спрямляющего аппарата 30. Многозаходная крыльчатка 29 выполнена с многоступенчатым возрастанием по ходу потока в геометрической прогрессии количества и числа заходности спиральных лопаток 35 шнека 26.

Бустер 4, трансмиссия 3 и основной насос 2 последовательно соосно сообщены валами роторов 27, 22, 17 с валом 7 ротора электродвигателя 1 с образованием валопровода с возможностью синхронного вращения с валом 7 электродвигателя 1 и передачи крутящего момента роторам основного насоса 2 и бустера 4. Путем соединения проточных полостей 16, 24, 31 соответственно насоса 2, трансмиссии 3, бустера 4 и заборной трубы 5 в электронасосном агрегате образован единый проточный тракт.

Напорные секции 11 последовательно соединены в насосе 2 по потоку перекачиваемой среды с возможностью передачи в каждую последующую секцию и/или на выход в напорную линию давления, суммированного с давлением, создаваемым в каждой из предыдущих секций. Общее число напорных секций 11 в насосе 2 принято не менее определяемого отношением заданного напора насоса к напору, создаваемому одной секцией 11.

Крыльчатка 12 каждой напорной секции 11 выполнена в виде рабочего колеса, включающего диск 36, снабженный с заходной стороны спирально изогнутыми в плане лопатками 37, разделенными межлопаточными каналами 38. Активный объем динамического заполнения перекачиваемой средой каждого из межлопаточных каналов выполнен с возможностью выброса на проток за один оборот рабочего колеса не менее 1,4·10^-5 м³/об.

Примыкающая к бустеру 4 снизу заборная труба 5 снабжена защитной сеткой или, по меньшей мере, защитной сеткой-фильтром (не показано).

Каждая секция 18 трансмиссии имеет протяженную трубчатую форму, выполнена с возможностью встречной передачи крутящего момента от электродвигателя 1 к бустеру 4 и транспортирования перекачиваемой среды от заборной трубы 5 через бустер 4 и трансмиссию 3 в насос 2.

Каждая сборная секция 18 трансмиссиии 3 принята одной из двух длин, отличающихся одна от другой не менее чем на длину бустера 4.

По первому варианту валопровод вертикального электронасосного агрегата с протяженным корпусом образован из последовательно соединенных с возможностью передачи крутящего момента и восприятия гравитационных и реактивных осевых усилий валов роторов 7, 17, 27 соответственно электродвигателя 1, основного насоса 2, не менее чем одной, предпочтительно, двух сборных секций 18 трансмиссии 3 и вала 27 ротора бустера 4. Каждый из входящих в валопровод перечисленных валов роторов установлен с возможностью вращения в подшипниках соответственно верхней и нижней концевых опор, которые в свою очередь, начиная с нижних опор насоса, оперты на корпус электронасосного агрегата посредством ребер, образующих на каждой опоре гидропрозрачный сотовый канал, с возможностью пропуска и дополнительной стабилизации движения струй потока перекачиваемой среды в направлении, встречном осевому вектору направления передачи крутящего момента.

По меньшей мере, на части длины, включающей сборную секцию 18 трансмиссии 3, валопровод образован валом 22 ротора трансмиссии 3, состоящим из полой трубы 42 с массивными концевыми опорными участками 43. Каждый участок валопровода в составе каждой сборной секции 18 трансмиссии 3 отделен от контактирования с потоком перекачиваемой среды дополнительной неподвижно сообщенной с корпусом электронасосного агрегата трубчатой оболочкой - разделительной трубой 23.

Валопровод содержит две части - верхнюю, ограниченную опорным фланцем 9 насоса 2, непогружную часть, включающую вал 7 ротора электродвигателя 1 и, по меньшей мере, верхнюю часть вала 17 ротора насоса 2, а также нижнюю выполненную полупогружной часть длины, расположенную в корпусе вертикального насосного агрегата, ниже упомянутого опорного фланца 9 насоса 2.

При заданной технологической длине полупогружной части, равной или превышающей две наибольшие из упомянутых длин сборных секций 18 трансмиссии 3, последняя сформирована из целого числа указанных сборных секций 18 с любым сочетанием их длин, плюс длина бустера 4 и, при необходимости, отрезок заборной трубы 5, предпочтительно, длиной менее минимальной из двух упомянутых длин сборных секций 18 трансмиссии 3.

По второму варианту валопровод вертикального электронасосного агрегата с протяженным корпусом образован из последовательно соединенных с возможностью передачи крутящего момента и восприятия гравитационных и реактивных осевых усилий валов роторов 7, 17, 22 соответственно электродвигателя 1, основного насоса 2, не менее чем одной, предпочтительно, двух сборных секций 18 трансмиссии 3 и вала 27 ротора бустера 4. Каждый из входящих в валопровод перечисленных валов роторов установлен с возможностью вращения в подшипниках соответственно верхней и нижней концевых опор, закрепленных в корпусе электронасосного агрегата с возможностью пропуска потока перекачиваемой среды в направлении, встречном осевому вектору направления передачи крутящего момента. Каждая секция 18 трансмиссии 3 содержит сборный корпус, включающий два связанных соединительным корпусом 20 концевых корпуса 19 - верхний и нижний, в которых с возможностью передачи крутящего момента установлен на снабженных подшипниками 21 опорах вал 22 ротора трансмиссии 3, заключенный в разделительную трубу 23 с образованием проточной полости 24 между последней и упомянутыми корпусами предназначенной для транспортирования перекачиваемой среды. Каждая из упомянутых опор вала 22 ротора вмонтирована в соответствующий концевой корпус 19 секции 18 трансмиссии 4 посредством продольно-ориентированных ребер 44, образующих в совокупности гидропрозрачный сотовый канал 45 проточной полости 24 в каждом концевом корпусе 19 секции 18 трансмиссии 3.

Работа осуществляется следующим образом.

При включении электродвигателя 1 крутящий момент по валопроводу поступает на вал 17 ротора основного насоса 2, на вал 22 ротора трансмиссии 3 и на вал 27 ротора бустера 4, приводя в движение крыльчатку 29 шнека 26. В последнюю через заборную трубу 5 поступает перекачиваемая среда - товарная нефть, нефтепродукты, газоконденсат или обводненная нефть и, последовательно обтекая антикавитационный, переходный и выходной участки 32, 33 и 34 втулки 28 шнека 26 и каналы спрямляющего аппарата 30 поток, приобретает упорядочный характер и поступает в проточную полость 24 трансмиссии 3 с давлением, созданным в бустере 4. Затем перекачиваемая среда проходит через последовательные участки проточной полости 24 трансмиссии 3 и поступает в напорные секции 11 основного центробежного насоса 2, приобретая в каждой ступенчатое повышение давления, суммарно возрастающее при входе в секцию 15 отвода пропорционально числу напорных секций 11.

Таким образом, разработанные в изобретении технические решения секционированного насоса, компактных полифункционально исполненных сборных секций трансмиссии, найденной в изобретении антикавитационной композиции вала ротора, втулки со ступенчато многозаходной крыльчаткой и проточной полости бустера, а также полифункционального решения валопровода с совмещением встречно направленных передачи крутящего момента от вала ротора электродвигателя к валу ротора бустера и потока перекачиваемой среды в кольцевой полости, ограниченной стенками корпуса агрегата и элементами валов роторов валопровода, позволяют повысить стабильность и долговечность работы агрегата при увеличении КПД и снижении энергоемкости перекачивания любых видов нефтесодержащих жидкостей от товарной нефти и нефтепродуктов до сырой и обводненной нефти с высоким содержанием воды, а также твердых дискретных частиц, в том числе с перекачиванием указанных сред в безкавитационных режимах.

Группа изобретений относится к насосостроению, а именно к вертикальным электронасосным агрегатам для нефтяной и др. отраслей промышленности. Агрегат включает последовательно сообщенные электродвигатель, основной насос, трансмиссию, бустер и заборную трубу. Основной насос содержит вал ротора и не менее чем одну напорную секцию с крыльчаткой и направляющим аппаратом, подводящий канал, секцию отвода. В корпусе бустера размещен шнек с валом, на котором закреплена втулка с многозаходной крыльчаткой. Втулка содержит на входе антикавитационный участок, дополненный переходным участком с радиусом, возрастающим по ходу потока до радиуса выходного участка. Крыльчатка бустера выполнена с многоступенчатым возрастанием по ходу потока в геометрической прогрессии количества и числа заходности спиральных лопаток шнека. Секции основного насоса последовательно соединены с возможностью передачи в каждую последующую секцию и/или на выход в напорную линию давления, суммированного с давлением, создаваемым в каждой из предыдущих секций. Группа изобретений направлена на повышение стабильности и долговечности работы при увеличении КПД и снижении энергоемкости и перекачивания в безкавитационных режимах. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Вертикальный нефтяной электронасосный агрегат для откачки жидкой среды, характеризующийся тем, что включает последовательно сообщенные электродвигатель, основной, предпочтительно, центробежный насос, трансмиссию, бустер и заборную трубу; при этом электродвигатель содержит корпус, ротор с валом, оснащенным присоединительной полумуфтой; основной насос содержит снабженный опорным фланцем корпус, состоящий из имеющих открытые на проток полости не менее чем одной напорной секции с крыльчаткой и направляющим аппаратом, подводящего канала, секции отвода с образованием полостями указанных секций и подводящим каналом проточной полости насоса и заключенный в корпус вал ротора; трансмиссия содержит не менее одной, предпочтительно, не менее двух секций, каждую с двумя концевыми и соединительным корпусами, в которых с опиранием на подшипники установлен вал, заключенный в неподвижную оболочку - разделительную трубу с образованием между последней и упомянутыми корпусами проточной полости для перекачиваемой среды; бустер содержит корпус, размещенное в корпусе рабочее колесо в виде шнека с валом, на котором закреплена втулка с многозаходной крыльчаткой, гидродинамически сопряженной с закрепленным в корпусе спрямляющим аппаратом с образованием совместно с корпусом бустера проточной полости, при этом обтекаемая поверхность втулки и ограниченная ею сторона проточной полости имеют форму тела вращения - ундулоида с вогнуто-выпуклой образующей, а втулка содержит на входе антикавитационный участок, дополненный переходным с радиусом, возрастающим по ходу потока до радиуса выходного участка, и до обеспечения практически бесступенчатого перехода последнего и упомянутой кольцевой полости шнека в кольцевую полость на участке спрямляющего аппарата, а многозаходная крыльчатка выполнена с многоступенчатым возрастанием по ходу потока в геометрической прогрессии количества и числа заходности спиральных лопаток шнека; причем бустер, трансмиссия и основной насос последовательно соосно сообщены валами роторов с валом ротора электродвигателя с образованием валопровода с возможностью синхронного вращения с валом электродвигателя и передачи крутящего момента роторам основного насоса и бустера, а путем соединения упомянутых проточных полостей насоса, трансмиссии, бустера и заборной трубы в электронасосном агрегате образован единый проточный тракт; кроме того, упомянутые напорные секции последовательно соединены в насосе по потоку перекачиваемой среды с возможностью передачи в каждую последующую секцию и/или на выход в напорную линию давления, суммированного с давлением, создаваемым в каждой из предыдущих секций, а общее число напорных секций в насосе принято не менее определяемого отношением заданного напора насоса к напору, создаваемому одной секцией; при этом крыльчатка каждой напорной секции выполнена в виде рабочего колеса, включающего диск, снабженный с заходной стороны спирально изогнутыми в плане лопатками, разделенными межлопаточными каналами, активный объем динамического заполнения которых перекачиваемой средой выполнен с возможностью выброса на проток за один оборот рабочего колеса не менее 1,4·10^-5 м³/об.

2. Электронасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что крыльчатка шнека бустера выполнена на входе трехзаходной, а на выходе двенадцатизаходной, при этом входные лопатки пролонгированы на всю длину шнека, а выходные дополнены тремя лопатками второй ступени и шестью лопатками третьей ступени, осевая длина последних в проекции на радиально-осевую плоскость составляет не более 17%, а лопаток второй ступени- не более 35% осевой длины шнека, считая от условной выходной плоскости, нормальной к оси шнека.

3. Электронасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что примыкающая к бустеру снизу заборная труба снабжена защитной сеткой или, по меньшей мере, защитной сеткой-фильтром.

4. Электронасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что основной насос содержит верхнюю и нижнюю подшипниковые опоры и узел уплотнения, расположенный между верхней подшипниковой опорой и секцией отвода.

5. Электронасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что предназначен для откачки товарной нефти из безнапорной емкости и подачи во всасывающую магистраль, например, нефтеперекачивающей станции.

6. Электронасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что предназначен для откачки обводненной нефти с содержанием воды до 100% и с минерализацией до 200 г/л.

7. Электронасосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что предназначен для откачки низковязких жидкостей типа дизельного топлива и газоконденсата.

8. Вертикальный нефтяной электронасосный агрегат для откачки жидкой среды, характеризующийся тем, что включает последовательно сообщенные электродвигатель, основной, предпочтительно, центробежный насос, трансмиссию, бустер и заборную трубу; при этом электродвигатель содержит корпус, ротор с валом, оснащенным присоединительной полумуфтой; основной насос содержит снабженный опорным фланцем корпус, состоящий из имеющих открытые на проток полости не менее чем одной напорной секции с крыльчаткой и направляющим аппаратом, подводящего канала, секции отвода с образованием полостями указанных секций и подводящим каналом проточной полости насоса и заключенный в корпус вал ротора; трансмиссия содержит не менее одной, предпочтительно, не менее двух секций, каждую с двумя концевыми и соединительным корпусами, в которых с опиранием на подшипники установлен вал, заключенный в неподвижную оболочку - разделительную трубу с образованием между последней и упомянутыми корпусами проточной полости для перекачиваемой среды; бустер содержит корпус, размещенное в корпусе рабочее колесо в виде шнека с валом, на котором закреплена втулка с многозаходной крыльчаткой, гидродинамически сопряженной с закрепленным в корпусе спрямляющим аппаратом с образованием совместно с корпусом бустера проточной полости, при этом обтекаемая поверхность втулки и ограниченная ею сторона проточной полости имеют форму тела вращения - ундулоида с вогнуто-выпуклой образующей, а втулка содержит на входе антикавитационный участок, дополненный переходным с радиусом, возрастающим по ходу потока до радиуса выходного участка, и до обеспечения практически бесступенчатого перехода последнего и упомянутой кольцевой полости шнека в кольцевую полость на участке спрямляющего аппарата, а многозаходная крыльчатка выполнена с многоступенчатым возрастанием по ходу потока в геометрической прогрессии количества и числа заходности спиральных лопаток шнека, причем бустер, трансмиссия и основной насос последовательно соосно сообщены валами роторов с валом ротора электродвигателя с образованием валопровода с возможностью синхронного вращения с валом электродвигателя и передачи крутящего момента роторам основного насоса и бустера, а путем соединения упомянутых проточных полостей насоса, трансмиссии, бустера и заборной трубы в электронасосном агрегате образован единый проточный тракт, кроме того, упомянутые напорные секции последовательно соединены в насосе по потоку перекачиваемой среды с возможностью передачи в каждую последующую секцию и/или на выход в напорную линию давления, суммированного с давлением, создаваемым в каждой из предыдущих секций, а общее число напорных секций в насосе принято не менее определяемого отношением заданного напора насоса к напору, создаваемому одной секцией.

9. Электронасосный агрегат по п.8, отличающийся тем, что крыльчатка каждой напорной секции выполнена в виде рабочего колеса, включающего диск, снабженный с заходной стороны спирально изогнутыми в плане лопатками, разделенными межлопаточными каналами.

10. Электронасосный агрегат по п.9, отличающийся тем, что активный объем динамического заполнения перекачиваемой средой каждого из межлопаточных каналов выполнен с возможностью выброса на проток за один оборот рабочего колеса не менее 1,4·10^-5 м³/об.

11. Электронасосный агрегат по п.8, отличающийся тем, что примыкающая к бустеру снизу заборная труба снабжена защитной сеткой или, по меньшей мере, защитной сеткой-фильтром.

12. Электронасосный агрегат по п.8, отличающийся тем, что каждая секция трансмиссии имеет протяженную трубчатую форму, выполнена с возможностью встречной передачи крутящего момента от электродвигателя к бустеру и транспортирования перекачиваемой среды от заборной трубы через бустер и трансмиссию в насос.

13. Электронасосный агрегат по п.8, отличающийся тем, что каждая сборная секция трансмиссии принята одной из двух длин, отличающихся одна от другой не менее чем на длину бустера.

14. Валопровод вертикального электронасосного агрегата с протяженным корпусом, характеризующийся тем, что образован из последовательно соединенных с возможностью передачи крутящего момента и восприятия гравитационных и реактивных осевых усилий валов роторов электродвигателя, насоса, не менее чем одной, предпочтительно, двух сборных секций трансмиссии и вала ротора бустера, при этом каждый из входящих в валопровод перечисленных валов роторов установлен с возможностью вращения в подшипниках соответственно верхней и нижней концевых опор, которые, в свою очередь, начиная с нижних опор насоса, оперты на корпус электронасосного агрегата посредством ребер, образующих на каждой опоре гидропрозрачный сотовый канал, с возможностью пропуска и дополнительной стабилизации движения струй потока перекачиваемой среды в направлении, встречном осевому вектору направления передачи крутящего момента.

15. Валопровод по п.14, отличающийся тем, что, по меньшей мере, на части длины, включающей сборную секцию трансмиссии, валопровод образован валом ротора трансмиссии, состоящим из полой трубы с массивными концевыми опорными участками, а каждый участок валопровода в составе каждой сборной секции трансмиссии отделен от контактирования с потоком перекачиваемой среды дополнительной неподвижно сообщенной с корпусом электронасосного агрегата трубчатой оболочкой.

16. Валопровод по п.14, отличающийся тем, что содержит две части - верхнюю, ограниченную опорным фланцем насоса, непогружную часть, включающую вал ротора электродвигателя и, по меньшей мере, верхнюю часть вала ротора насоса, а также нижнюю, выполненную полупогружной часть длины, расположенную в корпусе вертикального насосного агрегата, ниже упомянутого опорного фланца насоса.

17. Валопровод по п.16, отличающийся тем, что при заданной технологической длине полупогружной части, равной или превышающей две наибольшие из упомянутых длин сборных секций трансмиссии, последняя сформирована из целого числа указанных сборных секций с любым сочетанием их длин, плюс длина бустера и при необходимости отрезок заборной трубы, предпочтительно, длиной менее минимальной из двух упомянутых длин сборных секций трансмиссии.

18. Валопровод вертикального электронасосного агрегата с протяженным корпусом, характеризующийся тем, что образован из последовательно соединенных с возможностью передачи крутящего момента и восприятия гравитационных и реактивных осевых усилий валов роторов электродвигателя, насоса, не менее чем одной, предпочтительно, двух сборных секций трансмиссии и вала ротора бустера, при этом каждый из входящих в валопровод перечисленных валов роторов установлен с возможностью вращения в подшипниках соответственно верхней и нижней концевых опор, закрепленных в корпусе электронасосного агрегата с возможностью пропуска потока перекачиваемой среды в направлении, встречном осевому вектору направления передачи крутящего момента, при этом каждая секция трансмиссии содержит сборный корпус, включающий два связанных соединительным корпусом концевых корпуса - верхний и нижний, в которых с возможностью передачи крутящего момента установлен на снабженных подшипниками опорах вал ротора трансмиссии, заключенный в разделительную трубу с образованием проточной полости между последней и упомянутыми корпусами, предназначенной для транспортирования перекачиваемой среды, причем каждая из упомянутых опор вала ротора вмонтирована в соответствующий концевой корпус секции трансмиссии посредством продольно-ориентированных ребер, образующих в совокупности гидропрозрачный сотовый канал проточной полости в каждом концевом корпусе секции трансмиссии.