РАДИАЛЬНЫЙ НАПРАВЛЯЮЩИЙ АППАРАТ Российский патент 2012 года по МПК F04D29/44 

Предлагаемое изобретение относится к области насосостроения и, прежде всего, к многоступенчатым насосам, используемым для добычи нефти из скважин с высоким содержанием газа в пластовой жидкости, а также для подачи воды в продуктивный нефтеносный пласт для поддержания и повышения в нем пластового давления.

Известна ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, состоящая из рабочего колеса с лопатками, размещенными между основным и покрывным дисками, формирующими проточную часть рабочего колеса, и направляющего аппарата с лопастями, размещенными между верхним и нижним дисками, формирующими проточную часть направляющего аппарата (см., например, В.Н.Ивановский и др. «Оборудование для добычи нефти и газа», М.: ГУП, изд-во «Нефть и газ» РГУ Нефти и газа им. И.М.Губкина, 2002, ч.1, стр.356-360, рис.5.5).

Недостатком известной ступени является низкое значение напора при работе на газожидкостной смеси, связанное с наличием в направляющем аппарате кольцевой безлопаточной камеры.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является радиальный направляющий аппарат (НА) многоступенчатого погружного насоса, состоящий из корпуса с верхним диском и нижнего диска, имеющего с нижней стороны полость для рабочего колеса, ограниченную буртиком, в котором сформированы спиральные отводы и диффузорные каналы, переходящие на боковой поверхности в переводные каналы и далее в обратные каналы на верхней поверхности. Обратные каналы образованы между лопатками на верхней стороне нижнего диска НА и верхним диском. Переводные каналы сформированы выемкой, выполненной на боковой поверхности нижнего диска и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса (см. например, Богданов А.А. Центробежные погружные электронасосы для добычи нефти. М.: Недра, 1968. С.48-49, фиг.32).

Недостатком известной ступени является достаточно сложная форма нижнего диска и возможность ее изготовления только методами литья в формы, по удаляемым моделям, что удорожает стоимость изготовления.

Предлагаемое изобретение обеспечивает возможность изготовления радиальных направляющих аппаратов высокопроизводительными методами литья, такими как литье под давлением или штамповка жидкого металла (пластмассы).

Указанный технический результат достигается тем, что в радиальном направляющем аппарате, состоящим из нижнего диска, имеющего полость для рабочего колеса, спиральные отводы и переводные каналы, верхнего диска и размещенных между дисками лопаток, образующих обратные каналы, согласно изобретению, переводные каналы сформированы с помощью спиральных профилированных по глубине выемок, выполненных в нижнем диске с верхней стороны, и профилированных по высоте выступов на нижней стороне верхнего диска, размещенных в спиральных выемках, спиральные выемки и спиральные отводы состыкованы по плоскости торцевых граней с образованием сквозного прямоугольного отверстия, при этом нижняя кромка профилированного по высоте выступа совмещена с верхней кромкой прямоугольного отверстия.

Основное отличие заявляемой конструкции от аналогов заключается в том, что спирально-наклонные переводные каналы формируются между профилированными спирально-наклонными поверхностями выступов на нижней поверхности верхнего диска и аналогичными профилированными спирально-наклонными поверхностями дна выемок на верхней поверхности нижнего диска.

Направляющий аппарат изготавливается из двух деталей, имеющих фигурные выемки и выступы, которые при сборке образуют переводные каналы, а полость под рабочее колесо, спиральные выходы, диффузорные каналы и обратные каналы формируются простыми впадинами и выступами в этих деталях.

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами.

На фиг.1 показан продольный разрез сборки ступени с заявляемым направляющим аппаратом, разрез по А-А, фиг.2; на фиг.2 - направляющий аппарат с рабочим колесом, вид снизу; на фиг.3 - нижний диск направляющего аппарата заявляемой ступени, вид снизу под углом; на фиг.4 - то же, вид сверху под углом; на фиг.5 - конструкция верхнего диска направляющего аппарата, вид снизу; на фиг.6 - то же, вид сверху.

Направляющий аппарат состоит из нижнего диска 1 и верхнего диска 2 (фиг.1). Нижний диск 1 имеет с нижней стороны полость 3 для рабочего колеса 4, насаженного на вал 5. Полость 3 ограничена буртиком 6 (фиг.1-3), в котором с равным шагом по окружности сформированы спиральные отводы 7 (фиг.2-3), переходящие в спиральные профилированные по глубине выемки 8, выполненные на верхней стороне нижнего диска 1 (фиг.4). Спиральные отводы 7 и выемки 8 соединены через прямоугольные отверстия 9, образованные путем совмещения плоскостей и перекрытия торцевых граней спиральных отводов 10 (фиг.3) и выемок 11 (фиг.4). При этом наклонная поверхность дна выемок 8 служит нижней спирально-наклонной поверхностью переводного канала.

Для обеспечения соосности и концентричности дисков внутри одной ступени нижние диски 1 имеют периферийные кольцевые выступы 12, входящие в ответные периферийные впадины 13 верхних дисков 2 (фиг.1). Для обеспечения соосности и концентричности дисков соседних ступеней, верхние диски 1 снабжены периферийными кольцевыми выступами 14, которые входят в ответные периферийные впадины 15 нижних дисков 2, но уже следующей ступени. Кольцевой выступ 16 (фиг.1, 3) нижнего диска является опорой для шайбы 17 рабочего колеса 4. Верхний диск 2 (фиг.5-6) имеет на нижней стороне лопатки 18, между которыми образованы обратные каналы 19, и четырехгранные профилированные по высоте выступы 20, переходящие во впадины 21 с общей наклонно-спиральной поверхностью, которая формирует верхнюю поверхность спирально-наклонного переводного канала направляющего аппарата. С верхней стороны имеются выступы 22, которые при сборке насоса входят в спиральные отводы 7 нижнего диска 1 следующей ступени и служат для ограничения полости спиральных отводов с нижней стороны.

На верхней поверхности верхнего диска 2 выполнены центральные кольцевые выступы 23 (фиг.1, 6), на которые через шайбы 24 опираются рабочие колеса 4, и периферийный кольцевой выступ 14, имеющий ответное кольцевое углубление 15 в нижнем диске 1 для обеспечения соосности стыковки между ступенями (фиг.1).

Для обеспечения фиксации, предотвращающей поворот дисков относительно друг друга вокруг оси, на верхней стороне нижнего диска 1 выполнены выступы 25, например, цилиндрической формы, которые при сборке входят в размещенные на верхнем диске 2 углубления 26 (фиг.4, 5). А поворот между соседними ступенями предотвращается с помощью выступов 27 на верхней стороне верхнего диска 2 (фиг.6) и ответных углублений 28 на буртике 6 нижнего диска следующей ступени (фиг.3).

Втулка 29 в предпочтительном исполнении крепится к нижнему диску 1 (фиг.4) и вместе с защитной втулкой 30 рабочего колеса 4 образует радиальный подшипник ступени. Как вариант втулка может крепиться и на верхнем диске 2, но в этом случае возникает необходимость в выполнении дополнительных отверстий и перемычек, что затруднит изготовление.

При сборке направляющего аппарата выступы 20 верхнего диска 2 входят в выемки 8 нижнего диска 1, а выступы 25 - в углубления 26, кольцевые выступы 12 совмещаются с впадинами 13. Торцевая грань 31 выступа 20 (фиг.5) верхнего диска 2 совмещается при этом с торцевой гранью 11 выемки 8 (фиг.4) нижнего диска 1, при этом нижняя кромка 32 выступа 20 совпадает с верхней кромкой 33 прямоугольного отверстия 9. В результате образуется плавный переход из спирального отвода 7 в спирально наклонный переводной канал, ограниченный верхней поверхностью выступа 20, нижней поверхностью выемки 8, а также цилиндрическими боковыми поверхностями выемки 8. Торцевые грани 31 и 10, а также цилиндрические поверхности выступов 20 и выемок 8 стыкуются с точностью до технических допусков. Аналогичные условия соблюдаются при стыковке выступов 22 и спиральных отводов 7. Спирально наклонные переводные каналы соединены с обратными каналами 19.

Выступы 22 верхнего диска 2 нижней ступени размещаются в спиральных отводах 7 нижнего диска 1 верхней ступени, кольцевые выступы 14 совмещаются с впадинами 15, а выступы 27 входят в углубления 28.

Направляющий аппарат работает следующим образом.

Перекачиваемая среда с поверхности рабочего колеса 4 попадает в спиральные отводы 7 нижнего диска 1 и через отверстия 9 поступает в переводные каналы и далее в обратные каналы 19 на нижней стороне верхнего диска 2, выходят из ступени через радиальный зазор между втулкой 29 и кромкой центрального отверстия в верхнем диске 2, после чего попадают во вход рабочего колеса 4 следующей ступени. Переводные каналы сформированы с увеличивающимся по ходу движения перекачиваемой среды сечением, поэтому они одновременно выполняют роль диффузорных каналов.

Предлагаемая конструкция направляющего аппарата может быть изготовлена штампованием из алюминиевых сплавов или литьем под давлением с последующим покрытием оксидным износостойким покрытием по технологии микродугового оксидирования. При повышении стойкости материалов пресс-инструмента возможна также штамповка по подобной методике элементов заявляемого направляющего аппарата из чугунов. При соблюдении технологии производства дальнейшей мехобработки заготовок не потребуется, так как литье обеспечивает точность, возможность формовать тонкие детали со сложным рельефом поверхности при удовлетворительной чистоте поверхности.

Радиальный направляющий аппарат в составе многоступенчатого насоса предназначен для добычи нефти из скважин и для подачи воды в продуктивный нефтеносный пласт для поддержания и повышения в нем пластового давления. Направляющий аппарат состоит из нижнего диска, имеющего полость для рабочего колеса, верхнего диска и размещенных между дисками лопаток, образующих обратные каналы. На верхней стороне нижнего диска имеются спиральные профилированные по глубине выемки, в которых размещены профилированные по высоте выступы, выполненные на нижней стороне верхнего диска. Между верхними поверхностями выступов и спирально-наклонными поверхностями дна выемок сформированы переводные каналы. Вокруг полости в нижнем диске сформированы спиральные отводы, которые состыкованы со спиральными выемками по плоскости торцевых граней с образованием сквозного прямоугольного отверстия. При этом нижняя кромка профилированного по высоте выступа совмещена с верхней кромкой прямоугольного отверстия. Изобретение обеспечивает возможность изготовления радиальных направляющих аппаратов высокопроизводительными методами литья. 6 ил.

Радиальный направляющий аппарат, состоящий из нижнего диска, имеющего полость для рабочего колеса, спиральные отводы и переводные каналы верхнего диска, и размещенных между дисками лопаток, образующих обратные каналы, отличающийся тем, что переводные каналы сформированы с помощью спиральных профилированных по глубине выемок, выполненных в нижнем диске с верхней стороны, и профилированных по высоте выступов на нижней стороне верхнего диска, размещенных в спиральных выемках, спиральные выемки и спиральные отводы состыкованы по плоскости торцевых граней с образованием сквозного прямоугольного отверстия, при этом нижняя кромка профилированного по высоте выступа совмещена с верхней кромкой прямоугольного отверстия.