НАСОС БЕЗВАЛЬНЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2015 года по МПК F04D13/10 F04D29/22 

Область техники

В общем изобретение относится к безвальному центробежному насосу и способу его изготовления. В частности изобретение относится к погружному центробежному насосу, имеющему несколько ступеней, которые соединены и вращаются вместе, не используя центральный вал.

Уровень техники

Электрические погружные насосы (ЭПН) используются для откачки скважинных флюидов из земных глубин на поверхность. Типичный ЭПН включает двигатель, уплотняющую секцию и насос. Насос ЭПН обычно представляет собой центробежный насос, включающий несколько ступеней. Каждая ступень включает лопастное колесо и диффузор. В процессе работы скважинные флюиды входят в первое лопастное колесо и ускоряются центробежной силой из лопастного колеса в прилегающий к нему диффузор. Диффузор снижает скорость скважинного флюида, преобразуя ее в давление, и направляет флюид в следующее лопастное колесо. Давление скважинного флюида нарастает с каждой следующей ступенью, пока, наконец, флюид не выводится из насоса в насосно-компрессорную колонну, по которой флюид отводится на поверхность.

Центральный вал насоса соединен с валом уплотнительной секции. При вращении двигателя вращается также и центральный вал насоса. Центральный вал насоса проходит сквозь каждое лопастное колесо. Шпонки или шлицы на валу входят в зацепление с соответствующими желобами на каждом лопастном колесе так, что лопастные колеса вращаются вместе с валом. Часто между лопастными колесами необходимо устанавливать распорные втулки с тем, чтобы обеспечить надлежащее расстояние между лопастными колесами, позволяющее им взаимодействовать с диффузорами.

Сборка насоса может представлять собой длительную и дорогостоящую процедуру. Должны быть рассчитаны длины распорных втулок, лопастные колеса и распорные втулки должны быть каждый прикреплены к центральному валу насоса, и затем собранные центральный вал насоса, распорные втулки и лопастные колеса должны быть установлены в корпус насоса. Имело бы смысл исключить центральный вал и распорные втулки с тем, чтобы снизить расход материала и продолжительность сборки.

Раскрытие изобретения

В настоящем изобретении предложена установка электрического погружного насоса (ЭПН), включающая собственно насос, уплотняющую секцию и двигатель. ЭПН может быть подвешен на насосно-компрессорной колонне в скважине, где он погружен в скважинный флюид. Скважинный флюид засасывается во входной канал насоса и затем нагнетается через насосно-компрессорную колонну на поверхность.

Двигатель может быть двигателем любого типа, включая, например, электродвигатель. Вал двигателя соединяется с валом уплотняющей секции, который проходит сквозь уплотняющую секцию к основанию насоса. Насос имеет корпус насоса и лопастные колеса, диффузоры, радиальные опоры, узел пружины натяжения и ограничивающий подшипник, расположенный внутри корпуса насоса.

Корпус насоса представляет собой цилиндрический элемент, образующий наружный кожух насоса. Он заключает в себе и защищает многие из частей насоса. Внутри корпуса насоса расположены несколько диффузоров. Каждый диффузор имеет центральное отверстие и проходы, образуемые лопатками. Лопатки проходят по спирали наружу от отверстия диффузора. Площадь поперечного сечения каждого прохода увеличивается по мере удаления прохода вверх и внутрь от основания диффузора. Флюид, входящий в диффузор на высокой скорости, к тому времени, как он покидает диффузор, замедляется до более низкой скорости, но с большим давлением.

Обращенный вниз внутренний выступ под лопатками диффузора может включать шайбу упорного подшипника для стыковки с верхней поверхностью лопастного колеса, расположенного под диффузором. Основание диффузора может включать сцепляющие элементы для сцепления со сцепляющим элементом смежного диффузора.

Обращенные вверх кромки лопаток диффузора образуют выпускную поверхность. Флюид, покидающий диффузор с выпускных поверхностей, движется в лопастное колесо, находящееся над диффузором. Диффузор может иметь по боковым стенкам опорную поверхность для лопастного колеса для сцепления с нижними кромками следующего лопастного колеса.

Лопастное колесо представляет собой вращающийся элемент насоса, использующий центробежную силу для ускорения флюидов. Каждое лопастное колесо имеет сплошную ступицу, представляющую собой цилиндрический элемент, вращающийся вокруг оси вращения. Один конец сплошной ступицы имеет гнездо привода (приводимый/ведомый элемент для передачи вращения), представляющее собой приемную соединительную часть, сформированную в поверхности этого конца.

Элемент привода (приводной элемент для передачи вращения) может быть расположен на конце сплошной ступицы, противоположном гнезду привода. Обычно форма элемента привода выбирается так, чтобы он вставлялся в гнездо привода смежной сплошной ступицы с тем, чтобы при вращении элемента привода также приводилось во вращение и смежное гнездо привода. В некоторых вариантах осуществления на обоих концах могут располагаться гнезда привода или элементы привода.

Каждое лопастное колесо имеет лопатки, которые могут быть прикреплены к сплошной ступице. В некоторых вариантах осуществления лопатки лопастного колеса и сплошная ступица сформированы из одного материала. Лопатки проходят по радиусу от сплошной втулки и могут располагаться нормально к сплошной втулке либо могут проходить под углом. В некоторых вариантах осуществления лопатки изгибаются, отходя от сплошной ступицы. Между лопатками сформированы проходы.

Задняя стенка лопастного колеса формирует наружную кромку лопастного колеса. Задняя стенка может быть прикреплена к кромкам лопаток. В некоторых вариантах осуществления задняя стенка прикреплена к сплошной ступице либо непосредственно, либо через лопатки. В некоторых вариантах осуществления сплошная ступица, лопатки и задняя стенка отлиты или изготовлены из единой заготовки материала. Задняя стенка может иметь нижнюю кромку для захвата поверхности диффузора, на которую опирается лопастное колесо. В задней стенке имеется проход, тянущийся от низа лопастного колеса в проходы, образованные между лопатками.

Каждое лопастное колесо имеет переднюю стенку, которая расположена на конце лопаток, противоположном задней стенке. Передняя стенка может быть прикреплена к лопаткам. Передняя стенка по своему внутреннему диаметру может соприкасаться со сплошной ступицей. Передняя стенка может иметь уплотняющую поверхность, которая создает уплотнение, упираясь в несущий элемент диффузора.

Ограничивающий или опорный подшипник (“верхний подшипник”) расположен на одном конце корпуса насоса. Верхний подшипник может представлять собой упорный подшипник или подшипник другого типа, обеспечивающий вращение нескольких лопастных колес. Верхний подшипник захватывает первую сплошную ступицу, обеспечивая ее вращение.

К верхнему подшипнику прикреплен узел пружины натяжения. Он включает спиральную пружину, которая может быть размещена коаксиально с первой сплошной ступицей. В некоторых вариантах осуществления внутренний диаметр спиральной пружины больше наружного диаметра первой сплошной ступицы и первая сплошная ступица проходит сквозь спиральную пружину. Один конец спиральной пружины может упираться во фланец на верхнем подшипнике. Второй конец спиральной пружины может упираться в обращенный вверх уступ на первой сплошной ступице. Спиральная пружина сжимается первой сплошной ступицей и благодаря этому отталкивает первую сплошную ступицу от верхнего подшипника.

Верхний подшипник и диффузор помещены в корпус насоса. Первая сплошная ступица и первое лопастное колесо вместе с узлом пружины натяжения помещаются в корпусе насоса так, что первое лопастное колесо упирается в диффузор, а узел пружины натяжения упирается как во фланец, так и в обращенный вверх уступ. Расположенные следом диффузоры и лопастные колеса попеременно помещаются в корпус насоса. На конце корпуса насоса, противоположного верхнему подшипнику, прикреплено основание. Узел пружины натяжения сжимает лопастные колеса вдоль центральной оси, а диффузоры предотвращают радиальное смещение лопастных колес.

Более конкретно, в соответствии с вышеизложенным в настоящем изобретении предлагается центробежная насосная установка, содержащая:

узел двигателя;

корпус насоса, соединенный с узлом двигателя;

первый и второй диффузоры, расположенные внутри корпуса насоса;

первое лопастное колесо, выровненное по оси внутри первого диффузора и имеющее первую ступицу и первую группу лопаток, прикрепленных к первой ступице;

второе лопастное колесо, выровненное по оси внутри второго диффузора, имеющее вторую ступицу и вторую группу лопаток, прикрепленных ко второй ступице, и расположенное дальше от узла двигателя, чем первое лопастное колесо,

причем каждая из первой и второй ступиц имеет элемент привода и приводимый элемент, причем элемент привода первой ступицы функционально соединен с приводным элементом второй ступицы с возможностью разъединения так, что, когда первая ступица вращается вокруг оси, она приводит вторую ступицу во вращение вокруг той же оси; и

вал, проходящий от узла двигателя в корпус насоса, соединенный и скрепленный концом с приводным элементом первой ступицы.

Первая ступица и первая группа лопаток могут быть сформированы из единой заготовки материала, и каждая из первой и второй ступиц предпочтительно выполнена сплошной. При этом каждый из элемента привода и приводного элемента каждой из первой и второй ступиц охватывает радиальный центр соответствующей ступицы.

В первом и втором диффузорах имеются отверстия, и первый конец первой ступицы входит в отверстие первого диффузора, а второй конец входит в отверстие второго диффузора.

Первое лопастное колесо имеет кольцевой входной канал, окружающий первую ступицу. Конец первой ступицы сцепляется с концом второй ступицы, из которых один конец может представлять собой многоугольное гнездо, а второй представляет собой многоугольный элемент привода, вставляемый в гнездо для передачи вращательного движения.

У насоса предпочтительно отсутствует центральный вал, проходящий через первую и вторую ступицы.

В соответствии с другим вариантом предлагается центробежная насосная установка, содержащая:

узел двигателя, включающий двигатель, уплотняющую секцию и проходящий через них вал;

корпус насоса, соединенный с узлом двигателя;

несколько диффузоров, установленных неподвижно внутри корпуса насоса примыкающими друг к другу;

несколько лопастных колес, так что соответствующее одно лопастное колесо выровнено по оси внутри соответствующего одного из диффузоров с возможностью вращения относительно диффузоров, причем каждое лопастное колесо включает ступицу и группу лопаток, которые соединены вместе со ступицей так, чтобы осевое и вращательное движения происходили синхронно друг с другом; и

каждая ступица имеет гнездо привода на одном конце и элемент привода на противоположном конце, вал присоединен и входит своим концом в гнездо привода ближайшего к узлу двигателя лопастного колеса, и каждое соответствующее гнездо привода сцеплено с элементом привода соседнего лопастного колеса, для передачи вращательного движения.

В частных вариантах осуществления положение каждого лопастного колеса вдоль оси зафиксировано относительно одного из диффузоров.

У каждого диффузора имеется верхняя опорная поверхность для лопастного колеса, которая стыкуется с поверхностью на одном из лопастных колес, и нижняя опорная поверхность для лопастного колеса, которая стыкуется с поверхностью на смежном лопастном колесе.

Гнездо привода и элемент привода каждой из ступиц выполнены многоугольными.

В настоящем изобретении также предлагается центробежный насос, включающий:

корпус насоса, имеющий нижний и верхний концы;

несколько диффузоров, установленных неподвижно внутри корпуса насоса примыкающими друг к другу;

несколько лопастных колес, так что соответствующее одно лопастное колесо выровнено по оси внутри соответствующего одного из диффузоров с возможностью вращения относительно диффузоров, причем каждое лопастное колесо включает ступицу и группу лопаток, которые сформированы из единой заготовки одного материала, и кольцевой входной канал, окружающий ступицу, при этом у лопастных колес отсутствует проходящий через них вал;

пружину, расположенную на первом конце корпуса насоса, толкающую лопастные колеса друг к другу; и

каждая ступица имеет верхний приводной элемент на одном конце и нижний приводной элемент на противоположном конце, причем нижний приводной элемент ступицы самого нижнего лопастного колеса, приспособлен для сцепления с верхним концом вала от двигателя, и каждый верхний приводной элемент сцеплен с нижним приводным элементом соседнего лопастного колеса, для передачи вращательного движения.

Краткое описание чертежей

С тем, чтобы было понятно, каким образом реализуются упомянутые выше признаки, особенности и преимущества изобретения, а также и другие, которые будут очевидны, приведено более подробное описание кратко раскрытого выше изобретения на примере вариантов его осуществления, проиллюстрированных чертежами, образующими часть этого раскрытия. Следует заметить, однако, что приложенные чертежи иллюстрируют только предпочтительные варианты осуществления изобретения и поэтому не должны рассматриваться как ограничивающие область притязаний изобретения, поскольку изобретение может быть применимо и к другим эффективным вариантам осуществления. На фигурах:

на фиг. 1 представлен вид сбоку установки электрического погружного насоса предлагаемой в изобретении конструкции, расположенного в скважине;

на фиг. 2 представлен вид сечения электрического погружного насоса, показанного на фиг. 1;

на фиг. 3 представлен увеличенный вид сечения одной ступени насоса, показанного на фиг. 2;

на фиг. 4 представлен вид сечения по линии 4-4 одного из диффузоров насоса, показанного на фиг. 2;

на фиг. 5 представлен вид сечения по линии 5-5 одного из лопастных колес насоса, показанного на фиг. 2;

на фиг. 6 на перспективном виде показано снизу лопастное колесо насоса, представленного на фиг. 2;

на фиг. 7 на перспективном виде показано сверху лопастное колесо насоса, представленного на фиг. 2.

Подробное описание осуществления изобретения

На фиг. 1 представлен электрический погружной насос (ЭПН) 100, расположенный в скважине 102. ЭПН 100 включает блок 104 насоса, уплотняющую секцию 106 и двигатель 108. ЭПН 100 может быть подвешен на насосно-компрессорной колонне 110 в обсаженной скважине 102, в которой он помещен в скважинный флюид. Скважинный флюид всасывается во входной канал 112 на насосе 104 и затем нагнетается на поверхность через насосно-компрессорную колонну 112.

Двигатель 108 может быть любого типа, включая, например, электрический двигатель. Как показано на фиг. 2, уплотняющая секция 106 включает корпус 114 уплотняющей секции, вал 116 уплотняющей секции и средства для выравнивания давления (не показаны) смазки в двигателе 108 с гидростатическим давлением флюида в скважине 102. Двигатель 108 (фиг. 1) имеет вал (не показан), соединяющийся с валом 116 уплотняющей секции (фиг. 5). Вал 116 уплотняющей секции проходит сквозь уплотняющую секцию 106 к основанию блока 104 насоса. Блок 104 насоса включает корпус 120 насоса и лопастные колеса 122, диффузоры 124, радиальные опоры 126, узел 128 пружины натяжения и ограничивающий подшипник 130, все расположенные внутри корпуса 120. Каждый из этих компонентов будет подробно показан в приведенных далее чертежах и более подробно описан в сопровождающем их тексте.

Корпус 120 насоса представляет собой цилиндрический элемент, имеющий отверстие 132 и образующий внешнюю часть блока 104 насоса. Корпус 120 может быть выполнен из металла, пластика либо другого подходящего жесткого материала. В корпусе 120 насоса расположены многие компоненты блока 104 насоса, которые защищены корпусом.

Как показано на фиг. 3, диффузоры 124 неподвижно расположены внутри корпуса 120 насоса. Каждый диффузор 124 имеет в целом цилиндрическую наружную поверхность и наружный диаметр, выбор размера которого обеспечивает его плотную установку по внутреннему диаметру корпуса 120 насоса. В диффузоре 124 имеется центральное отверстие 134, определяемое его внутренним диаметром.

Каждый диффузор 124 имеет несколько проходов 138, которые идут сквозь диффузор 124. Как показано на фиг. 4, каждый проход 138 определяется лопатками 140, расходящимися по спирали наружу. Диффузор 124 может принадлежать к диффузорам с радиальным потоком, в которых проходы расходятся наружу в радиальной плоскости, или смешанного типа, как показано на чертеже, с проходами, расходящимися вдоль оси и радиально. Проходы 138 в основном начинаются от основания диффузора 124 из наружной радиальной области 142 у основания диффузора 124 и далее следуют внутрь, ближе к центру диффузора, по мере их движения вдоль оси диффузора 124. Площадь поперечного сечения проходов 138 также имеет тенденцию к увеличению по мере перехода прохода от основания диффузора 124 к верху диффузора 124. При этом флюид, входящий в проход 138 на периферии диффузора 124 на высокой скорости, замедляется до скорости более низкой, но с более высоким давлением по мере его движения вдоль оси по проходу 138.

Нижними кромками лопаток 140 диффузора определен обращенный вниз внутренний выступ 144, который утоплен относительно нижней кромки 146 диффузора 124, как это показано на фиг. 3. Обращенный вниз внутренний выступ 144 может иметь кольцевой паз 148 с элементом 150 подшипника, например шайбой упорного подшипника, расположенной внутри кольцевого паза 148.

Нижняя кромка 146 диффузора 124 образует в целом круговое кольцо, определяющее обращенное вниз отверстие. Нижний конец 146 боковой стенки 154 диффузора может включать обращенный вниз сцепляющий элемент 156, например выступ или шпунт, в который вставляется соответствующий верхний сцепляющий элемент 158 на верхнем конце прилегающего диффузора 124.

Обращенные вверх кромки лопаток 140 диффузора (фиг. 4) определяют выпускную поверхность 160. Выпускная поверхность 160 может быть в целом плоской поверхностью, перпендикулярной оси диффузора 124, с отверстиями в каждом проходе. На боковых стенках 154 диффузора имеются опорные поверхности 162 для лопастного колеса, на которую опираются нижние кромки лопастного колеса 122. Опорная поверхность 162 для лопастного колеса может включать шайбы упорного подшипника для удержания лопастного колеса в радиальном направлении. На опорной поверхности 162 для лопастного колеса также могут быть радиальные опорные поверхности, на которые опирается лопастное колесо 122 в осевом направлении.

Как видно из фиг. 3, лопастное колесо 122 представляет собой вращающийся элемент насоса, использующий центробежную силу для придания ускорения флюиду. У лопастного колеса 122 имеется сплошная ступица 170, представляющая собой центральный цилиндрический элемент, вокруг которого вращается лопастное колесо 122. Каждое лопастное колесо 122 включает свою сплошную ступицу 170. В корпусе 120 насоса отсутствует центральный вал.

В одном конце каждой сплошной ступицы 170 имеется гнездо 172 привода, представляющее собой приемную соединительную часть, сформированную в поверхности конца. Гнездо 172 привода может иметь форму любого многоугольника, включая, например, квадратную, шестиугольную или восьмиугольную. Глубина вдоль оси гнезда привода достаточна для захвата элемента 174 привода.

Элемент 174 привода расположен с противоположного от гнезда 172 привода конца сплошной ступицы 170. Элемент 174 привода выступает от концевой поверхности сплошной ступицы 170. Он может иметь любую многоугольную форму, включая, например, квадратную, шестиугольную или восьмиугольную. В целом, форма элемента 174 привода позволяет плотно вставить его в гнездо 172 привода смежной сплошной ступицы 170 так, что при вращении элемента привода этим обеспечивается вращение смежного гнезда 172 привода. Элемент 174 привода и гнездо 172 привода могут быть расположены на любом конце сплошной ступицы 170 при условии, что каждый элемент 174 привода или гнездо 172 привода могут входить в зацепление со смежным гнездом 172 привода или элементом 174 привода. В некоторых вариантах осуществления по обоим концам может быть сформировано гнездо 172 привода либо элемент 174 привода. Для упрощения их стыковки может использоваться стыковочный элемент (не показан). Стыковочным элементом (не показан) может быть, например, шпонка, используемая для соединения двух соседних гнезд 172, или втулка, имеющая два гнезда для соединения двух соседних элементов 174 привода.

Как показано на фиг. 5, лопатки 176 лопастного колеса могут быть прикреплены к сплошной ступице 170 или сформированы с ней как единое целое. В некоторых вариантах осуществления лопатки 176 лопастного колеса и сплошная ступица 170 образуют единый интегральный компонент. В некоторых вариантах осуществления осевая длина каждой из сплошных ступиц 170 больше осевой длины лопаток 176 лопастного колеса, к которым присоединяется сплошная ступица 170. Лопатки 176 радиально расходятся от сплошной ступицы 170 и могут быть перпендикулярны ступице или могут быть наклонены к ней. В некоторых вариантах осуществления лопатки 176 изгибаются, отходя от сплошной ступицы 170. Проходы 178 формируются между поверхностями лопаток 176.

Как показано на фиг. 6, задняя стенка 182 образует наружную кромку лопастного колеса 122. Задняя стенка 182 может быть прикреплена к кромкам лопаток 176 или соединена с ними. В некоторых вариантах осуществления задняя стенка прикреплена к сплошной ступице 170 либо непосредственно, либо посредством лопаток 176. В некоторых вариантах осуществления сплошная втулка 170, лопатки 176 и задняя стенка 182 выполнены литьем или изготовлены в виде единой детали.

Задняя стенка 182 может иметь нижнюю кромку 184 для захвата поверхности 162 диффузора 124, на которую опирается лопастное колесо (фиг. 3). Нижняя кромка 184 может быть сформирована на нижней поверхности задней стенки 182, по кромке наружного диаметра задней стенки либо в обоих местах. В задней стенке 182 имеется проход 186, тянущийся от низа лопастного колеса 122 в проходы 178, образованные между лопатками 176.

Как показано на фиг. 7, передняя стенка 190 расположена с противоположного от задней стенки 182 конца лопаток 176. Передняя стенка 190 может быть прикреплена к лопаткам 176 или соединяться с ними. По внутреннему диаметру 192 (фиг. 3) передняя стенка 190 может соприкасаться со сплошной ступицей 170. Передняя стенка 190 в целом определяет верхнюю границу проходов 178 между лопатками 176. На передней стенке может находиться уплотняющая поверхность 194 для создания уплотнения с элементом 150 подшипника диффузора 124 (фиг. 3).

Возвращаясь к фиг. 2, можно видеть, что на одном конце корпуса 120 расположен узел ограничивающего и опорного подшипника (“ограничивающий подшипник”) 130. Ограничивающий подшипник 130 может включать вкладыш 196 подшипника, спицы 198 и втулку 200 опоры подшипника. Вкладыш 196 подшипника может представлять собой упорный подшипник или подшипник другого типа, подходящий для обеспечения вращения нескольких лопастных колес 122. В варианте осуществления, приведенном для примера, вкладыш 196 подшипника может крепиться на спицах 198. Спицы 198 отходят от вкладыша 196 в радиальном направлении к втулке 200 опоры подшипника. Втулка 200 опоры подшипника представляет собой цилиндрическую втулку, наружный диаметр которой меньше внутреннего диаметра корпуса 120 насоса. В некоторых вариантах осуществления втулка 200 опоры подшипника, спицы 198 и наружный корпус вкладыша 196 подшипника могут быть выполнены литьем или иным способом в виде единой детали, сформированной из одного материала. В других вариантах осуществления спицы 198 могут быть прикреплены к втулке 200 опоры подшипника или вкладышу 196 подшипника с использованием различных способов крепления, включая, например, сварку. Скважинные флюиды могут проходить по проходам, образуемым вкладышем 196 подшипника и втулкой 200.

В некоторых вариантах осуществления первая ступица 202, которая соединена с узлом 130 подшипника, отличается от сплошной ступицы 170 (которая может быть использована в следующих лопастных колесах 122 внутри блока 104 насоса). В некоторых вариантах осуществления первая ступица 202 представляет собой элемент первого лопастного колеса 204, в котором лопатки 176 отходят от первой ступицы 202. В других вариантах осуществления (не показаны) первая ступица 202 может представлять собой часть вала, функционально соединенного с первой ступицей 202, например, гнездом 172 и элементом 174 привода, благодаря чему первое лопастное колесо 204 может быть идентично с последующими лопастными колесами 122.

Узел 128 пружины натяжения используется для приложения осевого давления на лопастные колеса 122, благодаря чему обеспечивается сцепление гнезд 172 и элементов 174 привода при вращении лопастных колес 122 внутри корпуса 120 насоса. Узел 128 пружины натяжения включает спиральную пружину 208. Спиральная пружина 208 может быть расположена коаксиально с первой ступицей 202. В некоторых вариантах осуществления внутренний диаметр спиральной пружины 208 больше наружного диаметра первой ступицы 202 и первая ступица 202 проходит сквозь спиральную пружину 208. Один конец спиральной пружины 208 может упираться во фланец 210 ограничительного подшипника 130. Второй конец спиральной пружины 208 может упираться в обращенный вверх уступ 212 на первой ступице 202. Спиральная пружина 208 сжимается первой ступицей 202 и благодаря этому отталкивает первую ступицу 202 от верхнего ограничивающего подшипника 130.

Ограничивающий подшипник 130 и диффузор 124 помещены в корпусе 120 насоса. Первая ступица 202 и первое лопастное колесо 204 вместе с узлом 128 пружины натяжения помещаются в корпусе 120 насоса так, что первое лопастное колесо 204 упирается в диффузор 124, а узел пружины натяжения как во фланец 210, так и в обращенный вверх уступ 212. Расположенные следом диффузоры 124 и лопастные колеса 122 попеременно помещаются в корпус 120 насоса. На конце корпуса 120 насоса, противоположном ограничивающему подшипнику 130, прикреплено основание 214. Узел 128 пружины натяжения сжимает лопастные колеса вдоль центральной оси, а диффузоры 124 предотвращают радиальное смещение лопастных колес 122.

В процессе работы двигатель 108 вращает вал двигателя (не показан), который, в свою очередь, заставляет вращаться вал 116 уплотняющей секции. Вал 116 уплотняющей секции захватывает сплошную ступицу 170 самого нижнего лопастного колеса 122. Вращательное усилие передается через приводные гнезда 172 и приводные элементы 174 каждой сплошной ступицы 170, благодаря чему все лопастные колеса 122 вращаются вместе. Под действием узла 128 пружины натяжения лопастные колеса остаются соединенными в процессе вращения. Опорная поверхность 162 для лопастного колеса зацепляет нижнюю кромку задней стенки 182, благодаря чему предотвращается радиальное смещение лопастных колес 122 во время вращения. Скважинный флюид, входящий во входной канал 112 насоса, засасывается в проход 178 лопастного колеса 122. Вращением лопастного колеса 122 флюид ускоряется и выходит из прохода 178 в проход 138 диффузора. В проходе 138 диффузора скорость флюида снижается, а давление увеличивается. Флюид выходит из прохода 138 в диффузоре, проходя в следующее лопастное колесо 122 сквозь отверстие, определяемое задней стенкой 182. Скважинный флюид продолжает двигаться сквозь каждые последующие диффузор 124 и лопастное колесо 122 до тех пор, пока он не достигает насосно-компрессорной колонны 110, по которой его прокачивают наверх.

Хотя изобретение было показано или описано только некоторыми его формами, для специалиста должно быть очевидно, что только этими формами оно не ограничивается, но может быть подвергнуто различным изменениям, не выходящим за пределы области притязаний изобретения.

Группа изобретений относится насосостроению, а именно к погружному центробежному многоступенчатому насосу. Центробежный насос, включающий лопастные колеса, которые не соединены центральным валом. В частности, каждое из лопастных колес имеет отдельную ступицу, которая взаимно сцепляется с соседней ступицей другого лопастного колеса. Ступицы вращаются синхронно друг с другом, вращая лопастные колеса. Группа изобретений направлена на снижение расхода материала и продолжительности сборки насоса. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Центробежная насосная установка, содержащая:
узел двигателя;
корпус насоса, соединенный с узлом двигателя;
первый и второй диффузоры, расположенные внутри корпуса насоса;
первое лопастное колесо, выровненное по оси внутри первого диффузора и имеющее первую ступицу и первую группу лопаток, прикрепленных к первой ступице;
второе лопастное колесо, выровненное по оси внутри второго диффузора, имеющее вторую ступицу и вторую группу лопаток, прикрепленных ко второй ступице, и расположенное дальше от узла двигателя, чем первое лопастное колесо,
причем каждая из первой и второй ступиц имеет элемент привода и приводимый элемент, причем элемент привода первой ступицы функционально соединен с приводным элементом второй ступицы с возможностью разъединения так, что, когда первая ступица вращается вокруг оси, она приводит вторую ступицу во вращение вокруг той же оси; и
вал, проходящий от узла двигателя в корпус насоса, соединенный и скрепленный концом с приводным элементом первой ступицы.

2. Установка по п.1, в которой первая ступица и первая группа лопаток сформированы из единой заготовки материала.

3. Установка по п.1, в которой каждая из первой и второй ступиц выполнена сплошной.

4. Установка по п.3, в которой каждый из элемента привода и приводного элемента каждой из первой и второй ступиц охватывает радиальный центр соответствующей ступицы.

5. Установка по п.1, в которой в первом и втором диффузорах имеются отверстия и первый конец первой ступицы входит в отверстие первого диффузора, а второй конец входит в отверстие второго диффузора.

6. Установка по п.1, включающая пружину, расположенную на конце корпуса насоса и толкающую второе лопастное колесо к первому лопастному колесу.

7. Установка по п.1, в которой первое лопастное колесо имеет кольцевой входной канал, окружающий первую ступицу.

8. Установка по п.1, в которой конец первой ступицы сцепляется с концом второй ступицы, из которых один конец представляет собой многоугольное гнездо, а второй представляет собой многоугольный элемент привода, вставляемый в гнездо для передачи вращательного движения.

9. Установка по п.1, в которой у насоса отсутствует центральный вал, проходящий через первую и вторую ступицы.

10. Центробежная насосная установка, содержащая:
узел двигателя, включающий двигатель, уплотняющую секцию и проходящий через них вал;
корпус насоса, соединенный с узлом двигателя;
несколько диффузоров, установленных неподвижно внутри корпуса насоса примыкающими друг к другу;
несколько лопастных колес, так что соответствующее одно лопастное колесо выровнено по оси внутри соответствующего одного из диффузоров с возможностью вращения относительно диффузоров, причем каждое лопастное колесо включает ступицу и группу лопаток, которые соединены вместе со ступицей так, чтобы осевое и вращательное движения происходили синхронно друг с другом; и
каждая ступица имеет гнездо привода на одном конце и элемент привода на противоположном конце, вал присоединен и входит своим концом в гнездо привода ближайшего к узлу двигателя лопастного колеса, и каждое соответствующее гнездо привода сцеплено с элементом привода соседнего лопастного колеса, для передачи вращательного движения.

11. Установка по п.10, в которой положение каждого лопастного колеса вдоль оси зафиксировано относительно одного из диффузоров.

12. Установка по п.10, в которой у каждого диффузора имеется верхняя опорная поверхность для лопастного колеса, которая стыкуется с поверхностью на одном из лопастных колес, и нижняя опорная поверхность для лопастного колеса, которая стыкуется с поверхностью на смежном лопастном колесе.

13. Установка по п.10, в которой у насоса отсутствует центральный вал, проходящий через ступицы.

14. Установка по п.10, включающая узел пружины натяжения на одном конце насоса, который взаимодействует с одной из ступиц, толкая ступицы друг к другу.

15. Установка по п.10, в которой гнездо привода и элемент привода каждой из ступиц выполнены многоугольными.

16. Установка по п.10, в которой каждая из первой и второй ступиц выполнена сплошной.

17. Центробежный насос, включающий:
корпус насоса, имеющий нижний и верхний концы;
несколько диффузоров, установленных неподвижно внутри корпуса насоса примыкающими друг к другу;
несколько лопастных колес, так что соответствующее одно лопастное колесо выровнено по оси внутри соответствующего одного из диффузоров с возможностью вращения относительно диффузоров, причем каждое лопастное колесо включает ступицу и группу лопаток, которые сформированы из единой заготовки одного материала, и кольцевой входной канал, окружающий ступицу при этом у лопастных колес отсутствует проходящий через них вал;
пружину, расположенную на первом конце корпуса насоса, толкающую лопастные колеса друг к другу; и
каждая ступица имеет верхний приводной элемент на одном конце и нижний приводной элемент на противоположном конце, причем нижний приводной элемент ступицы самого нижнего лопастного колеса, приспособлен для сцепления с верхним концом вала от двигателя, и каждый верхний приводной элемент сцеплен с нижним приводным элементом соседнего лопастного колеса, для передачи вращательного движения.

18. Насос по п.17, в котором каждая ступица выполнена сплошной.

19. Насос по п.17, в котором в каждом из диффузоров имеются отверстия и в котором многоугольный элемент привода каждой ступицы расположен внутри отверстия одного из диффузоров, а многоугольное гнездо каждой ступицы расположено внутри прилегающего диффузора.

20. Насос по п.17, в котором осевая длина каждой из ступиц превышает осевую длину группы лопаток лопастного колеса, к которому они прикреплены.