Насосная установка Советский патент 1992 года по МПК F04D13/08 

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в кон- струкциях насосных установок, предназначенных для откачивания среды с повышенным содержанием примесей.

Известна скважинная насосная установка, содержащая гидроциклон с бункером, конусным и цилиндрическим участками и гидроэлеватор, подсоединенный активным соплом к напорному патрубку центробежного насоса с приводом, причем всасывающий патрубок насоса установлен соосно валу, на котором в полости гидроциклона закреплен винтовой шнек, а на крышке - привода завихритель.

Однако известная установка обладает недостатком, связанным с использованием винтового шнека на валу насоса. Центробежные насосы, применяемые для очистки воды из скважин, обладают достаточно большим числом оборотов привода и. следовательно, винтовой шнек, посаженный на валу насоса, приводит к чрезмерному увеличению тангенциальных скоростей и излишней турбулизации сепарируемой среды в гидроциклоне, последствием чего является разрыв сплошности потока, предопределяющий возникновение кавитационных процессов в проточной части насоса, и уменьшение пропускной способности наXJ о о

XI

о

сосной установки, что влияет на процесс отвода сгущенного продукта и степени очистки перекачиваемой среды.

Наиболее близкой к предлагаемой является насосная установка, содержащая ци- линдроконический гидроциклон, во внутренней полости которого соосно установлен центробежный насос с нагнетательным патрубком, образующим с Песковым патрубком гидроциклона гидроэлеватор, а сливное отверстие гидроциклона сообщается всасывающим патрубком насоса с камерой высокого давления с тангенциальными отверстиями, размещенной на крыше гидроциклона и подпитанной высоконапорной жидкостью из нагнетательного патрубка насоса, посредством трубопровода, снабженного вентилем.

Недостатком известной установки является низкая ее производительность, обусловленная принципом усиления центробежных сил инерции частиц примесей в откачиваемой среде за счет использо- вания высоконапорной жидкости к всасывающему патрубку, а следовательно, к увеличению гидравлических потерь на всасывающей линии насоса, сказывающихся на понижение всасывающей способности насоса

Цель изобретения - повышение производительности и степени очистки перекачиваемой среды.

Для этого гидроциклон расположен между приводом и насосом, камера высокого давления установлена соосно всасывающему отверстию насоса и снабжена внутренней цилиндрической стенкой, в ко- горои выполнены тангенциальные каналы, расположенные по винтовой линии и ориентированные в направлении вращения рабочих колес и в сторону всасывающего отверстия, при этом полость, ограниченная внутренней стенкой камеры, сообщена со всасывающим отверстием и центральной зоной гидроциклона, установка снабжена гоосной всасывающему отверстию цилиндрической полой вставкой с обращенным пгршинои к камере козырьком образующая повор носги которою выполнена в форме циклоиды и криволинейными перегородками контуры которых очерчены по логариф- МЧЧРГ.КОП спирали, причем цилиндрическая иг 1, установлена с зазором относительно торцовой поверхности корпуса привода с образованием кольцевой щели, перегородки расположены в последней с образованием плавно сужающихся к центру каналов на торцовой поверхности привода о зоне размещения узких частей каналов выполнены приямки, сообщенные с гидроэлеватором посредством гидролинии, а последняя выполнена в виде трубопроводов. В результате установки камеры высокого давления и ориентации тангенциальных

каналов в соответствующих направлениях усиливается закрутка потоков в полости гидроциклона за счет передачи потокам энергии высоконапорных струй, что позволяет не только интенсифицировать процесс се0 парации среды, но и повышает давление перед входом в рабочее колесо и всасывающую способность насоса.

Если цилиндрическая полая вставка, образующая с торцовой поверхностью корпу5 са привода кольцевую щель, выполняет роль ловушки для поступающей в полость цилиндрической вставки сгущенной массы примеси и предотвращает их обратный отток, то выполнение козырька камеры, обра0 зующая поверхность которого выполнена в форме циклоиды, основано на свойстве циклоидальной поверхности, т.е. частицы примеси вне зависимости от их местоположения на поверхности циклоиды

5 перемещаются к ее основанию за одинаковый промежуток времени, причем движение частиц происходит со значительно уменьшенным гидравлическим сопротивлением, чем при движении подругой криволинейной

0 поверхности (по конусу или параболе). Эти свойства циклоиды привлекательны тем обстоятельством, что частицы, движущиеся по ее поверхности, догоняют друг друга и при своем движении вытесняют жидкую фазу,

5 которая удаляется вместе с осветленным потоком.

Кроме того, криволинейные перегородки, контуры которых очерчены по логарифмической спирали и образуют с торцовой

0 поверхностью корпуса привода плавно сужающиеся к центру каналы в сторону вращения потока жидкости в гидроциклоне, выравнивают эпюры скоростей потока сгущенной массы примесей на подходе к при5 ямкам, а рассредоточенность последних по контуру торца корпуса привода с системой трубопроводов способствует повышению пропускной способности установки по отводу сгущенной массы примесей и уменьшает

0 вероятность забивки линии отвода примесей, обеспечивающей отвод сгущенного продукта, минуя проточную часть насоса.

На фиг. 1 изображена насосная установка; на фиг. 2 - камера высокого давления,

5 продольный разрез; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 1 Насосная установка содержит вертикально установленные подъемную трубу 4. приводе корпусом 1, центробежный насос 2 с рабочими колесами, всасывающим отверстием 12 и нагнетательным патрубком 3, образующим с нижней частью подъемной трубы 4 гидроэлеватор 5, гидроциклон 6 с входными тангенциальными патрубками 7, зону сбора примесей 14, линию отвода примесей, подключенную к последней и гидроэлеватору 5, и сообщенную трубопроводом 8 с нагнетательным патрубком 3 насоса 2 камеру 9 высокого давления, в наружной цилиндрической стенке которой выполнены тангенциальные каналы 11, расположенные по винтовой линии, совпадающие с направлением входных патрубков 7 гидроциклона б и ориентированные в сторону зоны сбора примесей. Причем гидроциклон 6 расположен между приводом и насосом 2, камера высокого давления 9 установлена соосно всасывающему отверстию 12 насоса 2 и снабжена внутренней цилиндрической стенкой 10, в которой выполнены тангенциальные каналы 11, расположенные по винтовой линии и ориентированные в направлении вращения рабочих колес и в сторону всасывающего отверстия 12, при этом полость, ограниченная внутренней стенкой 10 камеры 9, сообщена со всасывающим отверстием 12 и центральной зоной гидроциклона 6.

Установка снабжена соосной всасывающему отверстию 12 цилиндрической полой вставкой 15 с обращенным вершиной к камере козырьком 16, образующая поверхности которого выполнена в форме циклоиды, и криволинейными перегородками 19, контуры которых очерчены по логарифмической спирали. Цилиндрическая вставка 15 установлена с зазором относительно торцовой поверхности 13 корпуса привода С образованием кольцевой щели 18. Перегородки 19 расположены в последней с образованием плавно сужающихся к центру 17 каналов, на торцовой поверхности 13 привода в зоне размещения узких частей 20 каналов выполнены приямки 21, сообщенные с гидроэлеватором 5 посредством гидролинии, а последняя выполнена в ввиде трубопроводов 22.

Установка размещается в полости обсадной колонны 23 скважины на колонне подъемных труб 4,

Установка работает следующим образом.

Всасывающая насосом 2 среда через входные патрубки 7 попадает в гидроциклон 6, где под действием центробежных сил инерции частицы примесей, имеющих большую плотность, чем перекачиваемая среда, отбрасываются к стенке гидроциклона 6 и нисходящим потоком увлекаются к зоне сбора примесей 14 и далее через кольцевую

щель 18 в полость цилиндрической вставки 15, а осветленная от примесей жидкость восходящим потоком увлекается к всасывающему отверстию 12 насоса 2. 5Частицы примеси, вовлекаемые восходящим потоком, осаждаются на поверхности козырька 16, а выполнение образующей поверхности козырька в форме циклоиды обеспечивает перемещение осажденных ча- 10 стиц в направлении к кольцевой полости между стенками гидроциклона 6 и цилиндрической вставкой 15, где, соединяясь с основной массой сгущенной примеси, через кольцевую щель 18 вовлекаются в полость 15 цилиндрической полой вставки 15 и, перемещаясь вдоль стенок криволинейных перегородок 19 и торцовой поверхности 13 привода 1, попадают в приямки 21.

Насос 2, создавая напор Р нагнетатель- 0 ном патрубке 3, обеспечивает за счет эжек- ции подьем сгущенной массы примесей (пульпы) гидроэлеватором 5 и системой трубопроводов 22 из приямков 21 в полость подъемной трубы 4 и потоком перекачивае- 5 мой жидкости выносится на поверхность земли.

Подвод высоконапорной жидкости из области нагнетания насоса 2 в полость гидроциклона 6 посредством трубопровода 8, 0 камеры высокого давления 9 и тангенциальных каналов 11, на наружной цилиндрической стенке камеры 9, усиливает закрутку нисходящего потока за счет передачи потоку энергии струи, а также предопределяет 5 траектории и время перемещения частиц примесей в гидроциклоне 6 в направлении зоны сбора примесей 14. При этом расположение тангенциальных каналов 11 в нижней части камеры 9 и ориентация этих каналов в 0 сторону зоны сбора примесей 14 обеспечи- . вает беспрепятственное поступление исходной жидкости из полости обсадной колонны 23.

-Вместе с тем, расположение тангенци- 5 альных отверстий 11 на внутренней цилиндрической стенке 10 по винтовой линии и ориентирование в направлении вращения рабочих колес насоса 2 позволяет не только усилить закрутку восходящего потока жид- 0 кости перед всасывающим отверстием 12 насоса 2. но и приводит к повышению давления на входе в рабочее колесо насоса 2, что способствует предотвращению возможности возникновения кавитации в проточ- 5 ной части насоса 2 и увеличению напора на всасывание насоса 2 и тем самым повышается всасывающая способность насоса.

Таким образом, положительным эффектом предлагаемого устройства является повышение производительности установки по

перекачиваемой среде за счет повышения всасывающей способности насоса, дополнительного отвода части жидкости из сгущенной массы, примесей в осветленный поток и увеличения пропускной способности по отводу сгущенной массы примесей, минуя полость насоса: повышение степени очистки перекачиваемой среды за счет направленного усилия закрутки нисходящего потока, снижения гидравлических сопротивлении при перемещении частиц по циклоидальной поверхности и в полости пульпоулавливающе-отводящей цилиндрической вставки и расчленения процесса отвода сгущеннбй массы примесей по контуру установки.

Формула изобретения

Насосная установка, содержащая вертикально установленные подъемную трубу, привод с корпусом, центробежный насос с рабочими колесами, всасывающим отверстием и нагнетательным патрубком, образующим с нижней частью подъемной трубы гидроэлеватор, гидроциклон с входными тангенциальными патрубками, зоной сбора примесей, линией отвода примесей, подключенной к последней и гидроэлеватору, и сообщенную трубопроводом с нагнетательным патрубком насоса камеру высокого давления, в наружной цилиндрической стенке которой выполнены тангенциальные каналы, расположенные по винтовой линии, совпадающие по направлению с направлением входных патрубков гидроциклона и ориентированные в сторону зоны сбора примесей, отличающаяся тем, что, с целью

повышения производительности и степени очистки перекачиваемой среды, гидроциклон расположен между приводом и насосом, камера высокого давления установлена сооснос всасывающим отверстием насоса и

снабжена внутренней цилиндрической стенкой, в которой выполнены тангенциальные каналы, расположенные по винтовой линии и ориентированные в направлении вращения рабочих колес и в сторону всасывающего отверстия, при этом полость, ограниченная внутренней стенкой камеры, сообщена с всасывающим отверстием и центральной зоной гидроциклона, установка снабжена сооснойс всасывающим отверстием цилиндрической полой вставкой с обращенным вершиной к камере козырь--1 ком, образующая поверхности которого выполнена в форме циклоиды, и криволинейными перегородками, контуры

которых очерчены по логарифмической спирали, причем цилиндрическая вставка установлена с зазором относительно торцовой поверхности корпуса привода с образованием плавно сужающихся к центру каналов,

на торцовой поверхности привода в зоне размещения узких частей каналов выполнены приямки, сообщенные с гидроэлеватором посредством гидролинии, а последняя выполнена в виде трубопроводов.

6

Ш

-//

Использование: в установках, предназначенных для откачивания среды с повышенным содержанием примесей. Сущность изобретения: подъемная труба 4 установлена вертикально. Гидроциклон 6 расположен между приводом 1 и насосом 2. Камера 9 высокого давления размещена соосно всасывающему отверстию насоса 2 и снабжена внутренней цилиндрической стенкой, в к- рой выполнены тангенциальные каналы 11. расположенные по винтовой линии и ориентированные в направлении вращения рабочих колес и е сторону отверстия. Полость, ограниченная внутренней стенкой камеры 9, сообщена с отверстием и центральной зоной гидроциклона 6. Цилиндрическая полая вставка 15 соосна отверстию и снабжена обращенным вершиной к камере 9 козырьком 16. Образующая поверхности козырька 16 выпслнена в форме циклоиды. Контуры криволинейных перегородок очерчены по логарифмической спирали. Вставка 15 установлена с зазором относительно торцовой поверхности 13 корпуса привода 1 с образованием сужающихся к центру каналов. На торцовой поверхности привода 1 в зоне размещения узких частей каналов выполнены приямки, сообщенные с гидроэлеватором 5 гидролинией, выполненной в виде трубопроводов 22. 4 ил. сл с

8,

ч

ч

И

+

и

1 глсЬ

+г

я

сшоэа

13

11

22