Погружной многоступенчатый центробежный насос Советский патент 1992 года по МПК F04D1/06 F04D13/10 

Изобретение относится к технике по отбору жидкость из глубоких скважин, например, к нефтепромысловому оборудованию, и может быть использовано в центробежных погружных электронасосах,

Известен погружной многоступенчатый центробежный электронасос, содержащий набор ступеней, собранных на валу в корпусе в виде трубы. Каждая из ступеней включает направляющий аппарат со ступицей, в которой через промежуточную защитную втулку проходит вал, и рабочее колесо, которое со стороны диска без ступицы, контактирует торцом через уплотнительную прокладку с кольцевым выступом внутренней торцевой поверхности направляющего аппарата.

Роль промежуточной защитной втулки может выполнять удлиненная ступица рабочего колеса, как, например, в полимерных колесах.

Ступица направляющего аппарата является своего рода подшипником скольжения (опорой) для вала.

Недостатками этой конструкции являются:

Жесткий контакт ступицы направляющего аппарата с длинным тонким валом, который, испытывая осевое усилие при вращении со скоростью до 2850 об/мин, теряет свою прямолинейность и стремится принять волнообразную форму, создавая при этом дополнительные радиальные нагрузки на ступицу направляющего аппарата и ускоряя износ посадочного отверстия ступицы.

Нетехнологичность деталей ступени из- за наличия закрытых труднодоступных полостей, образуемых лопастями, заключенными между двумя дисками. Это затрудняет применение прогрессивных материалов и изготобите льн ых Технологий,

В качестве прототипа выбран погружной центробежный электронасос, содержа(Л

С

х| о со VI

ю

щий наряду с набором последовательно собранных в трубе на валу ступеней установленные периодически промежуточные опоры со сквозными окнами и обрезинен- ной рабочей поверхностью под вал, позволяющие частично предотвращать изгиб, способствовать уменьшению искривления вала и, следовательно, изнашивания посадочного отверстия.

Недостатками такого решения является то, что установка дополнительных промежуточных опор не исключает механическое разбивание отверстий ступиц направляющих аппаратов, т.к. это предопределено са- мим конструктивным выполнением направляющего аппарата, как многоопорной системы.

Поскольку в указанном прототипе конструкция направляющего аппарата такая же, как и в приведенном выше аналоге, то указанные выше недостатки сохраняются (механический, а также гидроабразивный износ отверстий ступиц направляющих аппаратов). Это усугубляется тем, что направляющие аппараты по всей большой длине вала являются опорами-подшипниками скольжения для вала.

Такая многоопорная система способствует механическому разбиванию отверстий всего набора направляющих аппаратов при радиальном биении вращающегося вала, а проникновение перекачиваемой среды с абразивом в увеличивающийся зазор в значительной степени способствует износу поверхности трения.

Цель изобретения - повышение ресурса работы за счет уменьшения износа контактирующих опорных поверхностей ротора и ступицы наружного диска направляющего аппарата и упрощения технологии изготовления.

Поставленная цель достигается тем, что в погружном многоступенчатом центробежном насосе, содержащем цилиндрический корпус, размещенные в нем ступени, каждая из которых выполнена из установленного на валу с возможностью осевого перемещения лопастного рабочего колеса со ступицей ротора и неподвижного лопаточного направляющего аппарата, включающего закрепленный на корпусе лопастной диск с центральным отверстием, лопатками на его наружной торцевой поверхности, обращенный тыльной стороной к торцу рабочего колеса и наружный диск со ступицей, при этом между поверхностями центрального отверстия лопастного диска и ступицы наружного диска образован кольцевой входной канал и, по крайней мере, в части направляющих аппаратов выполнены промежуточные опоры, образованные внутренними поверхностями ступиц, направляющие аппараты с промежуточными опорами снабжены демпфирующими кольцами со сквозными окнами, выполненными из эластичного материала и расположенными в кольцевых входных каналах, а наружный диск со ступицей установлен на роторе с возможностью свободного примыкания к

0 лопаткам направляющего аппарата.

Выполнение в направляющем аппарате наружного диска со ступицей, свободно поджимаемого к его лопастям, посаженного свободно на ротор через промежуточный

5 опорный элемент (вал), позволяет устранить изнашивающее механическое воздействие вала на посадочное отверстие наружного диска, его разбивку.

Разъемная, открытая конструкция на0 правляющего аппарата позволяет применить для их изготовления более прогрессивные материалы и производительные технологии, улучшающие качественные характеристики ступеней и

5 повышающие ресурс работы насосов в условиях повышенных температур, коррозионных сред и абразивного изнашивания рабочих поверхностей.

Применение комбинированной конст0 рукции промежуточной опоры способствует повышению ее долговечности и эффективности работы насоса.

Погружной многоступенчатый центробежный насос содержит набор последова5 тельно собранных рабочих ступеней, каждая из которых состоит из направляющего аппарата 1 с примыкаемым к его лопастям наружным диском 2, рабочего колеса-ротора 3, в котором через опреде0 ленные промежутки установлены промежуточные опоры 4. Направляющие аппараты 1 стянуты жестко друг с другом встык в корпусе 5 и неподвижны. Ведущим звеном в насосе является вращающийся вал 6, на

5 котором через промежуточную втулку или ступицу рабочего колеса 3 свободно посажена ступица наружного диска 2 направляющего аппарата 1.

Рабочие колеса 3 посажены на валу 6

0 встык с небольшим зазором по шпонке и своими торцевыми поверхностями примыкают к внутренней поверхности корпуса направляющего аппарата 1.

Установленные с определенными про5 межутками между направляющими аппаратами 1 промежуточные опоры 4 содержат корпус 7 с лопастями, наружный диск 8 со ступицей и связывающее ступицу диска и дно корпуса эластичное кольцо 9 со сквозными окнами.

Погружной многоступенчатый электронасос работает следующим образом.

При вращении вала 6 жидкость, поднимаемая из скважины, поступает из одной ступени насоса в другую, последовательно установленную в общем наборе, увеличивая напор насоса прямо пропорционально числу рабочих колес 3.

Жидкость, поступающая из лопасти вращающегося рабочего колеса 3, приобре- тает скорость и давление. Для преобразова- ния кинетической энергии в энергию давления жидкость, выходящая из рабочего колеса 3, направляется в неподвижные каналы направляющего аппарата 1, установ- ленного между рабочими колесами. Жидкость, поступающая в рабочее колесо 3, будет выходить из него с большим напором. Результирующая сила, действующая на рабочее колесо, как разность давлений на вхо- де и выходе, будет направлена в сторону, противоположную входу в колесо и является осевой силой, так как направлена вдоль оси вала 6. Она обусловливает прижатие, с одной стороны, рабочего колеса 3 к внут- ренней поверхности лопастного диска корпуса направляющего аппарата, воздействуя при этом на диск рабочего колеса 3, а с другой - прижатие наружного диска 2 со ступицей к лопастям направляющего аппа- рата 1, воздействуя на его наружную торцевую поверхность. Поскольку рабочие колеса 3 не укреплены на валу, действующие на них осевые силы воспринимаются направляющими аппаратами.

Длинный тонкий вал 6, вращаясь со скоростью 2950 об/мин и имея, кроме нижнего и верхнего подшипника, промежуточные опоры 4, стремится принять волнообразную форму при потере своей прямолинейности от воздействия осевых и центробежных сил. Тем самым он оказывает воздействие на ступицу наружного диска 2 направляющего аппарата 1. Поскольку наружные диски 2 свободно посажены на защитную втулку ва- ла или удлиненные ступицы рабочих колес- роторов 3, прижимаются к лопастям направляющего аппарата 1, то при вращении вала 6 и радиальных перемещениях (отклонениях от осевого положения) вместе с валом 6 могут перемещаться в рациональном направлении и наружные диски 2.

Эластичные кольца 9, установленные в промежуточных опорах 4, в определенной мере обеспечивают демпфирующий эффект при радиальном биении вала, сохраняя при этом для промежуточной опоры функцию направляющего аппарата.

Формула изобретения Погружной многоступенчатый центробежный насос, содержащий цилиндрический корпус, размещенные в нем ступени, каждая из которых выполнена из установленного на валу с возможностью осевого перемещения лопастного рабочего колеса со ступицей и неподвижного лопаточного направляющего аппарата, включающего закрепленный на корпусе лопастной диск с центральным отверстием, лопатки на его наружной торцевой поверхности, обращенный тыльной стороной к торцу рабочего колеса, и наружный диск со ступицей, при этом между поверхностями центрального отверстия лопастного диска и ступицы наружного диска образован кольцевой входной канал и по крайней мере в части направляющих аппаратов выполнены промежуточные опоры, образованные внутренними поверхностями ступиц, отличающийся тем, что, с целью повышения ресурса работы за счет уменьшения износа контактирующих опорных поверхностей ротора и ступицы наружного диска направляющего аппарата и упрощения технологии изготовления, направляющие аппараты с промежуточными опорами снабжены демпфирующими кольцами со сквозными окнами, выполненными из эластичного материала и расположенными в кольцевых входных каналах, а наружный диск со ступицей установлен на роторе рабочего колеса с возможностью свободного примыкания к лопаткам направляющего аппарата.

IL Направление яото- I ка лерекамдае - ной средь/

Использование: в технике по отбору жидкости из глубоких скважин. Сущность изобретения: выполнение в направляющем аппарате наружного диска со ступицей позволяет устранить изнашивающее механическое воздействие вала на посадочное отверстие наружного диска, а разъемная открытая конструкция направляющего аппарата позволяет применить для их изготовления более прогрессивные материалы и производительные технологии, улучшающие качественные характеристики ступеней и повышающие ресурс работы насосов в условиях повышенных температур, коррозионных сред и абразивного изнашивания рабочих поверхностей. 1 ил.