ПОГРУЖНОЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к насосостроению и может быть использована в погружных центробежных многоступенчатых насосах для подъема жидкости из скважин.
6
Известен погружной многоступенчатый насос, состоящий из секций, каждая из которых содержит корпус, вал, концевые и промежуточные радиальные подшипники и рабочие органы, включающие в себя рабочие колеса и направляющие аппараты, с индивидуальными осевыми опорами, причем рабочие органы объединены в группы, каждая из которых снабжена осевой опорой, выполненной из материала повышенной износостойкости (см. описание к полезной модели, свидетельство №9905, МПК F04D 13/10, опубликовано 1999.05.16).
Недостатком известного насоса является то, что в процессе его работы под воздействием механических примесей, находящихся в перекачиваемой жидкости, происходит износ осевых опор по поверхностям их
соприкосновения с рабочими органами. Учитывая тот факт, что в центробежном насосе осевые опоры являются еще и уплотнительными элементами, их износ приводит к возникновению перетока жидкости от нагнетания к всасыванию. Кроме того, известная конструкция не обеспечивает восприятия радиальных усилий, также влияющих на износ трущихся поверхностей рабочих органов насоса. Все эти факторы приводят к снижению надежности насоса и сокращению срока его службы.
7
Известен также погружной центробежный насос, содержащий вал, на котором посредством ступиц насажены рабочие колеса с возможностью перемещения в осевом направлении, снабженные опорной шайбой и образующие группы ступеней, и направляющие аппараты, выполненные с буртом. Группы ступеней снабжены осевой опорой, состоящей из опорной шайбы рабочего колеса и вставки, расположенной в бурте направляющего аппарата, которые выполнены из материала повышенной износостойкости, причем ступицы рабочих колес расположены на валу с заданным осевым зазором (см. патент на полезную модель RU №35851 U1, МПК F 04 D 13/10, 04.09.2003).
Конструкция данного насоса позволяет уменьшить усилия на опорные шайбы рабочих колес и повысить надежность уплотнения в контакте опорной шайбы с направляющим аппаратом.
Однако, при работе насоса с высокими оборотами вращения вала, например, в случае использования вентильного привода, воздействия осевых и радиальных усилий на контактирующие поверхности рабочих органов
насоса увеличиваются. В результате, при наличии механических примесей в перекачиваемой жидкости, процесс разрушения соприкасающихся поверхностей рабочих колес и направляющих аппаратов с осевыми опорами происходит более интенсивно. Это приводит к снижению надежности работы насоса и уменьшению срока его службы.
Известен погружной многоступенчатый центробежный насос для добычи нефти, состоящий из пакета ступеней, каждый из которых включает в себя от 4 до 10 ступеней и имеет свою осевую и радиальную опоры (см. международный транслятор «Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти» под научной редакцией акад. РАЕН В.Ю.Алекперова и акад. РИА В.Я.Кершенбаума, М. 1999 г., с.259-260).
Недостатком данной конструкции является значительное усложнение сборки насоса, связанной с необходимостью размещения и закрепления в насосе отдельных узлов - осевых и радиальных подшипников.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является обеспечение максимальной разгрузки индивидуальных осевых опор ступеней при работе насоса с высокими оборотами вращения вала и перекачивании жидкости с высоким содержанием механических примесей.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение надежности насоса, упрощение его сборки и увеличение срока службы.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в погружном центробежном многоступенчатом насосе, состоящем из секций насоса, каждая из которых содержит корпус, вал, концевые и промежуточные радиальные подшипники и пакеты ступеней, включающие в себя рабочие колеса, направляющие аппараты и индивидуальные осевые опоры, согласно полезной модели, в каждом пакете ступеней размещен радиально-упорный подшипник скольжения, который содержит корпус, внутреннюю и наружную втулки с кольцевыми буртами, причем подшипник установлен таким образом, что торцевые поверхности его внутренней втулки имеют возможность взаимодействия со ступицами рабочих колес верхней и нижней ступеней, собранных в пакеты, и буртом наружной втулки, которая жестко соединена с корпусом подшипника, при этом на торцевой поверхности бурта наружной втулки выполнены радиальные каналы.
Погружной центробежный многоступенчатый насос, согласно второму варианту исполнения полезной модели, снабжен радиально-упорным подшипником скольжения, у которого внутренняя втулка состоит из двух составных частей, одна из которых является собственно внутренней втулкой, а вторая ее часть представляет собой шайбу или втулку, выполненную с разными площадями торцевых поверхностей, составные части внутренней втулки установлены на валу насоса относительно друг друга с заданным зазором, при этом верхняя меньшая торцевая поверхность шайбы или втулки имеет возможность взаимодействия со ступицей рабочего колеса верхней
ступени, а нижняя большая ее торцевая поверхность контактирует с торцевой поверхностью бурта наружной втулки подшипника.
Предложенное техническое решение поясняется чертежом, где:
На фиг.1 представлен погружной центробежный многоступенчатый насос с первым вариантом выполнения радиально-упорного подшипника,
На фиг.2 представлен погружной центробежный многоступенчатый насос со вторым вариантом выполнения радиально-упорного подшипника.
Погружной центробежный многоступенчатый насос в первом варианте исполнения (фиг.1) содержит вал 1 и ступени А, В, С, собранные в корпусе 2. Каждая ступень состоит из рабочего колеса 3, закрепленного на валу 1, и направляющего аппарата 4, закрепленного в корпусе 2 насоса. Направляющий аппарат 4 выполнен в виде единой детали и состоит из нижнего диска 5 со ступицей 6 и верхнего диска 7 со стаканом 8. Между дисками 5 и 7 размещены лопатки, образующие каналы 9 направляющего аппарата 4. Рабочее колесо 3 также представляет собой единую деталь и содержит основной диск 10 со ступицей 11 и покрывной диск 12. Между дисками 10 и 12 также выполнены лопатки, образующие проточную часть 13 рабочего колеса 3. Для уменьшения силы трения между контактирующими поверхностями рабочего 3 колеса и направляющего аппарата 4 в ступени установлены индивидуальные осевые опоры 29 и 30. Ступени А, В, С объединены в пакеты и размещены на валу 1 с заданными осевыми расстояниями между ступицами 11 рабочих колес 3. В каждом пакете ступеней установлен радиально - упорный подшипник 14, который состоит
из корпуса 15, внутренней втулки 16 и наружной втулки 17. Втулки 16 и 17 подшипника 14 выполнены соответственно с кольцевыми буртами 18 и 19 и размещены таким образом, что торцевая поверхность 20 бурта 18 внутренней втулки 16 через верхнюю дополнительную втулку 21 контактирует со ступицей 12 рабочего колеса верхней ступени В, а торцевая поверхность бурта 22 наружной втулки 17, выполненная с радиальными каналами 23, контактирует с буртом 18 внутренней втулки 16. Между ступицей 11 рабочего колеса нижней ступени С и торцами втулок 16 и 17 установлена втулка 24 с опорной шайбой 25.
В погружном центробежном многоступенчатом насосе, выполненном по второму варианту (фиг.2), внутренняя втулка 16 состоит из двух отдельных частей: собственно самой втулки и шайбы или втулки 26, выполненной с различными площадями торцевых поверхностей 27, 28. Втулка 16 и шайба 26 размещены на валу относительно друг друга с заданным зазором. При этом шайба 26, как и в первом варианте, через дополнительную втулку 21 своей верхней торцевой поверхностью 27, имеющей меньшую площадь, связана со ступицей 11 рабочего колеса 3 верхней ступени В, а нижней торцевой поверхностью, имеющей большую площадь, контактирует с торцевой поверхностью бурта наружной втулки подшипника нижние торцы втулок 16 и 17 через втулку 24 и упорную шайбу 25 связаны со ступицей 11 рабочего колеса нижней ступени С.
При работе погружного центробежного многоступенчатого насоса, перекачиваемая жидкость под действием лопастей рабочего колеса 3,
вращающегося вместе с валом 1, нижней ступени С приобретает кинетическую энергию, которая затем преобразуется в энергию напора при прохождении жидкости через неподвижные каналы переменного сечения направляющего аппарата 4, закрепленного в корпусе 2. Далее перекачиваемая жидкость поступает на лопасти рабочего колеса следующей ступени В и процесс преобразования энергии повторяется. Возникающие при работе насоса усилия, действующее на рабочие колеса 3, воспринимаются вначале индивидуальными опорами 29, 30 в каждой ступени А, В и С, а затем радиально-упорным подшипником 14, размещенным в нижней части пакета ступеней. При этом осевые усилия, действующее при нормальном режиме работы насоса сверху вниз, от ступицы 11 рабочего колеса 3, верхней ступени В через втулку 21 и бурт 18 внутренней втулки 16, закрепленной на валу 1, передаются на бурт 19 наружной втулки 17, закрепленной неподвижно в корпусе 15 подшипника. По мере износа индивидуальных опор 29, 30 рабочее колесо перемещается вдоль вала, оставаясь прижатым вниз. При работе насоса в режиме «всплытия» рабочих колес 3 осевые силы могут быть направлены снизу вверх. В этом случае осевые усилия от ступицы 11 нижнего пакета ступеней С будут передаваться через втулку 24 и опорную шайбу 25 на нижние торцевые поверхности втулок 16 и 17 подшипника. Радиальные усилия от вала 1, также воспринимаются внутренней втулкой 16 и по контактирующим поверхностям передаются на наружную втулку 17. Смазка контактирующих поверхностей внутренней втулки 16 и наружной втулки 17 подшипника осуществляется благодаря радиальным каналам 23,
выполненным на торцевой поверхности бурта 19 наружной втулки 17. В результате осуществляется разгрузка осевых опор 29 и 30, что обеспечивает их износостойкость при перекачивании жидкости с повышенным содержанием механических примесей и при работе насоса на высоких оборотах вращения вала. А с учетом того, что внутренняя втулка 16 и наружная втулка 17 выполнены из износостойкого материала, обеспечивается повышение надежности и долговечности работы погружного многоступенчатого центробежного насоса.
В погружном центробежном насосе, выполненном по второму варианту, осевые усилия, возникающие на рабочем колесе 3, передаются на торец собственно внутренней втулки 16 через шайбу или втулку 26, а радиальные усилия от вала воспринимаются цилиндрической поверхностью внутренней втулки 16 радиально-упорного подшипника. Такой вариант исполнения позволяет улучшить смазку контактирующих поверхностей подшипника во время работы насоса и упростить его сборку, за счет исключения необходимости в точном взаиморасположении контактирующих торцевых и цилиндрических поверхностей.