ПОГРУЖНОЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к области насосостроения, а именно к погружным центробежным насосным агрегатам, предназначенным для подъема пластовой жидкости из скважин.
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).
Недосток данной конструкции заключается в сложности проведения сборки насоса, связанной с необходимостью размещения и закрепления в насосе отдельных узлов - осевых и радиальных подшипников.
Известен погружной многоступенчатый центробежный насос, содержащий корпус, вал и ступени, каждая из которых состоит из
7
установленного на валу с помощью ступицы рабочего колеса, имеющего профилированные каналы и, закрепленного в корпусе направляющего аппарата, также имеющего профилированные каналы и ступицу, причем часть ступицы в рабочих колесах выполнена удлиненной в виде отдельной втулки с кольцевым буртиком с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью направляющего аппарата, образуя подшипник, воспринимающий осевые и радиальные нагрузки (см., например, свидетельство №16528, МПК F04B 47/06, от 2000.03.06).
Недостаток известного технического решения заключается в том, что при работе насоса с высоким оборотом вращения вала, например, в случае использования вентильного привода, за счет увеличения осевых и радиальных сил, воздействующих на контактирующие поверхности рабочих органов насоса и при наличии механических примесей в перекачиваемой жидкости, происходит интенсивный износ рабочих органов насоса и осевых опор, что снижает надежность работы насоса и уменьшает срок его службы.
7
Известен погружной многоступенчатый центробежный насос, принятый за прототип, состоящий из набора ступеней, содержащих рабочие колеса и радиальные направляющие аппараты с профилированными каналами, ступени объединены в пакеты, в каждом пакете ступеней установлен радиально-упорный подшипник скольжения, содержащий корпус, в котором размещены неподвижная и подвижная втулки с буртами (см. патент RU 48375, MПKF04D 1/06, 13/10 от 15.04.2005).
Недостаток указанного технического решения заключается в том, что при работе насоса с повышенной частотой вращения вала, напор увеличивается пропорционально квадрату отношения скорости к номинальному значению, одновременно с этим в той же пропорции увеличивается и осевое усилие. Это приводит к увеличению количества пакетов, поскольку их приходиться группировать с меньшим количеством ступеней, чтобы обеспечить установку необходимого количества радиально-упорных подшипников для восприятия увеличенного усилия. Это, в свою очередь, приводит к увеличению длины погружного насоса, что является крайне нежелательным для работы в скважинных условиях. Кроме того, хотя радиально-упорные подшипники и обеспечивают восприятие значительных усилий, повышая надежность насоса, вместе с тем, размещенные в отдельном корпусе, они ухудшают гидродинамическую структуру потока рабочей жидкости, что приводит к снижению напора, подачи и КПД насоса.
Технический результат полезной модели заключается в повышении напора и КПД насоса за счет улучшения гидродинамической структуры потока перекачиваемой жидкости погружным многоступенчатым центробежным насосом, работающим с высокооборотным приводом, а также в снижении радиальных вибраций, вызванных дисбалансом рабочего колеса и высокой частотой вращения, в уменьшении длины насоса и обеспечении защиты вала от воздействия механических примесей.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в погружном многоступенчатом центробежном насосе, состоящем из пакета
ступеней, каждая ступень содержит рабочее колесо со ступицей, в котором выполнены профилированные каналы и направляющие аппараты также выполненные с профилированными каналами, в каждом пакете ступеней установлен радиально-упорный подшипник скольжения, содержащий корпус, в котором установлены, контактирующие между собой, две втулки с верхними торцовыми буртами, согласно полезной модели, корпус радиально-упорного подшипника скольжения выполнен с профилированными каналами, организующими диагональное движение рабочей жидкости с выхода последнего рабочего колеса предыдущего пакета ступеней на вход первого рабочего колеса следующего пакета ступеней.
При этом ступица последнего рабочего колеса предыдущего пакета ступеней со стороны ведущего диска расположена внутри корпуса радиально-упорного подшипника.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, на котором представлено продольное сечение погружного многоступенчатого центробежного насоса.
Насос состоит из размещенных на валу 1 пакетов ступеней, например, А и В, которые состоят из набора рабочих колес 2 и направляющих аппаратов 3. Рабочие колеса 2 имеют лопасти 4, образующие профилированные каналы для движения рабочей жидкости, и направляющие аппараты 3, выполненные с лопатками 5, которые также образуют профилированные каналы для движения рабочей жидкости. В каждом пакете ступеней установлен радиально-упорный подшипник 6, состоящий из корпуса 7, внутри которого
установлены две втулки 8 и 9. Втулка 8 закреплена на валу 1 насоса, а втулка 9 закреплена в корпусе 7 радиально-упорного подшипника 6. Обе втулки выполнены с верхними торцовыми буртами (грибкового типа). Втулка 8 верхним торцом взаимодействует через дополнительную втулку 10 со ступицей 11 последнего (верхнего) рабочего колеса 2 пакета ступеней В. В корпусе 7 радиально-упорного подшипника скольжения выполнены профилированные каналы 12, организующие диагональное движение рабочей жидкости. При этом часть ступицы 11 последнего рабочего колеса 2 предыдущего пакета ступеней А расположена внутри корпуса 7 радиально-упорного подшипника с образованием поверхности скольжения 13 между наружной цилиндрической поверхностью части ступицы 11 и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 7 подшипника 6.
Работает погружной многоступенчатый центробежный насос следующим образом.
Привод насоса (на чертеже не показан) вращает вал 1, который приводит во вращение закрепленные на нем рабочие колеса 2 ступеней, собранные в пакеты А и В. В каждой ступени насоса жидкость, захватываемая лопастями 4 рабочего колеса 2, приобретает кинетическую энергию, которая преобразуется в энергию напора при ее прохождении через профилированные каналы, образованные лопатками 5 направляющего аппарата 3, закрепленного в корпусе насоса. При выходе из каждого пакета ступеней рабочая жидкость проходит через корпус 7 радиально-упорного подшипника 6. При этом из последнего рабочего колеса 2 предыдущего
пакета ступеней А рабочая жидкость поступает в профилированные каналы 12, выполненные в корпусе 7 подшипника, организующими диагональное движение потока рабочей жидкости. Далее жидкость, не изменяя структуры потока, поступает на первое рабочее колесо 2 следующего пакета ступеней В.
При работе насоса суммарные осевые усилия, возникающие на рабочих колесах в каждом пакете ступеней, от ступицы 11 через дополнительную втулку 10 и втулку 8 подшипника 6 передаются на торец втулки 9, которая неподвижно закреплена в корпусе 7 подшипника 6. Радиальные усилия от вала 1 через втулку 8, также передаются на втулку 9. За счет размещения части ступицы 11 последнего рабочего колеса 2 предыдущего пакета ступеней внутри корпуса 7 радиально-упорного подшипника 6, образуется поверхность 13 скольжения (зацепления) части ступицы 11 рабочего колеса 2 в корпусе 7 подшипника 6. Это позволяет при работе насоса с высокооборотным приводом снизить радиальные вибрации, вызванные дисбалансом рабочих колес в пакете ступеней и высокой частотой вращения вала, а также защитить вал от воздействия механических примесей, присутствующих в рабочей жидкости.
Таким образом, в предложенной конструкции погружного многоступенчатого насоса обеспечивается восприятие значительных радиально-осевых усилий, возникающих при работе с высокооборотным приводом, при сохранении структуры потока перекачиваемой жидкости, что приводит к повышению напора, подачи и КПД насоса.