СТУПЕНЬ ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Полезная модель относится к машиностроению (гидро- и электромашиностроению) и может быть использована в насосных установках, приспособленных для работы в буровых скважинах (установках погружных электронасосов для добычи нефти).
Известен многоступенчатый центробежный насос, содержащий ступень, выполненную из рабочего колеса, установленного на валу и выполненного в виде ведущего диска, ведомого покрывного диска и лопастей, которые закреплены между передней поверхностью ведущего диска и ведомым покрывным диском, и из направляющего аппарата, выполненного в виде лопаточного покрывного диска, цилиндрической обоймы и лопаток. Лопаточный покрывной диск направляющего аппарата установлен со стороны задней поверхности ведущего диска рабочего колеса, цилиндрическая обойма направляющего аппарата выполнена с кольцеобразной стенкой, расположенной поперечно. Внутри цилиндрической обоймы установлены рабочее колесо и лопаточный покрывной диск, а лопатки закреплены в направляющем аппарате между кольцеобразной стенкой цилиндрической обоймы и лопаточным покрывным диском. Рабочее колесо и направляющий аппарат имеют определенные геометрические параметры (по патенту RU 2161737, кл. F04D 1/06, F04D 13/10, опубл. 10.01.01).
3
Данная конструкция имеет оптимальные параметры при подаче 50 м/сут ± 10%.
Погружной электроцентробежный насос (далее - ЭЦН) имеет рабочий диапазон подач (номинальная подача ±10%), в котором он работает эффективно, с высокими значениями напора и КПД. Для каждого диапазона подач рабочие органы насоса, направляющий аппарат и рабочее колесо, имеют определенную форму (геометрию). В номенклатурном ряду у каждого производителя погружного оборудования имеются ЭЦН с различными рабочими диапазонами.
3
Ступень насоса ЭЦНАКИ5А-25 производства «Алнас» при номинальной подаче 25 м/сут имеет напор 4,4 м и КПД 27,5%.
3
Ступень насоса Centurionpump 400 series производства «BakerHuges» при подаче 25 м/сут имеет напор 4,8 м и КПД 34%.
3
Ступень насоса ODIpump 400 series производства «BakerHuges» при подаче 25 м/сут имеет напор 6,1 м и КПД 30%.
3
Ступень насоса ЭЦНДП5А-25 производства «Борец» при номинальной подаче 25 м/сут имеет напор 6,9 м и КПД 37%.
3
Ступень насоса ВНН5А-25 производства «Новомет» при номинальной подаче 25 м/сут имеет напор 7,5 м и КПД 33%.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение технико-эксплуатационных качеств, увеличение значений напора и КПД ступени ЭЦН.
3
Техническим результатом, который достигается в результате решения указанной выше задачи, является получение высоких значений напора и КПД ступени ЭЦН при номинальной подаче 25 м/сут.
Указанная техническая задача решается следующим образом. Ступень погружного электроцентробежного насоса состоит из рабочего колеса, установленного на валу и выполненного в виде ведущего диска, а также ведомого покрывного диска и лопастей, которые закреплены между передней поверхностью ведущего диска и ведомым покрывным диском, и из направляющего аппарата, выполненного в виде лопаточного покрывного диска, цилиндрической обоймы и лопаток, причем лопаточный покрывной диск направляющего аппарата установлен со стороны задней поверхности ведущего диска рабочего колеса, на ведущем диске рабочего колеса выполнен лопаточный венец, количество лопастей рабочего колеса равно пяти, а количество лопаток направляющего аппарата - трем.
Отношение расстояния между ведущим диском колеса и покрывным диском направляющего аппарата к диаметру лопаточного покрывного диска составляет не менее 0,04.
Каждая лопасть рабочего колеса выполнена с переменным средним радиусом, увеличивающимся от входа рабочего колеса к выходу, причем переменный радиус лопасти выбран в диапазоне, в котором отношение минимального среднего радиуса лопасти и максимального среднего радиуса лопасти к диаметру ведомого диска находится в интервале от 0,25 до 0,55, и имеет угол входа в интервале от 8° до 17° и угол выхода в интервале от 13° до 23°, отношение высоты лопасти рабочего колеса к диаметру ведомого диска находится в интервале от 0,03 до 0,05.
Каждая лопатка направляющего аппарата выполнена с переменным средним радиусом, причем переменный радиус лопатки выбран в диапазоне, в котором отношение минимального среднего радиуса лопатки и максимального среднего радиуса лопатки к диаметру лопаточного покрывного дискав интервале от 0,03 до 0,55, каждая лопатка имеет угол входа в интервале от 0° до 10° и коэффициент стеснения на выходе направляющего аппарата в диапазоне от 0,5 до 0,7, отношение высоты лопатки к диаметру лопаточного покрывного диска находится в диапазоне от 0,03 до 0,05.
По варианту исполнения каждая лопатка направляющего аппарата выполнена с переменным средним радиусом, плавно уменьшающимся от входа направляющего аппарата к выходу.
Полезная модель поясняется фигурами (чертежами), на которых изображено:
фиг. 1 - последовательно установленные ступени центробежного насоса, продольный разрез;
фиг. 2 - рабочее колесо;
фиг. 3 - направляющий аппарат.
Ступень погружного электроцентробежного насоса (фиг. 1) состоит из рабочего колеса 1 и направляющего аппарата 2. Рабочее колесо 1 установлено на валу 3 и выполнено в виде ведущего диска 4, ведомого покрывного диска 5 и лопастей 6. Лопасти 6 закреплены между ведущим диском 4 и ведомым покрывным диском 5. Направляющий аппарат 2 выполнен в виде лопаточного покрывного диска 7, цилиндрической обоймы 8 и лопаток 9. Цилиндрическая обойма 8 выполнена с кольцеобразной стенкой 10, расположенной поперечно. Внутри цилиндрической обоймы 8 установлены рабочее колесо 1 и лопаточный покрывной диск 7. Лопатки 9 закреплены в направляющем аппарате 2 между кольцеобразной стенкой 10 цилиндрической обоймы 8 и лопаточным покрывным диском 7. На ведущем диске 4 выполнен лопаточный венец 11.
a
Количество лопастей 6 рабочего колеса 1 равно пяти, а количество лопаток 9 направляющего аппарата - трем. Отношение расстояния А между ведущим диском 4 колеса и покрывным диском 7 направляющего аппарата к диаметру D не менее 0,04.
1
к
1
2
к
Каждая лопасть 6 рабочего колеса 1 (фиг. 2) выполнена с переменным средним радиусом R увеличивающимся от входа рабочего колеса 1, расположенного ближе к центру ведущего диска 4, к выходу рабочего колеса 1, расположенного ближе к периферии ведущего диска 4, отношение которого к диаметру D ведомого диска 5 находится в диапазоне от 0,25 до 0,55. Каждая лопасть 6 имеет угол входа β в интервале от 8° до 17° и угол выхода β в интервале от 13° до 23°. Отношение высоты лопасти 6 к диаметру D ведомого диска 5 находится в диапазоне от 0,03 до 0,05.
2
2
min
max
a
1
Каждая лопатка 9 направляющего аппарата 2 (фиг. 3) выполнена с переменным средним радиусом R. Переменный радиус R лопатки 9 выбран в диапазоне, в котором отношение минимального среднего радиуса r лопатки 9 и максимального среднего радиуса r лопатки 12 к диаметру D лопаточного покрывного диска 7 находится в диапазоне от 0,03 до 0,55. Каждая лопатка 9 имеет угол входа α в интервале от 0° до 10° и коэффициент стеснения ψ на выходе направляющего аппарата 2 в диапазоне от 0,5 до 0,7. Коэффициент стеснения ψ (коэффициент стеснения потока на выходе направляющего аппарата) рассчитывается по следующей формуле:
, где
t - шаг лопаток;
σ - толщина выходной кромки лопатки.
а
Отношение высоты лопатки 6 к диаметру D находится в диапазоне от 0,03 до 0,05.
Как показали исследования, если вышеперечисленные геометрические параметры рабочего колеса 1 и направляющего аппарата 2 выполнены в указанных диапазонах, то удается решить поставленную задачу с достижением технического результата.
3
3
Испытания показали, что заявленная ступень ЭЦН, выполненная в 5А габарите (диаметр насоса 103 мм), имеет улучшенные технико-эксплуатационные характеристики на номинальной подаче 25 м/сут: напор 7,3 м и КПД 38%. И тем самым превосходит по напору или КПД или по обоим параметрам одновременно известные насосы 5А габарита, рассчитанные на номинальные подачи 25 м/сут.
Характеристики были получены на ступени, изготовленной по технологии литья в песчаные формы. При использовании других технологий, например, литья по выжигаемым, выплавляемым, газифицированным моделям, прессованием из металлического порошка и др., возможно получение более высоких характеристик.
3
Таким образом, решения, используемые в полезной модели, позволили создать ступень с номинальной подачей 25 м/сут с высокими значениями напора и КПД.