СТУПЕНЬ ЦЕНТРОБЕЖНОГО СКВАЖИННОГО НАСОСА
CENTRIFUGAL WELL PUMP STAGE

Изобретение относится к области насосостроения, более конкретно - к центробежным погружным насосам с ограниченными диаметральными размерами, а в частности к их рабочим органам. Оно может найти применение и в других центробежных насосах, которые при работе с жидкостью, содержащей газообразные вещества, имеют небольшой кавитационный запас.
Известна ступень погружного многоступенчатого насоса, состоящая из рабочего колеса, снабженного ведущим и ведомым дисками с размещенными между ними лопатками, и направляющего аппарата с профилированными радиальными лопатками (Патент РФ №2138691, МКИ 6F04D 13/10, 1/06, 31/00, 1999 г.).
Недостатки устройства:
- значительная глубина погружения насоса под динамический уровень, обусловленная необходимостью предотвращения срыва потока в момент входа перекачиваемой среды в полость рабочего колеса первой ступени, происходящего из-за возникновения в ней разряжения вследствие присутствия в перекачиваемой среде значительного объема газа;
- малая эффективность работы насоса при значительных газосодержаниях в перекачиваемой среде вследствие необходимости контроля за изменением динамического уровня, а в случае изменения последнего - необходимость останавливать установку до восстановления динамического уровня.
Известна ступень центробежного насоса, состоящая из рабочего колеса и неподвижных лопаток, установленных во входном патрубке насоса (А.К.Михайлов и В.В.Малюшенко. Лопастные насосы. - М., Машиностроение, 1977 г., стр.126, рис.67a).
Это устройство предназначено для предотвращения закрутки всего потока во входном патрубке насоса и не применимо в ступенях погружных скважинных насосов.
Известен многоступенчатый конденсатный центробежный насос, состоящий из нескольких ступеней, каждая из которых содержит рабочее колесо с радиальными каналами и направляющий аппарат со спиральными каналами, причем первая ступень выполнена так, что она имеет поперечную площадь входного кольцевого канала значительно больше площади одноименного канала последующего рабочего колеса (Источник тот же, стр.250, рис.136 и стр.126, рис.67в).
Недостатки устройства:
- неудовлетворительная эффективность работы в скважинных насосах вследствие малых поперечных размеров последних, так как создаваемый шнековым колесом подпор ничтожно мал;
- неудовлетворительный КПД, обусловленный тем, что при нагнетании многофазных сред шнековый рабочий орган, установленный на одном валу с рабочим колесом при малых глубинах погружения насоса, способствует более интенсивному выделению газа из перекачиваемой среды, следовательно - срыву потока.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является погружной моноблочный многоступенчатый центробежный насос RSG, первая со стороны всасывания ступень которого содержит рабочее колесо, состоящее из ведущего и ведомого дисков с расположенными между ними лопатками, направляющий аппарат со спиральными лопатками и устройство, создающее подпор в зоне входа жидкости в канал рабочего колеса (Каталог 1997 г. Фирмы FAIATEC, насос RSG погружной для сжиженных газов).
К основным недостаткам насоса относятся:
- потребность в повышенных давлениях подпора, приводящих к значительным материальным и энергетическим затратам, проявляющимся через использование дополнительных участков (длин) насосоно-компрессорных труб и кабеля, а также потерь напряжения на дополнительном участке кабеля;
- неудовлетворительная эффективность работы подобной ступени в конструкциях нефтяных насосов вследствие малых диаметральных их размеров, так как создаваемый небольшим в диаметре осевым колесом подпор недостаточен, чтобы добиться сохранения неразрывности потока.
Задачей изобретения является создание ступени центробежного скважинного насоса, обеспечивающей повышенную величину подпора в зоне входа жидкости в радиальные каналы рабочего колеса, снижение глубины погружения насоса под динамический уровень и повышение эффективности работы насоса.
Указанная задача решается предлагаемой ступенью центробежного скважинного насоса, включающей рабочее колесо, состоящее из ведущего и ведомого дисков с расположенными между ними лопатками, приемный и выкидной направляющие аппараты со спиральными лопатками и устройство, создающее подпор в зоне входа жидкости в канал рабочего колеса.
Новым является то, что устройство, создающее подпор, выполнено в виде многозаходного (не более трех) винта, втулочная основа которого снабжена буртиком, жестко соединенным с выкидным направляющим аппаратом, плавно сопряженным со стороны всасывания с цилиндрическим участком втулочной основы и образующим с торцом винта кольцевое фигурное пространство, причем на цилиндрическом участке втулочной основы выполнены наклонные тонкостенные ребра, имеющие направление навивки, противоположное вращению рабочего колеса с углом подъема винтовой линии, равным 40…45°, и выступающие за пределы втулочной основы.
На фиг.1 изображено устройство, создающее подпор в зоне входа жидкости в каналы рабочего колеса.
На фиг.2 - участок насоса в частичном разрезе.
На фиг.3 - вид на выкидной направляющий аппарат и устройство, создающее подпор со стороны всасывания.
Ступень насоса содержит в себе рабочее колесо 1 (фиг.2), состоящее из ведущего 2 и ведомого 3 дисков, несущих на себе подшипниковые кольца 4 и 5, радиальных лопаток 6, и приемный 7 и выкидной 8 направляющие аппараты со своими лопатками 9 и 10 (фиг.2 и 3). Выкидной направляющий аппарат 8 снабжен со стороны всасывания жестко установленным в нем устройством для создания подпора 11 (фиг.1), имеющим втулочную основу 12, которая на одном конце по радиусу плавно переходит на больший диаметр, образуя буртик 13.
Горизонтальный участок втулочной основы 12 снабжен тонкостенными винтовыми ребрами 14, имеющими противоположные вращению рабочего колеса 1 направление и углы наклона на поверхности ребер, равные 40…45°. На другом конце втулочной основы 12 винтовые ребра 14 выходят за пределы втулочной основы. Кольцевое фигурное пространство "ж" расположено на переходном участке выкидного направляющего аппарата 8. При углах 40…45° скорость входа потока жидкости в каналы рабочего колеса является оптимальной.
Каждая центральная стенка 15 винтового ребра 14 соединяется с ее периферийной стенкой по радиусу 16 (фиг.2).
Работает насос следующим образом. При вращении рабочих колес 1 (фиг.2) жидкость из полостей "а" направляется в радиальные каналы “б", а затем в спиральные каналы "в" приемного направляющего аппарата 7, откуда попадает в каналы "г" (фиг.3) и далее - в каналы "д" выкидного направляющего аппарата 8. Здесь движущаяся жидкость пока сохраняет направление движения в сторону вращения рабочего колеса 1. Попав в кольцевое фигурное пространство "ж" (фиг.1), поток жидкости плавно меняет направление своего движения, т.е. жидкость с этого момента двигается по каналам "и" навстречу вращению рабочего колеса 1 и на выходе из винтовых каналов "и" ее встречают лопатки 6 рабочего колеса 1. В результате поток жидкости наезжает на лопатки 6 со скоростью, образуя повышенный подпор в зоне входа в каналы "б".
Предлагаемое техническое решение повышает эффективность работы насоса вследствие снижения количества срывов потока в зоне входа жидкости в первую ступень, а снабжение последующих за первой ступенью устройствами, создающими подпор, приводит к появлению избыточного подпора в каждой ступени. В результате оптимальная точка графика H-Q перемещается в правую сторону от начала координат, т.е. повышается расход и КПД. Снижается также глубина погружения насоса под динамический уровень.