ДИСПЕРГАТОР ПОГРУЖНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Полезная модель относится к области гидромашиностроения и может быть использована в погружных насосных установках, предназначенных для подъема жидкости из скважин с повышенным содержанием попутного газа.
Присутствие попутного газа в перекачиваемой жидкости влияет на снижение всасывающей способности рабочего колеса центробежного насоса, что значительно ухудшает его основные характеристики, приводящие к снижению напора, подачи и КПД. При этом, работа насоса становится неустойчивой, малоэффективной и часто сопровождается срывам подачи перекачиваемой жидкости.
Известно использование диспергирующего устройства в погружном центробежном насосе для снижения вредного влияния попутного газа путем измельчения пузырьков газа и перемешивания их с жидкостью до образования однородной газожидкостной смеси, поступающей затем на вход насоса. При этом диспергирующее устройство содержит, по крайней мере, два рабочих органа с радиальными лопатками, расположенными вдоль оси вращения вала насоса (см., например, Гафуров О.Г. «Исследование
особенностей эксплуатации погружными центробежными насосами нефтяных скважин, содержащих в продукции газовую фазу», диссертация на соискание ученой степени к.т.н., Уфа, 1972 г., с.52-53, 128-140).
Однако описанное в указанном источнике диспергирующее устройство имеет большие габаритные размеры и не обеспечивает получения газожидкостной смеси с высокой степенью дисперсности газовой фазы, необходимой для эффективной работы погружного центробежного насоса.
7
Наиболее близким к заявленной полезной модели является техническое решение, в котором диспергатор установлен перед погружным центробежным насосом и состоит из вала, связанного с приводом насоса, корпуса и диспергирующих ступеней осевого типа, причем каждая ступень содержит установленное на валу с возможностью вращения рабочее колесо с открытыми радиальными рабочими лопатками (ребрами) и неподвижно закрепленный на корпусе направляющий аппарат с радиальными направляющими лопатками (ребрами) закрытыми со стороны корпуса (см. описание к патенту на изобретение RU №2243416, МПК F 04 D 13/10 от 05.06.2003,.
Недостатком прототипа является то, что заявленное отношение высоты ступеней диспергатора к их наружному диаметру, составляющее от 0,2 до 0,3, приводит к необходимости выполнения радиальных лопаток рабочего колеса и направляющего аппарата очень узкими, что при малом числе рабочих лопаток приводит к тому, что расстояние между лопатками оказывается больше, чем ширина самих лопаток, а это, в свою очередь,
приводит к значительному снижению диспергационной способности устройства и, следовательно, к снижению эффективности его работы.
Кроме того, при выбранном количестве лопаток направляющего аппарата, в полтора раза превышающее количество лопаток рабочего колеса, не удается создать поток с наибольшим возмущением, что является необходимым для эффективного процесса диспергирования.
Технический результат, достигаемый при использовании настоящей полезной модели, заключается в повышении эффективности процесса диспергирования попутного газа для создания более однородной газожидкостной смеси, перекачиваемой погружным центробежным насосом, при уменьшении габаритных размеров диспергатора.
Для достижения технического результата, в диспергаторе для погружного центробежного насоса, состоящем из вала, связанного с приводом насоса, корпуса и диспергирующих ступеней осевого типа, каждая дисрергирующая ступень содержит установленное на валу рабочее колесо с открытыми радиальными лопатками и закрепленный неподвижно на корпусе направляющий аппарат с радиальными лопатками закрытыми со стороны корпуса, согласно полезной модели, радиальные лопатки рабочего колеса и направляющего аппарата выполнены равными по ширине, причем радиальные лопатки направляющего аппарата установлены с наклоном относительно плоскости перпендикулярной оси ступени по направлению движения газожидкостной смеси в процессе работы диспергатора, а радиальные лопатки рабочего колеса установлены с наклоном относительно
плоскости перпендикулярной оси ступени против направления перемещения газожидкостной смеси в процессе работы диспергатора.
При этом ширина лопаток рабочего колеса и направляющего аппарата составляет 0,15 до 0,25 от величины значения диаметра рабочего колеса, углы наклона радиальных лопаток рабочего колеса и направляющего аппарата относительно плоскости перпендикулярной оси ступени находятся в пределах от 60° до 90°, а рабочее колесо и направляющий аппарат размещены в ступени диспергатора таким образом, что осевые зазоры: между радиальными лопатками рабочего колеса и направляющего аппарата и радиальные зазоры между открытыми лопатками рабочего колеса и корпусом составляют 1-2 мм.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, где
на фиг.1 изображены две диспергирующие ступени диспергатора в сборе,
на фиг.2 - рабочее колесо диспергатора,
на фиг.3 - направляющий аппарат диспергатора,
на фиг.4 - пример использования диспергатора с газосепаратором,
на фиг.5 - пример использования диспергатора с насосной секцией.
Предложенный диспергатор погружного центробежного насоса состоит из корпуса 1 (фиг.4, 5), внутри которого размещен набор диспергирующих ступеней 2 осевого типа (фиг.4). Каждая диспергирующая ступень 2 (фиг.1) содержит открытое рабочее колесо 3 со ступицей, установленное с возможностью вращения на валу 4 диспергатора, и направляющий аппарат 5 жестко закрепленный в корпусе 1. Вал 4 диспергатора связан с валом насоса,
p
n
р
n
=
,
соединенным с приводом, обеспечивающим вращение рабочие колеса 3 диспергирующих ступеней 2 (на чертеже не показан). Открытое рабочее колесо 3 и направляющий аппарат 5 каждой диспергирующей ступени 2 выполнены с плоскими радиальными лопатками 6 и 7. В направляющем аппарате 5 радиальные лопатки 7 закрыты со стороны корпуса 1. Плоские радиальные лопатки 6 рабочего колеса 3 и плоские радиальные лопатки 7 направляющего аппарата 5 выполнены равными по ширине, т.е. bb, при этом ширина лопаток составляет 0,15÷0,25 от значения диаметра d рабочего колеса 3. Лопатки 6 рабочего колеса 3 установлены под углом β, значение которого выбрано в пределах от 60° до 90° относительно плоскости перпендикулярной оси диспергирующей ступени в направлении противоположном движению газожидкостной смесим, а лопатки 7 направляющего аппарата 5 установлены под углом α значение которого выбрано в пределах от 60° до 90° относительно плоскости перпендикулярной оси диспергирующей ступени по направлению движения газожидкостной смеси.
р
Рабочее колесо 3 и направляющий аппарат 5 размещены в диспергирующей ступени таким образом, что осевой зазор Δ между радиальными лопатками 6 рабочего колеса и радиальными лопатками 7 направляющего аппарата и радиальный зазор δ между открытыми лопатками 6 рабочего колеса 3 и внутренней поверхностью направляющего аппарата 5 составляют от 1 до 2 мм.
Работает диспергатор погружного центробежного насоса следующим образом.
При работе насоса жидкостная фаза с включенными пузырьками попутного газа поступает в проточную часть направляющего аппарата 5 первой диспергирующей ступени, образованную радиальными лопатками 7, и далее направляется к открытому рабочему колесу 3. С помощью радиальных лопаток 5 рабочего колеса 3 происходит измельчение газовых пузырьков и перемешивание их с жидкостью с образованием однородной газожидкостной смеси. Далее газожидкостная смесь аналогичным образом поступает в следующую диспергирующую ступень, где происходит дополнительное измельчение пузырьков газа и перемешивание их с жидкостью. Количество диспергирующих ступеней должно быть выбрано в зависимости от содержания попутного газа в жидкости, при этом сам диспергатор может быть использован как непосредственно с насосной секцией 8 (фиг.5), так и совместно с газосепаратором 9 (фиг 4), благодаря которому часть газа выводится за пределы скважины и уже оставшаяся часть газа перемешивается с жидкостью.
В результате при равном количестве радиальных лопаток 6, 7 рабочего колеса 3 и направляющего аппарата 5 в каждой диспергирующей ступени, которые выполнены равными по ширине, составляющей 0,15÷0,25 от величины диаметра открытого колеса диспергирующей ступени, а также благодаря установке лопаток 6 открытого колеса под углом от 60° до 90° относительно плоскости перпендикулярной оси ступени диспергатора в
.
направлении противоположном движению газожидкостной смеси и установке лопаток 7 направляющего аппарата под углом от 60° до 90° относительно плоскости перпендикулярной оси ступени диспергатора в направлении по движению газожидкостной смеси, обеспечивается создание потока перекачиваемой смеси с наибольшим возмущением, что приводит к повышению степени диспергации попутного газа,. Уменьшение радиальных зазоров между лопатками рабочего колеса и корпусом и осевых зазоров между лопатками рабочего колеса и лопатками направляющего аппарата до 1-2 мм приводит к увеличению силового взаимодействия отдельных частиц газожидкостной смеси, что также способствует повышению степени диспергации. Кроме того, предлагаемое конструктивное решение позволяет уменьшить ширину рабочего колеса и направляющего аппарата, что уменьшает габаритные размеры диспергатора