ПОГРУЖНОЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС

Погружной центробежный насос
Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области нефтедобывающей техники, в частности, к погружным центробежным насосам, предназначенным для скважин с повышенными механическими примесями и газосодержанием
Уровень техники
Из уровня техники известен погружной центробежный насос, содержащий вал, рабочие колеса, направляющие аппараты с буртом, на который опирается рабочее колесо, для уменьшения силы трения между рабочим колесом и буртом направляющего аппарата, обусловленной действующим на рабочее колесо осевым усилием рабочее колесо снабжено опорной шайбой из антифрикционного материала, например текстолита. (А.А.Богданов Погружные центробежные насосы для добычи нефти, Москва, изд.Недра, 1968, стр.38-40, рис.31).
Недостатком данного погружного центробежного насоса является то, что по мере износа опорных шайб рабочие колеса перемещаются вдоль вала. Текстолитовые шайбы подвергаются интенсивному износу, что приводит к нарушению контакта между опорной шайбой рабочего колеса и буртом направляющего аппарата, и может возникнуть контакт между самим рабочим колесом и буртом направляющего аппарата, в случаи полного износа опорных шайб, что в свою очередь приводит к резкому снижению надежности работы насоса, и в конечном счете к аварии.
АаЛ2.-« оО.Лд
Р, v
МПК7 F04D13/00 F04D13/10
Наиболее близким к заявленной полезной модели по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является погружной центробежный насос, содержащий вал, рабочие колеса с опорными шайбами и образующие группы ступеней, направляющие аппараты, причем каждое колесо насажено на вал с возможностью перемещения в осевом направлении, каждая группа ступеней снабжена осевой опорой, которая выполнена из материала с повышенной изностойкостью (см. полезная модель RU9905U1 кл. F04D 13/10 публЛ6.05.1999).
Недостатком данного насоса является то, что рабочие колеса в группе последовательно расположенных ступеней размещены на валу непосредственно изначально соприкасающимися друг с другом своими ступицами, что не позволяет использовать опорные шайбы в каждом рабочем колесе. Опорные шайбы являются не только осевыми опорами, но и уплотнительными элементами в каждой ступени, которые исключают переток жидкости по щелевому уплотнению.
Щелевое уплотнение в процессе работы насоса подвержено износу, особенно в скважинах с повышенными механическими примесями, в результате чего возникают утечки жидкости через это щелевое уплотнение, что в свою очередь приводит к резкому снижению эффективности (КПД) работы насоса, особенно при малых дебитах.
Такая конструкция позволяет передавать осевое усилие от групп рабочих колес на усиленную осевую опору одной ступени. Однако, изначальное, непосредственное соприкосновение ступиц нескольких рабочих колес, не позволяет осуществить надежное щелевое уплотнение ступеней со стороны нижнего диска колеса по торцу бурта направляющего аппарата по технологическим соображениям, поскольку это требует более точного выполнения всех соприкасающихся поверхностей : ступиц, опорных шайб и т.д.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, состоит в уменьшение усилия на опорные шайбы рабочих колес и уменьшение их износа, а также создания надежного уплотнения в контакте опорная шайба - направляюш;ий аппарат.
Суш;ность полезной модели
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение надежности работы насоса и увеличение срока его службы.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что погружной центробежный насос, содержаш;ий вал, на который посредством ступиц насажены рабочие колеса с возможность перемещения в осевом направлении, снабженные опорной шайбой и образующие группы ступеней, направляющие аппараты, выполненные с буртом, группы ступеней снабжены осевой опорой, состоящей из опорная шайба рабочего колеса и бурта направляющего аппарата, которые выполнены из материала повышенной износостойкости, а ступицы рабочих колес расположены на валу с заданными осевыми зазорами. Высота опорной шайбы рабочего колеса последней ступени в каждой группе ступеней по своей величине превышает сумму величин всех заданных осевых зазоров между ступицами рабочих колес в группе. Вал выполнен с возможностью передачи осевого усилия на первую ступень, по крайней мере, в одной группе колес.
Отличительной особенностью заявляемой полезной модели является что, что ступицы расположены на валу с заданными осевыми зазорами. Наличие на первой ступени каждой группы рабочих колес осевой опоры (опорная шайба - бурт направляющего аппарата) из материала с износостойкостью выше, чем износостойкость остальных шайб рабочих, позволяет исключить ее интенсивный износ. Пара трения может быть
выполнена, например, из керамики или силицированного графита. В процессе работы насоса будет происходить постепенный износ опорных шайб рабочих колес всех ступеней в каждой группе, кроме первой ступени, и по мере износа опорных шайб, ступицы колес будут перемешать вдоль вала, за счет имеюш;ихся заданных осевых зазоров между ними и осевое усилие будет перераспределяться, нагружая первые ступени через соприкосновение ступиц колес. Перераспределение усилия позволит уменьшить усилие на опорные шайбы, что приведет к уменьшению износ самих опорных шайб. Кроме того, в процессе приработки соприкасающихся поверхностей, например, опорных шайб рабочих колес с буртом направляюп ;его, ступиц рабочих колес между собой, обеспечивается надежное уплотнение в контакте опорная шайба - бурт направляюп ;его аппарата.
Износ опорных шайб будет происходить от минимальной величины на ступени, следуюш;ей за ступенью, где имеется пара трения из материала с повышенной износостойкостью, до расчетной максимальной величины на последней ступени.
При проведении поиска по патентной и научно-технической информации не было обнаружено решений, содержаших всей совокупности предлагаемых признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию «новизна.
Перечень фигур чертежей
На фиг.1 представлено начальное положение рабочих колес погружного
центробежного насоса На фиг. 2 представлено положение рабочих колес в процессе эксплуатации
погружного центробежного насоса.
Погружной центробежный насос содержит вал (1), на который носредством ступиц (2) насажены рабочие колеса (3) с возможность осевого перемещения и образующие группы рабочих колес. Для уменьшения силы трения между рабочим колесом (3) и буртом (5) направляющего аппарата (6), обусловленной действующим на колесо осевым усилием и уменьшения утечки через щелевое  уплотнение рабочие колеса (3) снабжены опорной шайбой (4) из антифрикционного материала, например, текстолита. Рабочие колеса (3) через опорные шайбы (4) взаимодействуют с буртом (5) направляющего аппарата (6). Опорная шайба (7) рабочего колеса (3) первой ступени в каждой группе колес и вставка (8), выполненная в бурте направляющего аппарата (6) или сам бурт направляющего аппарата, выполнены из материала, износостойкость которого выше износостойкости материала, из которого изготовлены опорные шайбы (4) остальных рабочих колес. Ступицы (2) рабочих колес (3) расположены на валу с заданными осевыми зазорами (а). Высота (А) опорной шайбы (4) рабочего колеса последней ступени в каждой группе ступеней превышает по своей величине сумму величин осевых зазоров {а} между ступицами рабочих колес в группе, (см. фигЛ).
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В процессе работы погружного центробежного насоса на рабочие колеса (2) действует осевое усилие. Колесо опирается нижним диском о бурт направляющего аппарата. При взаимодействии опорных щайб (4) рабочих колес (3) с буртом (5) направляющих аппаратов (6) происходит износ опорных шайб (4). При взаимодействии рабочего колеса (3) первой ступени с направляющим аппаратом (6), в месте контакта образуется пара трения (опорная щайба - бурт), которая будет подвергаться менее интенсивному
износу, чем пара трения образующаяся в остальных ступеней. Это обусловлено тем, что вставка бурта направляющего аппарата (8) или сам бурт направляющего аппарата (6) и опорная шайба (7) выполнены из материала, износостойкость которого, выше износостойкости материала из которого выполнены опорные шайбы остальных рабочих колес (см. фиг.2).
Следовательно, износ опорных шайб (4) рабочих колес будет происходить со ступени, следующей за ступенью, пара трения которой, выполнена из материала, износостойкость которого, выше износостойкости материала опорных шайбы остальных рабочих колес. Величина износа опорной шайбы будет равна по величине заданному осевому зазору между ступицей первой ступени и следующей ступени (см. фиг2)
В результате износа опорной шайбы (4), ступица переместиться вдоль вала и соприкоснется со ступицей предыдущей ступени. Усилие с осевой опоры переместиться на соприкасающиеся ступицы и будет восприниматься первой ступенью. Далее по мере удаления от первой ступени величина износа опорных шайб будет увеличиваться на величину осевых зазоров между ступицами.
По мере износа опорных шайб осевое усилие, действующее на рабочие колеса (3) в каждой группе ступеней, будет восприниматься не направляющими аппаратами (6), а соприкасающимися ступицами (2) рабочих колес (3) и первой ступенью, что уменьшает усилие на опорные шайбы в процессе эксплуатации, и приводит к снижению износа опорных шайб.
Поскольку группа ступеней состоит из нескольких рабочих колес, то величины осевых зазоров (а) между ступицами рабочих колес выбираются таким образом, что бы при соприкосновении ступиц всех рабочих колес в группе, опорная шайба (4) последнего рабочего колеса имела некоторую величину, обеспечиваюшую исключение соприкосновения бурта направляющего аппарата непосредственно с рабочим колесом и исключение перетока жидкости в контакте опорная шайба - бурт. Высота (А) опорной к о о в выбирается исходя из следующего соотношения: А  2, , где iколичество зазоров в группе, а- величина осевого зазора, 4- - конечное число осевых зазоров в группе Таким образом, выполнение опорной шайбы и бурта направляющего аппарата или вставки, выполненной в бурте, первой ступени в каждой группе ступеней из материала, износостойкость которого выше износостойкости материала, из которого выполнены опорные щайбы остальных колес и размещение ступиц на валу с заданными осевыми зазорами, позволяет уменьшить усилие на опорные шайбы, поскольку усилие с осевых опор по мере износа опорных шайб перераспределяется, нагружая осевую опору первой ступени посредством последовательного соприкосновения ступиц рабочих колес, при этом исключается полный износ опорных шайб рабочих колес. Уменьшение износа опорных шайб позволит повысить надежность работы насоса и увеличить срок его службы. Расположение ступиц рабочих колес на валу с изначальными, заданными осевыми зазорами определенной величины, обеспечивает в процессе эксплуатации насоса постепенную приработку соприкасающихся поверхностей, например, опорной шайбы и бурта направляющего аппарата. Постепенная приработка обеспечивает надежное уплотнение в контакте опорная шайба - бурт направляющего аппарата. Заданный осевой зазор обеспечивается выполнением ступиц рабочих олес по более точным размерам. Также целесообразно выполнение вала с возможностью передачи севого усилия, действующего на вал, на первую ступень, по крайней мере, в дной группе колес. Тогда осевое усилие, действующее на вал, будет оспринимать этой группой ступеней, и передаваться на корпус насоса.
разгружая или вал гидрозащиты, или позволяет исключить осевую опору вала насоса.
Предложенное решение соответствует критерию «промышленная применимость, поскольку изготовление насоса возможно при использовании суш,ествуюш;их средств производства с применением известных технологий.