НАПРАВЛЯЮЩИЙ АППАРАТ СТУПЕНИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО МНОГОСТУПЕНЧАТОГО НАСОСА
MULTISTAGE CENTRIFUGAL PUMP DISTRIBUTOR

Изобретение относится к области насосостроения и, прежде всего, к многоступенчатым насосам, используемым для добычи нефти из скважин и для подачи воды в продуктивный нефтеносный пласт для поддержания и повышения в нем пластового давления.
Известен направляющий аппарат ступени центробежного погружного многоступенчатого насоса для откачки пластовой жидкости из нефтяных скважин, имеющий цилиндрический корпус, нижний и верхний диски с расположенными между ними лопатками, выступающими за диаметральный размер верхнего диска (Богданов Н.А. Погружные центробежные насосы для добычи нефти. - М.: Недра, 1968, 38-50 с.).
Недостаток указанной конструкции заключается в достаточно быстром износе боковой стенки направляющего аппарата при перекачке жидкости, содержащей абразивные частицы. Особенно быстрому износу подвергается участок внутренней стенки корпуса, который расположен над верхним диском направляющего аппарата.
В качестве прототипа выбран направляющий аппарат ступени центробежного погружного многоступенчатого насоса, в котором верхний диск имеет конусный участок, сопряженный с внутренней поверхностью корпуса, а на наружной торцевой поверхности верхнего диска выполнены дугообразные ребра, имеющие закругление по направлению движения основного потока перекачиваемой пластовой жидкости, при этом один конец каждого ребра соединен с кольцевым выступом, а второй конец соединен с конусным участком наружной поверхности диска (Патент на ПМ №57395 РФ, F04D 13/10, опубл. 10.10.2006). Сочетание конусного участка и дугообразных ребер, выполненных на наружной поверхности верхнего диска направляющего аппарата, обеспечивают не только удаление механических примесей из безлопаточной полости, но и направленное их перемещение в проточную часть ступени, благодаря чему степень разрушения внутренней стенки корпуса со стороны безлопаточной полости под воздействием механических примесей значительно снижается.
Однако такая конструкция сложна в изготовлении и не решает проблему полностью, так как высота ребер над конусной поверхностью постепенно уменьшается при удалении от центра, а на периферии диска ребра отсутствуют.
Известно применение резины для защиты внутренних поверхностей корпусов насосов от эрозии при перекачивании суспензий (см., например, Consideration for proper sizing and material selection to optimize centrifugal slurry pump performance / Gary Davidson // 4th International Pump User Symposium (1987)), когда внутренние поверхности корпуса покрывают толстым слоем резины, что неприемлемо для насосов малого габарита, какими являются погружные многоступенчатые насосы для добычи нефти, так как потребуется уменьшение диаметра рабочего колеса, и показатели ступени ухудшатся.
Заявляемая конструкция обеспечивает увеличенный срок службы ступеней за счет нового расположения ребер.
Указанный технический результат достигается тем, что в направляющем аппарате ступени центробежного многоступенчатого насоса, содержащим цилиндрический корпус, верхний и нижний диски с лопатками между ними, образующими обратные каналы, и защитные спиральные ребра на верхней поверхности верхнего диска, согласно изобретению защитные спиральные ребра выполнены наклонными и размещены на параболической поверхности, имеющей плавное увеличение наклона от оси к периферии, которая сформирована вдоль верхней поверхности верхнего диска с переходом на нижнюю часть внутренней стенки корпуса.
Для обеспечения защиты периферийной части верхней поверхности верхнего диска и нижней части боковой стенки направляющего аппарата наклонные спиральные ребра сформированы в объеме профилированного вкладыша из эластомера, который закреплен на верхней поверхности верхнего диска и на внутренней поверхности цилиндрического корпуса направляющего аппарата.
Вкладыш из эластомера может быть закреплен с помощью, по крайней мере, одного кольцевого выступа, выполненного на его поверхности, взаимодействующего с ответным кольцевым пазом на поверхности корпуса. Кроме того, возможно закрепление вкладыша с помощью кольцевого выступа на корпусе и ответного кольцевого паза, выполненного во вкладыше.
Спиральные ребра в сечении могут иметь трапециевидную или треугольную форму, а также форму сегмента круга.
Формирование спиральных наклонных ребер на параболической поверхности с изменяющимся наклоном способствует лучшему выносу абразивных частиц, тем самым предотвращается промыв на периферии пазух направляющего аппарата.
Применение эластомера, например резины, для изготовления профилированного вкладыша, прежде всего, обеспечивает простоту формирования в нем параболической поверхности и спиральных наклонных ребер на ней. При этом можно использовать резиновую вставку с толщиной, достаточной для достижения высокой сопротивляемости материала к гидроабразивному износу.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими чертежами.
На фиг.1 приведен меридиональный разрез ступени центробежного многоступенчатого насоса, содержащей заявляемый направляющий аппарат с кольцевым пазом на корпусе для крепления профилированного вкладыша;
на фиг.2 - меридиональный разрез профилированного резинового вкладыша с ребрами трапециевидного сечения (показаны только часть (три) спиральных наклонных ребер);
на фиг.3 - то же с ребрами, имеющими сечение в виде сегментов круга;
на фиг.4 - то же с ребрами треугольного сечения.
Ступень центробежного многоступенчатого насоса состоит из закрытого рабочего колеса 1 и направляющего аппарата 2 (фиг.1). Направляющий аппарат 2 содержит цилиндрический корпус 3, верхний диск 4 и нижний диск 5, между которыми размещены лопатки 6, образующие обратные каналы.
Участок верхней поверхности верхнего диска 4 и нижней части внутренней боковой поверхности цилиндрического корпуса 3 выполнен в виде профилированного вкладыша из эластомера 7, например резины.
Верхняя поверхность вкладыша 7 имеет параболическое сечение с увеличением наклона по мере удаления от оси. На этой поверхности размещены спиральные наклонные ребра 8, сформированные в профилированном вкладыше 7 (фиг.1-4). При этом спиральные наклонные ребра 8 выполнены с одинаковой высотой выступания относительно параболической поверхности. Спиральные ребра могут быть выполнены с поперечным сечением в виде трапеции (фиг.2), треугольника (фиг.3) или сегмента круга (фиг.4). Форма, наклон и изгиб спиральных наклонных ребер 8 обеспечивают более полное удаление абразивных частиц из полости под рабочим колесом 1, тем самым обеспечивается защита от размыва направляющего аппарата в этом месте.
Профилированный вкладыш 7 изготовлен из эластомера, например из резины, толщина которой на периферии верхней поверхности верхнего диска, то есть на месте, где обычно происходит размыв, составляет не менее 3 мм. Вкладыш закреплен в направляющем аппарате 2 посредством выполненного на нем кольцевого выступа 9, входящего в ответный паз корпуса 3. Такое крепление обеспечивает простоту изготовления, легкость сборки и надежную фиксацию.
Ступень работает следующим образом. Жидкость выходит из колеса 1 и попадает в безлопаточную камеру между внутренней поверхностью стенки корпуса 3 направляющего аппарата и рабочим колесо, затем попадает в обратные каналы. Абразивные частицы, попавшие в пазуху ступени, то есть в область между верхней поверхностью верхнего диска 4 и рабочим колесом 1, увлекаются токами жидкости в пазухе, движутся по углублениям между наклонными спиральными ребрами 8 и удаляются из пазух. Тем самым предотвращается промыв в месте стыков корпуса 3 и верхнего диска 4.