ДИСПЕРГИРУЮЩАЯ СТУПЕНЬ ПОГРУЖНОГО МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
DISPERSING MULTISTAGE ROTARY PUMP

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в многоступенчатых центробежных погружных насосах для откачки пластовой жидкости с высоким содержанием газа.
Известна диспергирующая ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса (по патенту US 5628616, F04D 29/22, опубл. 13.05.1997), содержащая направляющий аппарат и рабочее колесо. Причем в закрытом рабочем колесе такой ступени имеется ведомый диск, а также ведущий диск, с которым жестко связаны лопасти рабочего колеса, в промежутках между которыми в ведущем диске закрытого рабочего колеса выполнены отверстия. Недостатком такой ступени является то, что лопасти рабочего колеса не воздействуют на пластовую жидкость, протекающую под рабочим колесом, в связи с чем ступень известной конструкции не обеспечивает достаточно эффективное дробление находящихся в пластовой жидкости газовых пузырей и грязевых включений. В области между нижним диском рабочего колеса и соседним диском направляющего аппарата возможно образование крупных газовых пузырей.
Наиболее близкой к предложенному техническому решению является диспергирующая ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса (по патенту RU 2209347, МПК F04D 13/10, F04D 31/00, опубл. 27.07.2003), которая содержит направляющий аппарат, установленное в последнем открытое рабочее колесо, лопасти которого расположены на нижней поверхности ведущего диска, в котором в промежутках между местами закрепления лопастей выполнены отверстия. Расстояние от нижней кромки каждой из лопастей до верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата выполнено увеличивающимся в направлении от внутреннего края нижней кромки лопасти к внешнему краю указанной кромки лопасти.
Недостатками данного устройства является невысокие диспергирующие свойства ступени, обусловленные тем, что отверстия в ведущем диске рабочего колеса, размещенные в промежутках между местами закрепления лопастей, не позволяют осуществлять равномерную диспергацию газожидкостной смеси по всей длине лопастной решетки начиная с ее входа. Жидкость хуже диспергируется на участках проточной части между отверстиями.
Техническим результатом является улучшение диспергирующих свойств ступени и повышение надежности ее работы, КПД и напора. КПД и напор ступени возрастают за счет того, что степень дисперсности газожидкостной смеси, проходящей через ступень, более высокая, и отсутствуют крупные пузыри газа в потоке.
Указанный технический результат достигается за счет того, что диспергирующая ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, содержащая направляющий аппарат, который включает нижний и верхний диск с лопатками, полуоткрытое рабочее колесо, которое содержит ведущий диск с лопастями, причем в ведущем диске рабочего колеса изготовлена сквозная кольцевая проточка, ширина которой составляет от двух до десяти процентов максимального наружного диаметра лопастей, кроме этого, в каждой лопасти ведущего диска изготовлен кольцевой паз, диаметр нижнего диска направляющего аппарата составляет не более восьмидесяти пяти процентов от наружного диаметра лопаток, на входе в направляющий аппарат в каждой лопатке изготовлен, по крайней мере, один кольцевой вырез.
Кроме того, глубина кольцевого паза в каждой лопасти рабочего колеса составляет не менее тридцати процентов от высоты лопасти.
По варианту исполнения на нижней части лопастей рабочего колеса изготовлен диск, внутренний диаметр которого составляет не менее семидесяти процентов от его наружного диаметра.
По варианту исполнения на нижней части лопастей рабочего колеса изготовлен диск с осевой опорой, наружный диаметр которого превышает внутренний не более чем на 50 процентов.
По варианту исполнения на нижней части лопастей рабочего колеса изготовлен диск, в котором выполнена сквозная кольцевая проточка.
Кроме того, ширина лопастей в месте крепления их к диску, по крайней мере, на десять процентов больше чем в их верхней части.
Кроме того, глубина кольцевого выреза в каждой лопатке направляющего аппарата составляет не менее тридцати процентов от высоты лопатки.
Сквозная кольцевая проточка, изготовленная в ведущем диске рабочего колеса, ширина которой составляет от двух до десяти процентов максимального наружного диаметра лопастей, позволяет равномерно диспергировать газожидкостную смесь по длине лопастной решетки максимально близко к ее началу.
Кольцевой паз, изготовленный в каждой лопасти рабочего колеса, повышает степень диспергирования газожидкостной смеси, так как создает градиент (разницу) скоростей потока газожидкостной смеси в районе паза.
Уменьшенный наружный диаметр нижнего диска направляющего аппарата и кольцевой вырез в каждой лопатке направляющего аппарата также способствуют повышению степени диспергирования, так как в этой области старость потока максимальна и препятствия в виде лопаток с кольцевым вырезом создают повышенный градиент скорости и за счет этого улучшают перемешивание.
Различная глубина кольцевого паза в каждой лопасти рабочего колеса и(или) лопатки направляющего аппарата позволяет менять степень дисперсности газожидкостной смеси, улучшать диспергирующие свойства. Глубина кольцевого паза не менее тридцати процентов от высоты лопасти обеспечит оптимальное диспергирование.
Диск, изготовленный на нижней части лопастей рабочего колеса, внутренний диаметр которого составляет не менее семидесяти процентов от его наружного диаметра, позволяет предотвратить поломку, сколы лопастей и повысить надежность ступени.
Выполнение на нижней части лопастей рабочего колеса диска с осевой опорой, наружный диаметр которого превышает внутренний не более чем на 50 процентов, позволяет повысить надежность работы ступени засчет снижения удельной осевой нагрузки на ступень и при этом достигать высокие диспергирующие свойства за счет частичного отсутствия ведущего диска.
При выполнении на нижней части лопастей рабочего колеса диска, в котором изготовлена сквозная кольцевая проточка, диспергирование осуществляется аналогично процессу, описанному ранее для сквозной кольцевой проточки, изготовленной в ведущем диске рабочего колеса. При этом повышаются прочность, надежность ступени за счет того, что предотвращаются поломка, сколы лопастей.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - установленные последовательно ступени, выполненные в соответствии с заявленным изобретением;
на фиг.2 - вид ведущего диска рабочего колеса, выполненного согласно изобретению;
на фиг.3 - вид на кольцевые пазы в лопастях ведущего диска рабочего колеса в изометрии;
на фиг.4 - вид на сквозную кольцевую проточку на нижней поверхности ведущего диска рабочего колеса;
на фиг.5 - вид рабочего колеса, на нижней части лопастей которого изготовлен диск, внутренний диаметр которого составляет не менее семидесяти процентов от его наружного диаметра;
на фиг.6 - вид рабочего колеса, на нижней части лопастей которого изготовлен диск с осевой опорой, наружный диаметр которого превышает внутренний не более чем на 50 процентов;
на фиг.7 - вид рабочего колеса, на нижней части лопастей которого изготовлен диск, в котором выполнена сквозная кольцевая проточка.
Диспергирующая ступень погружного многоступенчатого центробежного наcoca (фиг.1) содержит направляющий аппарат 1, который включает нижний 2 и верхний диск 3 с лопатками 4, и установленное в направляющем аппарате 1 полуоткрытое рабочее колесо 5, которое содержит ведущий диск 6 с лопастями 7.
В ведущем диске 6 рабочего колеса 5 изготовлена сквозная кольцевая проточка 8, ширина которой составляет от двух до десяти процентов максимального наружного диаметра лопастей 7. В каждой лопасти 7 ведущего диска изготовлен кольцевой паз 9. Диаметр нижнего диска 2 направляющего аппарата 1 составляет не более восьмидесяти пяти процентов от наружного диаметра лопаток 4, на входе в направляющий аппарат 1, в каждой лопатке 4 изготовлен, по крайней мере, один кольцевой вырез 10. Глубина кольцевого выреза 10 в каждой лопатке 4 направляющего аппарата 1 составляет не менее тридцати процентов от высоты лопатки 4.
По варианту конструктивного исполнения на нижней части лопастей 7 рабочего колеса 5 может быть изготовлен диск 11, внутренний диаметр которого составляет не менее семидесяти процентов от его наружного диаметра (фиг.5).
По варианту конструктивного исполнения, на нижней части лопастей 7 рабочего колеса 5 изготовлен диск 11 с осевой опорой 12, наружный диаметр которого превышает внутренний не более чем на 50 процентов (фиг.6).
По варианту конструктивного исполнения на нижней части лопастей 7 рабочего колеса 5 изготовлен диск 11, в котором выполнена сквозная кольцевая проточка 13 (фиг.7).
При работе насоса пластовая жидкость протекает по пазам рабочего колеса 5, приводимого в движение валом насоса, в результате создается напор пластовой жидкости как за счет центробежных сил, так и за счет действия лопастей рабочего колеса 5 на поток жидкости. Далее жидкость поступает в каналы направляющего аппарата 1 следующей ступени, в которых осуществляется создание дополнительного напора и направление потока на рабочее колесо следующей ступени. Вместе с пластовой жидкостью по пазам полуоткрытого рабочего колеса 5 перемещаются газовые пузыри и грязевые включения.
Газовые включения, вынесенные из пространства над ведущим диском 6 через сквозную кольцевую проточку 8 ведущего диска 6 подвергаются дополнительному измельчению нижними кромками лопастей 7 полуоткрытого рабочего колеса 5, за счет чего обеспечивается более эффективное дробление газовых пузырей, одновременно с этим осуществляется эффективное дробление грязевых включений, что обеспечивает снижение износа пар трения, исключается возможность заклинивания насоса. Выполнение диска 11 на нижней части лопастей 7 рабочего колеса 5, внутренний диаметр которого составляет не менее семидесяти процентов от его наружного диаметра, позволяет предотвратить поломку, сколы лопастей 7 рабочего колеса.
Исполнение на нижней части лопастей 7 рабочего колеса 5 диска 11 с осевой опорой 12, наружный диаметр которого превышает внутренний не более чем на 50 процентов (фиг.6), повышает эффективность диспергирования газожидкостной смеси засчет частичного отсутствия ведущего диска.
Формирование в диске 11, расположенном на нижней части лопастей 7 рабочего колеса 5, сквозной кольцевой проточки 13, также направлено на повышение эффективности диспергирования газожидкостной смеси через указанную проточку (фиг.7).
Кроме того, при повышении эффективности дробления газовых пузырей в грязевых включений в пластовой жидкости можно уменьшить количество диспергирующих ступеней, необходимых для бесперебойной работы насоса при сохранении габаритов, при этом повышаются КПД и напор насоса в целом.