НАПРАВЛЯЮЩИЙ АППАРАТ МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Полезная модель относится к области разработки насосов и компрессоров и может быть использована в многоступенчатых центробежных насосах для добычи нефти из скважин.
Известен направляющий аппарат многоступенчатого центробежного насоса, имеющий цилиндрический корпус с размещенной в центральной части ступицей, а также верхний и нижний диски с размещенными между ними лопатками, формирующими проточную часть направляющего аппарата. Разборный направляющий аппарат имеет съемный верхний диск. На входе и выходе проточной части направляющего аппарата выполнены соответственно входная и выходная кольцевые камеры, которые обеспечивают гидравлическую связь проточных частей рабочего колеса и направляющего аппарата (RU 59752, F04D 13/1, 2006).
Недостатком известного устройства является его невысокая технологичность и ограниченные возможности по применению современных материалов и высокопроизводительных технологий их обработки.
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является направляющий аппарат многоступенчатого центробежного насоса, имеющий цилиндрический корпус с замковым соединением, размещенную в центральной части ступицу, верхний и нижний диски и посредством разъемного соединения зажатую между этими дисками закладную деталь с лопатками, формирующими проточную часть направляющего аппарата. На входе и выходе проточной части направляющего аппарата выполнены соответственно входная и выходная кольцевые камеры, которые обеспечивают гидравлическую связь проточных частей рабочего колеса и направляющего аппарата (RU №72733, F04D 13/10, 2007).
Недостатком известного устройства является его невысокие технологичность, а также надежность работы при наличии механических примесей в перекачиваемой жидкости.
Из-за шероховатости поверхностей проточной части направляющего аппарата снижается эффективность работы насоса, что связано с гидравлическими потерями напора при течении перекачиваемой среды через проточную часть направляющего аппарата.
Задачей настоящей полезной модели является создание направляющего аппарата многоступенчатого центробежного насоса, обеспечивающего повышение коэффициента полезного действия и надежности работы ступени многоступенчатого центробежного насоса, за счет повышения качества поверхностей проточной части насоса, что в свою очередь создаст условия по применению износостойких материалов и покрытий.
Кроме того, новое техническое решение должно упростить и удешевить технологию изготовления деталей направляющего аппарата и самого насоса.
Поставленная задача достигается тем, что в направляющем аппарате многоступенчатого центробежного насоса, имеющем цилиндрический корпус с замковым соединением, размещенную в центральной части ступицу, верхний и нижний диски и посредством разъемного соединения зажатую между этими дисками закладную деталь с лопатками, формирующими проточную часть направляющего аппарата, согласно полезной модели, на периферийной части нижнего диска выполнены отверстия и перемычки с образованием уплотнительного кольца, которое смещено вверх в осевом направлении относительно центральной части нижнего диска, с обеспечением контакта уплотнительного кольца с верхним диском, в цилиндрическом корпусе в верхней его части выполнена цилиндрическая расточка под замковое соединение с образованием уплотнительной торцевой поверхности, а в цилиндрической расточке размещены уплотнительное кольцо и верхний диск с обеспечением контакта уплотнительного кольца с уплотнительной торцевой поверхностью в расточке, с образованием неподвижного уплотнительного устройства, разобщающего проточную часть направляющего аппарата от наружного пространства за пределами его цилиндрического корпуса.
Заявляемое техническое решение позволяет применить при производстве насосов высокопроизводительные технологии, например, такие как штамповка, резка материалов с помощью лазера или с помощью водяной струи.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, на которых на фиг.1 изображен продольный разрез двух насосных ступеней в сборе с предлагаемым направляющим аппаратом в составе каждой ступени, на фиг.2 изображен поперечный разрез насоса А-А, на фиг.3 изображен направляющий аппарат в сборе (для наглядности у всех деталей, входящих в сборку удален сегмент), на фиг.4 изображена закладная деталь с лопатками.
Сущность и работа заявляемого направляющего аппарата представлены на примере его использования в составе погружного многоступенчатого центробежного насоса.
Погружной многоступенчатый центробежный насос содержит набор ступеней, собранных в цилиндрическом корпусе 1. Ступень состоит из рабочего колеса 2, размещенного в цилиндрическом корпусе неподвижного направляющего аппарата 3. Рабочее колесо 2 имеет ступицу 4 и лопатки 5. Между лопатками 5 сформированы каналы 6 проточной части рабочего колеса 2. Направляющий аппарат 3 имеет ступицу 7, верхний диск 8, нижний диск 9 и лопатки 10, размещенные между дисками 8 и 9. Таким образом, между лопатками 10 сформированы каналы 11 проточной части направляющего аппарата 3. На входе направляющего аппарата 3 имеется входная кольцевая камера 12. На выходе направляющего аппарата выполнена выходная кольцевая камера 13. Кольцевые камеры 12 и 13 обеспечивают гидравлическую связь проточных частей рабочего колеса 2 и направляющего аппарата, а именно, обеспечивают гидравлическую связь каналов 6 с каналами 11. Цилиндрический корпус 14 направляющего аппарата 3 обеспечивает пространство для вращения колеса 2. Между контактирующими горизонтальными поверхностями рабочего колеса 2 и направляющего аппарата 3 установлены осевые опоры 15. Радиальная опора выполнена в виде центрирующего подшипника 16, установленного на вал 17.
Лопатки 10 объединены в единую закладную деталь с помощью перемычек 18, с образованием кольцеобразной системы. Так же, как и в известных насосах, диски 8 и 9 могут иметь плоские и конические поверхности, формирующие расширяющиеся каналы между лопатками 10.
На периферийной части нижнего диска 9 выполнены отверстия 19 и перемычки 20 с образованием уплотнительного кольца 21, которое смещено вверх в осевом направлении относительно центральной части нижнего диска 9, с обеспечением контакта уплотнительного кольца 21 с верхним диском 8. В цилиндрическом корпусе 14 в верхней его части выполнена цилиндрическая расточка 22 под замковое соединение с образованием уплотнительной торцевой поверхности 23, а в цилиндрической расточке 22 размещены уплотнительное кольцо 21 и верхний диск 8 с обеспечением контакта уплотнительного кольца 21 с уплотнительной торцевой поверхностью 23 в расточке 22, с образованием неподвижного уплотнительного устройства, разобщающего проточную часть в корпусе 14 от наружного пространства за пределами его цилиндрического корпуса 14.
Заявляемый направляющий аппарат может быть использован в насосах с рабочими колесами любых известных типов, в том числе с колесами закрытого типа, полуоткрытого типа или открытого типа.
Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса с заявляемым направляющим аппаратом работает следующим образом.
При вращении вала 17 лопатки 5 рабочего колеса 2 оказывают силовое воздействие на перекачиваемую среду (жидкость или газожидкостную смесь), заполняющую каналы 6 и проточную часть рабочего колеса 2 в целом. Перекачиваемая среда, таким образом, вовлекается во вращательное движение. Возникающие при этом центробежные силы обеспечивают повышение давления на периферии рабочего колеса 2 и потока в направлении от центра рабочего колеса 2 к его периферии. Из каналов 6 перекачиваемая среда вытесняется во входную кольцевую камеру 12 направляющего аппарата 3. Из входной кольцевой камеры 12 перекачиваемая среда через отверстия 19 поступает в каналы 11 между лопатками 10, где за счет постепенного увеличения площади сечения каналов 11 по направлению потока обеспечивается снижение скорости течения и, соответственно, обеспечивается повышение гидростатического давления. Из каналов 11 перекачиваемая среда поступает в выходную кольцевую камеру 13, где наблюдается осевое течение, направленное вдоль оси вращения вала 17. Поток с осевым направлением течения из выходной кольцевой камеры 13 попадает в каналы следующего рабочего колеса.
Герметичность при соединении отдельных направляющих аппаратов обеспечивается за счет выполнения поверхности 23. В цилиндрической расточке 22 размещены уплотнительное кольцо 21 и верхний диск 8 с обеспечением контакта уплотнительного кольца 21 с уплотнительной торцевой поверхностью 23 в расточке 22, с образованием неподвижного уплотнительного устройства, разобщающего проточную часть в цилиндрическом корпусе 14 от наружного пространства за пределами цилиндрического корпуса 14.
Осевая опора 15, центрирующий подшипник 16, ступица 7, верхний диск 8, корпус 14 направляющего аппарата 3 обеспечивают передачу силовых нагрузок на корпус 1.
Конструкция заявляемого направляющего аппарата 3 открывает возможности для применения новых и разнообразных материалов при производстве насосов. Корпус 14, диски 8, 9 и лопатки 10 направляющего аппарата 3 могут быть выполнены из разнородных материалов. Например, корпус 14 выполнен из металла, а закладная деталь с лопатками 10 выполнена из пластмассы. Или же, корпус 14 и диски 8, 9 выполнены из металла с защитным износостойким покрытием, а лопатки 10 и сама закладная деталь выполнена из керамического материала, например из твердого сплава. Возможен вариант, когда все поверхности проточной части, а именно поверхности корпуса 14, верхнего 8, нижнего 9 дисков и лопаток 10, имеют защитное износостойкое покрытие.
Конструктивное исполнение направляющего аппарата, способствующее расширению возможностей для применения износостойких материалов и покрытий при производстве направляющего аппарата, позволяет повысить надежность работы ступени многоступенчатого центробежного насоса.
Заявляемое техническое решение позволяет применить при производстве насосов высокопроизводительные технологии, например, такие как штамповка, резка материалов с помощью лазера или с помощью водяной струи. Таким образом, новое техническое решение позволяет упростить и удешевить технологию изготовления деталей направляющего аппарата и самого насоса.
В заявляемом техническом решении имеется возможность применять в направляющих аппаратах различные профили лопаток (с различными углами наклона лопаток на их входе и выходе), в зависимости от условий работы насоса, для достижения максимального КПД.
Конструкция заявляемого направляющего аппарата открывает возможности для применения новых и разнообразных материалов при производстве насосов. Корпус, диски и лопатки направляющего аппарата могут быть выполнены из разнородных материалов. Например, корпус выполнен из металла, а закладная деталь с лопатками выполнена из пластмассы. Или же, корпус и диски выполнены из металла с защитным износостойким покрытием, а лопатки и сама закладная деталь выполнена из керамического материала, например из твердого сплава. Возможен вариант, когда все поверхности проточной части, а именно поверхности корпуса, верхнего, нижнего дисков и лопаток, имеют защитное износостойкое покрытие.
Современные технологические возможности машиностроения способны обеспечить повышение надежности и коэффициента полезного действия насоса в целом за счет повышения качества поверхностей проточной части насоса и возможности применения износостойких материалов и покрытий.