СТУПЕНЬ ПОГРУЖНОГО МНОГОСТУПЕНЧАТОГО НАСОСА

Полезная модель относится к области разработки насосов и компрессоров и может быть использовано в погружных многоступенчатых центробежных насосах для добычи нефти из скважин.
Известна ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, состоящая из рабочего колеса, имеющего ступицу и лопатки, и направляющего аппарата. На входе и выходе проточной части направляющего аппарата имеются соответственно входная и выходная кольцевые камеры, которые обеспечивают гидравлическую связь проточных частей рабочего колеса и направляющего аппарата. Лопатки рабочего колеса имеют удлиненные до ступицы входные участки, расположенные по окружности с образованием осевой круговой решетки. Удлиненные участки лопаток рабочего колеса могут иметь выступы, расположенные по окружности ниже верхнего диска направляющего аппарата и вращающиеся в выходной кольцевой камере направляющего аппарата. Рабочее колесо может быть выполнено как колесо открытого типа и оснащено лопатками, закрепленными непосредственно на ступице. [Сазонов Ю.А., Заякин В.И. Патент на полезную модель №59752. МПК F04D 13/10. Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса. Заявка №2006124211/22 от 05.07.2006. Опубл. БИ №36, 27.12.2006].
Недостатком известного устройства является его невысокая технологичность и ограниченные возможности по применению современных материалов и технологий их обработки. Современные технологические возможности машиностроения способны обеспечить повышение надежности и коэффициента полезного действия насоса в целом, за счет повышения качества поверхностей проточной части насоса и за счет применения износостойких материалов и покрытий.
Техническим результатом использования полезной модели является повышение коэффициента полезного действия и надежности работы ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса, за счет повышения качества поверхностей проточной части насоса и за счет применения износостойких материалов и покрытий. Кроме того, новое техническое решение должно упростить и удешевить технологию изготовления деталей рабочего колеса и самого погружного многоступенчатого центробежного насоса.
Указанный технический результат достигается тем, что ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, состоит из 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, рабочего колеса, имеющего ступицу и лопатки, входные участки которых имеют выступы, расположенные в выходной кольцевой камере направляющего аппарата с образованием осевой круговой решетки. Причем выступы входных участков лопаток выполнены на втулке, закрепленной в расточке рабочего колеса. Входные участки лопаток выполненных на втулке расположены под углом «А» к плоскости, совпадающей с торцом рабочего колеса. Угол «А» лежит в пределах от 20° до 90°. Количество выступов входных участков лопаток выполненных на втулке, меньше количества лопаток на колесе.
Конструкция заявляемой ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса открывает возможности для применения новых и разнообразных материалов при производстве насосов. Рабочее колесо и втулка с входными участками лопаток могут быть выполнены из разнородных материалов. Например, рабочее колесо с центробежными
лопатками выполнены из металла, а втулка с входными участками лопаток, как закладная деталь, выполнена из пластмассы или из керамического материала, например из твердого сплава. Возможен вариант, когда все поверхности проточной части рабочего колеса и втулка с входными участками лопаток имеют защитное износостойкое покрытие.
Возможен вариант использования втулки с входными участками лопаток в качестве регулирующего элемента. Тогда при замене втулки на другую, с иной геометрией входных лопаток, можно изменить и характеристику насоса в целом, расширив тем самым диапазон регулирования насоса. В этом случае рабочее колесо выполнено разборным, с возможностью замены втулки с входными участками лопаток.
Расположение входных участков лопаток выполненных на втулке под углом «А» к плоскости, совпадающей с торцом рабочего колеса, уменьшают потери энергии потока на входе в рабочее колесо. Минимальное значение угла «А» в 20° определяется перекрытием входными участками кромок проточной части рабочего колеса. Максимальное значение угла «А» в 90° используется при необходимости перекачки жидкости с большим содержанием газа. Улучшается диспергация смеси.
Уменьшение количества выступов входных участков лопаток выполненных на втулке, относительно количества лопаток на колесе, позволяет увеличить проходное сечение осевой круговой решетки, и таким образом снизить потери энергии потока на входе в рабочее колесо.
Заявляемое техническое решение позволяет применить при производстве насосов высокопроизводительные технологии, например,
такие как резка материалов с помощью лазера или с помощью водяной струи.
Совокупность существенных признаков заявляемого технического решения может быть многократно использована в производстве насосов.
Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия и надежности работы насоса за счет повышения качества поверхностей проточной части насоса и за счет применения износостойких материалов и покрытий.
Заявляемое техническое решение обеспечивает упрощение изготовления ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса, при наличии новых возможностей регулирования насоса.
Указанные преимущества, а также особенности настоящего технического решения станут понятными при рассмотрении вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые рисунки.
На фигуре 1 изображен разрез двух насосных ступеней погружного многоступенчатого центробежного насоса.
На фигуре 2 изображена ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса отдельно (изометрия). Для наглядности на изображении вырезана четверть направляющего узла.
На фигуре 3 изображено рабочее колесо и втулка с входными участками лопаток. Показан угол «А» между входными участками лопаток, выполненных на втулке, и плоскости, совпадающей с торцом рабочего колеса. Для наглядности на изображении вырезана четверть рабочего колеса и втулки.
На фигуре 4 изображено рабочее колесо и втулка с входными участками лопаток в изометрии.
Устройство и принцип работы заявляемой ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса представлены на примере его использования.
Погружной многоступенчатый центробежный насос содержит набор ступеней, собранных в цилиндрическом корпусе 1. Ступень состоит из рабочего колеса 2 и 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 3 выполнена выходная кольцевая камера 13. Кольцевые камеры 12 и 13 обеспечивают гидравлическую связь проточных частей рабочего колеса 2 и направляющего аппарата 3, а именно, обеспечивают гидравлическую связь каналов 6 с каналами 11. Кольцевой 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.
В кольцевой расточке выполненной в ступице 4 рабочего колеса 2 размещена втулка 18, на которой выполнены выступы входных участков лопаток 19. Изогнутые участки выступов 19 втулки 18 расположены под углом «А» к плоскости, совпадающей с торцом рабочего колеса 2.
В предлагаемом варианте исполнения количество выступов входных участков лопаток 19 у втулки 18 в два раза меньше количества лопаток 5 рабочего колеса 2.
Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса 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 обеспечивают создание 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 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. За счет профиля лопаток 10 в выходной кольцевой камере 13 может иметь место и закрутка потока по направлению вращения вала 17. Поток с осевым направлением течения из выходной кольцевой камеры 13 попадает на вход втулки 18 следующей ступени. Изогнутый участок выступов входных участков лопаток 19 обеспечивает безударный вход потока в каналы между выступами 19. Далее поток вовлекается во вращательное движение и попадает в каналы 6 между лопатками 5. Процесс повторяется в каждой последующей ступени насоса.
Для передачи крутящего момента на выступы входных участков лопаток 19 втулки 18 можно использовать известные технические
решения. Например, шпоночное или шлицевое соединение. Для неразборной конструкции колеса 2 можно использовать некоторые виды сварки материалов.
Осевая опора 15, центрирующий подшипник 16, ступица 7, верхний диск 8, корпус 14 направляющего аппарата 3 обеспечивают передачу силовых нагрузок на корпус 1.
Возможен вариант использования втулки 18 в качестве регулирующего элемента и сменной детали. Тогда при замене такой сменной детали на другую, с иной геометрией выступов входных участков лопаток 19, можно изменить и характеристику насоса в целом, расширив тем самым диапазон регулирования насоса. В этом случае рабочее колесо 2 выполнено разборным, с возможностью замены втулки 18.
Конструкция заявляемой ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса открывает возможности для применения новых и разнообразных материалов при изготовлении рабочего колеса 2. Центробежные лопатки 5 и втулка 18 с выступами входных участков лопаток 19 могут быть выполнены из разнородных материалов. Например, лопатки 5 выполнены из металла, а и втулка 18 с выступами 19 выполнено из пластмассы. Или же, лопатки 5 выполнены из металла с защитным износостойким покрытием, а втулка 18 с выступами 19 выполнены из керамического материала, например из твердого сплава. Возможен вариант, когда все поверхности проточной части рабочего колеса 2 и втулки 18 имеют защитное износостойкое покрытие.
Заявляемое техническое решение позволяет упростить изготовление погружного многоступенчатого насоса за счет возможности применить при производстве высокопроизводительные технологии, например, такие как резка материалов с помощью лазера или с помощью водяной струи.
Заявляемое техническое решение позволяет при замене втулки на другую, с иной геометрией выступов входных участков лопаток, изменить характеристику насоса в целом, расширив тем самым диапазон регулирования насоса.
Заявляемое техническое решение позволяет уменьшить потери энергии потока на входе в проточную часть колеса и повысить коэффициент полезного действия насоса.