СТУПЕНЬ ПОГРУЖНОГО МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

СТУПЕНЬ ПОГРУЖНОГО МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
Изобретение относится к гидромашиностроению, более конкретно к конструкции центробежных насосов и может быть применено при добыче нефти из скважин.
Известен центробежный насос, содержащий установленные на валу рабочее колесо и втулку, выполненную из фторопласта 1.Недостатком такого устройства является то, что при выполнении втулки из этого материала как составной части рабочего колеса центробежного насоса, в котором она взаимодействует с направляющим аппаратом, вызывает при их взаимодействии увеличение их износа. Это снижает надежность насоса.
Известна ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, содержащая направляющий аппарат с цапфой, рабочее колесо и втулку, взаимодействующую с цилиндрической поверхностью цапфы направляющего аппарата 2. Выполненная отдельно от рабочего колеса втулка и цапфа направляющего аппарата имеют покрытия из высокотвердых материалов, взаимодействующие между собой при работе насоса. Недостатком известного устройства является то, что нанесенное покрытие усложняет технологию изготовления и снижает надежность насоса.
Известна ступень скважинного многоступенчатого центробежного насоса, являющаяся наиболее близким аналогом предложенному устройству, содержащая направляющий аппарат с цапфой и рабочее колесо с втулкой,
I )« H - - jj-
7 F04D 29/02 F04D 7/02
непосредственно взаимодействующей с цилиндрической поверхностью цапфы направляющего аппарата 3.В известной ступени насоса втулка является частью рабочего колеса, непосредственно взаимодействующей с цапфой направляющего аппарата, что положительно влияет на работу насоса.
Недостатком известного устройства является то, что рабочее колесо с втулкой и направляющий аппарат с цапфой выполнены из чугуна, не обеспечивающего требуемой износостойкости устройства. Применение указанного материала не предотвращает возможности схватывания втулки рабочего колеса и цапфы направляющего аппарата при протекании в таком насосе потока пластовой жидкости с высоким газосодержанием, так как в этом случае смазывающие компоненты пластовой жидкости практически не подводятся к взаимодействующим цилиндрическим поверхностям (на участках их контакта с газом )втулки рабочего колеса и цапфы направляющего аппарата и трущиеся поверхности работают на этих участках в режиме обедненной смазки, вплоть до сухого трения.
Задачей, на решение которой направлено предложенное устройство, является создание такой ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса, у которого не проявляются вышеописанные недостатки.
Технический результат, который может быть получен при этом, является предотвращение схватывания втулки рабочего колеса и цапфы направляющего аппарата ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса при повышенном газосодержании в потоке пластовой жидкости.
Для достижения указанного технического результата в ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса, содержащего направляющий аппарат с цапфой и рабочее колесо с втулкой, непосредственно
взаимодействующей с цилиндрической поверхностью цапфы направляющего аппарата, согласно предложенному техническому решению, направляющий аппарат с его цапфой выполнен из упрочненного пористого порошкового материала, а рабочее колесо с его втулкой, непосредственно взаимодействующей с цилиндрической поверхностью изготовленной из упрочненного пористого порошкового материала цапфы направляющего аппарата, выполнено из литейного нирезиста.
При этом частицы нефти, имеющиеся в составе выкачиваемой пластовой жидкости и находящиеся под высоким давлением, проникают в поры цапфы направляющего аппарата, образованные в цапфе при ее изготовлении вместе с направляющим аппаратом из упрочненного пористого порошкового материала, и находятся в этих порах. Адгезия у нефти выше, чем у воды и других компонентов пластовой жидкости, в связи с чем повышаются смазывающие свойства наружной цилиндрической поверхности цапфы направляющего аппарата. При протекании потока пластовой жидкости с высоким газосодержанием частицы нефти выделяются из этих пор цапфы на участках их контакта с газом. В результате в период такого выделения предотвращается схватывание втулки рабочего колеса и цапфы направляющего аппарата ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса при повышенном газосодержании в потоке пластовой жидкости. Таким образом, достигается указанный выше технический результат Благодаря этому повышается надежность такого насоса.
Каждый из вышеупомянутых признаков предложенного устройства (предложенной совокупности признаков) необходим для достижения указанного выше технического результата и для решения упомянутой задачи В уровне
техники не выявлено средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной совокупности признаков. Не подтверждена известность как самого, так и известность влияния на указанный выше технический результат такого отличительного согласно предложенному техническому решению признака, характеризующему форму выполнения связи между элементами, как «рабочее колесо с его втулкой, непосредственно взаимодействующей с цилиндрической поверхностью изготовленной из упрочненного пористого порошкового материала цапфы направляющего аппарата, выполнено из литейного нирезиста.
Сущность заявленного технического решения поясняется чертежом, на котором изображен один из примеров осуществления этого решения (ступень в разрезе).
Предложенная ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса содержит направляющий аппарат 1 и рабочее колесо 2. Направляющий аппарат 1 включает изготовленные в виде одной детали корпус 3,наружный диск 4,лопасти 5, внутренний диск 6, цапфу 7,имеющую внутреннюю цилиндрическую поверхность 8. Рабочее колесо 2 включает изготовленные в виде одной детали втулку 9, ведущий диск 10, лопасти 11, ведомый диск 12. Одной своей стороной с наружной поверхностью 13,имеющей цилиндрическую форму, втулка 9 выполнена непосредственно взаимодействующей с цилиндрической поверхностью 8 цапфы 1 направляющего аппарата 1, а второй своей стороной с наружной цилиндрической поверхностью 14 - аналогично взаимодействующей с направляющим аппаратом следующей ступени насоса. Втулка 9 цилиндрическим отверстием 15 сопряжена (с зазором) с валом насоса посредством шпонки (не изображены). В гнездах дисков 10 и 12 закреплены
антифрикционные шайбы 16 и 17, изготовленные, например, из текстолита. Каналы между дисками 10, 12 и лопастями 11 рабочего колеса 2 и каналы между дисками 4,6 и лопастями 5 направляющего аппарата 1 сообщены между собой.
Направляющий аппарат 1 с его цапфой 7, а также корпусом З.дисками 4 и б.лопастями 5 выполнены из упрочненного пористого порошкового материала, соответствующего, например, ТУ 3498- 055 - 20720914- 98 на порошковый композитный материал (марка материала ПК 90Д25).Его химический состав в мае. процентах: углерод 0,7-1,3; медь 20,0- 30,0; железо- остальное. Механические свойства: твердость НВ не менее 150, разрушающее усилие на цапфу- 10 кН, остаточная пористость после изготовления- от 2 до 10%. При таком выполнении цапфа 7 имеет поры.
Рабочее колесо 2 с его втулкой 9, а также дисками 10 и 12, лопастями 11 выполнено из литейного нирезиста, соответствующего, например, ТУ 26-061305-95 «Отливки рабочих органов погружных центробежных насосов из чугуна аустенитного модифицированного типа «Нирезист. Его химический состав (в мае. процентах): углерод 2,7- 3,1; кремний 1,2-1,9; марганец 0,85- 1,5; хром 0,7- 1,5; никель 15-17; медь 6,1- 8, алюминий 0,01- 0,3; кальций 0,02- 0,1; редкоземельные металлы 0,01- 0,08; ниобий 0,005- 0,02; барий 0,05- 0,1; тантал 0,003- 0,01; фосфор 0,001- 0,25; сера 0,001- 0,03; магний 0,01- 0,07; железоостальное. Механические свойства: твердость по Бринеллю (НВ) 120-180, предел прочности на сжатие-18 кг/мм2.
При работе ступени такого насоса подводимая через направляющий аппарат 1 пластовая жидкость, проходящая затем через каналы вращаемого валом рабочего колеса 2,образованные дисками 10, 12 и лопастями 11,
увеличивает свою энергию. Далее пластовая жидкость через каналы следующего направляющего аппарата ,в которых происходит преобразование скоростной энергии потока этой жидкости в давление и которые образованы дисками и лопастями , направляется на вход следующего рабочего колеса. Цикл повторяется. Направляющий аппарат 1 и его элементы выполняют аналогичные функции в отношении пластовой жидкости, выходящей из каналов предыдущего рабочего колеса (не изображено).
При этом частицы нефти, имеющиеся в составе выкачиваемой пластовой жидкости и находящиеся под высоким давлением, проникают в поры цапфы 7 направляющего аппарата 1 и находятся в них, что происходит и при износе поверхности 8 цапфы 7 с открытием новых пор, расположенных глубже.
При протекании потока пластовой жидкости с высоким газосодержанием частицы нефти выделяются из этих пор (на участках их контакта с газом ) цапфы 7 направляющего аппарата 1. После прохождения газа частицы нефти вновь заполняют эти поры. Этот процесс происходит циклически. В результате в период такого выделенияпредотвращается схватывание
взаимодействующих поверхностей 13 и 8 и, тем самым, - втулки 9 рабочего колеса 2 и цапфы 7 направляющего аппарата 1 вышеописанного примера исполнения ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса при повышенном газосодержании в потоке пластовой жидкости. Таким образом, изложенный выше пример исполнения предложенной ступени подтверждает возможность осуществления заявленного технического решения, а также возможность достижения указанного выше технического результата. Благодаря этому повышается надежность такого насоса.
1.Авторское свидетельство СССР №1190086, кл. F 04D 7/06, 29/10, 1984. 2.Патент РФ №2018716, кл. F 04D 1/06, 29/04, 1990. З.Богданов А.А., «Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти, с. 48- 49, «Недра, М., 1968.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, содержащая направляющий аппарат с цапфой и рабочее колесо с втулкой, непосредственно взаимодействующей с цилиндрической поверхностью цапфы направляющего аппарата, отличающаяся тем, что направляющий аппарат с его цапфой выполнен из упрочненного пористого порошкового материала, а рабочее колесо с его втулкой, непосредственно взаимодействующей с цилиндрической поверхностью изготовленной из упрочненного пористого порошкового материала цапфы направляющего аппарата, выполнено из литейного нирезиста.
Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса