МУЛЬТИФАЗНАЯ СТУПЕНЬ ПОГРУЖНОГО МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
MULTIPHASE STEP OF SUBMERSIBLE MULTIPLE CENTRIFUGAL PUMP

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано для откачки из скважин пластовой жидкости с высоким содержанием газа.
Известна ступень центробежного скважинного насоса, содержащая направляющий аппарат и установленное в направляющем аппарате рабочее колесо, на нижней поверхности ведущего диска которого расположены лопасти рабочего колеса, между основаниями которых в ведущем диске выполнены отверстия. Нижние кромки лопастей рабочего колеса открыты со стороны верхнего диска направляющего аппарата, а на периферийной части верхней поверхности ведущего диска рабочего колеса выполнен уступ, на котором расположены дополнительные ребра рабочего колеса. Отверстия выполнены между осью вращения рабочего колеса и дополнительными ребрами рабочего колеса. Ступень предназначена для установки в насосе таким образом, что верхняя поверхность ведущего диска рабочего колеса располагается напротив нижнего диска направляющего аппарата следующей ступени (по патенту RU 2196253, опубл. 10.01.03).
Недостатком известного технического решения является то, что с увеличением процентного содержания газа на входе напор и КПД ступени снижаются.
Известна диспергирующая ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, 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 (по патенту RU 2209347, опубл. 27.07.03).
Недостатком известного технического решения являются 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.
Наиболее близким техническим решением является диспергирующая ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, содержащая направляющий аппарат, который включает нижний и верхний диск с лопатками, и полуоткрытое рабочее колесо, которое содержит ведущий диск с лопастями. В ведущем диске рабочего колеса изготовлена сквозная кольцевая проточка, ширина которой составляет от двух до десяти процентов максимального наружного диаметра лопастей. 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 (по патенту RU 2508474, опубл. 27.02.14).
Недостатком известного технического решения является снижение надежности работы при наличии в перекачиваемой жидкости значительных по объему газовых включений, так как при этом формируются застойные зоны, препятствующие измельчению газовых пузырей, в результате чего насос блокируется газовыми пробками.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение стабильной работы ступени при повышенном содержании газа в перекачиваемой газожидкостной смеси, а также повышение напора и КПД.
Техническими результатами являются повышение надежности ступени и насоса, стабильная работа ступени и увеличение ее напора и КПД при повышенном содержании газа в перекачиваемой газожидкостной смеси.
Указанные технические результаты достигаются тем, что мультифазная ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса содержит направляющий аппарат, состоящий из корпуса, который изготовлен в виде обечайки с буртом, нижнего и верхнего дисков с лопатками, рабочее колесо, которое содержит ведущий и ведомый диски с лопастями, при этом в области между выходом из рабочего колеса и входом в последующий направляющий аппарат образована сепарационная камера, на входе в рабочее колесо - камера для диспергирования, между выходом из рабочего колеса и выходом из предыдущего направляющего аппарата образована камера для циркуляции.
Кроме того, возможно, что в частном случае реализации изобретения камера для циркуляции включает радиальный щелевой зазор между ведомым диском рабочего колеса и буртом обечайки, осевой зазор между ведомым диском рабочего колеса и нижним диском направляющего аппарата
Кроме того, возможно, что в частном случае реализации изобретения камера для сепарации образована за счет того, что наружный диаметр лопаток направляющего аппарата, по крайней мере, на 15 процентов меньше внутреннего диаметра обечайки, диаметр ведущего диска рабочего колеса составляет не более 80 процентов наружного диаметра лопастей, диаметр нижнего диска направляющего аппарата не менее чем на 5 процентов меньше диаметра ведущего диска рабочего колеса.
Кроме того, возможно, что в частном случае реализации изобретения камера для диспергирования образована за счет того, что внутренний диаметр ведомого диска рабочего колеса не менее чем на 20 процентов больше внутреннего диаметра лопастей, в лопастях в области до внутреннего диаметра ведущего диска выполнен кольцевой паз.
Кроме того, возможно, что в частном случае реализации изобретения в рабочем колесе лопасти выполнены в виде многорядной решетки.
В сепарационной камере происходит разделение газожидкостной смеси на жидкость и газ. Жидкость скапливается на периферии рабочего колеса, а газ - ближе к центру. Газ проходит далее на вход направляющего аппарата следующей ступени. Жидкость также проходит на вход направляющего аппарата следующей ступени, но часть жидкости отводится в камеру для циркуляции и направляется на вход рабочего колеса этой же ступени, что позволяет увеличить количество жидкости в газожидкостной смеси на входе в рабочее колесо и, тем самым, обеспечивается стабильная работа ступени, повышается напор и КПД. В камере для диспергирования происходит измельчение крупных пузырей газа, и газожидкостная смесь становится более равномерной, что способствует повышению напора и КПД.
Радиальный щелевой зазор между ведомым диском рабочего колеса и буртом обечайки и осевой зазор между ведомым диском рабочего колеса и нижним диском направляющего аппарата обеспечивает оптимальный отбор жидкости в камеру для циркуляции.
Уменьшение наружного диаметра лопаток и диаметра нижнего диска направляющего аппарата, а также уменьшение диаметра ведущего диска рабочего колеса обеспечивает стабильную подачу газа и жидкости из сепарационной камеры на вход направляющего аппарата следующей ступени и исключает возможность образования газовых пробок.
Увеличение внутреннего диаметра ведомого диска рабочего колеса и кольцевой паз в лопастях позволяют повысить степень диспергирования в камере для диспергирования.
Многорядная решетка в рабочем колесе препятствует образованию газовых каверн.
Для целей настоящей заявки под напором насоса понимается сила давления, создаваемая лопастями насоса, приложенная к тому, чтобы протолкнуть жидкость.
Изобретение поясняется фигурами, на которых изображено:
фиг. 1 - мультифазная ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса;
фиг. 2 - рабочее колесо с многорядной решеткой.
Мультифазная ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса (фиг. 1) содержит направляющий аппарат 1, который включает цилиндрическую обечайку 2 с буртом 3, а также и нижний, и верхний диски 4 и 5 с лопатками 6. В направляющем аппарате 1 установлено рабочее колесо 7, которое содержит ведущий диск 8 и ведомый диск 9 с лопастями 10. В каждой лопасти 10 выполнен кольцевой паз 11.
На выходе из рабочего колеса 7 выполнена сепарационная камера 12, а на входе в рабочее колесо 7 - камера для диспергирования 13. Между ведомым диском 9 рабочего колеса 7 и буртом 3 цилиндрической обечайки 2 выполнена камера для циркуляции 14.
Мультифазная ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса работает следующим образом.
Газожидкостная смесь протекает по каналам рабочего колеса 7, приводимого в движение валом насоса, в результате за счет центробежных сил и действия лопастей 10 на поток жидкости создается напор. На выходе из рабочего колеса 7 газожидкостная смесь разделяется на жидкость и газ. Далее на вход направляющего аппарата 1 поступает жидкость с газом, а часть жидкости через кольцевую щель между ведомым диском 9 и цилиндрической обечайки 2 обратно на вход рабочего колеса 7. В результате этого, в процессе работы на вход ступени поступает дополнительное количество жидкости, что увеличивает содержание жидкости в газожидкостной смеси, проходящей через ступень.
Наличие кольцевого паза 11 на нижней кромке каждой лопасти 10 рабочего колеса 7 повышает степень диспергирования проходящей через рабочее колесо газожидкостной смеси.
Тем самым обеспечивается стабильная работа ступени и увеличивается напор насоса, включающего такую ступень (такие ступени) и КПД такого насоса.