СТУПЕНЬ ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Полезная модель относится к машиностроению (гидро- и электромашиностроению) и может быть использована в насосных установках, приспособленных для работы в буровых скважинах (установках погружных электронасосов для добычи нефти).
Известен многоступенчатый центробежный насос, содержащий ступень, выполненную из рабочего колеса, установленного на валу и выполненного в виде ведущего диска, ведомого покрывного диска и лопастей, которые закреплены между передней поверхностью ведущего диска и ведомым покрывным диском, и из направляющего аппарата, выполненного в виде лопаточного покрывного диска, цилиндрической обоймы и лопаток. Лопаточный покрывной диск направляющего аппарата установлен со стороны задней поверхности ведущего диска рабочего колеса, цилиндрическая обойма направляющего аппарата выполнена с кольцеобразной стенкой, расположенной поперечно. Внутри цилиндрической обоймы установлены рабочее колесо и лопаточный покрывной диск, а лопатки закреплены в направляющем аппарате между кольцеобразной стенкой цилиндрической обоймы и лопаточным покрывным диском. Рабочее колесо и направляющий аппарат имеют определенные геометрические параметры (по патенту RU 2161737, кл. F04D 1/06, F04D 13/10,опубл.10.01.01).
3
Данная конструкция имеет оптимальные параметры при подаче 50 м/сут ±10%.
Погружной электроцентробежный насос (далее - ЭЦН) имеет рабочий диапазон подач (номинальная подача±10%), в котором он работает эффективно, с высокими значениями напора и КПД. Для каждого диапазона подач рабочие органы насоса, направляющий аппарат и рабочее колесо, имеют определенную форму (геометрию). В номенклатурном ряду у каждого производителя погружного оборудования имеются ЭЦН с различными рабочими диапазонами.
3
3
Для добычи нефти из скважин с дебитом 160 м /сут используют ЭЦН с номинальной подачей 125 м/сут или 200 м/сут. В результате насос работает недостаточно эффективно.
3
Ступень насоса ЭЦНАКИ5-125И производства «Алнас» при подаче 160 м/сут имеет напор 4,5 м и КПД 45%, а ступень насоса ЭЦНАКИ5-200М1 - напор 4,6 м и КПД 53%. В то время как при номинальной подаче ступени имеют характеристики 6 м и 53%, 4,1 м и 57% соответственно.
3
Ступень насоса ЭЦНДП5-125 производства «Борец» при подаче 160 м/сут имеет напор 4,1 м и КПД 57%, а ступень насоса ЭЦНД5.1-200 - напор 4,9 м и КПД 46%. В то время как при номинальной подаче ступени имеют характеристики 4,9 м и 59%, 4,2 м и 49% соответственно.
3
Ступень насоса ВНН5-125 производства «Новомет» при подаче 160 м/сут имеет напор 4,4 м и КПД 53%, а ступень насоса ЭЦН5-200 - напор 5,1 м и КПД 50%. В то время как при номинальной подаче ступени имеют характеристики 6 м и 59%, 4,5 м и 55% соответственно.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение технико-эксплуатационных качеств, увеличение значений напора и КПД ступени ЭЦН.
3
Техническим результатом, который достигается в результате решения указанной выше задачи, является получение высоких значений напора и КПД ступени ЭЦН при номинальной подаче 160 м/сут.
Указанная техническая задача решается следующим образом. Ступень электроцентробежного насоса состоит из рабочего колеса, установленного на валу и выполненного в виде ведущего диска, а также ведомого покрывного диска и лопастей, которые закреплены между передней поверхностью ведущего диска и ведомым покрывным диском, и из направляющего аппарата, выполненного в виде лопаточного покрывного диска, цилиндрической обоймы и лопаток, причем лопаточный покрывной диск направляющего аппарата установлен со стороны задней поверхности ведущего диска рабочего колеса, количество лопастей рабочего колеса равно десяти, а количество лопаток направляющего аппарата - одиннадцати.
Отношение расстояния между ведущим диском колеса и покрывным диском направляющего аппарата к диаметру лопаточного покрывного диска составляет не менее 0,03.
Каждая лопасть рабочего колеса выполнена с постоянным средним радиусом, отношение которого к диаметру ведомого диска находится в диапазоне от 0,9 до 2,2 и имеет угол входа в интервале от 20° до 30° и угол выхода в интервале от 50° до 60°, при этом лопасть выступает за внутренний диаметр покрывного диска не более чем на 35% от длины лопасти.
Отношение высоты лопасти рабочего колеса к диаметру ведомого диска находится в интервале от 0,09 до 0,11, а на входе и выходе рабочего колеса на участке до 35% от длины лопасти отношение высоты лопасти рабочего колеса к диаметру ведомого диска находится в интервале от 0,12 до 0,13.
Каждая лопатка направляющего аппарата выполнена с переменным средним радиусом, плавно уменьшающимся от входа направляющего аппарата к выходу, причем переменный радиус лопатки выбран в диапазоне, в котором отношение минимального среднего радиуса лопатки и максимального среднего радиуса лопатки к диаметру лопаточного покрывного диска в интервале от 0,19 до 0,29, каждая лопатка имеет угол входа в интервале от 8° до 16° и угол выхода в интервале от 60° до 75°, отношение высоты лопатки к диаметру лопаточного покрывного диска находится в диапазоне от 0,07 до 0,08.
Полезная модель поясняется фигурами, на которых изображено:
фиг. 1 - ступень центробежного насоса, продольный разрез;
фиг. 2 - рабочее колесо;
фиг. 3 - направляющий аппарат;
фиг. 4 - ступень центробежного насоса, продольный разрез.
Ступень погружного центробежного насоса (фиг. 1) состоит из рабочего колеса 1 и направляющего аппарата 2. Рабочее колесо 1 установлено на валу 3 и выполнено в виде ведущего диска 4, ведомого покрывного диска 5 и лопастей 6. Лопасти 6 закреплены между ведущим диском 4 и ведомым покрывным диском 5. Направляющий аппарат 2 выполнен в виде лопаточного покрывного диска 7, цилиндрической обоймы 8 и лопаток 9. Цилиндрическая обойма 8 выполнена с кольцеобразной стенкой 10, расположенной поперечно. Внутри цилиндрической обоймы 8 установлены рабочее колесо 1 и лопаточный покрывной диск 7. Лопатки 9 закреплены в направляющем аппарате 2 между кольцеобразной стенкой 10 цилиндрической обоймы 8 и лопаточным покрывным диском 7.
a
Количество лопастей 6 рабочего колеса 1 равно десяти, а количество лопаток 9 направляющего аппарата - одиннадцати. Отношение расстояния А между ведущим диском колеса и покрывным диском направляющего аппарата к диаметру D не менее 0,03
1
к
1
2
к
Каждая лопасть 6 рабочего колеса 1 (фиг. 2) выполнена с постоянным средним радиусом R отношение которого к диаметру D ведомого диска 5 находится в диапазоне от 0,9 до 2,2. Каждая лопасть 6 имеет угол входа β в интервале от 20° до 30° и угол выхода β в интервале от 50° до 60°. Лопасть 6 выступает за внутренний диаметр покрывного диска на размер k (фиг. 1), значение которого составляет не более 35% от длины лопасти L (фиг. 2). Отношение высоты лопасти 6 к диаметру D ведомого диска 5 находится в диапазоне от 0,09 до 0,11. На входе и выходе (до 35% от длины лопасти) это значение находится в диапазоне от 0,12 до 0,13.
2
2
min2
max2
a
1
2
а
Каждая лопатка 9 направляющего аппарата (фиг. 3) выполнена с переменным средним радиусом R, плавно увеличивающимся от выхода направляющего аппарата 2, расположенного ближе к центру лопаточного покрывного диска 7, к входу направляющего аппарата 2, расположенного ближе к периферии лопаточного покрывного диска 7. Переменный радиус R лопатки 9 выбран в диапазоне, в котором отношение минимального среднего радиуса r лопатки 9 и максимального среднего радиуса r лопатки 12 к диаметру D лопаточного покрывного диска 7 находится в диапазоне от 0,19 до 0,29.Каждая лопатка 9 имеет угол входа α в интервале от 8° до 16° и угол выхода α в интервале от 60° до 75°. Отношение высоты лопатки 6 к диаметру D находится в диапазоне от 0,07 до 0,08.
Как показали исследования, если вышеперечисленные геометрические параметры рабочего колеса 1 и направляющего аппарата 2 выполнены в указанных диапазонах, то удается решить поставленную задачу с достижением технического результата.
3
3
3
Испытания показали, что заявленная ступень ЭЦН имеет улучшенные технико-эксплуатационные характеристики на номинальной подаче 160 м/сут: напор 4,3 м и КПД 57%. И тем самым превосходит по напору или КПД или по обоим параметрам одновременно известные насосы, рассчитанные на номинальные подачи 125 м/сут и 200 м/сут.
Характеристики были получены на ступени, изготовленной по технологии литья в песчаные формы. При использовании других технологий, например, литья по выжигаемым, выплавляемым, газифицированным моделям, прессованием из металлического порошка и др., возможно получение более высоких характеристик.
3
Таким образом, решения, используемые в полезной модели, позволили создать ступень с номинальной подачей 160 м/сут с высокими значениями напора и КПД.