НАПРАВЛЯЮЩИЙ АППАРАТ ЦЕНТРОБЕЖНОГО МНОГОСТУПЕНЧАТОГО НАСОСА

Полезная модель относится к нефтяному машиностроению, а именно к многоступенчатым центробежным насосам с изделиями из полимерных материалов, и может быть использована в составе погружных многоступенчатых центробежных насосов для подъема пластовой жидкости из нефтяных скважин.
Известен направляющий аппарат ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса (патент РФ на изобретение №2274769, МПК F04D 13/10, F04D 29/02, опубл. 20.04.2006), состоящий из стакана, верхнего диска, втулки, нижнего диска и лопастей. Лопасти и втулка расположены на отдельной планшайбе, закрепленной на верхнем диске, а нижний диск выполнен в виде крышки. Планшайба, лопасти и нижний диск выполнены из пластмассы.
Известен также направляющий аппарат ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса (патент РФ на изобретение №2628470, МПК F04D 13/10, F04D 29/44, F04D 29/02, опубл. 17.08.2017), состоящий из стакана, верхнего диска, металлической втулки, нижнего диска и лопаток. Лопатки направляющего аппарата расположены только на верхнем диске, который соединен с металлическим стаканом. Металлическая втулка соединена с нижним диском. Диски и лопатки направляющего аппарата выполнены из полимерного материала, включающего стеклонаполнитель и термопластичный материал.
Недостатком обоих описанных направляющих аппаратов является низкая стойкость к коррозионно-эрозионному изнашиванию и отложению солей на внутренней поверхности металлического стакана при работе насоса в коррозионноактивной среде с механическими примесями, в том числе солями.
Задачей заявляемого технического решения является повышение стойкости направляющего аппарата центробежного многоступенчатого насоса к коррозионно-эрозионному изнашиванию и осаждению солей.
Технический результат достигается тем, что направляющий аппарат многоступенчатого центробежного насоса состоит из стакана и втулки, полимерных верхнего диска, нижнего диска и лопаток, а на внутренней поверхности стакана расположен вкладыш. В частном случае, осевое расстояние от торца радиальной части вкладыша до ближайшего торца стакана меньше осевого расстояния от открытого торца верхнего полимерного диска до нижнего торца стакана, торец радиальной части вкладыша располагается на верхнем торце стакана, толщина стенки вкладыша имеет переменную величину, вкладыш покрывает или частично покрывает донную часть стакана, сопряжение радиальной и торцевой частей вкладыша выполнено в виде сложных поверхностей, радиальная и торцевая части внутренней поверхности вкладыша имеют сложную форму. Кроме того, вкладыш может быть выполнен из термопластичного материала с содержанием стеклонаполнителя до 60% или из термопластичного материала с содержанием стеклонаполнителя до 50%, фторопласта до 20%, минерального наполнителя до 20% или выполнен из резиновых смесей.
Положительный эффект достигается благодаря высокой коррозионной стойкости полимерных поверхностей вкладыша, а также их высокой стойкости к гидроабразивному изнашиванию исключается коррозионно-эрозионное изнашивание внутренней поверхности стакана, а известная низкая адгезия полимерных поверхностей к солям существенно снижает вероятность их отложения на указанной поверхности.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами. На фиг. 1 показаны ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса; на фиг. 2 - направляющий аппарат многоступенчатого центробежного насоса; на фиг. 3 - ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса с изображением потоков жидкости; на фиг.4 - изображение А по фиг. 3; на фиг. 5 - графические зависимости напора и КПД от подачи.
Направляющий аппарат 1, рабочее колесо и втулка защитная вала образуют ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса. Направляющий аппарат 1 состоит из металлического стакана 2, верхнего диска 3, нижнего диска 4, лопаток 5, вкладыша 6 с радиальной частью в виде обечайки 7 и торцевой частью 8. Вкладыш 6 может формироваться, например, во время литья полимерных материалов под давлением при изготовлении верхнего диска 3 через отверстия или пазы на дне 9 стакана 2.
При работе ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса рабочее колесо и втулка защитная вала приводится во вращение через вал относительно неподвижного направляющего аппарата 1. Как показано на фиг. 3 нагнетаемая жидкость 10 проходит через каналы направляющего аппарата 1, которые образованы лопатками 5, нижним диском 4, верхним диском 3 и попадает в рабочее колесо, которое при вращении вытесняет ее на радиальную часть 7 вкладыша 6 и далее в каналы следующего сопрягаемого направляющего аппарата, создавая при этом вихри 11 на его входе. При этом, часть потока жидкости попадает под рабочее колесо, образовывая вихри 12 в области сопряжения радиальной 7 и торцевой 8 части, находящейся на дне 9 стакана.
Применение металлической внутренней поверхности стакана приводит к коррозионно-эрозионному разрушению, так называемому промыву, при добыче коррозионноактивной пластовой жидкости с абразивными частицами. Данное явление прежде всего связано с высокими скоростями агрессивной жидкости, омываемой внутреннюю поверхность стакана, а также с неоднородной структурой металлической поверхности, а также другими ее свойствами, например, твердость, химстойкость, шероховатость. При коррозионно-эрозионном разрушении происходит вымывание металлической части с появлением сначала небольших углублений или раковин, а затем и сквозных участков, то есть промывов, которые огаляют внутреннюю поверхность корпуса насоса, изготовленного как, правило из стали не коррозионностойкого исполнения, промывая и ее, что в последствии приводит к аварийной ситуации, вплоть до падения оборудования в скважине.
Кроме того, наличие открытой металлической поверхности при прохождении пластовой жидкости способствует осаждению солей, которые снижают сечение проточной части, тем самым ухудшая характеристику насоса, либо, срываясь с поверхности, забивают каналы последующих направляющих аппаратов вплоть до их полного перекрытия. В обоих случаях происходит как минимум ухудшение характеристики насоса и снижение его ресурса и как максимум аварийные ситуации.
Благодаря высокой коррозионной стойкости полимерных поверхностей вкладыша, а также их высокой стойкости к гидроабразивному изнашиванию исключается коррозионно-эрозионное изнашивание внутренней поверхности стакана, а известная низкая адгезия полимерных поверхностей к солям существенно снижает вероятность их отложения на указанной поверхности.
Для этого вкладыш 6 может выполняться из различных полимерных материалов, например, из термопластичного материала с содержанием стеклонаполнителя до 60%, или из термопластичного материала с содержанием стеклонаполнителя до 50%, фторопласта до 20% и минерального наполнителя до 20%, или из резиновых смесей.
В зависимости от формы донной части 9 стакана 2 торцевая часть 8 вкладыша 6 может полностью ее покрывать (на фиг. не показано) или покрывать ее частично.
Для снижения гидродинамических потерь при работе с агрессивной пластовой жидкостью с механическими примесями форма внутренней поверхности вкладыша 6 может быть различной конфигурации, то есть переменным сечением, в виде сложной формы, с сопряжением радиальной 7 и торцевой части 8 в виде сложных поверхностей.
Для обеспечения защиты внутренней поверхности стакана при сопряжении с последующим направляющим аппаратом верхний торец вкладыша нижнего направляющего аппарата располагается выше открытой поверхности верхнего диска верхнего сопрягаемого направляющего аппарата. Таким образом, осевое расстояние от торца радиальной части вкладыша до ближайшего торца стакана меньше осевого расстояния от открытого торца верхнего полимерного диска до нижнего торца стакана.
В частном случае, торец радиальной части вкладыша может располагаться на верхнем торце стакана (на фиг. не показано).
Проведенные исследования двух идентичных по геометрии проточной части конструкций направляющих аппаратов с одними и теми же рабочими колесами указывают на то, что при работе в солевом растворе рабочая характеристика ступени с направляющим аппаратом с полимерным вкладышем выше чем у ступени с направляющим аппаратом без полимерного вкладыша. Данные результаты продемонстрированы на фиг. 5, где: 1 - графическая зависимость напора от подачи ступени с направляющим аппаратов с полимерным вкладышем; 2 - графическая зависимость напора от подачи ступени с направляющим аппаратов без полимерного вкладыша; 3 - графическая зависимость КПД от подачи ступени с направляющим аппаратов с полимерным вкладышем; 4 - графическая зависимость КПД от подачи ступени с направляющим аппаратов без полимерного вкладыша. Видно, что значения напора и КПД ступени с направляющим аппаратом с полимерным вкладышем после работы в солевом растворе выше значений напора и КПД ступени с направляющим аппаратом без полимерного вкладыша. Это объясняется прежде всего низкой адгезией полимерной поверхности вкладыша, препятствующей отложению солей. Соли откладываются на внутренней поверхности стакана, повышают ее шероховатость и снижают сечение проточной части на выходе из рабочего колеса и на входе в направляющий аппарат. Все это и приводит к снижению характеристик ступени в частности и многоступенчатого центробежного насоса в целом.