РАБОЧЕЕ КОЛЕСО СТУПЕНИ ПОГРУЖНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Полезная модель относится к погружным центробежным насосам, предназначенным для работы в скважинах с повышенным содержанием механических примесей и свободного газа, в частности к конструкции рабочих колес ступеней таких насосов.
Из уровня техники известно рабочее колесо погружного центробежного насоса, состоящее из ступицы, устанавливаемой на валу с возможностью осевого перемещения, и имеющей опорную пяту в виде антифрикционной шайбы, ведущего и ведомого дисков с расположенными между ними лопастями, образующими проточные каналы, (см. Богданов А.А. «Погружные центробежные насосы для добычи нефти (расчет и конструкция)». Москва, «Недра», 1968, стр.272)
Недостатком данной конструкции рабочего колеса ступени погружного центробежного насоса является ее подверженность засорению при работе в скважинах с повышенным содержанием механических примесей.
Наиболее близкой к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является рабочее колесо ступени погружного центробежного насоса, состоящее из ступицы, ведущего и ведомого дисков с расположенными между ними лопастями, образующими проточные каналы, у которого в ведущем и в ведомом дисках не менее, чем на половину длины проточного канала, начиная от большего диаметра дисков, между всеми лопастями, выполнены вырезы, имеющие две сопряженные между собой границы. Расстояние от одной границы выреза до соответствующей выпуклой или вогнутой стороны лопасти постоянно по длине лопасти, при этом другая граница каждого выреза совмещена с выпуклой стороной лопасти на ведущем или ведомом диске, и с вогнутой стороной лопасти на противоположном диске (см. патент RU 2376500 С2. 20.12.2009)
Недостатком данного рабочего колеса является значительная осевая сила, которая приводит к интенсивному износу опорной пяты, и невысокая надежность при работе в скважинах с повышенным содержанием свободного газа.
Сущность полезной модели.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в повышении надежности работы насоса и увеличение срока его службы.
Технический результат, достигаемый предлагаемым решением, заключается в уменьшении износа опорной пяты за счет снижения осевой силы и повышения надежность при работе в скважинах с повышенным содержанием свободного газа за счет увеличения проточной части рабочего колеса.
Указанный технический результат достигается за счет того, что у рабочего колеса ступени погружного центробежного насоса, состоящего из ступицы, ведущего и ведомого дисков с расположенными между ними лопастями, образующими проточные каналы, у которого, по крайней мере, в одном из дисков, не менее чем на половину длины проточного канала, начиная от большего диаметра диска, между всеми лопастями, выполнены вырезы, имеющие две сопряженные между собой границы, одна из которых совмещена с поверхностью лопасти, другая граница выреза выполнена с выходом на выходную кромку соседней лопасти, образуя проточную полость с углом диффузорности больше чем у проточного канала.
В частном случае выполнения рабочего колеса вырез может быть выполнен только на ведомом диске, при этом одна из границ каждого выреза совмещена с всасывающей поверхностью лопасти.
В другом частном случае выполнения рабочего колеса вырез может быть выполнен только на ведущем диске, при этом одна из границ каждого выреза совмещена с нагнетающей поверхностью лопасти.
В третьем частном случае выполнения рабочего колеса вырез может быть выполнен и на ведомом и на ведущем диске, при этом на ведомом диске одна из границ каждого выреза совмещена с всасывающей поверхностью лопасти, а на ведущем диске одна из границ каждого выреза совмещена с нагнетательной поверхностью лопасти.
Перечень фигур чертежей
Фиг.1 - общий вид рабочего колеса с вырезами на ведомом и ведущем дисках.
Фиг.2 - рабочее колесо с вырезом на ведомом диске, в аксонометрии.
Фиг.3 - рабочее колесо с вырезом на ведущем диске, в аксонометрии
Фиг.4 - рабочее колесо с вырезами на ведомом и ведущем дисках, в аксонометрии.
Рабочее колесо ступени погружного центробежного насоса, изображенное на Фиг.1, состоит из ступицы 1, ведущего диска 2, ведомого дисков 3 и расположенных между ними лопастей 4, образующих проточные каналы 5. На ведущем диске 2, не менее чем на половину длины проточного канала, начиная от большего диаметра диска, между всеми лопастями, выполнены вырезы, имеющие две сопряженные между собой границы 6 и 7. Граница выреза 6 совмещена с нагнетательной поверхностью лопасти 8, а граница выреза 7 выполнена с выходом на выходную кромку 9 всасывающей поверхности 10 соседней лопасти, образуя проточную полость (проточная полость равна объему удаленной части диска) с углом диффузорности больше чем у проточного канала. На ведомом диске 3, между всеми лопастями, выполнены аналогичные вырезы, имеющие две сопряженные между собой границы, при этом одна из границ совмещена с всасывающей поверхностью лопасти 10, а другая граница выреза выполнена с выходом на выходную кромку нагнетательной поверхности 4 соседней лопасти, также образуя проточную полость с углом диффузорности больше чем у проточного канала. В частных случаях исполнения рабочего колеса вырезы могут выполняться только на одном из дисков.
Рабочее колесо устанавливается на валу с зазором относительно поверхности направляющего аппарата и фиксируется от осевого перемещения посредством фрикционных шайб, устанавливаемых между ступицей рабочего колеса и смежными направляющими аппаратами. Предлагаемая конструкция рабочего колеса позволяет сформировать диффузорные каналы с формой проточной части, обеспечивающей безотрывное течение в широком диапазоне скорости потока на входе, а также иметь равномерные поля распределения параметров потока на выходе, что позволяет снизить осевую силу.
За счет увеличения проточной части рабочего колеса повышается надежность работы насоса в скважинах с повышенным содержанием свободного газа
Как известно, максимальная эффективность диффузора при одной и той же степени расширения может быть получена в канале с меньшим значением угла раскрытия. В то же время малый угол раскрытия приводит к увеличению длины канала, то есть к увеличению материалоемкости и веса конструкции. Появление отрыва приводит к резким изменениям давления и скорости потока по сравнению с их значениями в условиях присоединенного течения. Напорно-энергетические характеристики насоса непосредственно зависят от отрыва потока, поскольку их оптимальные значения достигаются в условиях, близких к отрыву. Наличие отрыва потока, который является причиной образования вихревых циркуляционных зон, сопровождается наличием дополнительных потерь энергии основного потока и усилением обмена количества движения между слоями рабочей жидкости, вследствие чего изменяется кинематическая структура потока. Отрыва потока можно избежать и добиться выравнивания поля скоростей, профилируя контур тела (профиля лопасти и выреза на диске) таким образом, чтобы обеспечить отрицательный или достаточно малый положительный градиент давления в направлении течения за счет изменения диффузорности протока колеса и величины относительного зазора между дисками колеса и направляющего аппарата.