ПОГРУЖНОЙ ЛОПАСТНОЙ МУЛЬТИФАЗНЫЙ НАСОС
SUBMERSIBLE MULTI-PHASE PUMP BLADE

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано для откачки из скважин пластовой жидкости с высоким содержанием газа.
Известна диспергирующая ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, содержащая направляющий аппарат с верхним и нижним дисками, между которыми расположены лопатки, образуя каналы, и рабочее колесо с лопастями, жестко соединенное с втулкой, сопряженной через шпонку с валом. В рабочем колесе выполнены отверстия и сформированы пазы, ограниченные лопастями, на котором с нижней стороны размещена антифрикционная шайба. Направляющий аппарат сопряжен с втулкой. Рабочее колесо снабжено дополнительными лопастями и с нижней стороны антифрикционной шайбой, а основные лопасти расположены на его верхней поверхности. Рабочее колесо и нижняя часть направляющего аппарата выполнены из полимерного материала (по патенту RU 2353814, кл. F04D 13/10, F04D 31/00, опубл. 27.04.09).
Недостатком известного технического решения является то, что с увеличением процентного содержания в перекачиваемой жидкости газа на входе напор и КПД ступени падает. Кроме того, рабочее колесо с лопастями крепится к втулке с помощью дополнительных лопастей. При наличии механических примесей в добываемой жидкости возможен износ и разрушение дополнительных лопастей, в результате произойдет отрыв рабочего колеса от втулки.
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, кл. F04D 13/10, F04D 31/00, F04D 1/06, опубл. 10.01.03).
Недостатком известного технического решения является то, что с увеличением процентного содержания газа на входе напор и КПД ступени падает.
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, кл. F04D 13/10, F04D 31/00, F04D 29/22, F04D 29/44, 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 насоса при повышенном содержании газа в газожидкостной смеси на входе в насос, а также повышение напора и КПД.
Техническими результатами являются повышение надежности, стабильная работа насоса и увеличение его напора и КПД при повышенном содержании газа в газожидкостной смеси на входе в насос.
Указанные технические результаты достигаются тем, что погружной лопастной мультифазный насос содержит n-число ступеней, при этом, по крайней мере, одна ступень имеет полуоткрытое рабочее колесо, которое содержит ведущий диск с лопастями, нижний и верхний направляющие аппараты, установленные, соответственно, до и после рабочего колеса, которые включают нижний и верхний диск с лопатками, причем между рабочим колесом и верхним диском нижнего направляющего аппарата установлен дополнительный направляющий аппарат, который состоит из диска с лопатками.
Под буквой «n» понимается множество натуральных чисел, начиная с одного (единицы).
В каждой лопасти рабочего колеса на нижней кромке может быть выполнен кольцевой паз.
В каждой лопасти рабочего колеса на верхней кромке может быть выполнен кольцевой паз, диаметром, превышающим диаметр ведущего диска.
В ведущем диске рабочего колеса может быть выполнена сквозная кольцевая проточка.
Дополнительный направляющий аппарат может быть выполнен из полимерного материала.
Диаметр нижнего диска верхнего направляющего аппарата может быть по крайней мере на десять процентов меньше, чем диаметр диска дополнительного направляющего аппарата.
Наличие в погружном лопастном мультифазном насосе ступени с дополнительным направляющим аппаратом позволяет отводить часть жидкости, проходящей через рабочее колесо, и направлять ее на вход этого же колеса, тем самым принудительно увеличивая содержание жидкости в проходящей через ступень газожидкостной смеси. В результате обеспечивается стабильная работа насоса и увеличивается его напор и КПД.
Кольцевой паз на нижней кромке каждой лопасти рабочего колеса повышает степень диспергирования проходящей через рабочее колесо газожидкостной смеси.
Кольцевой паз на верхней кромке каждой лопасти рабочего колеса повышает степень диспергирования газожидкостной смеси, выходящей из рабочего колеса.
Сквозная кольцевая проточка, выполненная в ведущем диске рабочего колеса, позволяет равномерно диспергировать газожидкостную смесь по длине лопастной решетки.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:
фиг. 1 - ступень погружного лопастного мультифазного насоса, выполненная в соответствии с заявленным изобретением;
фиг. 2 - рабочее колесо вид снизу;
фиг. 3 - дополнительный направляющий аппарат вид снизу;
фиг. 4 - рабочее колесо с кольцевым пазом на нижней кромке лопастей;
фиг. 5 - рабочее колесо с кольцевым пазом на верхней кромке лопастей;
фиг. 6 - рабочее колесо со сквозной кольцевой проточкой в ведущем диске.
Погружной лопастной мультифазный насос состоит по крайней мере из одной ступени (фиг. 1), которая содержит направляющий аппарат 1, состоящий из нижнего диска 2 и верхнего диска 3 с лопатками 4, направляющий аппарат 5, состоящий из нижнего диска 6 и верхнего диска 7 с лопатками 8, и установленное между направляющими аппаратами 1 и 5 полуоткрытое рабочее колесо 9, состоящее из ведущего диска 10 с лопастями 11. Между направляющим аппаратом 1 и рабочим колесом 9 установлен дополнительный направляющий аппарат 12 с лопатками 13.
На нижней кромке лопастей 11 рабочего колеса 9 может быть выполнен кольцевой паз 14 (фиг. 4).
На верхней кромке лопастей 11 рабочего колеса 9 может быть выполнен кольцевой паз 15 большего диаметра, чем диаметр ведущего диска 10 (фиг. 5).
В ведущем диске 10 рабочего колеса 9 может быть выполнена сквозная кольцевая проточка 16 (фиг. 6).
Погружной лопастной мультифазный насос работает следующим образом.
Пластовая жидкость с содержащимся в ней газом протекает по каналам рабочего колеса 9, приводимого в движение валом насоса, в результате за счет центробежных сил и действия лопастей 11 на поток жидкости создается напор. На выходе из рабочего колеса 9 пластовая жидкость разделяется на жидкость и газ. Жидкость скапливается снаружи. Внутренний диаметр проходного сечения на входе направляющего аппарата 5 меньше внутреннего диаметра проходного сечения на входе дополнительного направляющего аппарата 12. За счет этого на вход направляющего аппарата 5 поступает жидкость с газом, а в дополнительный направляющий аппарат 8 и далее на вход рабочего колеса 9 чистая жидкость. В результате этого в процессе работы на вход ступени поступает дополнительное количество жидкости, что увеличивает содержание жидкости в газожидкостной смеси, проходящей через ступень, обеспечивается стабильная работа насоса и увеличивается его напор и КПД.
Выполнение погружного лопастного мультифазного насоса с n-числом ступеней, когда при этом по крайней мере одна ступень имеет полуоткрытое рабочее колесо, которое содержит ведущий диск с лопастями, нижний и верхний направляющие аппараты, установленные, соответственно, до и после рабочего колеса, которые включают нижний и верхний диск с лопатками; между рабочим колесом и верхним диском нижнего направляющего аппарата установлен дополнительный направляющий аппарат, который состоит из диска с лопатками, позволяет отводить часть жидкости, проходящей через рабочее колесо, и направлять ее на вход этого же колеса, тем самым принудительно увеличивая содержание жидкости в проходящей через ступень газожидкостной смеси.
Наличие кольцевого паза на нижней кромке каждой лопасти рабочего колеса повышает степень диспергирования проходящей через рабочее колесо газожидкостной смеси. Кольцевой паз на верхней кромке каждой лопасти рабочего колеса повышает степень диспергирования газожидкостной смеси, выходящей из рабочего колеса. Сквозная кольцевая проточка, выполненная в ведущем диске рабочего колеса, позволяет равномерно диспергировать газожидкостную смесь по длине лопастной решетки. Выполнение дополнительного направляющего аппарата из полимерного материала также способствует повышению надежности работы насоса. В случае выполнения диаметра нижнего диска верхнего направляющего аппарата, по крайней мере, на десять процентов меньше, чем диаметр диска дополнительного направляющего аппарата, также обеспечивается повышение КПД. В результате обеспечивается стабильная работа насоса и увеличивается его напор и КПД.