Рабочее колесо погружного многоступенчатого лопастного насоса

Полезная модель относится к насосам и может быть применена в погружных многоступенчатых центробежных насосах для добычи флюида из скважин.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является рабочее колесо погружного многоступенчатого лопастного насоса, содержащее ступицу и наклонные лопасти, расположенные на ступице по окружности и формирующие проточную часть рабочего колеса (см. RU 180414 U1, опуб. 13.06.2018).
Недостатком известного технического решения является низкая эффективность, обусловленная перетоками жидкости между лопастями рабочего колеса, которые снижают напор и коэффициент полезного действия насоса, а так же невысокая надежность при перекачке пластовой жидкости содержащей механические примеси, которые из-за короткой ступицы будут попадать в зазоры между направляющим аппаратом и валом насоса и приводить к износу вала.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении эффективности и надежности рабочего колеса при перекачке пластовой жидкости, содержащей механические примеси.
Технический результат достигается тем, что рабочее колесо погружного многоступенчатого лопастного насоса, содержащее ступицу и наклонные лопасти, расположенные на ступице по окружности, при этом, согласно полезной модели, лопасти расположены в средней части ступицы, при этом высота выступающих за лопасти частей ступицы является такой, чтобы обеспечить возможность их размещения в диаметральных расточках верхнего и нижнего направляющих аппаратов, кроме того, на ступице рабочего колеса над лопастями установлен диск, направляющий поток жидкости между лопастями от ступицы к периферии, при этом наружный диаметр диска меньше наружного диаметра лопастей.
На фиг. 1 изображен разрез рабочего колеса погружного многоступенчатого лопастного насоса, установленного между двумя направляющими аппаратами.
На фиг. 2 вид сверху на рабочее колесо в 3D формате.
На фиг. 3 вид снизу на рабочее колесо в 3D формате.
д
л
1
2
Рабочее колесо 1 погружного многоступенчатого лопастного насоса состоит из ступицы 2, в средней части которой по окружности расположены наклонные лопасти 3. Над лопастями 3 на ступице 2 установлен диск 4, направляющий поток жидкости между лопастями 3 от ступицы 2 к периферии и далее на вход в направляющий аппарат 6. Наружный диаметр D диска 4 немного меньше наружного диаметра D лопастей 3, таким образом, края 5 лопастей 3 остаются открытыми. Размеры Н и Н ступицы 2 устанавливаются таким образом, чтобы обеспечить возможность размещения ступицы 2 в диаметральных расточках верхнего 6 нижнего 7 направляющих аппаратах.
Рабочее колесо погружного многоступенчатого лопастного насоса работает следующим образом.
При вращении рабочего колеса 1 его наклонные лопасти 3 оказывают силовое воздействие на перекачиваемую среду (жидкость или газо-жидкостную смесь), заполняющую проточную часть рабочего колеса 1 и направляющего аппарата 6 в целом. Перекачиваемая среда, таким образом, вовлекается с помощью наклонных лопастей 3 во вращательное движение. Возникающие при этом центробежные силы обеспечивают повышение давления на периферии рабочего колеса 1 и обеспечивают создание потока в направлении от ступицы 2 рабочего колеса 1 вдоль канала 8, образованного соседними лопастями 3 и верхним диском 4 рабочего колеса 1 к периферии лопастей 3 и далее во входную кольцевую камеру 9 направляющего аппарата 6. Из входной кольцевой камеры 9 перекачиваемая среда поступает в каналы 10 верхнего направляющего аппарата 6, где кинетическая энергия потока переходит в потенциальную, т.е. создается давление.
Наличие диска 4, установленного над лопастями 3 на ступице 2, предотвращает перетоки жидкости между лопастями 3, снижая гидравлические потери в проточной части рабочего колеса 1, что приводит к увеличению развиваемого напора (давления) и увеличивает эффективность насоса.
д
л
Выполнение наружного диаметра D диска 4 немного меньше наружного диаметра D лопастей 3, так чтобы края 5 лопастей 3 оставались открытыми, улучшает вынос механических примесей и предотвращает засорение кольцевой камеры 9 при перекачке пластовой жидкости, содержащей механические примеси.
1
2
Расположение лопастей 3 в средней части ступицы 2 позволяет установить размеры H и Н выступающих за лопасти частей ступицы 2 таким образом, чтобы обеспечить размещение ступицы 2 в диаметральных расточках верхнего 6 нижнего 7 направляющих аппаратах, что предотвращает попадание механических примесей в зазор между валом насоса (на фиг. не показан) и направляющим аппаратом и предотвращает износ вала, повышая надежность работы рабочего колеса и, следовательно, всего насоса при перекачке пластовой жидкости, содержащей механические примеси.
Именно все конструктивные особенности одновременно: размещение лопастей в средней части ступицы, позволяет установить высоту выступающих за лопасти частей ступицы, которая обеспечивает их размещение в диаметральных расточках верхнего и нижнего направляющих аппаратах, установка диска с наружным диаметром меньше наружного диаметра лопастей на ступице рабочего колеса над лопастями, направляющего поток жидкости между лопастями от ступицы к периферии и далее на вход в направляющий аппарат, позволяют максимально повысить эффективность работы насоса и его надежность при перекачке пластовой жидкости, содержащей механические примеси. Использование какого-либо одного из указанных признаков предлагаемого технического решения, не позволит достигнуть максимальной эффективности и надежности при эксплуатации скважин с пластовой жидкостью, содержащей большое количество механических примесей.
Предлагаемая конструкция рабочего колеса многоступенчатого лопастного насоса изготовлена и испытана в лабораторных условиях. Результаты лабораторных испытаний предлагаемой конструкции рабочего колеса доказали повышение эффективности до 3-7% предлагаемой конструкцией относительно наиболее близкого аналога, а также снизить износ вала насоса, в результате чего наработка до отказа увеличивается в среднем на 10-15%. Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет повысить эффективность и надежность насоса за счет снижения гидравлических потерь в рабочем колесе, улучшения выноса механических примесей и защиты вала насоса от износа.
Проведенный патентный поиск показал, что в уровне техники отсутствуют аналоги, содержащие всю совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели, следовательно, предлагаемое техническое решение отвечает условию патентоспособности «новизна».
Рабочее колесо многоступенчатого лопастного насоса может быть изготовлено из известных и широко применяемых в нефтегазовой отрасли материалов, а также путем выполнения стандартных операций на общеизвестном оборудовании, позволяющем изготавливать компоненты предлагаемого насоса. Таким образом, предлагаемое техническое решение отвечает условию патентоспособности «промышленная применимость».
Следует понимать, что после рассмотрения специалистом приведенного описания с примером осуществления рабочего колеса многоступенчатого лопастного насоса, а также сопроводительных чертежей, для него станут очевидными другие изменения, модификации и варианты реализации заявленной полезной модели. Таким образом, все подобные изменения, модификации и варианты реализации, а также другие области применения, не имеющие расхождений с сущностью настоящей полезной модели, следует считать защищенными настоящей полезной моделью в объеме прилагаемой формулы полезной модели.