ПОГРУЖНОЙ ЛАБИРИНТНО-ВИХРЕВОЙ НАСОС

Полезная модель относится к насосостроению. Она предназначена для подъема жидкой среды из скважины и может быть использована в нефтедобывающей промышленности, преимущественно для подъема жидкой среды, например, нефтяной смеси в скважинах с малым дебетом.
Известны аналоги заявляемого технического решения, например, лабиринтный насос, описанный в а.с. СССР №987187, МПК F04D 3/02, опубл. 07.01.83 г., содержащий корпус с патрубками подвода и отвода, винт и втулку, имеющие многозаходные винтовые нарезки противоположного направления, динамическое и стояночное уплотнения. При этом во втулке со стороны всасывания выполнены кольцевая проточка и сообщенные с ней и впадинами винтовых нарезок тангенциальные каналы, смещенные относительно оси впадины винтовой нарезки втулки в сторону вращения винта, а участок винтовых нарезок винта и втулки, примыкающий со стороны, противоположной стороне нагнетания к тангенциальным каналам, служит динамическим уплотнением. Приведенный лабиринтный насос не предназначен для условий эксплуатации в погруженном в жидкость состоянии, что и является его недостатком.
Известен также вихревой скважинный насос, описанный в патенте RU 2277185, МПК F04D 13/10, опубл. 27.05.2006 г., содержащий корпус, вихревые колеса (ВК) и направляющие аппараты (НА). Каждое ВК выполнено в виде шестерни с прямыми зубьями, образующими между собой открытые продольные выборки с вогнутым днищем. НА охватывает ВК с зазором и выполнены с продольными выборками, обращенными открытой стороной к выборкам ВК. Каждый из НА содержит дополнительный разделитель потока, находящийся на диаметрально противоположной стороне относительно основного разделителя. Между разделителями потока выполнены вогнутые каналы, которые с приемной стороны имеют прямолинейную плоскость, переходящую на отводной стороне в криволинейную. Насос снабжен боковыми дисками с жесткими уплотнительными кольцами, установленными по обе стороны ВК и НА. Каждые НА и боковой диск снабжены дополнительными каналами, расположенными в периферийной зоне, причем каналы бокового диска для предыдущего ВК являются выкидными, а для последующего - приемными. Недостатком данного вихревого насоса является его сложное конструктивное исполнение из-за наличия большого количества вихревых колес и направляющих аппаратов, каналов сложной формы и боковых дисков. Кроме этого, приведенный вихревой насос создает относительно небольшую величину давления жидкости на выходе из насоса, и ее увеличение требует применения дополнительных ВК и НА, что проводит к увеличению габаритов (длины) насоса. Так же при попадании абразивных частиц между трущимися поверхностями вихревых колес и направляющих аппаратов, приводит к выводу насоса из строя.
В качестве прототипа, как наиболее близкого к заявляемому техническому решению, выбран погружной лабиринтно-винтовой насос, описанный в патенте RU №2427725, МПК F04D 3/02, опубл. 27.08.2011 г., содержащий ротор, на наружной поверхности которого выполнены канавки, и корпус, на внутренней аксиальной поверхности которого также выполнены канавки. На торцевых поверхностях корпуса выполнены входной и выходной каналы. На торцевой поверхности ротора со стороны входного канала выполнены лопатки. Вход насоса соединен с периферийной полостью лопаток, которая соединена с внутренней полостью чашеобразного отстойника посредством отверстий сброса посторонних примесей в корпусе насоса. Дно отстойника имеет герметичное соединение с входной частью корпуса насоса между отверстием сброса посторонних примесей и отверстием, располагаемым в корпусе насоса как можно ближе к оси вращения ротора. Недостатком, присущим прототипу, является то, что насос создает недостаточно высокий напор, необходимый для подъема жидкой среды, например, нефтяной смеси из глубокой скважины.
Задачей, решаемой полезной моделью, является создание малогабаритного погружного лабиринтно-вихревого насоса с высокими эксплуатационными характеристиками.
Достигается это тем, что в погружном лабиринтно-вихревом насосе, содержащем вал, выполненный с возможностью вращения вокруг своей продольной оси с жестко установленным на нем ротором, и статор, жестко установленный в корпусе, охватывающий ротор с гарантированным зазором, на обращенных друг к другу поверхностях ротора и статора выполнены винтовые канавки с противоположным направлением нарезки, при этом вход жидкости в насос осуществляется с одного конца насоса, а выход - с противоположного конца, согласно полезной модели:
- ротор выполнен в виде двух коаксиально расположенных цилиндров, при этом винтовые канавки на внутреннем цилиндре, контактирующем с валом, выполнены на внешней поверхности, а на внешнем цилиндре - на внутренней и внешней его поверхностях, причем цилиндры ротора жестко соединены посредством герметичного торца, расположенного со стороны выхода жидкости;
- статор выполнен в виде двух коаксиально расположенных цилиндров, при этом внешний цилиндр статора жестко крепится к корпусу, а внутренний жестко соединен с внешним цилиндром посредством герметичного торца, расположенного со стороны входа жидкости, причем на внешнем цилиндре статора винтовые канавки выполнены на его внутренней поверхности, а на внутреннем цилиндре - на внешней и внутренней его поверхностях;
- внутренний цилиндр статора расположен с гарантированными зазорами между внешним и внутренним цилиндрами ротора;
Кроме того, профили нарезок ротора и статора в нормальном сечении имеют форму полуокружностей с радиусом, равным глубине нарезки;
Предлагаемая конструкция погружного лабиринтно-вихревого насоса позволяет, по сравнению с прототипом, в тех же габаритах, что и прототип, создать значительно большую величину напора перекачиваемой жидкой среды, поскольку величина напора пропорциональна длине канала между статором и ротором.
Технический результат, достигаемый заявляемой полезной моделью, заключается в повышении напора перекачиваемой жидкой среды.
Приведенные выше отличительные признаки являются новыми по сравнению с прототипом, поэтому полезная модель соответствует критерию «новизна».
Данное техническое решение может быть воспроизведено промышленным способом, следовательно, оно соответствует критерию «промышленная применимость».
Сущность полезной модели поясняется рисунками, где на фиг. 1 изображен заявляемый насос в разрезе, на фиг. 2 - фрагмент с винтовыми канавками, выполненными на роторе и статоре.
Лабиринтно-вихревой насос выполнен в виде стального корпуса 1, внутри которого к корпусу 1 жестко крепится статор 2 и ротор 3 (выделен более светлым оттенком), жестко установленный на валу 4, например, посредством шпонки (на фиг. 1 не показана), выполненным с возможностью вращения вокруг своей продольной оси а. Ротор 3 выполнен в виде двух коаксиально расположенных цилиндров 5 (внутренний цилиндр) и 6 (внешний цилиндр). Цилиндры 5 и 6 ротора 3 жестко соединены посредством герметичного торца 7, расположенного со стороны выхода жидкости (слева на фиг. 1). Винтовые канавки 8 выполнены на внутреннем цилиндре 5 на его внешней поверхности, а на внешнем цилиндре 6 - на внутренней и внешней его поверхностях. Статор 2 также выполнен в виде двух коаксиально расположенных цилиндров 9 (внешний цилиндр) и 10 (внутренний цилиндр), при этом внешний цилиндр 9 жестко крепится к корпусу 1, а внутренний цилиндр 10 жестко соединен с внешним цилиндром 9 посредством герметичного торца 11, расположенного со стороны входа жидкости. Вход и выход жидкости изображены на фиг. 1 стрелками. На внешнем цилиндре 9 статора 2 винтовые канавки 8 выполнены на его внутренней поверхности, а на внутреннем цилиндре 10 - на внешней и внутренней его поверхностях. Внутренний цилиндр 10 статора 2 расположен между внешним 6 и внутренним 5 цилиндрами ротора 3 с гарантированными зазорами. Между внешним цилиндром 6 ротора 3 и внешним цилиндром 9 статора 2 также обеспечивается гарантированный зазор. Данные зазоры предотвращают механические контакты между поверхностями ротора 3 и статора 2 при вращении ротора 3 в процессе работы насоса. Во всех зазорах между элементами ротора 3 и статора 2 винтовые канавки 8 выполнены с противоположным направлением нарезки. В нормальном сечении (см. фиг. 2) профили нарезок ротора 3 и статора 2 могут иметь различную форму, в частности форму полуокружностей с радиусом, равным глубине нарезки (радиус на фиг. 2 обозначен буквой R). К валу 4 крепится электродвигатель (на фиг. 2 не показан) со стороны входа перекачиваемой жидкости, приводящий вал 4 во вращение. Электродвигатель выполняется в герметичном исполнении, поскольку он погружается в перекачиваемую насосом жидкость.
Работа заявляемого погружного лабиринтно-вихревого насоса происходит следующим образом. Насос с пристыкованным к нему электродвигателем опускают в скважину и погружают в перекачиваемую жидкость, например нефть, после чего включают электродвигатель, который начинает вращать вал 4. Совместно с валом 4 начинает вращаться жестко закрепленный на нем ротор 3, выполненный в виде двух коаксиальных цилиндров 5 и 6. При вращении ротора 3 в статоре 2 винтовая нарезка ротора своими выступами гонит нагнетаемую жидкость по канавкам статора, а выступы нарезки статора осуществляют нагнетание жидкости по канавкам нарезки ротора. При этом жидкость движется сначала в зазоре между внешней поверхностью внутреннего цилиндра 5 ротора 3 и внутренней поверхностью внутреннего цилиндра 10 статора 2, затем дойдя до герметичного торца 7, поворачивает на 180° и движется в зазоре между внешней поверхностью внутреннего цилиндра 10 статора 2 и внутренней поверхностью внешнего цилиндра 6 ротора 3. Дойдя до герметичного торца 11, жидкость вновь поворачивает на 180° и движется в зазоре между внешней поверхностью внешнего цилиндра 6 ротора 3 и внутренней поверхностью внешнего цилиндра 9 статора 2 и покидает насос (слева, как показано стрелками на фиг. 1). Учитывая, что путь, проходимый жидкостью между цилиндрическими элементами ротора 3 и статора 2 существенно увеличивается, напор перекачиваемой насосом жидкости пропорционально возрастает.
Заявляемый насос работает по принципу вихревого трения жидкости между зубцами статора и ротора. В канавках нарезки ротора и статора при вращении ротора образуется интенсивное вихревое движение, вызывающее эффективное движение жидкости, т.к. в этом случае происходит совмещение эффектов многоступенчатости (за счет выполнения ротора и статора в виде коаксиальных цилиндров) и эжектирующего действия, в результате чего энергия, приобретенная выходящей из насоса жидкостью, значительно увеличивается.
Профили нарезок статора и ротора в нормальном сечении (см. фиг. 2) могут иметь различную форму, в частности форму полуокружностей с радиусом, равным глубине нарезки. Это способствует интенсивному образованию и развитию вихрей, а, следовательно, повышает передачу от вращающегося ротора жидкости.
Заявителем изготовлены опытные образцы заявляемого лабиринто-вихревого насоса, лабораторные испытаний которых показали их высокие эксплуатационные характеристики.
Учитывая новизну и промышленную применимость заявляемого технического решения, заявитель считает, что оно может быть защищено патентом на полезную модель.