Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса

Полезная модель относится к гидромашиностроению и может быть использована в нефтедобывающей промышленности при создании погружных центробежных насосов, предназначенных для добычи нефти из скважин с низкими дебитами.
Известна ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса содержащая закрытое центробежное рабочее колесо, включающее ведущий и ведомый диски с размещенными между ними лопастями, и направляющий аппарат, включающий обойму, нижний и верхний диски, между которыми размещены лопатки, образующие каналы проточной части (патент РФ №2161737, МПК F04D 1/06, F04D 13/10, опубл. 10.01.2001).
Недостатком этого технического решения является невозможность работы насоса в скважинах с широким диапазоном изменения механических примесей в пластовой жидкости.
Наиболее близким к предложенному техническим решением является ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, содержащая закрытое центробежное рабочее колесо, включающее ведущий и ведомый диски с размещенными между ними лопастями, и направляющий аппарат, включающий обойму, нижний и верхний диски, между которыми размещены две лопатки, образующие проточные каналы, высотой в диапазоне 3,5-6,5 мм, лопасти рабочего колеса выполнены с углом охвата средней линии 120-150°, а лопатки направляющего аппарата выполнены с углом охвата 180-230°, коэффициент стеснения лопатки на выходе направляющего аппарата равен 0,7. (Патент РФ на полезную модель № 141221, Мкл. F04D 13/10, публ. 27.05.2014).
Недостатком этого технического решения является малый КПД.
Технической задачей, решаемой предложением, является повышение КПД ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса.
Для решения этой технической задачи предлагается ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, содержащая закрытое центробежное рабочее колесо, включающее ведущий и ведомый диски с размещенными между ними лопастями, и направляющий аппарат, включающий обойму, нижний и верхний диски, между которыми размещены две лопатки, образующие проточные каналы, высотой в диапазоне 3,5-6,5 мм, лопасти рабочего колеса выполнены с углом охвата средней линии 120-150°, а лопатки направляющего аппарата выполнены с углом охвата 180-230°, коэффициент стеснения лопатки на выходе направляющего аппарата равен 0,7,соотношение диаметров верхнего и нижнего дисков колеса рабочего составляет 1,05 - 1,07.
Экспериментально установлено, что более открытые (выступающие) части лопаток колеса рабочего создают дополнительные вихревые потоки, являющиеся причиной увеличения напора, создаваемого рабочей ступенью и, как следствие, увеличения КПД. Зависимость КПД от соотношения диаметров верхнего и нижнего дисков колеса рабочего показана на таблице
Других технических решений аналогичного назначения с подобной совокупностью существенных признаков при проведении поиска по научно-технической литературе и патентной документации заявителем не обнаружено. Предлагаемая ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса может быть изготовлена из известных материалов на известном оборудовании и использована в нефтедобывающей промышленности при создании погружных центробежных насосов, предназначенных для добычи нефти из скважин с низкими дебитами. Поэтому заявитель считает, что предложение по данной заявке соответствует критериям охраноспособности полезной модели «новизна» и «промышленная применимость».
Сущность полезной модели поясняется далее на основе представленных чертежей, где
- на фиг. 1 изображена ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, разрез;
- на фиг. 2 изображено рабочее колесо, разрез;
- на фиг. 3 изображен направляющий аппарат, разрез.
- на фиг. 4 - верхний  и нижний диски направляющего аппарата.
На фигурах обозначены
1. - рабочее колесо;
2. - направляющий аппарат;
3. - ведущий диск колеса;
4. - ведомый диск колеса;
5. - верхний диск направляющего аппарата;
6. - нижний диск направляющего аппарата;
7. - безлопаточная полость;
8. - безлопаточная полость;
9. - лопасти рабочего колеса;
10. - ступица;
11. - лопатки направляющего аппарата;
12. - кольцевой выступ;
13. - выступ;
14. - обойма;
15. - проточный канал рабочего колеса;
16. - безлопаточное пространство.
D 1. - диаметр верхнего диска колеса рабочего;
D2. - диаметр нижнего диска колеса рабочего.
В таблице обозначено
Н(а)–напор, м;
2
Р(кV)–потребляемая мощность, кВт;
p
η(%)–коэффициент полезного действия (КПД), %;
3
3
Q(m/d)–производительность, м/сутки.
При работе ступени пластовая жидкость протекает по проточным каналам 15 рабочего колеса 1 (фиг. 2), приводимого в движение валом насоса, при этом формируется напор жидкости за счет центробежных сил и за счет действия лопастей рабочего колеса на поток жидкости. Далее жидкость после колеса поступает в безлопаточное пространство 16 (фиг. 1) и затем в проточные каналы направляющего аппарата 2, в которых осуществляется преобразование кинетической энергии потока в потенциальную, повышается давление и осуществляется поворот потока до приблизительно радиального направления для подачи на вход рабочего колеса следующей ступени. Вместе с пластовой жидкостью по проточным каналам ступени перемещаются механические примеси, соли, которые оседают на стенках каналов, особенно на участках с минимальными скоростями, отрывными зонами, снижая поперечное сечение каналов.
КПД ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса, выполненного в соответствии с предложением, увеличился до 35%, по сравнению с 29-30% КПД изделия, выполненного по патенту РФ на полезную модель № 141221- прототипу, у которого соотношение диаметров верхнего и нижнего дисков колеса рабочего составляет 0,93.
Заявителем изготовлены и успешно испытаны опытные образцы предлагаемого устройства.