СТУПЕНЬ ПОГРУЖНОГО НАСОСА
STAGE OF SUBMERSIBLE PUMP

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области ступеней погружных центробежных насосов, используемых для перекачивания жидких сред, в том числе содержащих нефть, и может быть использовано для добычи полезных ископаемых в жидкой форме, в том числе, и углеводородов из нефтяных скважин.
Уровень техники
Известны различные конструкции ступеней центробежных ступеней. См., например а.с. SU 576438, патент RU 2083880, SU 125408.
Недостатками известных конструкций является отсутствие конструктивных элементов защиты от накопления твердых частиц в полостях между вращающимися и неподвижными рабочими поверхностями.
Наиболее близким аналогом изобретения (прототипом) является ступень погружного насоса, содержащая рабочее колесо, включающее передний и задний покрывные диски, лопатки, расположенные между передним и задним покрывными дисками, втулку, и направляющий аппарат, включающий передний и задний покрывные диски, лопатки, расположенные между передним и задним покрывными дисками, описанный в патенте [RU 68613, публ. 27.11.2007]. Недостатком указанного устройства является то, что по мере накопления твердых частиц в переднем кармане они начинают значительно увеличивать трение между вращающимися частями ступени погружного насоса, что может привести к выходу из строя электрического двигателя, а также приводит к очень сильному абразивному износу покрывного диска рабочего колеса.
Сущность изобретения
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании простой конструкции устройства и применении данного устройства для различных модификаций погружных насосов.
Ступени центробежного или диагонального погружного насоса, обязательно имеют такую негативную конструктивную особенность, как полости между передним и задним покрывными дисками рабочего колеса и поверхностями направляющего аппарата, которые получили название - передний и задний карман. Эти конструктивные элементы обусловлены необходимостью сопряжения вращающихся частей ступени (рабочее колесо) с неподвижными (направляющее устройство), а также с необходимостью минимизации перетечек внутри ступени. Когда через ступень насоса перекачивается чистая жидкость, негативное влияние этих полостей невелико, но если на вход ступени подается жидкость с механическими включениями, такими как песок или пропант, то эти полости начинают работать как ловушки-сборники для твердых частиц, которые попадают в карманы, через зазоры между импеллером и диффузором. В наибольшей степени этот негативный процесс актуален для переднего кармана, так как для предотвращения заклинивания рабочего колеса, верхний зазор между покрывным диском и корпусом направляющего аппарата (диффузора) имеет размер, превышающий диаметр твердых частиц, которые могут находиться в жидкости, перекачиваемой насосом. По мере накопления твердых частиц в переднем кармане они начинают значительно увеличивать трение между вращающимися частями ступени погружного насоса, что может привести к выходу из строя электрического двигателя, а также приводит к очень сильному абразивному износу покрывного диска рабочего колеса.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого технического решения, заключается в обеспечении принудительной постоянной промывки переднего кармана с целью предотвращения накапливания в нем твердых частиц, что значительно уменьшает абразивный износ покрывного диска рабочего колеса, и значительно продлевает ресурс работы электрического двигателя.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что ступень погружного насоса содержит рабочее колесо, включающее передний и задний покрывные диски, лопатки, расположенные между передним и задним покрывными дисками, втулку, и направляющий аппарат, включающий передний и задний покрывные диски, лопатки, расположенные между передним и задним покрывными дисками. Задний покрывной диск направляющего аппарата снабжен сквозными отверстиями, проходящими в торцевых поверхностях и расположенными по окружности, причем число сквозных отверстий по меньшей мере выбирается равным числу межлопаточных каналов, а отверстия выполнены таким образом, чтобы обеспечить перетекание жидкости из переднего кармана данной ступени погружного насоса в каждый межлопаточный канал направляющего аппарата предыдущей ступени.
Кроме того, число сквозных отверстий выбирается кратным числу межлопаточных каналов.
Кроме того, диаметр отверстий выбирается в диапазоне 1-10 мм.
Кроме того, диаметр отверстий выбирается в диапазоне 2-4 мм.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен вид ступени погружного насоса, на фиг.2 приведен вид направляющего аппарата ступени погружного насоса
Ступень погружного насоса состоит из рабочего колеса 1 и направляющего аппарата 2. Рабочее колесо состоит из переднего 3 и заднего 4 покрывных дисков, лопастей 5 и втулки 6. Направляющий аппарат аналогично состоит из переднего 7 и заднего 8 покрывных дисков, лопастей 9 и втулки 10. На фиг.1 также показано расположение «абразивных» отверстий 11, выполненных в торцевой поверхности заднего покрывного диска направляющего аппарата и связывающих полость между поверхностью переднего покрывного диска рабочего колеса данной ступени и поверхностью заднего покрывного диска направляющего аппарата предыдущей ступени. Конструкция и расположение «абразивных» отверстий в направляющем аппарате показаны на фиг.2.
Сущность настоящего изобретения
Для предотвращения выхода из строя электрического двигателя необходимо обеспечить принудительную постоянную промывку переднего кармана. Одним из вариантов реализации промывки переднего кармана является создание специальных «абразивных» отверстий, связывающих между собой передний карман ступени погружного насоса с направляющим аппаратом предыдущей ступени погружного насоса. В этом случае в переднем кармане возникает рециркуляционное движение жидкости, которое не позволяет накапливаться твердым частицам, а движение жидкости через «абразивные» отверстия уносит твердые частицы из полости кармана в направляющий аппарат предшествующей ступени, откуда они вновь попадают на вход ступени насоса. Прокачка жидкости через «абразивные» отверстия обусловлена наличием перепада давления между передним карманом данной ступени и диффузором предыдущей ступени. Величина перепада давления на «абразивных» отверстиях равна примерно напору ступени погружного насоса.
«Абразивные» отверстия служат для уменьшения абразивного износа ступени погружного насоса, так как организуют непрерывную циркуляцию жидкости через передний карман ступени и тем самым препятствуют накоплению в нем твердых частиц.
Данные отверстия сверлятся насквозь в торцевой поверхности заднего покрывного диска направляющего аппарата таким образом, чтобы обеспечить постоянное перетекание жидкости из переднего кармана в каждый межлопаточный канал направляющего аппарата. Диаметр отверстий выбирается в диапазоне от 1 до 10 мм, предпочтительно от 2 до 4 мм в зависимости от:
- диаметра твердых частиц, попадающих в насос,
- величины верхнего радиального зазора между рабочим колесом (импеллером) и корпусом ступени,
- напора ступени.
Для регулирования величины расхода жидкости, промывающей передний карман погружной ступени, можно варьировать расположение и количество отверстий в канале направляющего аппарата.