Ступень 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 к заявляемому техническому решению является ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, состоящая из рабочего колеса открытого типа, имеющего ступицу и лопатки, направляющего аппарата, включающего верхний диск и нижний диск с размещенными между дисками лопатками, формирующими проточную часть направляющего аппарата; на входе и выходе проточной части направляющего аппарата выполнены соответственно входная и выходная кольцевые камеры, которые обеспечивают гидравлическую связь проточных частей рабочего колеса и направляющего аппарата; лопатки рабочего колеса имеют удлиненные до ступицы входные участки, расположенные по окружности с образованием осевой круговой решетки (см. патент на полезную модель RU 63468 U1, опуб. 27.05.2007 г.)
Недостатком известного технического решения является низкие эффективность и надежность ступени, обусловленные низким коэффициентом полезного действия, невысоким значением напора ступени и возможностью подклинивания рабочего колеса при всплытии или попадании в зазоры между горизонтальными поверхностями рабочего колеса и направляющего аппарата механических примесей, а также сложность конструкции, вызванная необходимостью создания закрытых проточных каналов направляющего аппарата.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении эффективности и надежности работы ступени при одновременном упрощении ее конструкции.
Технический результат достигается тем, что ступень погружного многоступенчатого лопастного насоса, состоящая из рабочего колеса открытого типа, имеющего ступицу и лопасти, расположенные по окружности с образованием осевой круговой решетки; направляющего аппарата, имеющего втулку, верхний и нижний диски с размещенными между дисками лопатками направляющего аппарата, образующие каналы и формирующие проточную часть направляющего аппарата, при этом на входе и выходе проточной части направляющего аппарата расположены соответственно входная и выходная кольцевые камеры, которые обеспечивают гидравлическую связь проточных частей рабочего колеса и направляющего аппарата; осевых опор, установленных с зазором между контактирующими горизонтальными поверхностями рабочего колеса и направляющего аппарата, при этом, согласно полезной модели, ступица рабочего колеса в месте соединения с лопастями выполнена конической, а втулка направляющего аппарата имеет скос, при этом конус ступицы и скос втулки направляющего аппарата образуют угол, обеспечивающий создание диагонального канала для прохода потока жидкости; кроме этого углы конуса ступицы и скоса втулки направляющего аппарата выбираются исходя из оптимальной подачи ступени.
Кроме того, технический результат достигается тем, что лопасти рабочего колеса выполнены расширяющимися по мере удаления от ступицы.
Также технический результат достигается тем, что зазор между контактирующими горизонтальными поверхностями рабочего колеса и направляющего аппарата, обеспечиваемый осевыми опорами, устанавливается исходя из максимальных размеров механических примесей, выносимых потоком пластового флюида.
Кроме того, технический результат достигается тем, что нижний диск направляющего аппарата выполнен съемным.
На фиг. 1 изображен разрез ступени погружного многоступенчатого лопастного насоса.
На фиг. 2 изображено рабочее колесо с расширяющимися лопастями.
На фиг. 3 изображен направляющий аппарат со съемным нижним диском.
Ступень погружного многоступенчатого лопастного насоса состоит из рабочего колеса 1 открытого типа, имеющего ступицу 2 и лопасти 3, расположенные по окружности с образованием осевой круговой решетки; направляющего аппарата 4, имеющего втулку 5, верхний 6 и нижний 7 диски с размещенными между дисками лопатками 8 направляющего аппарата 4, образующие каналы и формирующие проточную часть направляющего аппарата 4, при этом нижний диск 7 может быть выполнен съемным и закреплен на направляющем аппарате 4 винтами 15. На входе и выходе проточной части направляющего аппарата 4 расположены соответственно входная 9 и выходная 10 кольцевые камеры, которые обеспечивают гидравлическую связь проточных частей рабочего колеса 1 и направляющего аппарата 4. Нижняя 11 и верхняя 12 осевые опоры служат для восприятия осевых нагрузок, действующих на рабочее колесо 1. При этом между контактирующими горизонтальными поверхностями рабочего колеса 1 и направляющего аппарата 4 установлен зазор d. Ступица 2 рабочего колеса 1 в месте соединения с лопастями 3 выполнена в виде конуса 13. Втулка 5 направляющего аппарата 4 имеет скос 14. При этом конус 13 ступицы 2 рабочего колеса 1 и скос 14 втулки 5 направляющего аппарата 4 образуют угол F, обеспечивающий создание диагонального канала для прохода потока жидкости.
Ступень погружного многоступенчатого лопастного насоса работает следующим образом.
При вращении рабочего колеса открытого типа 1 лопасти 3 рабочего колеса 1 оказывают силовое воздействие на перекачиваемую среду (жидкость или газо-жидкостную смесь), заполняющую проточную часть рабочего колеса 1 и направляющего аппарата 4 в целом. Перекачиваемая среда, таким образом, вовлекается с помощью 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 центра рабочего колеса 1 вдоль конической втулки 13 рабочего колеса 1 к его периферии и далее во входную кольцевую камеру 9 направляющего аппарата 4. Из входной кольцевой камеры 9 перекачиваемая среда поступает в каналы между лопатками 8, где за счет постепенного увеличения площади сечения каналов, образованных лопатками 8 по направлению потока обеспечивается снижение скорости течения и, соответственно, обеспечивается повышение гидростатического давления. Из каналов перекачиваемая среда поступает в выходную кольцевую камеру 10, где наблюдается осевое течение, направленное вдоль втулки 5 со скосом 14 направляющего аппарата 4, и далее вдоль конуса 13 ступицы 2 рабочего колеса 1 опять на лопатки 3 следующего рабочего колеса.
Угол F, образованный конусом 13 ступицы 2 рабочего колеса 1 и скосом 14 втулки 5 направляющего аппарата 4, снижает гидравлические потери в проточной части и повышает гидравлический КПД ступени и ее эффективность, при этом углы конуса ступицы и скоса втулки направляющего аппарата выбираются исходя из оптимальной подачи ступени.
Зазор d между контактирующими горизонтальными поверхностями рабочего колеса 1 и направляющего аппарата 4, обеспечиваемый верхней осевой опорой 12, устанавливается исходя из максимальных размеров механических примесей, выносимых потоком пластового флюида, что позволяет предотвратить износ опорных поверхностей рабочего колеса 1 и направляющего аппарата 4 и повышает надежность работы ступени в целом.
Лопасти 3 рабочего колеса 1 могут быть выполнены расширяющимися по мере удаления от ступицы 2 рабочего колеса 1 (см. фиг. 2) от h1 до h2, что повышает напор ступени и ее эффективность за счет обеспечения равномерности перекрытия проходного сечения ступени.
Выполнение нижнего диска 7 направляющего аппарата 4 съемным (см. фиг. 3) обеспечивает оптимальные условия обработки каналов спиралеобразной формы, сообщающих проточную часть направляющего аппарата одной ступени с проточной частью рабочего колеса соседней ступени, установленной ниже и упрощает конструкцию направляющего аппарата
Предлагаемое техническое решение позволяет повысить эффективность работы ступени насоса путем увеличения гидравлического КПД и повышения напора ступени, а также увеличить ее надежность за счет устанавливаемого исходя из максимальных размеров механических примесей зазора между контактирующими горизонтальными поверхностями рабочего колеса и направляющего аппарата и одновременно упростить конструкцию ступени путем выполнения нижнего диска направляющего аппарата съемным.
Следует понимать, что после рассмотрения специалистом приведенного описания с примером осуществления ступени погружного 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.