РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ДИСПЕРГИРУЮЩЕЙ СТУПЕНИ ПОГРУЖНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ

Полезная модель относится к гидромашиностроению и может быть использована в погружных насосных агрегатах, предназначенных для подъма пластовой жидкости из сважин с повышенным содержанием попутного газа.
Присутствие попутного газа в перекачиваемой жидкости отрицательно влияет на всасывающую способность рабочего колеса ступени погружного центробежного насоса, значительно ухудшая его основные характеристики, приводящие к снижению напора, подачи и КПД. При этом работа насоса становится неустойчивой, малоэффективной и часто сопровождается срывами подачи.
Для снижения вредного влияния попутного газа на работу погружного центробежного насоса используются диспергаторы, которые путем измельчения пузырьков газа и перемешивания их с жидкостью обеспечивают создание однородной газожидкостной смеси, поступающей затем на прием рабочей ступени насоса (см., например, международный транслятор «Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти» под
научной редакцией акад. РАЕН В.Ю.Алекперова и акад. РИА В.Я.Кершенбаума, М., 1999 г., с.309). При этом диспергатор должен обеспечивать высокую степень дисперсности газовой фазы для того, чтобы не допустить скопления газовых пузырьков в каналах рабочего колеса насоса, превышающего величину расходного газосодержания. В противном случае потери энергии на устранение сепарационных процессов в рабочих каналах приводят к снижению напора рабочей ступени насоса.
Известен диспергатор погружной центробежной насосной установки, в котором ведущий диск рабочего колеса диспергирующей ступени выполнен со сквозными отверстиями или отверстием в виде сквозной кольцевой проточки (см., например, описание к патенту RU №2192560 С2, F04D 13/10, от 17.01.2001). Благодоря наличию отверстий в данной канструкции диспергатора улучшается перемешивание газожидкостной смеси и снижается градиент давления в проточной части рабочего колеса.
Однако изготовление рабочих колес с указанными отверстиями в ведущем диске, технологически трудно выполнимо и требует при литье рабочих колес использования специальной оснастки.
Кроме того, выполнение сквозной кольцевой проточки на ведущем диске диспергирующего колеса приводит к тому, что колесо практически не создает напора, а его функция сводится исключительно к перемешиванию газожидкостной смеси, что снижает производительность насосной установки в целом.
Известно также выполнение диспергатора, который состоит из нижнего диска, верхнего диска и лопастей, размещенных между дисками с образованием проточных полостей рабочего колеса. В известном диспергаторе в верхнем диске рабочего колеса и в лопастях методом сверления выполнены отверстия (см., например, патент US 5,628,616, F04D 29/22 от 13.05.1997). При работе насоса под воздействием циркуляции жидкости и газа поступающих через отверстия в проточные каналы, создаются высокие градиенты давления и локальные вихри. В результате этого значительная часть пузырьков газа разрывается и перемешивается с жидкостью.
Недостатком известной конструкции является то, что, для обеспечения более интенсивной циркуляции жидкости и газа, внутри рабочего колеса необходимо выполнять две технологические операции, одна из которых связана со сверлением отверстий на верхнем диске, а другая в лопастях колеса. Это приводит к усложнению технологического процесса и удлинению срока изготовления рабочего колеса.
Задачей предложенного технического решения является упрощение технологического процесса и сокращение срока изготовления рабочего колеса диспергирующей ступени.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в рабочем колесе диспергирующей ступени погружного центробежного насоса для добычи нефти, состоящем из нижнего диска, верхнего диска, имеющего отверстия, и лопастей, размещенных между дисками, формирующих
проточные полости рабочего колеса, согласно полезной модели, каждое отверстие на верхнем диске рабочего колеса выполнено с образованием цилиндрического канала, проходящего через верхний диск и лопасть рабочего колеса и соединяющего одну из проточных полостей рабочего колеса одновременно с областью над верхним диском и с соседней проточной полостью рабочего колеса.
При этом цилиндрические каналы в рабочем колесе выполнены в количестве равном или кратном количеству лопастей рабочего колеса, а каждый цилиндрический канал выполнен с осевой линией, проходящей параллельно осевой линии рабочего колеса или расположенной под углом к осевой линии рабочего колеса.
Причем рабочее колесо может быть использовано как радиального, так и диагонального типа.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображено рабочее колесо диспергирующей ступени погружного центробежного насоса диагонального типа, а на фиг.2 представлено сечение А-А на фиг.1.
Рабочее колесо диспергирующей ступени погружного центробежного насоса для добычи нефти состоит из верхнего диска 1 и нижнего диска 2. Между дисками 1 и 2 размещены лапасти 3, образующие проточные полости 4 рабочего колеса. В верхнем диске 1 методом сверления выполнены отверстия 5 с образованием цилиндрического канала 6, который проходит через лопасть 3 и соединяет одну из проточных полостей 4а рабочего колеса
одновременно с полостью 7 над верхним диском 1 и с соседней проточной полостью 4b (фиг.2). При этом каждый цилиндрический канал 6 может быть выполнен с осевой линией, проходящей параллельно осевой линии рабочего колеса или расположенной под углом к осевой линии рабочего колеса. Количество цилиндрических каналов 6 может соответствовать или быть кратно числу лопастей 3.
В диспергирующей ступени рабочее колесо может быть использовано радиального или диагонального типа, причем диагональное рабочее колесо может быть размещено в ступени, как с верхним торцевым уплотнением, так и без него.
Рабочее колесо диспергирующей ступени погружного центробежного насоса установлено на валу 9 насоса с помощью ступицы 10.
Работа рабочего колеса диспергирующей ступени погружного центробежного насоса для добычи нефти осуществляется следующим образом.
При вращении вала 9 насоса жидкость вместе с газовыми включениями под воздействием вращающихся лопастей 3 перемещается в межлопастном пространстве по проточным полостям 4 рабочего колеса и приобретает скорость и давление. При этом внутри каждой проточной полости рабочего колеса, например, полости 4а, за счет разницы давлений по цилиндрическим каналам 6 осуществляется циркуляция потока жидкости и газа, поступающих одновременно из полости 7 над верхним диском 1 и из соседней проточной полости 4b рабочего колеса. Под воздействием циркулирующего потока,
вытекающего из области с большим давлением в область с меньшим давлением, в проточной полости 4а происходит выталкивание газовых пузырьков, скопившихся у тыльной стороны лопасти 3. Одновременно циркуляция потока через канал 6 приводит к вскипанию жидкости в проточной полости 4а. В результате значительная часть пузырьков газа разрывается и перемешивается с жидкостью до квазигомогенного состояния газожидкостной смеси. При этом, выполняя каналы 6 с разными диаметрами отверстий и располагая их на разном расстоянии от осевой линии рабочего колеса и под разным углом к осевой линии рабочего колеса, можно изменять степень диспергации газа в проточной полости 4а, изменением сопротивлений потокам, поступающих из полостей 7 и 4b.
Таким образом, в предложенном рабочем колесе диспергирующей ступени погружного центробежного насоса для добычи нефти достигается высокая степень диспергирования газа за счет выдавливания из проточных полостей рабочего колеса нерастворенных пузырьков скопившегося газа и перемешивания их с жидкостью, что обеспечивает работу насоса без срыва подачи. При этом сокращается в два раза количество производимых сверлений, связанных с образованием канала, обеспечивающего циркуляцию потока газожидкостной смеси в рабочем колесе, что значительно упрощает и сокращает технологический процесс изготовления рабочего колеса.