ПОГРУЖНОЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к гидромашиностроению и может быть использована в вертикальных насосных агрегатах, предназначенных для подъема жидкости из скважин.
Известны погружные многоступенчатые центробежные насосы, состоящие из набора ступеней. Каждая ступень насоса состоит из рабочего колеса с лопастями и направляющего аппарата с лопатками, размещенными между двумя дисками (см., например, Богданов А.А. «Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти», издательство «Недра», Москва, 1968 г., с.38-50).
Недостатком известных насосов с рабочими органами (колеса и направляющие аппараты), выполненными методом литья или порошковой металлургии, является получение недостаточно гладкой поверхности гидравлических каналов, что значительно снижает характеристику ступени насоса. Кроме того, известная конструкция
ограничивает возможность применения широкого спектра материалов при изготовлении рабочих органов для различных условий эксплуатации.
7
Известны также погружные центробежные насосы, в ступенях которых использованы закрытые рабочие колеса, состоящие из основного, покрывного и, установленного между ними, профильного диска (см., например, патент RU №2234001 С1, МПК F04D 29/22, 13/10 от 24.12.2002).
Недостатком этой конструкции является значительная трудоемкость изготовления закрытого рабочего колеса, требующая проведения подготовительных работ, связанных с обработкой соединяемых поверхностей профильного диска с поверхностями основного и покрывного дисков и проверкой качества соединений.
В качестве прототипа выбран погружной многоступенчатый центробежный насос, в котором каждая ступень состоит из колеса, выполненного в виде ступицы с рабочими органами, и направляющего аппарата, выполненного в виде двух неподвижных дисков с установленными между ними лопатками (см., например, Богданов А.А. «Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти», издательство «Недра», Москва, 1968 г., с.115-122). В известном насосе использовано колесо открытого типа, то есть без основного и покрывного дисков, в котором рабочие органы представляют собой изогнутые лопасти, изготовленные путем штамповки из листовой стали.
Недостаток известного технического решения заключается в том, что торцевые поверхности лопастей колеса имеют небольшую площадь соприкосновения с ответными поверхностями направляющих аппаратов. При работе насоса это приводит к значительным перетокам рабочей жидкости в ступени и межсекционным перетечкам, что снижает КПД насоса. Для уменьшения перетоков и перетечек в насосе требуется проведение трудоемкой операции притирки торцовых поверхностей лопастей рабочих колес, трущихся об ответные поверхности направляющих аппаратов, а это приводит к усложнению процесса изготовления погружного многоступечатого центробежного насоса.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в снижении трудоемкости при изготовлении рабочего колеса и сборки погружного многоступенчатого насоса, а также в уменьшении перетечек и перетоков в насосе, что приводит к улучшению его характеристики и повышению КПД.
Указанный технический результат достигается следующей совокупностью существенных признаков.
В погружном многоступенчатом центробежном насосе, каждая ступень которого состоит из колеса, выполненного в виде ступицы с рабочими органами, и направляющего аппарата, выполненного в виде двух неподвижных дисков с установленными между ними лопатками, согласно полезной модели, рабочие органы колеса выполнены в виде профильного диска с геометрией профиля, имеющего боковые стенки,
образующие лопасти и, соединенные с ними, чередующиеся между собой передние и задние выступающие стенки, при этом профильный диск размещен между двумя направляющими аппаратами с образованием при работе насоса гидродинамического клина, обеспечивающего режим жидкостной смазки между подвижными передними и задними стенками профильного диска и неподвижными дисками направляющих аппаратов.
При этом профильный диск со стороны дисков направляющих аппаратов выполнен с плавными заходными кромками по наружным линиям сопряжения выступающих передних и задних стенок с боковыми стенками.
Сущность предложенной полезной модели поясняется чертежом, где:
на фиг.1 представлены ступени погружного центробежного многоступенчатого насоса;
на фиг.2 изображено колесо погружного центробежного многоступенчатого насоса;
на фиг.3 схематически представлены примеры выполнения профилей сечения А-А на фиг.2.
Погружной центробежный многоступенчатый насос включает в себя набор ступеней (фиг.1). Каждая ступень состоит из колеса 1 и направляющего аппарата 2. Колесо 1 представляет собой сборную деталь, состоящую из профильного диска 3, неподвижно соединенного с втулкой 4 (фиг.2). Профильный диск 3 выполнен с чередующимися
передними стенками 5 и задними стенками 6, которые соединены между собой боковыми стенками 7. Направляющий аппарат 2 выполнен в виде единой детали, состоящей из нижнего диска 8 и верхнего диска 9, между которыми размещены лопатки 10, формирующие каналы 11 проточной части направляющего аппарата. Профильный диск 3 размещен между двумя направляющими аппаратами 2, таким образом, что при работе насоса между вращающимися стенками 5, 6, и 7 профильного диска 3 и неподвижными стенками нижнего диска 8 и верхнего диска 9 соседних направляющих аппаратов 2 происходит формирование гидравлического тракта. При этом профильный диск 3 по наружным линиям сопряжения передних стенок 5 и задних стенок 6 с боковыми стенками 7 со стороны дисков 8 и 9 направляющих аппаратов 2 выполнен с плавными заходными кромками 12.
Колесо 1 в собранном погружном многоступенчатом центробежном насосе установлено на валу насоса посредством втулки 4, а направляющий аппарат жестко закреплен в корпусе насоса (на чертеже не показано).
При работе насоса вращающийся вал приводит во вращение колесо 1, выполненное в виде профильного диска 3. Под действием боковых стенок 7 профильного диска 3, являющимися лопастями колеса, рабочая жидкость приобретает скорость. Далее жидкость поступает в проточную часть направляющего аппарата, образованную его неподвижными лопатками 10, где кинетическая энергия жидкости преобразуется в
давление. С выхода направляющего аппарата 2 жидкость поступает на вход колеса 1 следующей ступени и процесс преобразования скорости в энергию давления повторяется. Одновременно, в результате вращения колеса 1 жидкость, захватываемая заходными кромками 12, поступает в зону трения между стенками 5 и 6 профильного диска 3 и соответствующими дисками 9 и 8 соседних направляющих аппаратов 2. При этом образуется гидродинамический клин, обеспечивающий режим жидкостной смазки трущихся поверхностей стенок 5 и 6 профильного диска 3 с прилегающими поверхностями дисков 8 и 9 направляющих аппаратов 2, которые в данном случае совместно выполняют функцию упорного подшипника скольжения. Для улучшения поступления жидкости к трущимся поверхностям колеса 1 и соседних направляющих аппаратов 2, профильный диск 3 может быть выполнен с различными профилями сечения А-А колеса (а, б, в, г, д), представленными схематично на фиг.3.
При этом стенки 5 и 6 профильного диска 3 выполнены с достаточно большой площадью взаимодействия с дисками 8 и 9 направляющих аппаратов 2, что обеспечивает снижение межсекционных перетечек в насосе и уменьшение в два раза количества перетоков в ступени по сравнению со ступенями, выполненными с открытыми колесами.
Кроме того, в процессе работы насоса происходит интенсивный массообмен между жидкой и газообразной фазами рабочей жидкости с образованием эмульсии, что приводит к созданию благоприятных
условий для работы насоса без срыва подачи при повышенном содержании газа в жидкости на приеме насоса.