ПОГРУЖНОЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к погружным многоступенчатым центробежным насосам для добычи нефти из скважин.
Погружные центробежные насосы служат столько времени и исправно качают нефть до тех пор, пока радиальные зазоры не превосходят критической величины. После этого колебания ротора насоса приобретают резонансный характер, и на валу образуется стоячая волна, разрушающая любые радиальные опоры, изготовленные из самых прочных материалов.
Из уровня техники известна конструкция погружного многоступенчатого центробежного насоса, содержащего набор ступеней, состоящих из направляющих аппаратов и рабочих колес, собранных на валу на шпонке и образующих ротор (АЙЗЕНШТЕЙН М.Д. Центробежные насосы для нефтяной промышленности. М.: ГОСТОПТЕХИЗДАТ, 1957, с.266, рис.174, Насос типа Реда). Ступицы неподвижных направляющих аппаратов являются опорами скольжения ротора. В рабочих колесах имеются кольцевые канавки, в которых установлены опорные шайбы, прилегающие к опорным пояскам направляющих аппаратов, которые воспринимают осевые силы.
В указанной конструкции отверстия в ступицах направляющих аппаратов подвержены интенсивному износу при наличии абразивных частиц в перекачиваемой жидкости. Износ ступиц является слабым местом таких насосных установок и быстро приводит их в аварийное состояние.
Наиболее близким к заявленной полезной модели по технической сущности является погружной многоступенчатый центробежный насос (патент RU 2250392 C2, МПК F04D 13/10, опубл. 20.04.2005), содержащий набор ступеней, собранных в цилиндрическом корпусе, при этом каждая из ступеней состоит из рабочего колеса, выполненного с радиальной опорой, и имеющего внешнюю и внутреннюю кольцевые канавки с размещенными в них опорными шайбами, одна из которых выполнена с выпуклой сферической поверхностью, и неподвижного направляющего аппарата, имеющего внешний и внутренний опорные пояски, причем, внешняя кольцевая канавка имеет возможность контактирования с внутренним опорным пояском неподвижного аппарата через опорную шайбу с выпуклой сферической поверхностью.
В выбранном заявителем в качестве прототипа погружном насосе основная часть радиальных и осевых нагрузок приходится на образованный сферическими поверхностями радиально-упорный подшипник, конструктивное расположение которого не препятствует в полной мере проникновению абразивных частиц между образующими подшипник сферическими поверхностями, что повышает интенсивность износа подшипника и приводит к снижению эксплуатационного ресурса рабочей ступени, а, следовательно, и всего погружного насоса.
Задачей предлагаемой полезной модели является, устранение недостатка прототипа.
Техническим результатом является уменьшение момента трения между контактными поверхностями радиально-опорного подшипника рабочей ступени.
Заявленный технический результат достигается тем, что погружной многоступенчатый центробежный насос, содержит набор ступеней, собранных в цилиндрическом корпусе, причем, каждая из ступеней состоит из рабочего колеса с радиальной и осевой опорами, а также имеющего внешний и внутренний опорные пояски неподвижного направляющего аппарата, при этом осевая опора рабочего колеса имеет внешнюю и внутреннюю кольцевые канавки с размещенными в них опорными шайбами, одна из которых выполнена с выпуклой сферической поверхностью, причем, по меньшей мере, одна из кольцевых канавок рабочего колеса выполнена с возможностью контактирования с одним из опорных поясков неподвижного аппарата через опорную шайбу. При этом в соответствии с настоящей полезной моделью, опорная шайба с выпуклой сферической поверхностью установлена во внутренней кольцевой канавке, а на направляющем аппарате установлена втулка направляющего аппарата, выполненная с вогнутой сферической поверхностью, совпадающей по конфигурации с выпуклой сферической поверхностью опорной шайбы.
Выполнение радиально-опорного подшипника в виде имеющей выпуклую сферическую поверхность опорной шайбы, установленной во внутренней кольцевой канавке через втулку направляющего аппарата, выполненную с вогнутой сферической поверхностью, совпадающей по конфигурации с выпуклой сферической поверхностью опорной шайбы, -позволяет расположить сферические поверхности подшипника ближе к оси вращения, уменьшая тем самым момент трения и интенсивность изнашивания (т.к. меньше скорости скольжения).
На чертеже изображен погружной многоступенчатый центробежный насос с радиально-опорными подшипниками.
Погружной многоступенчатый центробежный насос содержит набор ступеней, состоящих из рабочих колес (1) и направляющих аппаратов (2), собранных на валу (3) в цилиндрическом корпусе (4). Рабочие колеса установлены на валу на шпонке (5). Рабочее колесо имеет ступицу с радиальной (6) и осевой (7) опорами. Осевая опора имеет две кольцевые канавки: внутреннюю (8) и внешнюю (9), в которые входят опорные шайбы (10) и (11), причем внутренняя шайба (10) имеет сферическую опорную поверхность. В направляющем аппарате установлена втулка (12), которая имеет сферическую опорную поверхность, совпадающую со сферической опорой поверхности внутренней шайбы (10). Эта сферическая пара образует радиально-опорный подшипник, воспринимающий как осевую, так и радиальную нагрузку, действующую на рабочее колесо. Это уменьшает силы, приложенные к радиальной опоре (6) и осевой опоре (7). Одновременно сферическая пара в деталях (10) и (12) является уплотнителем, препятствующим проникновению крупных механических примесей, всегда содержащихся в перекачиваемой нефти.
Осевая опора (7) также оказывается разгруженной от осевой силы, действующей на рабочее колесо, так что ее износ минимален.
Основная часть радиальных и осевых нагрузок приходится на сферический радиально-опорный подшипник, расположенный близко к оси вращения. Это уменьшает механические потери на трении в насосе и обеспечивает повышенный к.п.д. Износ сферических трущихся поверхностей сводится к минимуму, потому что они всегда контактируют при колебаниях рабочего колеса относительно оси вращения (самоустановка) и не пропускают абразивные частицы в зазор.
Погружной центробежный насос работает следующим образом.
При вращении вала (3) ротора на него действуют радиальные силы, которые воспринимаются радиальными подшипниками скольжения, образованными радиальными опорами (6) рабочих колес и расточками направляющих аппаратов (2). Сферические опорные шайбы (10), установленные во внутренних кольцевых канавках (10) рабочих колес (1), упираются в опорные поверхности втулок (12), имеющих сферическую форму, и образуют с опорными шайбами (10) радиально-опорные подшипники скольжения, которые воспринимают осевые силы, действующие на рабочие колеса (1), и одновременно радиальные силы, возникающие от дисбаланса ротора и других факторов. Радиально-опорный подшипник центрирует ротор насоса, разгружая радиальные опоры вала (3) насоса. Изнашивание трущихся поверхностей радиально-опорного подшипника в осевом направлении не нарушает центровки ротора, обеспечивает работу насоса с малым уровнем вибрации в течение длительного времени и повышает ресурс погружных насосов при наличии в перекачиваемой жидкости абразивных частиц.
Применение радиально-опорных подшипников обеспечивает такую живучесть погружного центробежного многоступенчатого насоса, которая невозможна при известных конструкциях.