СТУПЕНЬ ПОГРУЖНОГО МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Полезная модель относится к области разработки насосов и компрессоров и может быть использована в погружных многоступенчатых центробежных насосах для добычи нефти из скважин.
Известна ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, состоящая из рабочего колеса открытого типа, имеющего ступицу и лопатки, направляющего аппарата, имеющего 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 (Патент РФ на полезную модель №63468, F04D 13/10. Опубликовано: 27.05.2007).
Недостатком известного устройства является относительно низкая эффективность работы при перекачке сред с высоким содержанием твердых частиц, что ограничивает область применения такого погружного многоступенчатого центробежного насоса.
Технической задачей, решаемой полезной моделью, является усовершенствование конструкции проточной части ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса, для улучшения эксплуатационных качеств.
Техническим результатом является создание гидравлически совершенных ступеней насоса, за счет использования оптимальной конструкции проточной части, рассчитанной для условий перекачки сред с высоким содержанием твердых частиц.
Указанный технический результат достигается тем, что ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса состоит из рабочего колеса открытого типа, имеющего ступицу и лопатки, направляющего аппарата, имеющего 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.
Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса оснащена, по крайней мере, одним дополнительным рабочим колесом открытого типа, с обеспечением гидравлической связи проточных частей рабочих колес и проточной части направляющего аппарата через входную и выходную кольцевые камеры.
Совокупность существенных признаков заявляемого технического решения может быть многократно использована в производстве насосов.
На фигуре 1 изображен разрез двух ступеней в сборе.
На фигуре 2 изображена одна ступень насоса в изометрии, со смещением деталей вдоль оси вращения рабочих колес.
Погружной многоступенчатый центробежный насос содержит набор ступеней, собранных в цилиндрическом корпусе 1. Ступень насоса по фигурам 1 и 2 состоит из рабочего колеса открытого типа 2 и неподвижного направляющего аппарата 3. Рабочее колесо 2 имеет ступицу 4 и лопатки 5. Между лопатками 5 сформированы каналы 6 проточной части рабочего колеса 2. Направляющий аппарат 3 имеет втулку 7, верхний диск 8, нижний диск 9 и лопатки 10, размещенные между дисками 8 и 9. Таким образом, между лопатками 10 сформированы каналы 11 проточной части направляющего аппарата 3. На входе направляющего аппарата 3 имеется входная кольцевая камера 12. На выходе направляющего аппарата 3 выполнена выходная кольцевая камера 13. Кольцевые камеры 12 и 13 обеспечивают гидравлическую связь проточных частей рабочего колеса 2 и направляющего аппарата 3, а именно, обеспечивают гидравлическую связь каналов 6 с каналами 11.
Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса оснащена, по крайней мере, одним дополнительным рабочим колесом 14 открытого типа. Между лопатками 15 сформированы каналы 16 проточной части дополнительного рабочего колеса 14. Такое техническое решение обеспечивает гидравлическую связь проточных частей рабочих колес 2, 14 и проточной части направляющего аппарата 3 через входную и выходную кольцевые камеры 12, 13.
Радиальная опора выполнена в виде центрирующего подшипника 17, установленного на вал 18 и размещенного в расточке втулки 7. Осевая нагрузка в таком насосе может передаваться на вал 18, как в широко известных технических решениях.
Между рабочими колесами 2, 14 размещают дистанционные кольца 19, которые обеспечивают наличие зазоров между рабочими колесами 2, 14, что обеспечивает гидравлическую связь проточных частей рабочих колес 2, 14 и проточной части направляющего аппарата 3 через входную и выходную кольцевые камеры 12, 13.
На выходе рабочего колеса 2 (и дополнительного рабочего колеса 14) концы лопаток, как в известных насосах, могут быть прямыми, отогнутыми назад иди отогнутыми вперед по направлению вращения. Лопатки рабочих колес (для придания жесткости конструкции) также могут быть связаны между собой кольцами как в известных технических решениях, а вариант такого исполнения представлен на фигурах 1 и 2. Так же, как и в известных насосах, лопатки могут быть расположены под прямым или под острым углом к плоскости, перпендикулярной к оси вращения рабочего колеса.
Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса работает следующим образом.
При вращении вала 18 лопатки 5 рабочего колеса 2 оказывают силовое воздействие на перекачиваемую среду, заполняющую каналы 6 и проточную часть рабочего колеса 2 в целом. Перекачиваемая среда, таким образом, вовлекается во вращательное движение. Возникающие при этом центробежные силы обеспечивают повышение давления на периферии рабочего колеса 2 и обеспечивают создание потока в направлении от центра рабочего колеса 2 к его периферии. Из каналов 6 перекачиваемая среда вытесняется во входную кольцевую камеру 12 направляющего аппарата 3. Из входной кольцевой камеры 12 перекачиваемая среда поступает в каналы 11 между лопатками 10 и дисками 8, 9, где за счет постепенного увеличения площади сечения каналов 11 по направлению потока обеспечивается снижение скорости течения и, соответственно, обеспечивается повышение гидростатического давления. Из каналов 11 перекачиваемая среда поступает в выходную кольцевую камеру 13, где наблюдается осевое течение, направленное вдоль оси вращения вала 18. Поток с осевым направлением течения из выходной кольцевой камеры 13 попадает в каналы между лопаток 5 следующего рабочего колеса.
Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса оснащена, по крайней мере, одним дополнительным рабочим колесом 14 открытого типа. Между лопатками 15 сформированы каналы 16 проточной части дополнительного рабочего колеса 14. Такое техническое решение обеспечивает гидравлическую связь проточных частей рабочих колес 2, 14 и проточной части направляющего аппарата 3 через входную и выходную кольцевые камеры 12, 13. При вращении вала 18 лопатки 15 дополнительного рабочего колеса 14 оказывают силовое воздействие на перекачиваемую среду, заполняющую каналы 16 и проточную часть дополнительного рабочего колеса 14 в целом. Перекачиваемая среда, таким образом, вовлекается во вращательное движение. Возникающие при этом центробежные силы обеспечивают повышение давления на периферии дополнительного рабочего колеса 14 и обеспечивают создание потока в направлении от центра дополнительного рабочего колеса 14 к его периферии.
Центрирующий подшипник 17, втулка 7, направляющий аппарат 3 обеспечивают передачу силовых нагрузок на корпус 1. Передача механической энергии от вала 18 к рабочему колесу 2 осуществляется через ступицу 4, как в известных технических решениях.
Между рабочими колесами 2, 14 размещают дистанционные кольца 19, которые обеспечивают наличие зазоров между рабочими колесами 2, 14, что обеспечивает гидравлическую связь проточных частей рабочих колес 2, 14 и проточной части направляющего аппарата 3 через входную и выходную кольцевые камеры 12, 13. Через зазоры между рабочими колесами 2, 14 свободно проходит перекачиваемая среда с твердыми частицами. Вместе с тем за счет дополнительных рабочих колес 14 с увеличением суммарного количества лопастей (в одной насосной ступени) обеспечивают более эффективное преобразование механической энергии в гидравлическую энергию. Как известно, при увеличении количества лопастей активизируется вихревой рабочий процесс, дополняющий лопастной рабочий процесс в насосе. Таким образом, обеспечивают повышение эффективности работы насоса при перекачке сред с высоким содержанием твердых частиц, что в свою очередь расширяет область применения такого погружного многоступенчатого центробежного насоса. Достигается технический результат по созданию гидравлически совершенных ступеней насоса, за счет использования оптимальной конструкции проточной части, рассчитанной для условий перекачки сред с высоким содержанием твердых частиц.