НАСОС-ДИСПЕРГАТОР

Полезная модель относится к области производства насосного оборудования и может применяться при создании вентиляторов, компрессоров или машин для перекачки многофазных сред.
Известным техническим решением является насос, содержащий входной и выходной каналы, обойму с выполненными в ней канавками в виде многозаходной винтовой нарезки, приводной вал с установленным на нем ротором. Ротор-шнек имеет винтовую нарезку противоположного направления, по отношению к нарезке в обойме. Насос способен перекачивать жидкостно-газовые смеси. [Голубев А.И. Лабиринтно-винтовые насосы и уплотнения для агрессивных сред. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1981 - с.40, рис.33; с.86-87, рис.76 - насос «Роздол-1».]
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является насос содержащий входной и выходной каналы, обойму с выполненными в ней канавками в виде многозаходной винтовой нарезки, приводной вал с установленным на нем ротором. Ротор состоит из секций, последовательно одна за другой установленных на приводном валу. Каждая секция содержит установленные на приводном валу разделительный диск и лопастное колесо, межлопастные каналы которого выполнены с возможностью сообщаться через канавки винтовой нарезки в обойме с межлопастными каналами колеса в последующей секции. [Заявка на полезную модель 2006106593/22(007134) «Насос». МПК F04C 2/00.]
Недостатком известного устройства является то, что известный насос не имеет систему регулировки для диспергирования жидкостно-газовых смесей в меняющихся условиях эксплуатации.
Техническим результатом использования полезной модели является повышение коэффициента полезного действия и надежности работы насоса, за счет улучшения процесса диспергирования при перекачке
жидкостно-газовых смесей, особенно при добыче нефти с высоким содержанием газа и в осложненных условиях эксплуатации нефтяных скважин. Техническое решение должно позволить регулировать, настраивать систему диспергирования с учетом условий эксплуатации насоса. Кроме того, техническое решение должно упростить и удешевить технологию изготовления деталей насоса.
Указанный технический результат достигается тем, что насос-диспергатор содержит входной и выходной каналы, обойму с выполненными в ней канавками в виде многозаходной винтовой нарезки и ротор. Ротор состоит из секций, последовательно одна за другой установленных на приводном валу, а каждая секция содержит лопастное колесо межлопастные каналы которого выполнены с возможностью сообщаться между собой, через канавки в обойме, и с межлопастными каналами колеса в последующей секции. В секции между лопастными колесами установлены дистанционные втулки. Секции объединены в группы, в которых дистанционные втулки выполнены с шириной В=(0,03...0,2)*Dк,
где Dк - наружный диаметр колеса,
а между группами установлены дистанционные втулки с шириной С=(0,4...1,5)*Dк.
Группы содержат от 2 до 20 секции.
Размеры дистанционных втулок могут выступать как регулирующие параметры. Имея набор дистанционных втулок с различными размерами, при сборке насоса можно регулировать и настраивать систему диспергирования, учитывая условия эксплуатации насоса. Заявляемое техническое решение обеспечивает упрощение изготовления конструкции при наличии возможностей регулирования и настройки системы диспергирования.
Совокупность существенных признаков заявляемого технического решения может быть многократно использована в производстве насосов-диспергаторов.
Указанные преимущества, а также особенности настоящего технического решения станут понятными при рассмотрении вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые рисунки.
На фигуре 1 изображен разрез предлагаемого насоса-диспергатора вдоль его оси.
На фигуре 2 изображено место А фигуры 2 в увеличенном масштабе.
Насос-диспергатор содержит входной 1 и выходной 2 каналы, обойму 3 с выполненными в ней канавками 4 в виде многозаходной винтовой нарезки, приводной вал 5 с установленным на нем ротором. Ротор состоит из секций, последовательно одна за другой установленных на приводном валу 5, а каждая секция содержит лопастное колесо 6 и дистанционную втулку 7, обеспечивающую осевой зазор между лопастными колесами 6. Секции объединены в группы, в которых дистанционные втулки 7 выполнены с шириной В=(0,03...0,2)*Dк. Где Dк - наружный диаметр колеса 6. Минимальный размер «В» ограничен ослаблением вихря, обеспечивающего процесс диспергации, максимальный размер ограничен потерями напора. Между группами установлены дистанционные втулки 8 с шириной С=(0,4...1,5)*Dк. Количество секций в группе может составлять от 2 до 20. Диапазоны значений параметров «В» и «С» выбраны на основе выполненных авторами экспериментальных исследований [Ивановский В.Н., Сазонов Ю.А., Балака Н.Н. Разработка и стендовые испытания лабиринтно-винтового насоса с дисковым ротором. / Управление качеством в нефтегазовом комплексе. - М: МФ «Национальный институт нефти и газа», №4, 2006, с.55-57.] Оптимальные размеры определяются исходя из конкретных условий и состава перекачиваемой среды.
Дистанционные втулки 8 между группами секций образуют кольцевые
камеры 9, каждая из которых по внутреннему диаметру ограничена наружной поверхностью дистанционной втулки 8, а по наружному диаметру ограничена обоймой 3 с многозаходной винтовой нарезкой 4. Кольцевые камеры 9 сообщаются между собой через межлопастные каналы лопастных колес 6 и через канавки 4 в обойме 3.
В представленном техническом решении, как и в известных лабиринтных и шнековых насосах, возможно исполнение обоймы и ротора конической формы, винтовых нарезных канавок - полукруглой, трапецеидальной, прямоугольной, треугольной или иной формы. Лопасти лопастного колеса могут быть не только радиальными, но и отогнутыми вперед или назад.
Насос-диспергатор работает следующим образом. При вращении ротора и соответственно рабочего лопастного колеса 6 в жидкости, заполняющей все межлопастные каналы, развиваются центробежные силы. Они вызывают непрерывное движение жидкости из межлопастных каналов в винтовые канавки 4 обоймы 3. Ввиду неразрывности течения жидкость из винтовых канавок 4 непрерывно втекает в межлопастные каналы колеса 6. Кроме того, через зазоры «В», жидкость поступает в межлопастные каналы колес 6. Таким образом, в каждой секции насоса формируется вихревое течение, обеспечивающее передачу энергии от лопастного колеса 6 потоку жидкости (или жидкостно-газовой смеси). Жидкая среда перемещается по периферии лопастного колеса 6 в тангенциальном направлении. Жидкость с повышенной энергией выносится вихревым потоком в спиральные канавки 4 обоймы 3. В кольцевой камере 9 формируется поток в направлении канавок 4 винтовой нарезки, а тангенциальная составляющая вектора скорости течения ослабевает. Таким образом, в секциях ротора осуществляется силовое воздействие лопастей на перекачиваемую среду и передача энергии от рабочих колес 6 к перекачиваемой среде. В кольцевых камерах 9 нет подобного процесса передачи энергии, а диспергирование
жидкостно-газовой смеси происходит за счет инерционных сил. Перекачиваемая среда вытесняется из насоса через выходной канал 2. Ввиду неразрывности течения через входной канал 1 в насос непрерывно поступает жидкость (или жидкостно-газовая смесь).
Особое расположение лопастных колес 6 в секциях, разделенных дистанционными втулками 7, и наличие кольцевых камер 9 между группами секций, образуемых дистанционными втулками 8, позволяет регулировать интенсивность местных вихрей.
Насос-диспергатор может быть использован и как предвключенная ступень перед центробежным насосом. В этом случае насос-диспергатор обеспечивает подпор (повышение давления) на входе в центробежный насос и обеспечивает диспергирование жидкостно-газовой смеси, заключающееся в дроблении крупных пузырьков газа на множество более мелких пузырьков. Известно, что центробежные насосы работают более эффективно, если перекачиваемая жидкостно-газовая смесь предварительно обработана таким образом в диспергаторе. Все это в конечном итоге повышает коэффициента полезного действия насоса-диспергатора при перекачке жидкостно-газовых смесей.