СТУПЕНЬ МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ПОГРУЖНОГО НАСОСА ЦЕНТРОБЕЖНОГО ТИПА
STAGE OF DOWNHOLE MULTISTAGE ROTARY PUMP

Изобретение относится к насосостроению, в частности к погружным многоступенчатым насосам, и может быть использовано для подъема из скважин водонефтяных смесей с высоким содержанием механических примесей.
Известны конструкции многоступенчатых погружных центробежных насосов для добычи нефти, содержащие цилиндрический корпус с размещенным на валу пакетом ступеней, каждая из которых состоит из центробежного рабочего колеса и направляющего аппарата [Агеев Ш.Р., Григорян Е.Е., Макиенко Г.П. Российские установки лопастных насосов для добычи нефти и их применение.
Энциклопедический справочник. Пермь: ООО «Пресс-Мастер», 2007. С.75, рис.2.8, а,в,г], причем конструкция ступени может быть как одноопорной [Патент №2270666 US, 1942 г.], так и двухопорной [Патент №2775945 US, 1957 г.].
Наиболее близкой к заявляемой является ступень погружного многоступенчатого насоса центробежного типа двухопорной конструкции, состоящая из направляющего аппарата в виде цилиндрического корпуса с донышком, имеющим на наружной поверхности направляющие лопасти, закрытые снаружи дополнительным диском, и закрытого рабочего колеса, содержащего верхний и нижний диски с размещенными между ними лопастями. На верхнем диске колеса выполнено верхнее и среднее уплотнения в виде шайб, на внешней стороне нижнего диска рабочего колеса имеется нижнее уплотнение [Агеев Ш.Р., Григорян Е.Е., Макиенко Г.П. Российские установки лопастных насосов для добычи нефти и их применение. Энциклопедический справочник. Пермь: ООО «Пресс-Мастер», 2007. С.75, рис.2.8, г]. Такие ступени принято использовать при высоком содержании механических примесей в добываемой жидкости, поскольку наличие в ней среднего уплотнения защищает от гидроабразивного износа втулку рабочего колеса.
Однако, как показывает опыт, даже двухопорные конструкции разрушаются абразивом при повышенных частотах вращения вала. Для них характерна утечка жидкости, возникающая через среднее уплотнение по направлению к втулке колеса, далее вдоль втулки с ударом в верхнее уплотнение, и, наконец, через верхнее уплотнение в полость между верхним диском колеса и нижним диском направляющего аппарата. При указанном перетоке наибольшему размытию подвергается верхняя шайба колеса, поскольку поток с абразивом бьет прямо в поверхность контакта этой шайбы.
Наиболее вероятной причиной такого размытия является открытый зазор у средней шайбы рабочего колеса. Обычно он всегда присутствует, поскольку в первую очередь стремятся не допустить утечки через нижнюю шайбу рабочего колеса, а зазор остается из-за погрешностей толщин средней и нижней текстолитовых шайб. Разница в толщине шайб в среднем и нижнем уплотнениях заставляет рабочее колесо опираться на направляющий аппарат сначала только одной шайбой, а на вторую шайбу садиться после некоторого износа первой. Однако при работе насоса в среде с абразивом любой малый зазор очень быстро увеличивается (размывается) потоком абразивных частиц, открывая канал для интенсивного износа ступени. Кроме того, при износе нижней текстолитовой шайбы возможно значительное падение напора ступени за счет перетечки рабочей жидкости через нижнее уплотнение с выхода рабочего колеса на его вход.
Задачей настоящего изобретения является создание ступени многоступенчатого насоса двухопорной конструкции с высокой гидроабразивной износостойкостью при повышенных частотах вращения вала.
1. Указанный технический результат достигается тем, что в ступени погружного многоступенчатого насоса центробежного типа, содержащей направляющий аппарат в виде цилиндрического корпуса с донышком, имеющим на наружной поверхности направляющие лопасти, закрытые снаружи дополнительным диском, и рабочее колесо, состоящее из верхнего и нижнего дисков с расположенными между ними рабочими лопастями, снабженных верхним, средним и нижним уплотнениями, согласно изобретению нижнее уплотнение выполнено лабиринтным и сформировано посредством кольцевого бурта на внешней стороне нижнего диска рабочего колеса и ответного углубления в донышке направляющего аппарата.
Кроме того, на наружной поверхности нижнего диска установлена шайба, запрессованная в расточку.
Применение лабиринтного уплотнения обеспечивает плотную посадку рабочего колеса на среднее упорное уплотнение в форме шайбы, благодаря чему перекрывается утечка через среднее уплотнение, а утечка через нижнее уплотнение блокируется его конструкцией.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, на котором изображена заявляемая ступень многоступенчатого насоса в разрезе.
Ступень многоступенчатого погружного насоса состоит из рабочего колеса 1, содержащего втулку 2, верхний 3 и нижний 4 диски, между которыми расположены рабочие лопасти 5, и направляющего аппарата 6. На верхнем диске 3 имеется верхнее 7 и среднее 8 уплотнения в виде шайб. Рабочее колесо 1 опирается на направляющий аппарат 6 поверхностью средней упорной шайбы 8, расположенной на внутренней стороне верхнего диска 3. Направляющий аппарат 6 выполнен в виде цилиндрического корпуса, имеющего утолщенное донышко 9 с расположенными на его наружной поверхности направляющими лопастями 10, закрытыми снаружи дополнительным диском 11.
На внешней стороне нижнего диска 4 рабочего колеса 1 расположено нижнее уплотнение, которое представляет собой лабиринтное уплотнение, образованное за счет кольцевого бурта 12, выполненного на нижнем диске 4, и ответного углубления 13 в утолщенном донышке 9, формирующих узкий проходной канал. Между юбкой 14 рабочего колеса 1 и кольцевым буртом 12 на нижнем диске может быть дополнительно установлена шайба 15, запрессованная в расточку нижнего диска 4.
При работе насоса рабочее колесо 1 приводится во вращение относительно направляющего аппарата 6. Поток перекачиваемой жидкости из проточного канала направляющего аппарата 6, образованного внутренней поверхностью диска 11, наружной поверхностью донышка 9 и направляющими лопастями 10, поступает в проточную часть вращающегося рабочего колеса 1 между дисками 3 и 4 и переходит на следующую ступень. При этом часть жидкости с выхода рабочего колеса 1 перетекает в полость 16 между нижним диском 4 колеса и донышком 9 направляющего аппарата 6, откуда жидкость может попасть на вход 17 рабочего колеса 1 только через узкий зазор, образованный углублением 13 в донышке 9, буртом 12, нижней шайбой 15 и юбкой 14. Во время движения в зазоре жидкость многократно меняет направление своего течения. В результате гидравлическое сопротивление указанного канала становится достаточно высоким и утечки жидкости через него не происходит.
Таким образом, отсутствие сквозного потока рабочей жидкости через уплотнения предотвращает падение напора ступени, вызванное нежелательными утечками, а также защищает от износа шайбы и втулки рабочего колеса