СТУПЕНЬ МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Полезная модель относится к области гидромашиностроения, а более конкретно к конструкциям многоступенчатых центробежных насосов для перекачивания многофазных смесей, и может быть применена при добыче нефти с большим газовым фактором.
Известен погружной центробежный насос, содержащий корпус, вал с установленными на нем рабочими колесами, и радиальные отводы, установленные на корпусе, на входе в который установлен роторный диспергатор (см. SU 494536, F04D 1/08, 1975).
Недостатком этого устройства является то, что при большом содержании газа в добываемой продукции скважины на его выходе невозможно получить требуемые величины давления и расхода.
Известен многоступенчатый центробежный насос, содержащий корпус, вал, на котором расположены рабочие колеса, причем проточная часть центробежных колес и радиальных отводов снабжена короткими разрезными лопастями, длина каждой из которых меньше, чем образуемая ими теоретическая линия тока (RU 2096665, F04D 1/06, 1998).
Недостатком этого насоса является то, что наличие разрезных лопастей увеличивает перетоки жидкости от рабочей к нерабочей поверхности лопасти, что приводит к снижению к.п.д.
Из известных устройств наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является ступень многоступенчатого центробежного насоса, содержащая рабочие лопасти и установленные на входе колеса дополнительные осевые лопасти, образующие вместе с рабочими лопастями осевую лопаточную решетку (RU 2353814, F04D 13/00, 2007).
Недостатками этого устройства является, то, что осевая лопаточная решетка, работающая как осевой преднасос, подводя жидкость к входным кромкам основных лопастей, не способствуют направлению части потока жидкости за «нерабочие» стороны, и не устраняет, тем самым, возможность скопления газа за «нерабочими» поверхностями основных лопастей с последующим срывом подачи ступени, а так же то, что данное колесо имеет только один покрывной диск, что приводит к перетокам жидкости между лопастями и, соответственно, снижению КПД.
Задачей настоящей полезной модели является увеличение надежности работы многоступенчатого центробежного насоса при перекачивании газожидкостных смесей за счет минимизации возможности блокировки проточных каналов рабочего колеса газом.
Поставленная задача достигается тем, что в ступени многоступенчатого центробежного насоса, включающей корпус, вал с установленными на нем центробежными колесами с ведущими и ведомыми дисками, и рабочие и дополнительные лопасти, размещенные на проточной части колес, согласно полезной модели, дополнительные лопасти установлены на входе в проточную часть центробежных колес и имеют длину, равную от 0,1 до 0,5 длины рабочих лопастей.
В предпочтительных вариантах реализации устройства:
- количество дополнительных лопастей равно количеству рабочих лопастей.
- при четном количестве рабочих лопастей количество дополнительных меньше в 2n раза, где n - натуральное число.
- дополнительные лопасти смещены относительно рабочих на угол, составляющий 0,1-0,55 величины угла сектора между рабочими лопастями.
- угол наклона дополнительных лопастей к ведущему диску колеса составляет 45°÷90°.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем.
Известно, что в центробежных высоконапорных колесах существует значительный градиент давления в направлении, нормальном линии лопасти, что приводит к значительной неравномерности скоростей и давлений в этом направлении в случае применения колес обычной конструкции. Это является причиной кавитации и сепарации более легкой фазы с образованием на нерабочей стороне лопастей застойных каверн, заполненных фракцией с меньшей плотностью. Указанные явления приводят к значительному ухудшению работы и срыву подачи. Для выравнивания давлений, скоростей, диспергации и перенаправления части потока с целью выноса застойных каверн предлагается рабочие колеса снабдить дополнительными короткими лопастями с заданными линейными и угловыми параметрами, установленными на входе в проточную часть колес.
Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема ступени насоса, на фиг.2 - поперечный разрез колеса, на фиг.3 - колесо, вид сбоку, на фиг.4 - колесо, вид со стороны входа, на фиг.5 - разрез колеса, на фиг.6 - сечение колеса.
Многоступенчатый центробежный насос содержит корпус 1, вал 2, на котором установлены центробежные колеса 3, за каждым из которых располагается радиальный отвод 4, установленный на корпусе насоса 1. Проточная часть центробежных колес 3 снабжена основными лопастями 5 и дополнительными лопастями 6, установленными на входе, причем эти лопасти смещены относительно основных лопастей на определенный угол и установлены так, что окончание каждой дополнительной лопасти и начало основной лопасти находятся на некотором расстоянии в продольном и поперечном направлениях, при этом количество вспомогательных лопастей может отличаться от количества основных. Проточная часть центробежных колес 3 образована двумя дисками (ведущим 7 и ведомым 8), втулкой 9 и лопастями 5.
Устройство работает следующим образом.
Рабочая среда проходит через центробежные колеса 3, установленные на валу 2, и через радиальные отводы 4, установленные в корпусе 1, что приводит к увеличению ее давления. В проточной части центробежных колес 3, существует значительный градиент давления в направлении нормальном линии лопасти, что приводит к значительной неравномерности скоростей и давлений в этом направлении в случае применения колес обычной конструкции. Это является причиной кавитации и сепарации более легкой фазы с образованием на нерабочей стороне лопастей застойных каверн, заполненных фракцией с меньшей плотностью. Это является причиной кавитации и сепарации более легкой фазы с образованием на нерабочей стороне лопастей застойных каверн, заполненных фракцией с меньшей плотностью. Это приводит к значительному ухудшению работы и срыву подачи. Для выравнивания давлений, скоростей и перенаправления части потока с целью выноса застойных каверн рабочие колеса 3 снабжены дополнительными короткими лопастями 6, установленными на входе, причем эти лопасти смещены относительно основных лопастей 5 на определенный угол b. Дополнительные лопасти направляют часть потока к нерабочей поверхности лопасти. За счет этого, рабочая среда, протекая, разрушает образующиеся за нерабочей стороной лопастей застойные зоны, выравнивает параметры потока по обе стороны лопастей и препятствует сепарации в направлении, нормальном поверхности лопастей.
Оптимальный режим работы предлагаемого устройства может быть достигнут при условии, что длина (d) дополнительных лопастей 6 составляет от 0,1 до 0,5 от длины (L) основных лопастей (фиг.2).
При этом дополнительные лопасти могут быть смещены относительно основных лопастей на угол b, составляющий 0,1-0,55 величины угла сектора между рабочими лопастями (фиг.2).
Такие параметры, как количество вспомогательных лопастей и отклонение дополнительных лопастей от радиальных плоскостей, не играют существенной роли, однако предпочтительными значениями этих параметров являются следующие: количество дополнительных лопастей может совпадать с количеством основных, или, в случае четного числа лопастей, быть в 2n раз меньше, где n - натуральные числа, а угол наклона (N) дополнительных лопастей 6 к ведущему диску может меняться от 45° до 90° (фиг.5, 6).
Предлагаемая конструкция ступени позволит повысить надежность работы многоступенчатого центробежного насоса.