ПОГРУЖНОЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ МОДУЛЬНЫЙ НАСОС И СТУПЕНЬ НАСОСА
BOREHOLE MULTISTAGE MODULAR PUMP AND PUMP STAGE

Группа изобретений относится к насосостроению, а именно к погружным многоступенчатым центробежным насосам, предназначенным для добычи нефти из скважин.
Известен погружной многоступенчатый модульный центробежный насос, описанный в патенте RU 2317445 С1, опубл. 20.02.2008, взятый в качестве прототипа. Погружной многоступенчатый модульный центробежный насос содержит ряд аналогичных модуль-секций, каждая модуль-секция имеет корпус, в котором установлены ступени, и основание, которое ввернуто в корпус модуль-секции. В корпусе установлены радиальные промежуточные подшипники скольжения, имеющие две твердосплавные втулки, которые образуют пару трения скольжения.
Недостатком прототипа является недостаточно высокий ресурс работы ступеней насоса, обусловленный тем, что ступени выполнены металлическими, например, из чугуна типа нирезист. Металлические ступени имеют более высокую скорость солеотложения по сравнению со ступенями из полимерных материалов, большую массу, что увеличивает нагрузку на промежуточные подшипники корпуса насоса. Этим обусловлено снижение ресурса работы насоса.
Известна ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса по патенту на изобретение RU 2274769 С1, опубл. 20.04.2006, которая содержит рабочее колесо из полимерного материала, направляющий аппарат, состоящий из металлического стакана, включающего наружную втулку и верхний диск с осевой опорой, полимерные проточную часть и нижний диск. Роль ступицы направляющего аппарата выполняет металлический закладной элемент, который образует радиальную пару трения с полимерной ступицей рабочего колеса.
Недостатком является низкая эксплуатационная надежность ступени, обусловленная тем, что коэффициент теплового расширения металлического закладного элемента выше, чем коэффициент теплового расширения полимерного материала, что может привести к выпадению ступицы рабочего колеса из направляющего аппарата, что в итоге приводит к снижению надежности конструкции. На металлическом элементе выше скорость солеотложения и адгезия (крепление соли к материалу). При отключении насосной установки с такими ступенями на этом элементе может произойти отложение соли с образованием твердого нароста. При последующем включении насоса это может привести к заклиниванию или оплавлению полимерной ступицы рабочего колеса. Кроме того, наличие металлического закладного элемента приводит к увеличению времени изготовления изделия и следовательно себестоимости.
Задачей изобретения, достигаемой при реализации каждого изобретения заявленной группы, является получение технического результата, выражающегося в повышении эксплуатационной надежности насоса, а также снижении его себестоимости.
Погружной многоступенчатый модульный центробежный насос, обеспечивающий достижение указанного выше технического результата, содержит головку, основание и корпус, в котором установлены ступени, каждая из которых содержит полимерное рабочее колесо со ступицей и направляющий аппарат, включающий стакан с наружной втулкой, верхний диск и осевую опору, которые выполнены из металла, лопасти и нижний диск, которые выполнены из полимерного материала. В корпусе установлены радиальные промежуточные подшипники с двумя твердосплавными втулками, одна из которых установлена на валу насоса, а другая в корпусе подшипника. При этом в соответствии с изобретением, направляющий аппарат содержит ступицу, выполненную из полимерного материала, расстояние между промежуточными радиальными подшипниками (в корпусе насоса) с твердосплавными втулками составляет не более чем 0,5 метра.
Ступень погружного многоступенчатого модульного центробежного насоса, обеспечивающая достижение указанного выше технического результата, содержит полимерное рабочее колесо со ступицей и направляющий аппарат, включающий стакан с наружной втулкой, верхний диск и осевую опору, которые выполнены из металла, лопасти и нижний диск, которые выполнены из полимерного материала, в соответствии с изобретением направляющий аппарат содержит ступицу, выполненную из полимерного материала.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения на ступице рабочего колеса и(или) направляющего аппарата выполнены выемки.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения на ступице рабочего колеса и(или) направляющего аппарата выполнены выемки, длина которых составляет не более 90% от длины контакта пары трения, образуемой ступицей рабочего колеса и ступицей направляющего аппарата.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения, на ступице рабочего колеса и(или) направляющего аппарата выполнены выемки в виде винтовой канавки.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения, полимерный материал представляет собой материал на основе фторполимера.
При этом фторполимер представляет собой полифениленсульфид.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения, полимерный материал состоит из следующих компонентов:
Стеклонаполнитель
10-50%
Минеральное вещество
до 15%
Фторопласт
до 10%
Дисульфид молибдена до
20%
Графит
до 20%
Термопластичный материал
Остальное
Изготовление ступицы направляющего аппарата, так же как и нижнего диска направляющего аппарата из полимерного материала, позволяет исключить выпадение ступицы в процессе работы насосной установки. Помимо этого, изготовление ступиц рабочего колеса и направляющего аппарата из полимера снижает скорость отложения солей в паре трения ступени в сравнении с выполнением одной из ступиц ступени из металла. Это повышает надежность конструкции ступени и погружного центробежного насоса в целом.
Выполнение ступицы направляющего аппарата ступени из полимера уменьшает время изготовления и себестоимость изделия.
Пара трения полимер по полимеру является менее износостойкой, чем металл по металлу, но установка промежуточных радиальных подшипников с твердосплавными втулками в корпусе насоса на расстоянии не более 0,5 метра позволяет не использовать ступень в качестве радиальной опоры, исключая, таким образом, возможность износа ступиц.
Пара трения полимер по полимеру является менее надежной в сравнении с парой трения материалов металл по металлу из-за плохого отвода тепла от пары трения. Эта проблема решается путем выполнения выемки в ступице рабочего колеса и(или) направляющего аппарата, что позволяет эффективно отводить тепло через указанную выемку.
Изготовление выемок на ступице рабочего колеса и(или) направляющего аппарата, длина которых составляет не более 90% от длины контакта пары трения, образуемой ступицей рабочего колеса и ступицей направляющего аппарата, позволяет устранить протечки в ступени за счет наличия участка без выемок для уплотнения.
Твердая частица, попадая в винтовую канавку ступицы направляющего аппарата и(или) рабочего колеса, отводится по ней из пары трения ступени. Таким образом, изготовление выемок в виде винтовой канавки позволяет эффективно отводить механические примеси из пары трения и тепло.
Погружной многоступенчатый модульный центробежный насос изображен на следующих чертежах.
На фиг.1 изображен общий вид насоса.
На фиг.2 - ступень насоса в разрезе в виде сбоку.
На фиг.3 - ступень насоса в разрезе в виде сбоку, в которой в ступице рабочего колеса выполнена выемка в виде продольной канавки.
На фиг.4 - ступень насоса в разрезе в виде сбоку, в которой в ступице рабочего колеса выполнена выемка.
Погружной многоступенчатый модульный центробежный насос, содержащий головку 1, основание 2 и корпус 3, в котором установлены ступени, каждая из которых содержит полимерное рабочее колесо 4 со ступицей 5 и направляющий аппарат 6, включающий стакан 7 с наружной втулкой, верхним диском и осевой опорой (на фигуре не обозначены), которые выполнены из металла. Лопасти и нижний диск направляющего аппарата 6 выполнены из полимерного материала. Направляющий аппарат 6 содержит ступицу 8, также выполненную из полимерного материала. В корпусе 3 установлены радиальные промежуточные подшипники 9 с двумя твердосплавными втулками, одна из твердосплавных втулок 10 установлена на валу 11 насоса, а другая твердосплавная втулка 12 в корпусе подшипника 9.
В ступице 5 рабочего колеса 4 и(или) в ступице 8 направляющего аппарата 6 изготовлена выемка 13 (в виде продольной канавки). Длина Lb выемки 13 составляет не более 90% от длины Lk контакта ступицы 5 рабочего колеса 4 и ступицы 8 направляющего аппарата 6.
Для эффективного отвода механических примесей выемка 13 может быть выполнена в виде винтовой канавки (см. фиг.4).
Расстояние между промежуточными радиальными подшипниками 9 в корпусе насоса с твердосплавными втулками 10, 11 составляет не более чем 0,5 метра.
Погружной многоступенчатый модульный центробежный насос работает следующим образом.
При вращении вала 11 погружного насоса рабочая жидкость последовательно входит в основание 2, проходит через ступени, содержащие рабочие колеса 4 и направляющие аппараты 6, промежуточные радиальные подшипники 9, выходит через головку 1. При вращении рабочих колес 4 рабочая жидкость получает потенциальную энергию давления и кинетическую энергию движения жидкости. В направляющих аппаратах 6 кинетическая энергия переходит в потенциальную. При расстоянии между промежуточными подшипниками 9, которое составляет не более 0,5 метра, ступень не выполняет роль радиальной опоры, так как все радиальные силы, действующие на рабочие колеса 4 будут восприниматься радиальными промежуточными подшипниками 9. В этом случае ступицы 5 рабочих колес 4 и ступицы 8 направляющих аппаратов 6 могут быть изготовлены из материалов менее износостойких, чем металл, например, из полимерного материала. Ступица 8 из полимерного материала имеет надежное крепление к нижнему диску направляющего аппарата 6, который изготовлен также из полимерного материала, более низкую скорость солеотложения и позволяет снизить себестоимость ступени насоса и насоса в целом.
Выемки 13, изготовленные в ступице 5 рабочего колеса 4 и(или) в ступице 8 направляющего аппарата 6, позволяют эффективно отводить тепло из радиальной пары ступени.
Изготовление выемок 13 на ступице направляющего аппарата и(или) ступице рабочего колеса, длина Lb которых меньше длины Lk контакта ступиц 5 рабочего колеса 4 и ступиц 8 направляющего аппарата 6, позволяет устранить протечки в ступени за счет наличия участка без выемок для уплотнения.
Изготовление выемок 13 в виде винтовой канавки (см. фиг.4) позволяет эффективно отводить механические примеси из пары трения и тепло.