УНИВЕРСАЛЬНАЯ ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА ВЕРТИКАЛЬНОГО НЕФТЯНОГО ЭЛЕКТРОНАСОСНОГО АГРЕГАТА
GENERAL-PURPOSE TRANSPORT SYSTEM OF VERTICAL OIL ELECTRIC PUMP UNIT

Изобретение относится к насосостроению, а именно к вертикальным нефтяным электронасосным агрегатам, и может быть использовано в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.
Известен вертикальный химический электронасосный агрегат для перекачивания агрессивных сред, содержащий электродвигатель, сопряженный с ним шнекоцентробежный насос, снабженный всасывающим и выходным патрубками. С целью повышения антикавитационных показателей насоса всасывающий патрубок содержит подкачивающий шнек, закрепленный на валу шнекоцентробежного насоса (RU 2006122670 A, опубл. 10.01.2008).
Известен шнекоцентробежный насос, содержащий корпус, установленный в нем направляющий аппарат и подвижно на передней и задней подшипниковых опорах ротор, включающий шнековый преднасос и центробежные колеса, имеющие втулки и диски, в которых вблизи втулки выполнены сквозные отверстия. В дисках с обеих сторон выполнены каналы, равномерно распределенные по окружности и ограниченные крышками. Передняя опора ротора выполнена в виде подшипника качения, внутренняя обойма которого прочно скреплена с наружными кромками шнека (RU 2252337 C2, опубл. 20.05.2005).
Известен вертикальный шнеково-центробежный насос, содержащий корпус с установленными в нем центробежным рабочим колесом и предвключенным шнеком, размещенным внутри нижней части удлиненной трубы, консольно закрепленной к центральной всасывающей части корпуса. Колесо и шнек соединены между собой удлиненной трансмиссией. На всасывающем участке трубы выполнен один или более обратных клапанов, например, в виде расположенных выше предвключенного шнека окон, снабженных нормально закрытыми лепестковыми упругими элементами, выполненных с возможностью открытия за счет давления разрежения перекачиваемой жидкости при ее полном заполнении вращающегося центробежного рабочего колеса (RU 2305208 C1, опубл. 27.08.2007).
Недостатками известных технических решений являются относительно невысокие надежность и долговечность работы и обусловленные конструктивными решениями невысокие гидродинамические характеристики, что приводит к повышенному износу рабочих узлов и снижению КПД насосов в процессе эксплуатации.
Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке универсальной транспортной системы вертикального нефтяного электронасосного агрегата, предназначенной для перекачивания любых видов нефтесодержащих жидкостей от товарной нефти и нефтепродуктов до сырой и обводненной нефти, в том числе с включениями дискретных твердых частиц, а также пластовой или чистой воды, с повышенной стабильностью и долговечностью работы при увеличенном КПД и сниженной энергоемкостью при перекачивании, в том числе с перекачиванием указанных сред в бескавитационных режимах.
Поставленная задача решается тем, что универсальная транспортная система вертикального нефтяного электронасосного агрегата, согласно изобретению содержит электродвигатель с валом ротора и выполнена в виде последовательно соединенных с ним, имеющих корпус с проточной полостью соответственно снабженного опорным фланцем вертикального центробежного насоса, трансмиссии, содержащей не менее одной сборной секции, бустера с валами роторов, образующих в совокупности силовой валопровод, а также заборной трубы, при этом указанная транспортная система, по меньшей мере, на большей части ее длины имеет протяженную трубчатую форму, выполнена с возможностью встречно направленных - передачи крутящего момента от электродвигателя к бустеру и транспортирования перекачиваемой среды от заборной трубы через бустер и трансмиссию в насос, кроме того, каждая сборная секция трансмиссии принята одной из двух длин, отличающихся одна от другой не менее чем на длину бустера, причем часть вертикального насосного агрегата, расположенная ниже упомянутого опорного фланца насоса, выполнена полупогружной и при заданной технологической длине, равной или превышающей две наибольшие из упомянутых длин сборных секций трансмиссии, сформирована из целого числа указанных сборных секций с любым сочетанием их длин плюс длина бустера и при необходимости отрезок заборной трубы, предпочтительно, длиной менее минимальной из двух упомянутых длин сборных секций трансмиссии, при этом каждая секция трансмиссии содержит сборный корпус, включающий два связанных соединительным корпусом концевых корпуса - верхний и нижний, в которых с возможностью передачи крутящего момента установлен на снабженных подшипниками опорах вал ротора трансмиссии, заключенный в разделительную трубу с образованием между последней и упомянутыми корпусами предназначенной для транспортирования перекачиваемой среды проточной полости, причем каждая из упомянутых опор вала ротора вмонтирована в соответствующий концевой корпус секции трансмиссии посредством ребер, образующих в совокупности гидропрозрачный сотовый канал проточной полости в каждом концевом корпусе секции трансмиссии.
При этом проходное сечение проточной полости транспортной системы может быть выполнено переменным на различных ее участках и образовано элементами корпуса и элементами вала ротора на каждом из ее участков, при этом на длине бустера участок проходного сечения проточной полости ограничен с внутренней стороны элементами вала ротора, а именно поверхностями втулки шнека и спрямляющего аппарата и имеет антикавитационный, переходный и выходной участки, образованные соответствующей антикавитационной, переходной и выходной продольной и поперечной конфигурацией проточной полости в корпусе бустера, которые выполнены за счет переменной радиальной ширины втулки, имеющей форму тела вращения - ундулоида с образующей в виде последовательно вогнуто-выпуклой плоской кривой, совмещенной с условной радиально-осевой плоскостью и расположенной с нарастающим радиальным расстоянием от оси бустера, начиная от входа в шнек, с градиентом приращения радиуса на переходном участке, превышающим не менее чем в два раза соответствующий градиент на антикавитационном участке длины втулки шнека.
Проточная полость универсальной транспортной системы на участке вертикального центробежного насоса может быть образована совокупностью проточных полостей входного кольцевого канала, напорных секций, включая зону размещения крыльчатки и проточную полость направляющего аппарата, предназначенные для работы со ступенчатым нарастанием давления перекачиваемой среды, а также проточной полостью секции отвода.
-1
Электродвигатель может быть выполнен асинхронным взрывозащищенным мощностью от 5 до 150 кВт, напряжением 380/660 В и с частотой оборотов n=50 с (3000 об/мин)±50%.
В составе электронасосного агрегата транспортная система может быть предназначена для откачки товарной нефти из безнапорной емкости и подачи во всасывающую магистраль, например, нефтеперекачивающей станции.
В составе электронасосного агрегата транспортная система может быть предназначена для откачки обводненной нефти с содержанием воды до 100% и с минерализацией до 200 г/л.
В составе электронасосного агрегата транспортная система может быть предназначена для откачки низковязких жидкостей типа дизельного топлива и газоконденсата.
Технический результат, достигаемый приведенной совокупностью признаков, состоит в разработке универсальной транспортной системы вертикального нефтяного электронасосного агрегата, предназначенной для перекачивания любых видов нефтесодержащих жидкостей от товарной нефти и нефтепродуктов до сырой и обводненной нефти, в том числе с включениями дискретных твердых частиц, а также пластовой или чистой воды. При этом разработанная универсальная транспортная система наделена повышенной стабильностью и долговечностью работы при увеличенном КПД и сниженной энергоемкостью при перекачивании, в том числе с перекачиванием указанных сред в бескавитационных режимах, что достигается за счет найденных в изобретении технических решений всех составляющих канала транспортной системы от заборной трубы до центробежного насоса включительно, а также за счет оригинальных компактных полифункционально выполненных сборных секций трансмиссии и найденной в изобретении размещенной на валу ротора бустера втулки шнека с антикавитационной конфигурацией, полифункционального решения, ограничивающего изнутри кольцевые проходные сечения гидравлического канала с совмещением встречно направленных - передачи крутящего момента от вала ротора электродвигателя к валу ротора бустера и потока перекачиваемой среды в кольцевой полости, ограниченной стенками корпуса агрегата и элементами валов роторов валопровода.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
На фиг.1 изображен вертикальный нефтяной электронасосный агрегат, общий вид;
На фиг.2 - основной центробежный насос, частичный вертикальный разрез;
На фиг.3 - заборная труба, бустер и трансмиссия в сборе, частичный вертикальный разрез.
Универсальная транспортная система вертикального нефтяного электронасосного агрегата содержит электродвигатель 1 с валом 2 ротора и выполнена в виде последовательно соединенных с ним, имеющих корпус с проточной полостью соответственно снабженного опорным фланцем 3 вертикального центробежного насоса 4, трансмиссии 5, содержащей не менее одной сборной секции 6, бустера 7 с валами роторов 8, 9, 10 соответственно, образующих в совокупности силовой валопровод, а также заборной трубы 11.
Транспортная система, по меньшей мере, на большей части ее длины имеет протяженную трубчатую форму, выполнена с возможностью встречно направленных - передачи крутящего момента от электродвигателя 1 к бустеру 7 и транспортирования перекачиваемой среды от заборной трубы 11 через бустер 7 и трансмиссию 5 в центробежный насос 4.
Каждая сборная секция 6 трансмиссии 4 принята одной из двух длин, отличающихся одна от другой не менее чем на длину бустера 7.
Часть вертикального насосного агрегата, расположенная ниже опорного фланца 3 насоса 4, выполнена полупогружной и при заданной технологической длине, равной или превышающей две наибольшие из упомянутых длин сборных секций 6 трансмиссии 5, сформирована из целого числа указанных сборных секций 6 с любым сочетанием их длин плюс длина бустера 6 и при необходимости отрезок заборной трубы 11, предпочтительно, длиной менее минимальной из двух упомянутых длин сборных секций 6 трансмиссии 5. Каждая секция 6 трансмиссии 5 содержит сборный корпус, включающий два связанных соединительным корпусом 12 концевых корпуса 13 - верхний и нижний, в которых с возможностью передачи крутящего момента установлен на снабженных подшипниками 14 опорах вал 9 ротора трансмиссии 5. Вал 9 ротора заключен в разделительную трубу 15 с образованием между последней и упомянутыми корпусами 12, 13 проточной полости 16, предназначенной для транспортирования перекачиваемой среды. Каждая из упомянутых опор вала 9 ротора вмонтирована в соответствующий концевой корпус 13 секции 6 трансмиссии 5 посредством ребер 17, образующих в совокупности гидропрозрачный сотовый канал 18 проточной полости 16 в каждом концевом корпусе 13 секции 6 трансмиссии 5.
Проходное сечение проточной полости транспортной системы выполнено переменным на различных ее участках и образовано элементами корпуса и элементами вала ротора на каждом из ее участков. На длине корпуса 19 бустера 7 участок проходного сечения проточной полости 20 ограничен с внутренней стороны элементами вала 10 ротора, а именно поверхностями втулки 21 шнека 22 и спрямляющего аппарата 23 и имеет антикавитационный, переходный и выходной участки 24, 25, 26, образованные соответствующей антикавитационной, переходной и выходной продольной и поперечной конфигурацией проточной полости в корпусе 19 бустера 7, которые выполнены за счет переменной радиальной ширины втулки 21. Втулка 21 имеет форму тела вращения - ундулоида с образующей в виде последовательно вогнуто-выпуклой плоской кривой, совмещенной с условной радиально-осевой плоскостью и расположенной с нарастающим радиальным расстоянием от оси бустера 7, начиная от входа в шнек 22, с градиентом приращения радиуса на переходном участке 25, превышающем не менее чем в два раза соответствующий градиент на антикавитационном участке 24 длины втулки 21 шнека 22.
Проточная полость 27 универсальной транспортной системы на участке вертикального центробежного насоса 4 образована совокупностью проточных полостей входного кольцевого канала 28, напорных секций 29, включая зону размещения крыльчатки 30 и проточную полость направляющего аппарата 31, предназначенные для работы со ступенчатым нарастанием давления перекачиваемой среды, а также проточной полостью секции 32 отвода.
-1
Электродвигатель 1 выполнен асинхронным взрывозащищенным мощностью от 5 до 150 кВт, напряжением 380/660 В и с частотой оборотов n=50 с (3000 об/мин)±50%.
В составе электронасосного агрегата универсальная транспортная система предназначена для откачки товарной нефти из безнапорной емкости и подачи во всасывающую магистраль, например, нефтеперекачивающей станции.
В составе электронасосного агрегата универсальная транспортная система предназначена для откачки обводненной нефти с содержанием воды до 100% и с минерализацией до 200 г/л.
В составе электронасосного агрегата универсальная транспортная система предназначена для откачки низковязких жидкостей типа дизельного топлива и газоконденсата.
Работа осуществляется следующим образом.
При включении электродвигателя 1 крутящий момент по валопроводу поступает на вал 8 ротора центробежного насоса 4, на вал 9 ротора трансмиссии 5 и на вал 10 ротора бустера 7, приводя в движение крыльчатку 33 шнека 22. В последнюю через заборную трубу 11 поступает перекачиваемая среда - товарная нефть, нефтепродукты, газоконденсат или обводненная нефть и, последовательно обтекая антикавитационный, переходный и выходной участки 24, 25 и 26 втулки 21 шнека 22 и каналы спрямляющего аппарата 23, поток приобретает упорядоченный характер и поступает в проточную полость 16 трансмиссии 5 с давлением, созданным в бустере 7. Затем перекачиваемая среда проходит через последовательные участки проточной полости 16 трансмиссии 5 и поступает в напорные секции 29 центробежного насоса 4, приобретая в каждой ступенчатое повышение давления, суммарно возрастающее при входе в секцию 32 отвода пропорционально числу напорных секций 29.
Таким образом, за счет найденных в изобретении решений всех составляющих канала транспортной системы, а именно гидравлического канала, бустера, обеспечивающего работу в бескавитационном режиме, и трансмиссии, выполненной с возможностью встречно направленных - передачи крутящего момента от электродвигателя к бустеру и транспортирования перекачиваемой среды от заборной трубы через бустер и трансмиссию в центробежный насос, обеспечивается повышение стабильности и долговечности работы агрегата при увеличенном КПД и снижение энергоемкости при перекачивании любых видов нефтесодержащих жидкостей.