КОМПЛЕКСНЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ КАНАЛ ВЕРТИКАЛЬНОГО НЕФТЯНОГО ЭЛЕКТРОНАСОСНОГО АГРЕГАТА
COMPLEX HYDRAULIC CHANNEL OF VERTICAL ELECTRICALLY DRIVEN OIL PUMP

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 комплексного гидравлического канала вертикального нефтяного электронасосного агрегата, предназначенного для транспортирования любых видов нефтесодержащих жидкостей от товарной нефти и нефтепродуктов до сырой и обводненной нефти с высоким содержанием воды, а также твердых дискретных частиц, либо пластовой или чистой воды, с повышенной стабильностью и долговечностью работы при увеличении КПД и снижении энергоемкости при перекачивании, в том числе с перекачиванием указанных сред в безкавитационных режимах.
Поставленная задача решается тем, что комплексный гидравлический канал вертикального нефтяного электронасосного агрегата, согласно изобретению, включает последовательно соединенные корпусами и проточными полостями центробежный насос, трансмиссию, содержащую не менее одной сборной секции, бустер и заборную трубу, при этом на участке заборной трубы упомянутый канал образован ее корпусом, который выполнен, предпочтительно, круглоцилиндрическим, открытым с торцов, верхним из которых сообщен с корпусом бустера, на участке бустера упомянутый канал ограничен с внешней стороны корпусом бустера, а с внутренней стороны снабженной крыльчаткой втулкой шнека и корпусом спрямляющего аппарата, причем обтекаемая поверхность втулки и ограниченная ею сторона проточной полости гидравлического канала имеют форму тела вращения - ундулоида с вогнуто-выпуклой образующей - кривой, расположенной в условной радиально-осевой плоскости шнека с переменным радиусом по длине его оси, причем канал на входе в шнек содержит антикавитационный участок и переменное сужающееся по ходу потока сечение канала до обеспечения возможности практически бесступенчатого перехода упомянутой кольцевой полости на участке шнека в кольцевую полость канала на участке спрямляющего аппарата бустера, при этом на участке каждой сборной секции трансмиссии гидравлический канал ограничен с внешней стороны сборным корпусом секции, включающим два связанных соединительным корпусом концевых корпуса - верхний и нижний, а с внутренней стороны на участке соединительного корпуса с образованием кольцевой проточной полости ограничен неподвижной относительно корпуса разделительной трубой-оболочкой, в которой с возможностью передачи крутящего момента изолированно от потока установлен вал ротора трансмиссии, кроме того, на участках концевых корпусов секции, содержащих опоры с подшипниками, последние соединены с соответствующим корпусом продольными ребрами с образованием сотового гидропрозрачного участка канала.
При этом проточная полость 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 с выходным патрубком с изогнутой или линейной осевой конфигурацией.
По крайней мере, выходная часть патрубка отвода может быть выполнена примыкающей к внутренней полости отвода с радиальной ориентацией его оси относительно продольной оси напорных секций насоса.
По крайней мере, выходная часть патрубка отвода может быть выполнена тангенциально примыкающей к внутренней полости отвода.
Его внутренняя стенка, по меньшей мере, на большей части может быть образована валами роторов центробежного насоса, трансмиссии и бустера, при этом канал, по меньшей мере, на участке бустера и трансмиссии и входного участка в центробежный насос выполнен с кольцевым рабочим сечением, которое в опорных участках бустера, секций трансмиссии и насоса разделено продольными опорными ребрами на сотовые гидропрозрачные участки канала.
В составе электронасосного агрегата гидравлический канал может быть предназначен для откачки товарной нефти из безнапорной емкости и подачи во всасывающую магистраль, например, нефтеперекачивающей станции.
В составе электронасосного агрегата гидравлический канал может быть предназначен для откачки обводненной нефти с содержанием воды до 100% и с минерализацией до 200 г/л.
В составе электронасосного агрегата гидравлический канал может быть предназначен для откачки низковязких жидкостей типа дизельного топлива и газоконденсата.
Технический результат, достигаемый приведенной совокупностью признаков, состоит в разработке комплексного гидравлического канала вертикального нефтяного электронасосного агрегата, предназначенного для транспортирования любых видов нефтесодержащих жидкостей от товарной нефти и нефтепродуктов до сырой и обводненной нефти с высоким содержанием воды, а также твердых дискретных частиц, либо пластовой или чистой воды, с повышенной стабильностью и долговечностью работы при увеличении КПД и снижении энергоемкости при перекачивании, в том числе с перекачиванием указанных сред в безкавитационных режимах, что достигается безкавитационными режимами работы за счет найденных в изобретении технических решений всех составляющих канала от бустера до центробежного насоса включительно, а также оригинальных компактных полифункционально исполненных сборных секций трансмиссии и найденной в изобретении размещенной на валу ротора бустера втулки шнека с антикавитационной конфигурацией, а также полифункционального решения ограничивающего изнутри кольцевые проходные сечения комплексного гидравлического канала.
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.
Комплексный гидравлический канал вертикального нефтяного электронасосного агрегата, предназначенный для транспортирования перекачиваемой среды, включает последовательно соединенные корпусами и проточными полостями центробежный насос 1, трансмиссию 2, содержащую не менее одной сборной секции 3, бустер 4 и заборную трубу 5.
На участке заборной трубы 5 гидравлический канал образован ее корпусом 6, который выполнен, предпочтительно, круглоцилиндрическим, открытым с торцов, верхним из которых сообщен с корпусом 7 бустера 4.
На участке бустера гидравлический канал ограничен с внешней стороны корпусом 7 бустера 4, а с внутренней стороны снабженной крыльчаткой 8 втулкой 9 шнека 10 и корпусом спрямляющего аппарата 11. Обтекаемая поверхность втулки 9 и ограниченная ею сторона проточной полости 12 гидравлического канала имеют форму тела вращения - ундулоида с вогнуто-выпуклой образующей - кривой, расположенной в условной радиально-осевой плоскости шнека 10 с переменным радиусом по длине его оси. Гидравлический канал на входе в шнек 10 содержит антикавитационный участок 13 и переменное сужающееся по ходу потока сечение канала до обеспечения возможности практически бесступенчатого перехода упомянутой кольцевой проточной полости 12 на участке шнека 8 в кольцевую полость канала на участке спрямляющего аппарата 11 бустера 4.
На участке каждой сборной секции 3 трансмиссии 2 гидравлический канал ограничен с внешней стороны сборным корпусом секции, включающим два связанных соединительным корпусом 14 концевых корпуса 15 - верхний и нижний. С внутренней стороны на участке соединительного корпуса 14 с образованием кольцевой проточной полости 16 гидравлический канал ограничен неподвижной относительно корпуса разделительной трубой-оболочкой 17, в которой с возможностью передачи крутящего момента изолированно от потока установлен вал 18 ротора трансмиссии 2. На участках концевых корпусов 15 секции 3, содержащих опоры с подшипниками 19, последние соединены с соответствующим корпусом продольными ребрами 20 с образованием сотового гидропрозрачного участка 21 канала.
Проточная полость 22 центробежного насоса 1 образована совокупностью проточных полостей входного кольцевого канала 23, напорных секций 24, включая зону размещения крыльчатки 25 и проточную полость направляющего аппарата 26, предназначенные для работы со ступенчатым нарастанием давления перекачиваемой среды, а также проточной полостью секции 27 отвода с выходным патрубком 28 с изогнутой или линейной осевой конфигурацией.
По крайней мере, выходная часть патрубка 28 отвода выполнена примыкающей к внутренней полости отвода с радиальной ориентацией его оси относительно продольной оси напорных секций 24 насоса 2.
По крайней мере, выходная часть патрубка 28 отвода выполнена тангенциально примыкающей к внутренней полости отвода.
Внутренняя стенка гидравлического канала, по меньшей мере, на большей части образована валами роторов 29, 18, 30 соответственно центробежного насоса 1, трансмиссии 2 и бустера 4. Гидравлический канал, по меньшей мере, на участке бустера 4 и трансмиссии 2 и входного участка в центробежный насос 1 выполнен с кольцевым рабочим сечением, которое в опорных участках бустера 4, секций трансмиссии 4 и насоса 1 разделено продольными опорными ребрами на сотовые гидропрозрачные участки канала.
В составе электронасосного агрегата гидравлический канал предназначен для откачки товарной нефти из безнапорной емкости и подачи во всасывающую магистраль, например, нефтеперекачивающей станции.
В составе электронасосного агрегата гидравлический канал предназначен для откачки обводненной нефти с содержанием воды до 100% и с минерализацией до 200 г/л.
В составе электронасосного агрегата гидравлический канал предназначен для откачки низковязких жидкостей типа дизельного топлива и газоконденсата.
Работа осуществляется следующим образом.
При включении электродвигателя 31 крутящий момент по валопроводу поступает на вал 29 ротора центробежного насоса 1, на вал 18 ротора трансмиссии 2 и на вал 30 ротора бустера 4, приводя в движение крыльчатку 8 шнека 10. В последнюю через заборную трубу 5 поступает перекачиваемая среда - товарная нефть, нефтепродукты, газоконденсат или обводненная нефть, и, обтекая антикавитационный участок 13 втулки 9 шнека 10 и каналы спрямляющего аппарата 11, поток приобретает упорядочный характер и поступает в проточную полость 16 трансмиссии 2 с давлением, созданным в бустере 4. Затем перекачиваемая среда проходит через последовательные участки проточной полости 16 трансмиссии 2 и поступает в напорные секции 24 центробежного насоса 1, приобретая в каждой ступенчатое повышение давления, суммарно возрастающее при входе в секцию 27 отвода пропорционально числу напорных секций 24.
Таким образом, за счет найденных в изобретении решений всех составляющих канала от бустера до центробежного насоса включительно, а также оригинальных компактных полифункционально исполненных сборных секций трансмиссии и размещенной на валу ротора бустера втулки шнека с антикавитационной конфигурацией, а также полифункционального решения ограничивающего изнутри кольцевые проходные сечения комплексного гидравлического канала, обеспечивается повышение стабильности и долговечности работы агрегата при увеличенном КПД и снижение энергоемкости при перекачивании любых видов нефтесодержащих жидкостей.