ПОГРУЖНОЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС
SUBMERSIBLE MULTISTAGE CENTRIFUGAL PUMP

Изобретение относится к нефтяному машиностроению, в частности к погружным многоступенчатым центробежным скважинным насосам для откачки пластовой жидкости.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является погружной многоступенчатый центробежный насос, содержащий рабочие колеса со ступицами соединенными с приводным валом с помощью шпоночных соединений в виде шпоночных канавок и установленных в них шпонок (см. патент RU №2294458 опубл. 27.02.2007)
Недостатком данного насоса является то, что использованный в прототипе способ фиксации рабочих колес на валу насоса (шпонка, расположенная в сплошной продольной канавке вала и канавках рабочих колес) не предотвращает осевых перемещений рабочих колес, приводящих к существенному износу контактирующих поверхностей рабочих колес и шпоночных соединений и, как следствие, к снижению надежности и долговечности насоса.
Каждое рабочее колесо имеет пару трения в виде осевой опоры, которая воспринимает осевую нагрузку, возникающую при работе насоса. При работе насоса из пластовой жидкости твердые частицы попадают в пару трения и вызывают износ, что приводит к преждевременному выходу насоса из строя.
Технической задачей предлагаемого решения является исключение перемещений рабочих колес и, как следствие, передачу осевого усилия от гидродинамических нагрузок на вал насоса и далее на осевую пяту гидрозащиты, что способствует снижению износа деталей конструкции, повышению надежности и долговечности насоса.
Для решения поставленной технической задачи погружной многоступенчатый центробежный насос содержит рабочие колеса со ступицами, соединенными с приводным валом с помощью шпоночного соединения в виде шпоночных канавок и установленных в них шпонок, причем шпоночная канавка на каждом рабочем колесе выполнена в виде поперечного паза с уменьшением его глубины в сторону вращения приводного вала с возможностью смещения шпонки с валом относительно рабочего колеса и фиксации их в радиальном и продольном направлениях.
Отличительной особенностью предлагаемого технического решения является то, что шпоночная канавка на каждом рабочем колесе выполнена в виде поперечного паза с уменьшением его глубины в сторону вращения приводного вала с возможностью смещения шпонки с валом относительно рабочего колеса и фиксации их в радиальном и продольном направлениях.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен погружной многоступенчатый центробежный насос в разрезе, на фиг. 2 изображен разрез по А-А фиг. 1.
Погружной многоступенчатый центробежный насос содержит рабочие колеса 1 со ступицами 2, соединенными с приводным валом 3 с помощью шпоночного соединения в виде шпоночных канавок и установленных в них шпонок. Шпоночная канавка в ступице 2 каждого рабочего колеса 1 выполнена в виде поперечного паза 4 с уменьшением его глубины в сторону вращения приводного вала 3 с возможностью смещения шпонки 5 с валом 3 относительно ступицы 2 колеса 1 и фиксации их в радиальном и продольном направлениях. Внутренняя поверхность 6 паза 4 может быть выполнена по хорде или дугообразно.
Работа устройства заключается в следующем.
Шпонка 5 при сборке по скользящей посадке входит в шпоночные канавки ступиц 2 рабочих колес 1 и вала 3. Поскольку шпоночная канавка в ступицах рабочих колес 1 выполнена в виде поперечного паза 4 с уменьшением глубины в сторону вращения приводного вала 3, то при приложении крутящего момента к приводному валу от привода шпонка 5 смещается относительно ступицы рабочего колеса и происходит ее самозаклинивание. При этом предотвращается смещения рабочих колес вдоль приводного вала и взаимодействие их между собой. Вследствие этого снижается износ пары трения 7 в виде осевой опоры рабочих колес, шпонки и шпоночных канавок. Это приводит к повышению надежности и долговечности насоса.
Насос ЭЦН6А-250 с количеством 112 ступеней был испытан на заводе по производству погружного оборудования.
Испытания проводились на стенде для снятия гидродинамических и энергетической характеристик.
Перед проведением испытаний насос был разобран и сняты размеры исследуемых элементов конструкции.
После наработки 100 часов насоса без изменения конструкции насос был разобран. Среднее значение суммарного износа пар трения составило 0, 0043 мм.
Далее насос собрали повторно с изменениями соединения в соответствии с предлагаемым техническим решением и вновь провели гидродинамические испытания. После наработки 100 часов износ не обнаружен.
В первом и втором испытаниях в гидродинамических и энергетической характеристиках изменений не обнаружено.