РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ГАЗОСЕПАРАТОРА СКВАЖИННОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Полезная модель относится к области насосостроения и может быть использована в газосепараторе погружного центробежного насоса, предназначенного для подъема пластовой жидкости из скважин с большим содержанием газа.
Известны газосепараторы, применяемые в погружных центробежных насосах для отделения свободного газа из откачиваемой газожидкостной смеси, содержащие, размещенные в корпусе и последовательно установленные на валу по ходу прохождения потока откачиваемой газожидкостной смеси, шнек, рабочее колесо и сепараторы. При работе газосепаратора шнек создает предварительный напор, рабочее колесо закручивает поток газожидкостной смеси, а сепараторы производят отделение газа от жидкости. При этом газ из газосепаратора выводится в затрубное пространство, а жидкость поступает на прием насоса (см., например, Международный транслятор "Установки погружных
центробежных насосов для добычи нефти". М., 1999, стр.293-319). В указанном источнике описаны различные типы газосепараторов, выпускаемые отечественными и зарубежными производителями.
Основным критерием оценки газосепаратора является его эффективность работы (интенсивность удаления газа из пластовой жидкости) и КПД. Удаление газа в сепараторе зависит от степени равномерности поля скоростей в сепараторе. Для создания равномерного поля скоростей на входе в сепарационную камеру нужна соответствующая форма лопастей рабочего колеса, которая сложна в изготовлении.
Известно применение кавернообразующего лопастного рабочего колеса, установливаемого перед сепарационным барабаном (сепарационной камерой) (см. описание к патенту №2232302, МПК 7 F04D 13/10, 2003.04.24).
Однако указанное использование в газосепараторе кавернообразующего лопастного рабочего колеса не обеспечивает создания потока газожидкостной смеси с равномерным распределением поля скоростей на входе в сепарационную камеру, что снижает его эффективность. Кроме того, установка суперкаветирующего рабочего колеса приводит к снижению надежности работы газосепаратора.
Известено также использование лопастного рабочего колеса, выполненного с цилиндрическими лопастями, размещенного в корпусе газосепаратора скважинного центробежного насоса на валу перед
сепарационной камерой по ходу прохождения потока газожидкостной смеси (см. описание к патенту RU №2274768 С2, F04D 13/10, от 2004.03.25).
Рабочее колесо с цилиндрическими лопастями проще в изготовлении, его использование в газосепараторе повышает надежность работы газосепаратора, но, вместе с тем, не обеспечивает высокой эффективности из-за неравномерности поля скоростей потока газожидкостной смеси на входе в сепарационную камеру.
Задачей предложенного технического решения является улучшение сепарационных характеристик газосепаратора для скважинного центробежного насоса за счет создания равномерного распределения поля скоростей потока газожидкостной смеси на входе в сепарационную камеру.
Решение поставленной задачи обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении КПД газосепаратора при упрощении изготовления его рабочего колеса.
Указанный технический результат достигается за счет того, в рабочем лопастном колесе газосепаратора скважинного центробежного насоса, выполненного с цилиндрическими лопастями и установливаемого в корпусе газосепаратора на валу по ходу прохождения потока газожидкостной смеси перед сепарационной камерой, согласно полезной модели, каждая цилиндрическая лопасть рабочего колеса выполнена со скошенной кромкой, таким образом, что у корневого сечения лопасти входной угол больше, чем у
периферийного сечения, при этом входной угол в среднем сечении лопасти находится в пределах 55-75°.
Сущность предложенного решения поясняется чертежом, где:
на фиг.1 - представлена схема проточной части газосепаратора скважинного центробежного насоса;
на фиг.2 - изображена цилиндрическая лопасть рабочего колеса в корневом, среднем и периферийном сечениях;
на фиг.3 - представлены сравнительные характеристики газосепараторов.
1
2
Газосепаратор скважинного центробежного насоса (фиг.1) состоит из корпуса 1, в котором на валу 2 последовательно размещены: шнек 3, осевое лопастное колесо 4, спрямляющий аппарат 5, рабочее лопастное колесо 6 и сепараторы 7, установленные в сепарационной камере S. Осевое лопастное колесо 4 выполнено с лопастями 8, имеющими входной угол 20-40° и выходной угол 40-50°. Спрямляющий аппарат 5 выполнен с неподвижными лопатками 9, которые установлены под входным углом 20-50° и выходным углом 60-80°. Лопасти 8 осевого колеса 4 и неподвижные лопатки 9 спрямляющего аппарата 5 образуют осевую ступень. Рабочее лопастное колесо 6 выполнено с цилиндрическими лопастями 10. Каждая цилиндрическая лопасть 10 рабочего колеса 6 (фиг.2) образована хордами профилей l и l соответственно в корневом II и периферийном I сечениях с
B1
BT1
1
B2
ВТ2
постоянным радиусом вогнутости R по высоте лопасти h и со скошеной входной кромкой 12 на входном участке. Скошенная кромка 12 выполнена таким образом, что входной угол, образованный между касательной к средней линии профиля лопасти и линией перпендикулярной к оси вращения колеса, убывает по высоте лопасти h от корневого сечения II к периферийному сечению I, то есть β<β. При этом входной угол β в среднем сечении III лопасти должен находился в пределах 55-75°. На выходном участке соответствующие выходные углы β и β цилиндрической лопасти 10 рабочего колеса 6 равны между собой и находятся в пределах 60-80°.
Работает газосепаратор скважинного центробежного насоса следующим образом.
B1
ВТ1
1
Газожидкостная смесь захватывается лопатками 11 шнека 3 и под напором подводится к осевому лопастному колесу 4. Лопасти 8 осевого лопастного колеса 4 совместно с неподвижными лопатками 9 спрямляющего аппарата 5 образуют осевую ступень насоса, которая создает дополнительный напор и газожидкостная смесь поступает на вход в рабочее лопастное колесо 6, лопасти 10 которого закручивают поток и укрупняют газовые пузырьки в газожидкостной смеси. При этом, за счет того, что цилиндрические лопасти 10 рабочего колеса 6 выполнены со скошенными входными кромками 12, образующими входные углы β<β, при заданных значениях углов β=55÷75°, достигается выравнивание поля скорости потока газожидкостной
смеси на входе в сепарационную камеру S, максимально приближенное к оптимальному, приводящее к снижению гидравлических потерь и дополнительному высвобождению кинетической энергии. В результате в сепарационной камере S происходит более эффективное отделение газа из газожидкостной смеси. Отделенный таким образом свободный газ отводится в затрубное пространство, а дегазированная жидкость поступает на прием центробежного насоса (на чертеже не показано).
Заявленное рабочее лопастное колесо с цилиндрическими лопастями, выполненными со скошенными кромками, может быть установлено, как в центробежном газосепараторе, представленном на чертеже (фиг.1), так и в вихревом газосепараторе с достижением указанного технического результата. При этом эффективность работы вихревого газосепаратора может быть выше центробежного за счет уменьшения потерь на трение потока в сепарационной камере.
На фиг.3 представлены технические характеристики газосепараторов, полученные в результате проведения стендовых испытаний, где: 1 - характеристика центробежного газосепаратора с рабочим колесом, выполненным в соответствии с прототипом, 2 - характеристика центробежного газосепаратора с предложенным рабочим колесом и 3 - характеристика вихревого газосепаратора, выполненного также с предложенным рабочим колесом.