рабочее колесо центробежного многоступенчатого насоса

Формула изобретения

1. Рабочее колесо центробежного многоступенчатого насоса, содержащее ведущий диск, на нижней поверхности которого расположены лопасти рабочего колеса, а первая часть верхней поверхности, внешний радиус которой меньше внешнего радиуса ведущего диска рабочего колеса, выполнена плоской, отличающееся тем, что вторая часть верхней поверхности ведущего диска выполнена в виде расположенного на периферии ведущего диска уступа, расстояние от поверхности которого до плоскости, в которой лежит первая часть верхней поверхности ведущего диска, уменьшается от периферии рабочего колеса до места сопряжения первой и второй частей верхней поверхности ведущего диска, причем на уступе расположены ребра, радиус расположения боковых торцевых поверхностей которых меньше внешнего радиуса ведущего диска.

2. Рабочее колесо по п. 1, отличающееся тем, что верхние торцевые поверхности ребер лежат в плоскости, в которой лежит первая часть верхней поверхности ведущего диска рабочего колеса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в центробежных многоступенчатых насосах, предназначенных для откачки из скважин пластовой жидкости, используемых, в частности, при добыче нефти.

Известно рабочее колесо погружного центробежного многоступенчатого насоса [1] , предназначенного для откачки пластовой жидкости из нефтяных скважин, содержащее ведущий и ведомый диски с размещенными между ними лопатками. К недостаткам этого насоса относится малый напор, создаваемый ступенью насоса, в котором используется указанное рабочее колесо при малых расходах, и нестабильность характеристик при работе с нефтеводогазовыми смесями.

Техническим решением, наиболее близким к заявленному изобретению, является рабочее колесо скважинного центробежного многоступенчатого насоса [2] . Указанное рабочее колесо состоит из ведущего диска, на нижней поверхности которого расположены лопасти. Первая часть верхней поверхности ведущего диска рабочего колеса, внешний радиус которой меньше радиуса ведущего диска, выполнена плоской. На периферии верхней поверхности ведущего диска рабочего колеса сформирован кольцевой выступ с размещенными на нем ребрами. Указанные ребра создают дополнительный напор за счет перемещения жидкости от оси к периферии рабочего колеса. При работе насоса в области, прилежащей к внешнему краю рабочего колеса, формируется тороидальный вихрь, повышающий устойчивость работы насоса и эффективность дробления газовых включений.

Недостатком известного рабочего колеса является то, что кольцевой выступ способствует конгломерации твердых включений пластовой жидкости между втулкой рабочего колеса и кольцевым выступом. Образовавшиеся конгломераты при их перемещении способствуют преждевременному износу рабочих органов и могут привести к заклиниванию насоса. Кроме того, при использовании известного рабочего колеса объем пространства, в котором формируется тороидальный вихрь, незначителен, в связи с чем известное рабочее колесо не обеспечивает существенное повышение устойчивости работы насоса при большом содержании свободного газа в пластовой жидкости, а также при малых расходах.

Заявленное изобретение обеспечивает устранение указанных выше недостатков наиболее близкого технического решения, а также обеспечивает при его использовании смещение тороидального вихря из области основного потока жидкости к оси вращения рабочего колеса, в связи с чем существенным образом увеличивается КПД насоса, так как уменьшается турбулентность основного потока жидкости с одновременным повышением эффективности дробления газовых включений.

Для достижения указанного выше технического результата рабочее колесо центробежного многоступенчатого насоса, содержащее ведущий диск, на нижней поверхности которого расположены лопасти рабочего колеса, а первая часть верхней поверхности, внешний радиус которой меньше внешнего радиуса ведущего диска рабочего колеса, выполнена плоской, выполнено таким образом, что вторая часть верхней поверхности ведущего диска выполнена в виде расположенного на периферии ведущего диска уступа, расстояние от поверхности которого до плоскости, в которой лежит первая часть верхней поверхности ведущего диска, уменьшается от периферии рабочего колеса до места сопряжения первой и второй частей поверхности ведущего диска, причем на уступе расположены ребра, радиус расположения боковых торцевых поверхностей которых меньше внешнего радиуса ведущего диска.

Возможно также выполнение рабочего колеса таким образом, при котором верхние поверхности ребер расположены в плоскости, в которой лежит первая часть верхней поверхности ведущего диска.

Сущность заявляемого изобретения поясняется примерами его выполнения со ссылками на чертежи.

На фиг. 1 изображено продольное сечение двух ступеней многоступенчатого центробежного насоса с закрытыми рабочими колесами, выполненными согласно изобретению, и направляющими аппаратами известной конструкции.

На фиг. 2 изображено продольное сечение двух ступеней многоступенчатого центробежного насоса с полуоткрытыми (без ведомого диска) рабочими колесами, выполненными согласно изобретению, и направляющими аппаратами известной конструкции.

На фиг. 3 представлен вид сверху рабочего колеса, выполненного согласно изобретению.

Ступень многоступенчатого центробежного насоса (фиг.1 и 2) состоит из рабочих колес и направляющих аппаратов, содержащих корпуса 2. Каждое из рабочих колес содержит втулку 1, ведущий диск 3, на нижней поверхности которого расположены лопасти 4 рабочего колеса, а также может содержать ведомый диск 5, как изображено на фиг.1, сопряженный с нижними краями лопастей 4. Первая часть 6 верхней поверхности ведущего диска 3, внешний радиус которой меньше, чем радиус рабочего колеса, определяемый как радиус боковой поверхности 7 ведущего диска или как радиус расположения боковых кромок 8 лопастей 4, выполнена плоской. Внутренний радиус первой части 6 равен внешнему радиусу втулки 1 рабочего колеса. Вторая часть верхней поверхности ведущего диска выполнена в виде уступа 14, расстояние от поверхности которого до плоскости, в которой лежит первая часть верхней поверхности ведущего диска, уменьшается от периферии рабочего колеса до места сопряжения первой и второй частей верхней поверхности ведущего диска. При этом указанное расстояние равно длине отрезка, перпендикулярного плоскости, в которой лежит поверхность части 6, соединяющего указанную плоскость с поверхностью уступа.

На уступе 14 расположены ребра 9, боковые торцевые поверхности 11 которых лежат на окружности, диаметр которой меньше диаметра ведущего диска рабочего колеса. Верхние торцевые поверхности 10 ребер 9 могут лежать в плоскости, в которой лежит первая часть 6 верхней поверхности ведущего диска. Направляющий аппарат включает верхний диск 12, выполненный в корпусе 2, и нижний диск 13, установленный на втулке 1 рабочего колеса.

Устройство работает следующим образом. При вращении рабочего колеса формируется напор жидкости или газожидкостной смеси (далее жидкости) при ее прохождении через каналы, образованные рядом расположенными лопастями, ведущими диском и ведомым диском 5 (фиг.1) или верхним диском 12 направляющего аппарата (фиг.2). К следующему за рабочим колесом направляющему аппарату жидкость поступает через кольцевой зазор между ведущим диском 3 рабочего колеса с втулкой 1 и корпусом 2 направляющего аппарата.

Жидкость, находящаяся между верхней поверхностью 6 ведущего диска 3 и нижним диском 13 направляющего аппарата, выносится в кольцевой зазор между корпусом 2 направляющего аппарата и торцевыми поверхностями 11 ребер 9. В дальнейшем при взаимодействии потоков жидкости, сформированных лопастями 4 и ребрами 9, на периферии рабочего колеса 3 формируется тороидальный вихрь, который способствует перемещению жидкости таким образом, что обеспечивается дробление газовых включений, в результате чего повышается устойчивость работы насоса, так как предотвращается возможность формирования значительных по объему газовых пробок, приводящих к срыву подачи.

В связи с тем, что тороидальный вихрь формируется в зоне, прилегающей к боковым торцевым поверхностям ребер 9, диаметр расположения которых меньше диаметра ведущего диска, повышается устойчивость тороидального вихря и уменьшается его влияние на основной поток жидкости. Увеличение объема тороидального вихря обеспечивает повышение интенсивности дробления газовых включений, а уменьшение влияния указанного вихря на основной поток жидкости снижает степень турбулентности и повышает кпд насоса. Таким образом, заявленное изобретение в отличие от известных аналогов обеспечивает возможность повышения кпд насоса с одновременным повышением устойчивости работы и срока службы.

Источники информации

1. Богданов Н.А. Погружные центробежные насосы для добычи нефти. - М.: Недра, 1968, 38-50 с.

2. Патент РФ 2138691, МПК 6 F 04 D 13/10, 1/06, 31/00 от 25.11.1997.