устройство многоступенчатого насоса

Формула изобретения

Устройство многоступенчатого насоса, содержащего корпус, центробежные колеса, направляющие аппараты, вал, радиальные и осевые подшипники, отличающееся тем, что в устройстве центробежные колеса снабжены закрепленными на стенке направляющими аппаратами, выполненными из пластин, закрученных к центру по эвольвенте, дополнительно центробежные колеса снабжены расположенными между ними уплотнительными кольцами, выполненными в виде радиальных подшипников, взаимодействующих с корпусом, осевые и радиальные подшипники между валом и корпусом установлены на входе и выходе из насоса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к погружным многоступенчатым центробежным насосам для добычи нефти из скважин и может быть использовано при новом проектировании рентабельных износостойких насосов для малодебитных скважин взамен станков - качалок.

Известны устройства многоступенчатых насосов, содержащие набор ступеней, собранных в цилиндрическом корпусе и состоящих из рабочих колес и направляющих аппаратов, имеющих расточки в цапфах, служащие радиальными опорами для ротора насоса (патент RU 2249129 С2, 27.03.2005).

Недостатком известных насосов являются ограниченные функциональные возможности.

Известно устройство многоступенчатого насоса, содержащего корпус, центробежные колеса, направляющие аппараты, вал, осевые и радиальные подшипники (патент RU 2250393 С2, 20.04.2005).

Недостатком известного многоступенчатого насоса являются ограниченные функциональные возможности, ограниченная рентабельность из-за ускоренного абразивного износа радиальных подшипников.

Повышенный вынос в стареющих скважинах механических частиц как природного характера, так и ржавчины, образующейся на внутренних поверхностях обсадных колонн, приводит к ускоренному абразивному износу радиальных подшипников погружных установок электроцентробежных насосов.

Процесс изнашивания имеет лавинообразный характер. За малую часть общего времени эксплуатации насосная установка теряет дебит настолько, что дальнейшее использование установки становится нерентабельным, и она требует ремонта.

Задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить поддержание характеристик насосных установок более длительное время в условиях повышенного содержания механических примесей в откачиваемой жидкости.

Технический результат достигается тем, что в устройстве многоступенчатого насоса, содержащем корпус, центробежные колеса, направляющие аппараты, вал, радиальные и осевые подшипники, согласно изобретению центробежные колеса снабжены закрепленными на стенке направляющими аппаратами, выполненными из пластин, закрученных к центру по эвольвенте, дополнительно центробежные колеса снабжены расположенными между ними уплотнительными кольцами, выполненными в виде радиальных подшипников, взаимодействующих с корпусом, осевые и радиальные подшипники между валом и корпусом установлены на входе и выходе из насоса.

В предложенном устройстве многоступенчатого насоса усовершенствована компоновка, изменены радиальные подшипники. В результате применения радиальных опор между корпусом и ротором в зазорах, в которых нет перетока абразивной жидкости, обеспечиваются износостойкость и долговечность.

В настоящее время нет ни одной конструкции, ни отечественных, ни зарубежных погружных центробежных многоступенчатых насосов, в которых износ радиальных подшипников не приводил бы к потере устойчивости вала.

Предлагаемое техническое решение при использовании в производстве позволит увеличить запас устойчивости ротора и положительно изменит нежелательный процесс образования на валу стоячих волн за счет увеличения жесткости ротора.

На фиг.1 изображено устройство многоступенчатого насоса, общий вид на входе в насос.

На фиг.2 условно изображен основной комплект элементов многоступенчатого насоса.

Многоступенчатый насос имеет вал 1, шпонку 2 на валу, направляющий аппарат 3, кольцо из полиуретана 4, центробежное колесо 5, боковую стенку центробежного колеса 6, корпус насоса 7, решетку 8, осевые подшипники 9, обойму 10 и втулку 12 радиального подшипника, гайку 11, разрезное стопорное кольцо 13.

Устройство многоступенчатого насоса выполнено следующим образом. В кольцевую канавку вала устанавливают разрезное стопорное кольцо 13, в шпоночную канавку - долевую шпонку 2. Бронзовую втулку 12 радиального подшипника 10 устанавливают до упора на разрезное стопорное кольцо 13, а на торец втулки - решетку 8. В кольцевую канавку решетки 8 устанавливают кольцо из полиуретана 4, которое своим бортиком взаимодействует с канавкой центробежного колеса 5, как уплотнение, а наружной поверхностью взаимодействует с корпусом 7 в качестве радиального подшипника. Направляющий аппарат 3 устанавливают в центробежное колесо 5, располагают кольцо из полиуретана 4, взаимодействующее с корпусом 7. Центробежное колесо имеет боковую стенку 6 с направляющим аппаратом 3. Последовательное расположение центробежных колес 5 и радиальных подшипников 4 в виде уплотнительных колец обеспечивает герметичный внутренний канал для прохода откачиваемой жидкости, исключает зазор между элементами и корпусом 7. Определенное расчетное количество элементов в наборе завершают решеткой 8. Затем в корпус с той и другой стороны на решетки 8 устанавливают диски осевых подшипников 9, на обоймы 10 радиальных подшипников устанавливают гайки 11, которыми уплотняют весь пакет элементов 3, 4, 5, 8, обеспечивая свободное скольжение осевых подшипников 9. Вал 1 многоступенчатого насоса и корпус 7 соединяют на входе с валом и корпусом погружного электродвигателя, а корпус 7 на выходе соединяют с насосно-компрессорными трубами (НКТ). Электрокабель от электродвигателя прокладывают по НКТ и крепят клямсами до выхода его на поверхность через фонтанную арматуру.

Предложенное устройство многоступенчатого насоса представляет собой неподвижный корпус 7, в котором с возможностью относительного вращения установлены центробежные колеса 5 и направляющие аппараты 3 с радиальными подшипниками 4.

Работа многоступенчатого насоса заключается в следующем. Перед запуском многоступенчатый насос в скважине должен быть расположен ниже динамического уровня жидкости. При включении электродвигателя центробежные колеса дают направленный к периферии поток откачиваемой жидкости. Движение жидкости в радиальном направлении создает в центральной части рабочего колеса разрежение, в результате чего подсасывается жидкость.

Преобразование кинетической энергии, сообщаемой жидкости рабочим колесом, в потенциальную происходит в направляющем аппарате каждой ступени, причем за счет центростремительных сил увеличивается напор откачиваемой жидкости.

В сравнении с известным базовым объектом УЭЦН предложенное устройство многоступенчатого насоса имеет расширенные функциональные возможности за счет упрощения конструкции, повышения износостойкости, улучшения рентабельности. В предлагаемой конструкции исключены радиальные подшипники, подверженные абразивному износу. Центробежное колесо изготавливается из пластмассы, что позволяет использовать упрощенную пресс-форму или штамп. Направляющий аппарат выполнен из металлической пластины, закрученной к центру центробежного колеса по эвольвенте. Передний конец пластины закреплен на стенке 6. Упрощается сборка элементов насоса. Повышенная износостойкость достигается за счет формирования абразивного потока жидкости внутри рабочих элементов и исключения перетока жидкости по зазорам в радиальных подшипниках. В зазор между корпусом и рабочими элементами абразивная жидкость не проникает благодаря плоским осевым подшипникам скольжения 9. Центробежные колеса и направляющие аппараты образуют канал для протока откачиваемой абразивной жидкости без карманов, где могли бы накапливаться твердые частицы.

Рабочие элементы под действием осевых нагрузок плотно прилегают друг к другу по торцевым плоскостям и представляют собой на валу жесткий ротор. Это обстоятельство значительно изменяет амплитуду стоячих волн на валу, уменьшает вибрационные нагрузки на электродвигатель и установку в целом. Упрощение конструкции рабочих элементов позволяет повысить рентабельность установки, сократить эксплуатационные расходы, улучшить ремонтопригодность, расширить функциональные возможности.

В известной УЭЦН в нефтедобывающей скважине происходит попадание свободного газа с откачиваемой жидкостью, что приводит к уменьшению подачи и напора. При высоком значении газосодержания работа УЭЦН становится неустойчивой и приводит к срыву подачи насоса. Не используется полезная работа газа при подъеме пластовой жидкости в НКТ, так как большей частью газ направляется сепаратором в затрубное пространство.

Предложенное устройство многоступенчатого насоса позволяет откачивать жидкость с высоким содержанием газа за счет прямоточного канала без карманов в рабочих элементах. При повышенном газосодержании пластовой жидкости используют конический насос, что практически не требует капитальных дополнительных затрат и заключается в оптимальной компоновке различных типов центробежных колес. Проточная часть элементов многоступенчатого насоса меняется в соответствии с изменением параметров перекачиваемой газожидкостной среды. Оптимальный конический насос должен включать примерно до трех пакетов различных типов центробежных колес: пакет самой большой производительности, далее по потоку перемещаются центробежные колеса промежуточной и меньшей производительности.

Принцип оптимальной компоновки конического насоса из располагаемого набора центробежных колес при заданном дебите скважины и газосодержании на входе может быть основан на минимизации потребляемой насосом мощности.

Предложенное устройство многоступенчатого насоса может быть использовано при новом проектировании износостойких рентабельных насосов для малодебитных нефтяных скважин взамен дорогостоящих станков - качалок.

Использование установки в производстве позволит получить положительный технико-экономический эффект. Устройство многоступенчатого насоса найдет широкий спрос на рынке РФ и за рубежом.