Многоступенчатый центробежный электронасос

Изобретение относится к гидродинамике и предназначено для добычи нефти и воды из глубоких скважин. Задачами изобретения являются уменьшение металлоемкости, энергоемкости,повышение КПД, увеличение межремонтного периода работы электронасоса, а также увеличение диапазона подачи насоса. Поставленная задача достигается тем, что замедлители насоса,установленные на валу с рабочим колесом, одновременно выполняют роль несущей радиальной и осевой опор, а также выполняют функцию направляющего аппарата. Сущность изобретения заключается в том, что многоступенчатый центробежный насос, включающий корпус насоса,вал, сетку, основание, ловильную головку, рабочие колеса, направляющие аппараты (ступени),причем входные и выходные углы лопастей рабочих колес и лопаток направляющих аппаратов выполнены по всей высоте двойной кривизны, направляющий аппарат выполнен сборноразборным, состоящий из покрывного диска, втулки с пазами и лопатками двойной кривизны, где между ступенями установлены замедлители, состоящие из втулок, внутри которых расположены диски, кольца с ограничителями, несущие шайбы с выступами, а между кольцом и диском укороченные лопатки, а по всей длине вала насоса симметрично расположены лыски, а внутренняя поверхность ступиц рабочих колес выполнена с симметрично расположенными клиновыми шпонками, основание и сетка насоса выполнены конусообразно, а замедлители - съемными. Заявленный многоступенчатый центробежный электронасос может быть промышленно применен для добычи нефти и воды.US-A-5033937 ИСМАИЛОВ ФАХРАДДИН САТТАР ОГЛЫ; СУЛЕЙМАНОВ БАГИР АЛЕКПЕР ОГЛЫ; МИРЗАЛИЕВ АКИФ НАМАЗАЛИ ОГЛЫ (AZ) 016802 Изобретение относится к гидродинамике и предназначено для добычи нефти и воды из глубоких скважин. Одним из видов современного оборудования, предназначенного для добычи нефти, являются многоступенчатые центробежные электронасосы. Они должны обеспечивать эксплуатацию нефтяных скважин малого диаметра и большой глубины и длительную безотказную работу в жидкостях, содержащих коррозионные элементы и механические примеси, преимущественно в виде песка и соли, а температура откачиваемой жидкости в некоторых скважинах доходит до 120 С. Известны многоступенчатые центробежные электронасосы, состоящие из корпуса, вала, ступени,скользящих подшипников, сетки, основания, ловильной головки. Ступень насоса выполнена из рабочего колеса, установленного на валу и выполненного в виде ведущего диска, ведомого покрывного диска и лопастей, которые закреплены между передней поверхностью ведущего диска и ведомым покрывным диском, и из направляющего аппарата, выполненного в виде лопаточного покрывного диска, цилиндрической обоймы и лопаток, причем лопаточный покрывной диск направляющего аппарата установлен со стороны задней поверхности ведущего диска рабочего колеса [1]. Как известно, при движении жидкостей или твердых веществ по криволинейной траектории имеет место некоторое ускорение. Однако это ускорение настолько мало, что его можно считать практически инерциальным, так как ускорение, получаемое жидкостью только при криволинейной траектории по длине лопаток и лопастей, очень мало. При вращении рабочего колеса поток жидкости в колесе движется по одинаковым криволинейным траекториям, определяемым формой лопасти. Выходящая из рабочего колеса жидкость направляется в направляющий аппарат, который помещается в корпусе насоса. Направляющий аппарат предназначен для уменьшения скорости жидкости, выходящей из рабочего колеса, т.е. для преобразования кинетической энергии жидкости в потенциальную энергию [2]. Основными недостатками этих электронасосов являются применение плавающих рабочих колес, которые свободно перемещаются на валу и шпонке в осевом направлении в пределах зазора между двумя направляющими аппаратами. При работе насоса рабочие колеса опираются на опорные бурты направляющих аппаратов, в результате чего осевые усилия от рабочих колес передаются на направляющие аппараты и на корпус насоса, однако, при работе насоса в скважинах из-за наличия в пластовой жидкости коррозионно-активных элементов и механических примесей происходит прихват рабочих колес и в этом случае суммарная осевая сила, действующая на рабочие колеса, передается на вал насоса и воспринимается осевыми опорами насоса, таким образом, происходит износ опор насоса и это влияет на срок службы насоса; нестабильность напорной характеристики, узкий диапазон подач, невысокий КПД центробежного насоса и напора во всем рабочем диапазоне, повышенная энергоемкость, металлоемкость и трудоемкость при изготовлении и ремонте насоса. Наиболее близким к изобретению является многоступенчатый центробежный электронасос [3], состоящий из корпуса насоса, вала, сетки, основания, ловильной головки, ступени (рабочего колеса и направляющего аппарата) и скользящих подшипников. Ступень насоса выполнена из рабочего колеса, установленного на валу и выполненного в виде ведущего диска, ведомого покрывного диска и лопастей и из направляющего аппарата, выполненного в виде лопаточного покрывного диска, цилиндрической обоймы и лопаток, причем лопаточный покрывной диск направляющего аппарата установлен со стороны задней поверхности ведущего диска рабочего колеса. Лопасти рабочих колес и лопатки направляющих аппаратов имеют оптимальную конфигурацию поверхности по всей высоте тока линии движущейся жидкости, а также входные и выходные углы лопаток и лопастей по всей высоте изготавливаются двойной кривизны (трех- или четырехкратная кривизна по всей высоте). Направляющие аппараты изготавливаются из трех частей, в первую часть входят лопатки двойной кривизны с дисками, во вторую часть входят диски с втулкой, а в третью часть входит специальная втулка с пазами. При помощи пазов первая и вторая часть вставляются в третью часть. Двойная кривизна в лопастях по всей высоте позволяет увеличить энергию движения жидкости. Это достигается за счет того, что в рабочем колесе каждая частица жидкости участвует одновременно в трех (а не в двух, как обычно в цилиндрических или наклонно-цилиндрических формах) движениях: перемещается вдоль (по длине) лопасти, вращается вместе с колесом со скоростью, равной окружной скорости колеса, а также перемещается поперек (по высоте) лопасти с плавным равномерным изменением углов по всей высоте лопастей. Но надо отметить, что двойная кривизна по всей высоте лопастей изготавливается не прямолинейно, а с криволинейными траекториями, что влияет на ускорение движения жидкости. Положение жидкости в направляющем аппарате не зависит от пути, а определяется только начальным и конечным положениями жидкости в пространстве. Преимущество изготовления направляющих аппаратов из трех отдельных частей состоит в том, что это дает возможность изготовить входные и выходные углы лопаток по всей высоте с двойной кривизной, а также совместно с дисками. С другой стороны, это дает возможность изготовить специальную втулку с пазами. При входе жидкости в направляющий аппарат скорость-1 016802 жидкости больше, чем давление, а при выходе жидкости из направляющего аппарата давление больше,чем скорость жидкости. Основными недостатками этого электронасоса являются: 1) повышенная металлоемкость, энергоемкость, трудоемкость при изготовлении электронасоса за счет использования литейных цехов и их дорогостоящих оборудований; 2) высокая себестоимость электронасоса за счет низкого массового производства ступеней и очень сложная технология производства; 3) низкий КПД электронасоса и напора, узкий диапазон подачи и нестабильность напорной характеристики; 4) повышенная масса электронасоса; 5) высокая монтажная высота ступеней; 6) низкий межремонтный период работы электронасоса за счет малого количества используемых осевых и радиальных опор. Задачами изобретения являются снижение металлоемкости, энергоемкости и трудоемкости, себестоимости электронасоса; повышение КПД и напора электронасоса; увеличение межремонтного периода работы электронасоса; увеличение диапазон подачи и стабилизирование напорной характеристики электронасоса; уменьшение массы насоса; уменьшение монтажной высоты ступеней. Поставленная задача достигается тем, что многоступенчатый центробежный электронасос, состоящий из корпуса, вала, ступени (рабочего колеса и направляющего аппарата), сетки, основания, ловильной головки, входные и выходные углы лопастей рабочих колес лопаток направляющих аппаратов выполнены по всей высоте двойной кривизны, направляющий аппарат выполнен сборно-разборным, состоит из покрывного диска, втулки с пазами и лопастями двойной кривизны, причем между ступенями установлены замедлители, состоящие из втулок, внутри которых расположены диски, кольца с ограничителями, несущие шайбы с выступами, а между кольцом и диском - укороченные лопатки, а по всей длине вала насоса симметрично расположены лыски, основание и сетка насоса выполнены конусообразно, замедлители выполнены съемными. Замедлители насоса, выполненные в виде втулок, внутри которых расположены диски, кольца с ограничителями, несущие шайбы с выступами, а между кольцом и диском установлены укороченные лопатки, одновременно исполняют роль несущей радиальной и осевой опоры насоса. Кроме радиальных и осевых опор они выполняют еще роль направляющего аппарата, а изготовление замедлителей сборно-разборным дает возможность выполнить входные и выходные углы лопаток по всей высоте двойной кривизной, а также совместно с дисками. С другой стороны, это дает возможность готовить специальную втулку с пазами, при помощи которых кольца с ограничителями вставляются во втулку, а ограничители, выполненные в кольце, не дают возможность замедлителю менять свое положение относительно оси вала насоса, несущие шайбы с выступами выполняют роль осевой опоры, так как при работе насоса создаются большие осевые усилия, действующие на рабочие колеса, а они опираются на шайбы с выступами. При износе шайб они легко разбираются и заменяются новыми и это дает возможность при износе одного из них быстро заменить их без изготовления нового замедлителя. Выступы,имеющиеся в шайбе, позволяют жидкости свободно проникать во внутрь замедлителя и это дает возможность охладить кольца с ограничителями, которые также выполняют роль радиальной опоры при вращении вала насоса. Направляющие аппараты, а именно лопаточный покрывной диск, цилиндрическая обойма с пазами и лопатками изготавливаются съемными, и это позволяет при износе одного из них быстро заменить их без изготовления нового направляющего аппарата. Надо отметить, что рабочие колеса выполнены из ведущего и ведомого диска, а между ними расположены лопасти. Внутренняя поверхность ступиц рабочих колец изготавливается с симметрично расположенными клиновыми шпонками. Рабочие колеса изготовлены не цельными, а из двух частей, благодаря этому входные и выходные углы лопастей возможно изготовить по всей высоте двойной кривизной. По всей длине вала насоса симметрично расположены лыски, а концы вала вместо шлицев выполнены квадратной формы, что способствует уменьшить диаметр вала на 15%. Кроме того, шлицы проверяют на смятие и на срез. Обычно ср (напряжение на срез) значительно меньше, чем см (напряжение на смятие). Тонкий и длинный вал, испытывая осевое усилие в несколько сотен килограммов, при вращении теряет свою прямолинейность и стремится принять волнообразную форму. При этом создаются дополнительные радиальные нагрузки и ускоряется износ радиальных опор вала, а также ступиц рабочих колес и соответствующих поверхностей направляющих аппаратов. Основание и сетка насоса выполнены конусообразно. Преимущество изготовления основания и сетки такой конфигурации дает возможность увеличить межремонтный период электронасоса при работе на старых сильно обводненных скважинах с большим содержанием механических примесей (песок, глина, соль). При всасывании жидкости электронасосом механические примеси за счет силы тяжести и конусности основания не блокируют сетку, а стекают вниз скважины и тем самым не засоряют отверстия сетки. Таким образом, благодаря тому, что замедлители, рабочие колеса и направляющие аппараты изго-2 016802 тавливаются без применения литейного цеха, достигается возможность снизить себестоимость насоса, в несколько раз повысить производство ступеней, а также ликвидировать радиальное биение вала и увеличить межремонтный период работы электронасоса. Изложенная сущность изобретения поясняется чертежами, где показано: на фиг. 1 - многоступенчатый центробежный электронасос; на фиг. 2 - конструкция направляющего аппарата; на фиг. 3 - конструкция рабочего колеса; на фиг. 4 - конструкция замедлителя. Многоступенчатый центробежный электронасос состоит из корпуса насоса 1, направляющих аппаратов 2, рабочих колес 3, замедлителя 4, вала 5, сетки 6, основания 7 и ловильной головки 8. Направляющий аппарат 2 состоит из двух отдельных частей. Первая и вторая части состоят из лопаток 9, втулки с пазами 11 и диска 10. Рабочее колесо состоит из ведущего 12 и ведомого диска 13. Между этими дисками расположены лопасти 14. Внутренняя поверхность ступиц рабочих колес изготавливается с симметрично расположенными клиновыми шпонками 20. Замедлитель 4 состоит из втулки 15,диска 16, кольца с ограничителями 17 и несущей шайбы 18, между диском и кольцом установлены укороченные лопатки 19. Вал насоса 5 по всей длине имеет симметрично расположенные лыски. Концы вала 5 выполнены квадратной формы. Сетка 6 и основание 7 выполнены конусообразно. Ловильная головка 8 имеет внутреннюю резьбу, при помощи которой они соединяются с насосно-компрессорными трубами. Рабочие колеса 3 и направляющие аппараты 2 смонтированы на одном валу 5, который радиально поддерживается замедлителями 4. Ступицы рабочих колес 3 в осевом направлении, касаясь друг друга, опираются также на замедлители 4. Монтируемые на вал 5 рабочие колеса 3, направляющие аппараты 2 и замедлители 4 с определенным количеством ступеней образуют пакет ступеней. Этот пакет ступеней насаживают в корпус насоса 1 при помощи лебедки. Основание 7 и вал 5 насоса при помощи муфты соединены с погружным электродвигателем, который не показан на фиг. 1. Внутренняя поверхность муфты с одной стороны изготавливается со шлицами для соединения с гидрозащитой, а далее - с электродвигателем, с противоположной стороны изготавливается квадратной формы для соединения с валом насоса. Устройство работает следующим образом: при вращении вала 5 крутящий момент передается от вала 5 к рабочим колесам 3 при помощи клиновый шпонки, в результате чего жидкость нагнетается в каналы, образованные лопастями 14 рабочего колеса 3, и направляется от оси насоса к его периферии. Жидкость, проходя между лопастями, вращается ими и под действием центробежных сил выбрасывается в неподвижные лопатки 9 направляющего аппарата 2, вследствие чего скорость жидкости снижается, а ее давление еще более увеличивается. Таким же образом, жидкость, проходя между лопастями 14, вращается ими и под действием центробежных сил выбрасывается в неподвижные лопатки 19 замедлителя 4, вследствие чего скорость жидкости снижается, а ее давление еще более увеличивается. При работе насоса осевые и радиальные силы воспринимаются замедлителями 4. В течение 2 лет (2010-2011) такая конструкция погруженных насосов работает на старых обводненных скважинах Азербайджана с большим содержанием мехпримесей (до 4,5 г/л). Надо отметить, что при большом количестве замедлителей подача насоса снижается, а при уменьшенном количестве замедлителей подача насоса возрастает и тем самым можно менять подачу насоса. Такая конструкция насоса работает в основном в малодебитных скважинах. Наиболее успешно заявленный многоступенчатый центробежный электронасос может быть промышленно применен для использования в качестве скважинного насоса для добычи нефти. Литература. 1. Патент SU-А-1008503; Патент FR-А-2575235;SU-А-1786295; Патент 2270666, США, НКИ 703-87, Deep Well Pump A/Arutunoff/Reda Pump Company172, 761. заяв. 4.11.37; опуб. 20.01.42 г. Патент РФ 2133878, МКИ F04D 13/06. Погружной многоступенчатый насос. М.В. Выдрина; Г.А. Штенникова; Ю.Л. Семенов и др., 97119549/06, заяв. 25.11.97 г.; опуб. 27.07.99 г., Бюл.21. 2. А.А. Багданов "Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти", М.: "Недра", 1968 г., с. 48-60. 3. Евразийский патент 009266; заявка 200700866. "Скважинный центробежный электронасос". ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Многоступенчатый центробежный электронасос, включающий корпус насоса, вал, сетку, основание, ловильную головку, рабочие колеса, направляющие аппараты (ступени), причем входные и выходные углы лопастей рабочих колес и лопаток направляющих аппаратов выполнены по всей высоте двойной кривизны, направляющий аппарат выполнен сборно-разборным, состоит из покрывного диска, втулки с пазами и лопатками двойной кривизны, отличающийся тем, что между ступенями установлены замедлители, состоящие из втулок, внутри которых расположены диски, кольца с ограничителями, несущие шайбы с выступами, а между кольцом и диском - укороченные лопатки, а по всей длине вала насоса симметрично расположены лыски, а внутренняя поверхность ступиц рабочих колес выполнена с симметрично расположенными клиновыми шпонками, основание и сетка насоса выполнены конусообразно. 2. Электронасос по п.1, отличающийся тем, что замедлитель выполнен съемным.