Ступень погружного электроцентробежного насоса - RU169497U1

Чертежи

Описание

Полезная модель относится к машиностроению (гидро- и электромашиностроению) и может быть использована в насосных установках, приспособленных для работы в буровых скважинах (установках погружных электронасосов для добычи нефти).

Известна ступень электроцентробежного насоса, состоящая из рабочего колеса, установленного на валу и выполненного в виде ведущего диска, а также 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. Лопаточный покрывной диск направляющего аппарата установлен со стороны задней поверхности ведущего диска рабочего колеса. Количество лопастей рабочего колеса равно десяти, а количество лопаток направляющего аппарата - одиннадцати. Отношение расстояния между ведущим диском колеса и покрывным диском направляющего аппарата к диаметру лопаточного покрывного диска составляет не менее 0,03. Каждая лопасть рабочего колеса выполнена с постоянным средним радиусом, отношение которого к диаметру ведомого диска находится в диапазоне от 0,9 до 2,2 и имеет угол входа в интервале от 20° до 30° и угол выхода в интервале от 50° до 60°, при этом лопасть выступает за внутренний диаметр покрывного диска не более чем на 35% от длины лопасти, отношение высоты лопасти рабочего колеса к диаметру ведомого диска находится в интервале от 0,09 до 0,11, а на входе и выходе рабочего колеса на участке до 35% от длины лопасти отношение высоты лопасти рабочего колеса к диаметру ведомого диска находится в интервале от 0,12 до 0,13. Каждая лопатка направляющего аппарата выполнена с переменным средним радиусом, плавно уменьшающимся от входа направляющего аппарата к выходу, причем переменный радиус лопатки выбран в диапазоне, в котором отношение минимального среднего радиуса лопатки и максимального среднего радиуса лопатки к диаметру лопаточного покрывного диска в интервале от 0,19 до 0,29, каждая лопатка имеет угол входа в интервале от 8° до 16° и угол выхода в интервале от 60° до 75°, отношение высоты лопатки к диаметру лопаточного покрывного диска находится в диапазоне от 0,07 до 0,08 (по патенту RU 160105, опубл. 10.03.16).

Ступень с указанными геометрическими параметрами имеет оптимальные параметры при подаче 160 м³/сут±10% при условии, что погружной насос выполнен в 5-ом габаритном размере (диаметр корпуса насоса 92 мм).

Наиболее близким техническим решением является многоступенчатый центробежный насос, содержащий ступень, выполненную 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. Лопаточный покрывной диск направляющего аппарата установлен со стороны задней поверхности ведущего диска рабочего колеса, цилиндрическая обойма направляющего аппарата выполнена с кольцеобразной стенкой, расположенной поперечно. Внутри цилиндрической обоймы установлены рабочее колесо и лопаточный покрывной диск, а лопатки закреплены в направляющем аппарате между кольцеобразной стенкой цилиндрической обоймы и лопаточным покрывным диском. Рабочее колесо и направляющий аппарат имеют определенные геометрические параметры (по патенту RU 2161737, опубл.10.01.01).

Ступень центробежного насоса данной конструкции при подаче 45 м³/сут имеет напор 4,4 м и КПД 48%.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение технико-эксплуатационных качеств, увеличение значений напора и КПД ступени ЭЦН.

Техническим результатом, который достигается в результате решения указанной выше задачи, является получение высоких значений напора и КПД ступени ЭЦН при номинальной подаче 45 м³/сут.

Указанная задача решается следующим образом. Ступень погружного электроцентробежного насоса состоит из рабочего колеса, установленного на валу и выполненного в виде ведущего диска, а также 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, на ведущем диске рабочего колеса выполнен лопаточный венец, количество лопастей рабочего колеса равно семи, а количество лопаток направляющего аппарата - восьми.

Отношение расстояния между ведущим диском колеса и покрывным диском направляющего аппарата к диаметру лопаточного покрывного диска составляет не менее 0,007.

Каждая лопасть рабочего колеса выполнена с переменным средним радиусом, увеличивающимся от входа рабочего колеса к выходу, причем переменный радиус лопасти выбран в диапазоне, в котором отношение минимального среднего радиуса лопасти и максимального среднего радиуса лопасти к диаметру ведомого диска находится в интервале от 0,3 до 0,45, и имеет угол входа в интервале от 14° до 22° и угол выхода в интервале от 17° до 25°, отношение высоты лопасти рабочего колеса к диаметру ведомого диска находится в интервале от 0,045 до 0,055.

Каждая лопатка направляющего аппарата выполнена с переменным средним радиусом, плавно уменьшающимся от входа направляющего аппарата к выходу, причем переменный радиус лопатки выбран в диапазоне, в котором отношение минимального среднего радиуса лопатки и максимального среднего радиуса лопатки к диаметру лопаточного покрывного диска находится в интервале от 0,1 до 0,5, каждая лопатка имеет угол входа в интервале от 6° до 14° и угол выхода в интервале от 86° до 94°, отношение высоты лопатки к диаметру лопаточного покрывного диска находится в диапазоне от 0,07 до 0,08.

Полезная модель поясняется фигурами, на которых изображено:

фиг. 1 - последовательно установленные ступени центробежного насоса, продольный разрез;

фиг. 2 - рабочее колесо;

фиг. 3 - направляющий аппарат.

Ступень погружного электроцентробежного насоса (фиг. 1) состоит из рабочего колеса 1 и направляющего аппарата 2. Рабочее колесо 1 установлено на валу 3 и выполнено в виде ведущего диска 4, ведомого покрывного диска 5 и лопастей 6. Лопасти 6 закреплены между ведущим диском 4 и ведомым покрывным диском 5. Направляющий аппарат 2 выполнен в виде лопаточного покрывного диска 7, цилиндрической обоймы 8 и лопаток 9. Цилиндрическая обойма 8 выполнена с кольцеобразной стенкой 10, расположенной поперечно. Внутри цилиндрической обоймы 8 установлено рабочее колесо 1. Лопатки 9 закреплены в направляющем аппарате 2 между кольцеобразной стенкой 10 цилиндрической обоймы 8 и лопаточным покрывным диском 7. На ведущем диске 4 выполнен лопаточный венец 11.

Количество лопастей 6 рабочего колеса 1 равно семи, а количество лопаток 9 направляющего аппарата - восьми. Отношение расстояния А между ведущим диском 4 колеса и покрывным диском 7 направляющего аппарата к диаметру D_a не менее 0,007.

Каждая лопасть 6 рабочего колеса 1 (фиг. 2) выполнена с переменным средним радиусом R_ЛК, увеличивающимся от входа рабочего колеса 1, расположенного ближе к центру ведущего диска 4, к выходу рабочего колеса 1, расположенного ближе к периферии ведущего диска 4. Переменный радиус R_ЛКлопасти 6 выбран в диапазоне, в котором отношение минимального среднего радиуса r_ЛКmin и максимального среднего радиуса r_ЛКmax лопасти 6 к диаметру D_Kведомого диска 5 находится в диапазоне от 0,3 до 0,45. Каждая лопасть 6 имеет угол входа β₁ в интервале от 14° до 22° и угол выхода β₂ в интервале от 17° до 25°. Отношение высоты Н_ЛК лопасти 6 к диаметру D_K ведомого диска 5 находится в диапазоне от 0,045 до 0,055.

Каждая лопатка 9 направляющего аппарата (фиг. 3) выполнена с переменным средним радиусом R_ЛА, плавно увеличивающимся от выхода направляющего аппарата 2, расположенного ближе к центру лопаточного покрывного диска 7, к входу направляющего аппарата 2, расположенного ближе к периферии лопаточного покрывного диска 7. Переменный радиус R_ЛА лопатки 9 выбран в диапазоне, в котором отношение минимального среднего радиуса r_ЛАmin лопатки 9 и максимального среднего радиуса r_ЛАmax лопатки 12 к диаметру D_Aлопаточного покрывного диска 7 находится в диапазоне от 0,1 до 0,5. Каждая лопатка 9 имеет угол входа α₁ в интервале от 6° до 14° и угол выхода α₂ в интервале от 86° до 94°. Отношение высоты Н_ЛА лопатки 6 к диаметру D_A находится в диапазоне от 0,07 до 0,08.

Как показали исследования, если вышеперечисленные геометрические параметры рабочего колеса 1 и направляющего аппарата 2 выполнены в указанных диапазонах, то удается решить поставленную задачу с достижением технического результата.

Испытания показали, что заявленная ступень ЭЦН, выполненная в 5 габарите (диаметр насоса 92 мм), имеет улучшенные технико-эксплуатационные характеристики на номинальной подаче 45 м³/сут: напор 5,6 м и КПД 50%.

Характеристики были получены на ступени, изготовленной по технологии литья в песчаные формы. При использовании других технологий, например, литья по выжигаемым, выплавляемым, газифицированным моделям, прессованием из металлического порошка и др., возможно получение более высоких характеристик.

Таким образом, решения, используемые в полезной модели, позволили создать ступень с номинальной подачей 45 м³/сут с высокими значениями напора и КПД.

Реферат

Полезная модель относится к электромашиностроению и может быть использована в установках погружных электронасосов для добычи нефти.Ступень погружного электроцентробежного насоса состоит из рабочего колеса, установленного на валу и выполненного в виде ведущего диска, а также 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, на ведущем диске рабочего колеса выполнен лопаточный венец, количество лопастей рабочего колеса равно семи, а количество лопаток направляющего аппарата - восьми.Отношение расстояния между ведущим диском колеса и покрывным диском направляющего аппарата к диаметру лопаточного покрывного диска составляет не менее 0,007.Каждая лопасть рабочего колеса выполнена с переменным средним радиусом, увеличивающимся от входа рабочего колеса к выходу, причем переменный радиус лопасти выбран в диапазоне, в котором отношение минимального среднего радиуса лопасти и максимального среднего радиуса лопасти к диаметру ведомого диска находится в интервале от 0,3 до 0,45 и имеет угол входа в интервале от 14° до 22° и угол выхода в интервале от 17° до 25°, отношение высоты лопасти рабочего колеса к диаметру ведомого диска находится в интервале от 0,045 до 0,055.Каждая лопатка направляющего аппарата выполнена с переменным средним радиусом, плавно уменьшающимся от входа направляющего аппарата к выходу, причем переменный радиус

Формула