Ступень погружного электроцентробежного насоса - RU162686U1

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).

Известен 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, кл. F04D 1/06, F04D 13/10, опубл. 10.01.01).

Данная конструкция имеет оптимальные параметры при подаче 50 м³/сут ± 10%.

Погружной электроцентробежный насос (далее - ЭЦН) имеет рабочий диапазон подач (номинальная подача ±10%), в котором он работает эффективно, с высокими значениями напора и КПД. Для каждого диапазона подач рабочие органы насоса, направляющий аппарат и рабочее колесо, имеют определенную форму (геометрию). В номенклатурном ряду у каждого производителя погружного оборудования имеются ЭЦН с различными рабочими диапазонами.

Ступень насоса ЭЦНАКИ5А-25 производства «Алнас» при номинальной подаче 25 м³/сут имеет напор 4,4 м и КПД 27,5%.

Ступень насоса Centurionpump 400 series производства «BakerHuges» при подаче 25 м³/сут имеет напор 4,8 м и КПД 34%.

Ступень насоса ODIpump 400 series производства «BakerHuges» при подаче 25 м³/сут имеет напор 6,1 м и КПД 30%.

Ступень насоса ЭЦНДП5А-25 производства «Борец» при номинальной подаче 25 м³/сут имеет напор 6,9 м и КПД 37%.

Ступень насоса ВНН5А-25 производства «Новомет» при номинальной подаче 25 м³/сут имеет напор 7,5 м и КПД 33%.

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 25 м³/сут.

Указанная техническая 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 пяти, а количество лопаток направляющего аппарата - трем.

Отношение расстояния между ведущим диском колеса и покрывным диском направляющего аппарата к диаметру лопаточного покрывного диска составляет не менее 0,04.

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 0,25 до 0,55, и имеет угол входа в интервале от 8° до 17° и угол выхода в интервале от 13° до 23°, отношение высоты лопасти рабочего колеса к диаметру ведомого диска находится в интервале от 0,03 до 0,05.

Каждая лопатка направляющего аппарата выполнена с переменным средним радиусом, причем переменный радиус лопатки выбран в диапазоне, в котором отношение минимального среднего радиуса лопатки и максимального среднего радиуса лопатки к диаметру лопаточного покрывного дискав интервале от 0,03 до 0,55, каждая лопатка имеет угол входа в интервале от 0° до 10° и коэффициент стеснения на выходе направляющего аппарата в диапазоне от 0,5 до 0,7, отношение высоты лопатки к диаметру лопаточного покрывного диска находится в диапазоне от 0,03 до 0,05.

По варианту исполнения каждая лопатка направляющего аппарата выполнена с переменным средним радиусом, плавно уменьшающимся от входа направляющего аппарата к выходу.

Полезная модель поясняется фигурами (чертежами), 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 установлены рабочее колесо 1 и лопаточный покрывной диск 7. 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 пяти, а количество лопаток 9 направляющего аппарата - трем. Отношение расстояния А между ведущим диском 4 колеса и покрывным диском 7 направляющего аппарата к диаметру D_a не менее 0,04.

Каждая лопасть 6 рабочего колеса 1 (фиг. 2) выполнена с переменным средним радиусом R₁ 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, отношение которого к диаметру D_к ведомого диска 5 находится в диапазоне от 0,25 до 0,55. Каждая лопасть 6 имеет угол входа β₁ в интервале от 8° до 17° и угол выхода β₂ в интервале от 13° до 23°. Отношение высоты лопасти 6 к диаметру D_к ведомого диска 5 находится в диапазоне от 0,03 до 0,05.

Каждая лопатка 9 направляющего аппарата 2 (фиг. 3) выполнена с переменным средним радиусом R₂. Переменный радиус R₂ лопатки 9 выбран в диапазоне, в котором отношение минимального среднего радиуса r_min лопатки 9 и максимального среднего радиуса r_max лопатки 12 к диаметру D_a лопаточного покрывного диска 7 находится в диапазоне от 0,03 до 0,55. Каждая лопатка 9 имеет угол входа α₁ в интервале от 0° до 10° и коэффициент стеснения ψ на выходе направляющего аппарата 2 в диапазоне от 0,5 до 0,7. Коэффициент стеснения ψ (коэффициент стеснения потока на выходе направляющего аппарата) рассчитывается по следующей формуле:

t - шаг лопаток;

σ - толщина выходной кромки лопатки.

Отношение высоты лопатки 6 к диаметру D_а находится в диапазоне от 0,03 до 0,05.

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 5А габарите (диаметр насоса 103 мм), имеет улучшенные технико-эксплуатационные характеристики на номинальной подаче 25 м³/сут: напор 7,3 м и КПД 38%. И тем самым превосходит по напору или КПД или по обоим параметрам одновременно известные насосы 5А габарита, рассчитанные на номинальные подачи 25 м³/сут.

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 25 м³/сут с высокими значениями напора и КПД.

Реферат

1. Ступень погружного 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, причем лопаточный покрывной диск направляющего аппарата установлен со стороны задней поверхности ведущего диска рабочего колеса, на ведущем диске рабочего колеса выполнен лопаточный венец, отличающаяся тем, что количество лопастей рабочего колеса равно пяти, а количество лопаток направляющего аппарата - трем, отношение расстояния между ведущим диском колеса и покрывным диском направляющего аппарата к диаметру лопаточного покрывного диска составляет не менее 0,04, 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 0,25 до 0,55 и имеет угол входа в интервале от 8° до 17° и угол выхода в интервале от 13° до 23°, отношение высоты лопасти рабочего колеса к диаметру ведомого диска находится в интервале от 0,03 до 0,05, каждая лопатка направляющего аппарата выполнена с переменным средним радиусом, 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 интерв

Формула

2. Ступень погружного электроцентробежного насоса по п. 1, отличающаяся тем, что каждая лопатка направляющего аппарата выполнена с переменным средним радиусом, плавно уменьшающимся от входа направляющего аппарата к выходу.