ступень центробежного многоступенчатого насоса открытого типа

Формула изобретения

1. Ступень центробежного многоступенчатого насоса открытого типа, содержащая рабочее колесо и направляющий аппарат, отличающаяся тем, что со стороны открытых кромок лопастей рабочего колеса на направляющем аппарате установлены вспомогательные лопатки, а проточный канал ступени снабжен измельчителями вихрей.

2. Ступень центробежного многоступенчатого насоса по п.1, отличающаяся тем, что измельчители вихрей выполнены в виде кольцевых выступов в проточном канале ступени.

3. Ступень центробежного многоступенчатого насоса по п.1, отличающаяся тем, что измельчители вихрей выполнены в виде опорных шайб, установленных в кольцевые проточки лопастей рабочих колес и лопаток направляющих аппаратов.

4. Ступень центробежного многоступенчатого насоса по п.2, отличающаяся тем, что кольцевой выступ в проточном канале рабочего колеса наименьшего диаметра выполнен в виде осевой опоры рабочего колеса и снабжен радиальными каналами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к центробежным многоступенчатым насосам и может использоваться для добычи нефти, воды и других жидкостей из скважин.

Известны ступени центробежных многоступенчатых насосов, включающие направляющий аппарат и рабочее колесо открытого типа по книге: Богданов А.А. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти (расчет и конструкция). Издательство «НЕДРА», Москва 1968 г., стр.110-122.

Основной недостаток этих ступеней заключается в том, что между нижними и верхними кромками лопастей и дисками направляющих аппаратов существуют зазоры. В результате зазоров из-за разности давления на входе перекачиваемой жидкости в рабочее колесо и выходе из него создается циркуляция жидкости. Это приводит к снижению напора ступени и коэффициента полезного действия.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ступень погружного центробежного многоступенчатого насоса, известная по патенту RU 2209345 С2, МПК⁶ F04D 13/10, F04D 31/00 от 06.22.2001 г., включающая направляющий аппарат и открытое рабочее колесо с лопастями на нижней поверхности ведущего диска. Основной недостаток этой ступени заключается в том, что между нижней кромкой лопастей и верхней поверхностью верхнего диска направляющего аппарата существует зазор не менее 2 мм. Давление перекачиваемой жидкости на выходе из рабочего колеса выше, чем давление на входе в него, и часть жидкости в зазоре по поверхности диска возвращается на вход. Затем эта жидкость опять перекачивается к выходу. Таким образом создается вихревое движение жидкости. Толщина вихря зависит от величины зазора и может перекрывать значительную площадь лопастей, затыкая проходное сечение канала рабочего колеса. Это приводит к снижению напора ступени и коэффициента полезного действия.

Задачей изобретения является получение технического результата, выражающегося в повышении напора и коэффициента полезного действия ступени центробежного многоступенчатого насоса открытого типа.

Указанная задача в конструкции ступени центробежного многоступенчатого насоса открытого типа, содержащей рабочее колесо и направляющий аппарат, решается тем, что со стороны открытых кромок лопастей рабочего колеса на направляющем аппарате установлены вспомогательные лопатки, а проточный канал ступени снабжен измельчителями вихрей, которые выполнены в виде кольцевых выступов в проточном канале ступени или в виде опорных шайб, установленных в кольцевые проточки лопастей рабочих колес и лопаток направляющих аппаратов, причем кольцевой выступ в проточном канале рабочего колеса наименьшего диаметра выполнен в виде осевой опоры рабочего колеса и снабжен радиальными каналами.

Проведенный научно-технический анализ предложения и уровня техники свидетельствует о том, что предлагаемое техническое решение для специалиста не следует явным образом из уровня техники, при этом признаки изложенной совокупности взаимосвязаны, находятся в причинно-следственной связи с ожидаемым результатом и являются необходимыми и достаточными для его получения.

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображен вариант ступени центробежного многоступенчатого насоса открытого типа с измельчителем вихрей в виде кольцевых выступов;

на фиг.2 изображен вариант ступени центробежного многоступенчатого насоса открытого типа с измельчителем вихрей в виде опорных шайб;

на фиг.3 изображен вариант ступени центробежного многоступенчатого насоса открытого типа со вспомогательными лопатками, установленными на направляющем аппарате со стороны открытых кромок лопастей рабочего колеса;

на фиг.4 изображен вариант ступени центробежного многоступенчатого насоса открытого типа с кольцевым выступом, выполненным в виде осевой опоры рабочего колеса.

Вариант ступени (см. фиг.1) содержит открытый направляющий аппарат 1 и открытое рабочее колесо 2, установленное на валу 3. В проточном канале ступени выполнены измельчители вихрей в виде кольцевых выступов, например, 4, 5, 6. В процессе вращения вала 3 с рабочим колесом 2 создается разность давлений перекачиваемой жидкости на входе в рабочее колесо 2 и его выходе, а также на входе в направляющий аппарат 1 и его выходе. В связи с этим перекачиваемая жидкость (показано пунктирной линией) с входа рабочего колеса 2 поступает (показано стрелками) на его выход, а затем на вход направляющего аппарата 1 и далее на его выход. Так как на выходе рабочего колеса 2 давление выше, чем на его входе, то часть жидкости из-за наличия зазора между открытой кромкой лопасти и сопряженной с ней стенкой стремится возвратиться к входу. При этом жидкость натыкается на кольцевые выступы 4 и 5. В результате вместо одного большого вихря возникают два небольших вихря 7 (показано пунктирной линией). Количество и размер вихрей зависит от количества кольцевых выступов. На образование меньших по размеру вихрей расходуется меньше энергии. При этом меньшие по размеру вихри в меньшей степени перекрывают проточный канал ступени. Это приводит к повышению напора и коэффициента полезного действия ступени. Аналогичный процесс имеет место и в направляющем аппарате 1.

Измельчители вихрей могут быть выполнены в виде опорных шайб 8, установленных в кольцевые проточки лопастей рабочих колес 2 или лопаток направляющих аппаратов 1 (фиг.2). Шайбы 8 могут служить также в качестве осевых опор рабочего колеса 2.

Повышению напора способствуют также вспомогательные лопатки 9 (см. фиг.3) на направляющем аппарате 1, установленные со стороны открытых кромок лопастей рабочего колеса. Обладая кинетической энергией, часть жидкости 10, раскрученная в проточном канале рабочего колеса 2, ударяется о вспомогательные лопатки 9 и теряет кинетическую энергию, которая преобразуется в энергию давления. В результате напор, создаваемый рабочим колесом 2, возрастает.

Кольцевой выступ 4 в проточном канале рабочего колеса 2 наименьшего диаметра (см. фиг.4) может быть выполнен в виде осевой опоры рабочего колеса 2 и иметь радиальные каналы 11 для прохода перекачиваемой жидкости.

Таким образом, изобретение позволяет получить технический результат, выражающийся в повышения напора и коэффициента полезного действия ступени центробежного многоступенчатого насоса открытого типа.