Рабочее колесо погружного центробежного насоса
Техническое решение относится к области машиностроения и может быть использовано в рабочем органе погружного центробежного насоса, предназначенного для подъема жидкости из скважин. Рабочее колесо погружного центробежного насоса, содержит ступицу с ведущим диском и ведомый диски, имеющий диаметр больший, чем ведущий диск. Между ведущим и ведомым дисками установлены лопатки, которые образуют проточную часть и выполнены на выходном участке с внешней кромкой, параллельной оси вращения рабочего колеса. Направляющая кромка ведомого диска рабочего колеса по периферии выполнена профилированной с началом закругления, при котором расстояние между крайними точками ведущего и ведомого дисков на выходном участке рабочего колеса равно высоте лопатки в проточной части. Это обеспечивает снижение гидравлических потерь и повышение напора без уменьшения КПД погружного центробежного насоса. 1 п. ф-лы, 1 ил.
Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в качестве рабочего органа погружного центробежного насоса, предназначенного для подъема жидкости из скважины.
Известно рабочее колесо погружного электронасосного агрегата, в котором радиально расположенные закрытые проточные каналы, за счет поворота своих выходных отверстий обеспечивают разворот потока перекачиваемой жидкости из радиального направления в осевое, что повышает напор насосного агрегата (см., например, патент RU №2122653, МПК6 F04D 13/08, от 09.04.1998).
Недостатком указанного технического решения является то, что рабочее колесо в данном случае предназначено для работы в насосе без направляющего аппарата и имеет каналы проточной части выполненные радиально-конфузорными. Это приводит к увеличению сопротивления потоку, снижению всасывающей способности насоса и к гидравлическим потерям. Кроме того, конструктивное решение известного рабочего колеса
предусматривает выполнение малого количества проточных каналов, что приводит к увеличению массы колеса.
Перечисленные недостатки снижают надежность и КПД погружного центробежного насоса, а в случае его использования для подъема газожидкостной смеси, например, при добыче нефти из скважин, содержащийся в перекачиваемой жидкости попутный газ, приводит к неустойчивой работе насоса вплоть до срыва его подачи.
Известна ступень погружного многоступенчатого насоса, в которой рабочее колесо насоса, содержит ведущий диск с закругленным профилем по периферии, ведомый диск, выполненный с большим диаметром, чем ведущий диск и, установленные между дисками, лопатки, образующие диффузорные каналы проточной части рабочего колеса и имеющие на выходном участке внешнюю кромку, параллельную оси вращения рабочего колеса (см., например, патент RU №2269032, МПК6 F04D 13/10, от 22.04.1992). В известной ступени поворот потока перекачиваемой жидкости из радиального направления в осевое обеспечивается за счет того, что лопатки рабочего колеса выполнены с выходными участками, выступающими за внешнюю кромку ведущего диска, которые образуют круговую решетку. Однако такое выполнение увеличивает массу рабочего колеса и усложняет технологию его изготовления.
Технический результат, достигаемый при реализации предложенной полезной модели, состоит в повышении напора рабочего колеса без
снижения КПД, а так же снижении массы и упрощении технологии изготовления.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в рабочем колесе погружного центробежного насоса, содержащем ступицу с ведущим диском, ведомый диск, имеющий диаметр больший, чем ведущий диск, лопатки, установленные между дисками, образующие проточную часть рабочего колеса и выполненные на выходном участке с внешней кромкой, параллельной оси вращения рабочего колеса, согласно полезной модели, направляющая кромка ведомого диска рабочего колеса по периферии выполнена профилированной с началом закругления, при котором расстояние между крайними точками ведущего и ведомого дисков на выходном участке рабочего колеса равно высоте лопатки в проточной части.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, на котором представлен продольный разрез рабочего колеса,
Рабочее колесо погружного центробежного насоса состоит из ступицы 1, посредством которой рабочее колесо размещено на валу 2 насоса, ведущего диска 3 и ведомого диска 4. Причем ведомый диск 4 выполнен с большим диаметром, чем ведущий диск 3. Между дисками 3 и 4 установлены лопатки 5, образующие проточную часть рабочего колеса и имеющие внешнюю кромку СВ, которая параллельна оси вращения рабочего колеса. На выходном участке рабочего колеса внутренняя кромка 6 ведущего диска 3 выполнена с закруглением, а периферийная часть направляющей кромки 7 ведомого диска 4 выполнена профилированной. Радиус закруглений R_vn
внутренней кромки 6 ведущего диска 3 и радиус закругления R_nar профиля периферийной части направляющей кромки 7 ведомого диска 4 определены исходя из минимизации потерь напора при переходе жидкости из радиального направления движения в осевое по аналогии движения жидкости в изогнутых трубах и каналах (см., например, И.Е.Идельчик «Справочник по гидравлическим сопротивлениям», 3-е издание, М., Машиностроение, 1992 г., с.257-269). Исходя из представленных в указанной литературе рекомендаций, для рабочего колеса погружного центробежного насоса радиус закругления R_nar профиля периферийной части направляющей кромки 7 ведомого диска 4, определен его отношением к высоте лопатки b, и выбран в пределах R_nar/b=1,4÷1,5. Начало закругления этого радиуса определено в точке А таким образом, чтобы расстояние (DB) от крайней точки D ведущего диска 3 до крайней точки В ведомого диска 4 на выходном участке рабочего колеса было равно высоте лопатки b в проточной части. Это обеспечивает более рациональное распределение радиальной и осевой составляющих скорости потока на выходном участке рабочего колеса, что, в свою очередь, приводит к уменьшению потерь напора за счет снижения потерь на удар и трение при взаимодействии перекачиваемой жидкости со стенками и входными кромками лопаток направляющего аппарата, куда поток жидкости поступает с выхода рабочего колеса (на чертеже не показано). При этом угол 
, образованный пересечением внешней кромки СВ лопатки 5 с касательной к направляющей кромке 7 ведомого диска 4 в крайней точке В должен быть
близок к 30°, а отношение радиуса закругления R_vn периферийной части внутренней кромки 6 ведущего диска 3 к высоте лопатки b должено находиться в пределах R_vn/b=0,6÷0,8.
Работа рабочего колеса погружного центробежного насоса осуществляется следующим образом.
При вращении вала 2 насоса жидкость поступает в радиальный участок проточной части рабочего колеса, образованной лопатками 5. Под действием вращающихся лопаток 5 жидкость приобретает скорость и давление. Далее на выходном участке рабочего колеса по направляющей кромке 7 ведомого диска 4 поток жидкости переходит из радиального направления движения в осевое. Поскольку направляющая кромка 7 выполнена профилированной с началом закругления (точка А), при котором расстояние BD между крайней точкой В ведомого диска 4 и крайней точкой D ведущего диска 3 равно высоте b лопатки 5 в проточной части, то переход потока перекачиваемой жидкости на выходе рабочего колеса из радиального направления в осевое и вход его в направляющий аппарат происходит с меньшими потерями на удар и трение, что обеспечивает повышение напора без уменьшения КПД.
При этом, выполнение направляющей кромки ведомого диска профилированной по периферии, являющейся простой технологической операцией, приводит к упрощению процесса изготовления рабочего колеса. А выполнение лопаток, по сравнению с прототипом, не выходящими за внешнюю кромку ведущего диска, обеспечивает снижение массы рабочего колеса.
Рабочее колесо погружного центробежного колеса, содержащее ступицу с ведущим диском, ведомый диск, имеющий больший диаметр, чем ведущий диск, лопатки, установленные между дисками, образующие проточную часть и выполненные на выходном участке с внешней кромкой, параллельной оси вращения рабочего колеса, отличающееся тем, что направляющая кромка ведомого диска рабочего колеса по периферии выполнена профилированной с началом закругления, при котором расстояние между крайними точками ведущего и ведомого дисков на выходном участке рабочего колеса равно высоте лопатки в проточной части.
