Погружной насос для подъема многофазной жидкости из скважин
Полезная модель относится к области насосостроения и, в частности, к погружным насосам для подъема многофазной жидкости из скважин, используемых, например, при механизированном способе добычи нефти. Технический результат заключается в создании погружного насоса, в котором в процессе его работы обеспечивается поступление смазочной жидкости в зоны трения радиальных подшипников ступеней насоса. Это позволяет увеличить срок службы насоса без усложнения его конструкции и процесса сборки. Погружной насос для подъема многофазной жидкости из скважин содержит вал с размещенными на нем ступенями. Каждая ступень содержит рабочее колесо и направляющий аппарат. Между валом и внутренней втулкой направляющего аппарата, по меньшей мере, части ступеней установлены радиальные подшипники. В теле рабочих колес, преимущественно расположенных над ступенями с радиальными подшипниками, выполнены отверстия. В процессе работы насоса часть перекачиваемой жидкости через отверстия поступает из безлопастной кольцевой камеры выходного участка рабочего колеса в зону трения рабочих поверхностей радиального подшипника. При этом на сопрягающейся поверхности, по крайней мере, одной из втулок радиального подшипника выполнены канавки. 2 з.п. ф-лы., 1 ил.
Полезная модель относится к области насосостроения, и в частности, к погружным насосам для подъема многофазной жидкости из скважин, используемых, например, при механизированном способе добычи нефти.
Известен скважинный насос, предназначенный для работы в многофазной окружающей среде, содержащий вал и множество ступеней, каждая из которых содержит рабочее колесо (крыльчатку), размещенное на валу, и направляющий аппарат (диффузор), при этом между валом и направляющими аппаратами ступеней установлены самосмазывающимися стойкие к абразивному изнашиванию радиальные керамические подшипники (см., например, описание к патенту RU №2277191 С2, МПК F16C 33/10 или F04D 29/06, от 17.06.04).
Недостаток указанного насоса заключается в том, что в процессе перекачки нефти с большим содержанием газа при вращении рабочего колеса насоса за счет центробежных сил, происходит частичное отделение газа от жидкости, так называемый «сепарационный эффект».
Отделившийся от жидкости газ скапливается у вала насоса и образует воздушную подушку в зонах пар трения. В результате радиальные подшипники, установленные на валу насоса, начинают работать в условиях сухого трения, что приводит к их перегреву, схватыванию и заклиниванию. Это, в свою очередь, снижает надежность и долговечность работы насоса.
Кроме того, использование керамических самосмазывающихся подшипников в каждой ступени насоса приводит к значительному повышению его стоимости.
Известен также центробежный насос для перекачки многофазной жидкости (см., например, патент US 5,961,282, МПК6 F01D 1/02, от 05.10.1999 г.), состоящий из ступеней, установленных на валу, каждая из ступеней содержит рабочее колесо с лопастями и направляющий аппарат с лопатками, между валом и внутренней втулкой направляющего аппарата, по меньшей мере, в одной из ступеней установлен, радиальный подшипник, в качестве смазки которого используется жидкость, поступающая в зону трения с напорного выхода насоса по специальным каналам с помощью трубок, уложенных в проточках вала.
Однако, выполнение проточек на поверхности вала приводит к его ослаблению, а наличие трубок, уложенных в проточки, усложняет конструкцию и процесс сборки насоса.
В качестве прототипа выбран погружной насос для добычи нефти, содержащий вал с размещенными на нем ступенями, каждая из которых состоит из рабочего колеса, установленного на валу, и направляющего
аппарата, при этом между валом и направляющими аппаратами, по крайней мере, части ступеней установлены радиальные подшипники (см., например, Международный транслятор «Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти», под научной редакцией В.Ю.Алекперова и В.Я.Кершенбаума, М., 1999 г., с.198-221).
Недостатком известных насосов является отсутствие циркуляционной смазки радиальных подшипников, установленных между валом насоса и направляющими аппаратами. В процессе работы насоса это приводит к сухому трению рабочих поверхностей радиальных подшипников, их перегреву и заклиниванию. Указанный недостаток снижает надежность работы насоса, особенно при перекачке пластовой жидкости (нефти) с большим содержанием газа.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в создании погружного насоса, в котором в процессе его работы обеспечивается постоянное поступление достаточного количества смазочной жидкости к радиальным подшипникам, установленными между валом насоса и направляющими аппаратами ступеней, что позволит увеличить срок службы насоса без усложнения его конструкции и процесса сборки, а также снизить стоимость изготовления.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в погружном насосе, предназначенном для работы в многофазной окружающей среде, содержащим вал с размещенными на нем ступенями, каждая из которых состоит из рабочего колеса, установленного на валу, и
направляющего аппарата, при этом между валом и направляющими аппаратами, по крайней мере, части ступеней установлены радиальные подшипники, согласно полезной модели, в теле рабочих колес выполнены отверстия, обеспечивающие переток части перекачиваемой жидкости для смазки радиальных подшипников из безлопастной кольцевой камеры на выходном участке рабочего колеса в кольцевую камеру, расположенную над верхними торцом радиального подшипника, при этом указанные отверстия выполнены, по крайней мере, в рабочих колесах, размещенных над ступенями с радиальными подшипниками.
Кроме того, на сопрягающейся поверхности, по крайней мере, одной из втулок радиального подшипника выполнены канавки.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, на котором представлено продольное сечение погружного осевого насоса в сборе с двумя ступенями.
Погружной осевой насос для подъема многофазной жидкости из скважин состоит из цилиндрического корпуса 1, вала 2 и ступеней насоса типа I и II. Каждая ступень насоса включает в себя рабочее колесо 3 и направляющий аппарат 4. Рабочее колесо 3 выполнено в виде единой детали и состоит из ступицы 5, связанной посредством соединительного диска 6 с втулкой 7, на которой размещены лопасти 8. Направляющий аппарат 4 также выполнен в виде единой детали, закреплен неподвижно в корпусе 1 и состоит из втулок 9 и 9а, между которыми расположены лопатки 10. Рабочее колесо 3, установлено на валу 2 с образованием безлопастной камеры 11, нижнего
щелевого уплотнения 12 между втулкой 7 рабочего колеса и втулкой 9 направляющего аппарата и верхнего щелевого уплотнения 13 между втулкой 7 рабочего колеса и втулкой 9 направляющего аппарата следующей ступени. Между втулкой 9 направляющего аппарата 4 и валом 2 насоса установлен радиальный подшипник 14, состоящий из внутренней втулки 15, вращающейся совместно с валом 2 и наружной втулки 16, неподвижно закрепленной в направляющем аппарате 4. При этом радиальный подшипник 14 может быть установлен как в каждой ступени насоса, так и в одной из группы ступеней, как это представлено на чертеже. В диске 6, соединяющим ступицу 5 рабочего колеса с втулкой 7, выполнены отверстия 17, обеспечивающие в процессе работы насоса переток части перекачиваемой жидкости из безлопастной кольцевой камеры 11 рабочего колеса 3 в кольцевую камеру 18, образованную нижней частью диска 6 и верхними торцами радиального подшипника 14 и втулки 9 направляющего аппарата 4.
Работает погружной осевой насос для подъема многофазной жидкости из скважин следующим образом.
Лопастное рабочее колесо 3, вращающееся с валом 2, перемещает поток жидкости в осевом направлении. Направляющий аппарат 4 с помощью выпрямляющих лопаток 10 устраняет вращательное движение жидкости, образующееся за счет закручивания ее рабочим колесом 3, и передает поток к рабочему колесу следующей ступени. При этом в безлопастной камере 11 ступени на выходном участке рабочего колеса 3 будет создаваться более высокое давление, чем давление в кольцевой камере 18. За счет перепада
давлений и под действием силы тяжести часть жидкости через зазор верхнего щелевого уплотнения 13 и отверстия 17, которые выполнены в диске 6 рабочего колеса, будет перетекать из безлопастной камеры 11 в кольцевую камеру 18, расположенную над верхним торцом радиального подшипника 14 и неподвижной поверхностью торца втулки 9 направляющего аппарата 4. Далее эта часть жидкости из кольцевой камеры 18 поступает в зону трения рабочих поверхностей втулок 15 и 16 подшипника 14. Для улучшения прохождения смазочной жидкости в радиальном подшипнике 14 цилиндрические поверхности втулок 15 и 16 могут быть выполнены с дополнительными канавками.
Таким образом, благодаря наличию отверстий 17 в теле рабочего колеса 3, а применительно к осевому насосу в соединительном диске 6, осуществляется подача смазочной жидкости в зону трения радиального подшипника и предотвращается режим сухого трения его рабочих поверхностей при работе погружного насоса в процессе подъема многофазной жидкости из скважин с высоким газовым фактором.
Кроме того, наличие отверстий 17 создает дополнительный эффект, который заключается в снижении осевых сил, действующих на рабочее колесо 3 в процессе работы насоса. Это является важными не только для случая использования радиального подшипника в каждой ступени насоса, но и при сборке насоса в сочетании ступеней I с радиальными подшипниками со ступенями II без радиальных подшипников (как показано на чертеже).
1. Погружной насос для подъема многофазной жидкости из скважин, содержащий вал и множество ступеней, каждая из которых состоит из рабочего колеса, установленного на валу, и направляющего аппарата, при этом между валом и направляющими аппаратами, по крайней мере части ступеней, установлены радиальные подшипники, состоящие из двух втулок, отличающийся тем, что в теле рабочих колес выполнены отверстия, обеспечивающие переток части перекачиваемой жидкости для смазки радиальных подшипников из безлопастной кольцевой камеры на выходном участке рабочего колеса в кольцевую камеру, расположенную над верхним торцом радиального подшипника, при этом указанные отверстия выполнены, по крайней мере, в рабочих колесах, размещенных над ступенями с радиальными подшипниками.
2. Погружной насос по п.1, отличающийся тем, что на сопрягающейся поверхности, по крайней мере, одной из втулок радиального подшипника выполнены канавки.
