Центробежная ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса
Полезная модель относится к погружным центробежным насосам, предназначенным для работы в скважинах с повышенным содержанием механических примесей, в частности к износостойким элементам в ступенях насоса, предназначенным для повышения долговечности ступеней. Центробежная ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, состоящая из закрепленного в корпусе насоса направляющего аппарата, имеющего профилированные каналы и ступицу, внутри которой установлена наружная втулка подшипника, изготовленная из твердосплавного материала, и закрепленных на валу посредством шпонки рабочего колеса, имеющего ведущий и ведомый диски, профилированные каналы, и внутренней втулки подшипника, которая размещена между валом и наружной втулкой подшипника, причем ступица направляющего аппарата изготовлена в виде втулки, которая установлена на нижнем диске направляющего аппарата со стороны входа в рабочее колесо, причем длина ступицы составляет не менее шестидесяти процентов от длины наружной втулки подшипника и не менее тридцати процентов от монтажной высоты ступени, угол наклона каждого диска направляющего аппарата к оси вращения составляет от 90° до 120°. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.
Полезная модель относится к погружным центробежным насосам, предназначенным для работы в скважинах с повышенным содержанием механических примесей, в частности к износостойким элементам в ступенях насоса, предназначенным для повышения долговечности ступеней.
Из уровня техники известна ступень погружного насоса, состоящая из закрепленного в корпусе насоса направляющего аппарата, имеющего профилированные каналы и ступицу, внутри которой неподвижно закреплена втулка с переменным диаметром, и закрепленных на валу посредством шпонки, рабочего колеса, имеющего профилированные каналы и ступицу, и промежуточной втулки с буртом, которая размещена между ступицей рабочего колеса и ступицей направляющего аппарата. Согласно изобретению (см. патент RU 2286481, МПК F04D 13/10, опубл. 27.10.2006) плоскость, в которой происходит контакт бурта промежуточной втулки и втулки направляющего аппарата, расположена внутри направляющего аппарата.
Такое техническое решение может быть использовано только в диагональных ступенях погружного насоса. В диагональных ступенях угол наклона каждого диска аппарата направляющего к оси вращения свыше ста двадцати градусов и поэтому имеется место для запрессовки наружной втулки подшипника таким образом, чтобы плоскость, в которой происходит контакт бурта промежуточной втулки и втулки направляющего аппарата, была расположена внутри направляющего аппарата.
В большинстве же погружных насосов применяют центробежные ступени. Их конструкция не позволяет использовать данное техническое решение без значительного снижения энергетических характеристик, увеличения монтажной высоты ступени или снижения надежности.
Наиболее близкой к заявленному решению по совокупности существенных признаков является ступень погружного центробежного насоса, состоящая из закрепленного в корпусе насоса направляющего аппарата, имеющего профилированные каналы и ступицу, внутри которой неподвижно закреплена втулка с переменным диаметром, и закрепленных на валу посредством шпонки рабочего колеса, имеющего профилированные каналы и ступицу, и промежуточной втулки с буртом, которая размещена между ступицей рабочего колеса и ступицей направляющего аппарата и контактирует своим буртом с торцом втулки направляющего аппарата (см. патент США 4741668, МПК F04D 29/02, опубл. 03.05.1988).
Недостатком данной ступени является недостаточная надежность. Ступица аппарата направляющего практически отсутствует, из-за чего неподвижная наружная втулка подшипника не может быть надежно запрессована. Поэтому существует вероятность проворота наружной втулки относительно аппарата, который является корпусом промежуточного подшипника. Кроме того, коэффициент температурного расширения у твердого сплава, из которого изготовлена неподвижная втулка подшипника, меньше чем у металла, из которого изготовлен направляющий аппарат. Поэтому при повышении температуры повышается вероятность проворота.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, состоит в повышении надежности работы насоса и увеличении срока его службы.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение долговечности работы насоса в скважинах с повышенным содержанием мехпримесей.
Данная задача решается за счет того, что центробежная ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, состоящая из закрепленного в корпусе насоса направляющего аппарата, имеющего профилированные каналы и ступицу, внутри которой установлена наружная втулка подшипника, изготовленная из твердосплавного материала, и закрепленных на валу посредством шпонки рабочего колеса, имеющего ведущий и ведомый диски, профилированные каналы, и внутренней втулки подшипника, которая размещена между валом и наружной втулкой подшипника, причем ступица направляющего аппарата изготовлена в виде втулки, которая установлена на нижнем диске направляющего аппарата со стороны входа в рабочее колесо, причем длина ступицы составляет не менее шестидесяти процентов от длины наружной втулки подшипника и не менее тридцати процентов от монтажной высоты ступени, угол наклона каждого диска направляющего аппарата к оси вращения составляет от 90° до 120°.
Кроме того, в наружной втулке подшипника и ступице направляющего аппарата изготовлен замок для предотвращения вращения в виде выступа и впадины.
Кроме того, на внешней стороне наружной втулки и (или) на внутренней стороне ступицы направляющего аппарата выполнены осевые канавки.
Кроме того, на торце наружной втулки подшипника выполнены канавки под углом к радиусу в диапазоне от -70 до 70°.
Кроме того, на внутренней стороне наружной втулки и (или) на наружной стороне внутренней втулки выполнена винтовая канавка.
Кроме того, наружная и внутренняя втулки подшипника имеют осевую опору в виде Т-образного бурта.
Кроме того, на ведущем диске рабочего колеса изготовлен кольцевой выступ, внутренний диаметр которого равен внешнему диаметру Т-образного бурта наружной втулки подшипника, высота выступа составляет не менее половины высоты Т-образного бурта и уменьшается по направлению от центра к периферии
Кроме того, в направляющем аппарате изготовлен бурт, в который торцевой стороной упирается наружная втулка подшипника.
Кроме того, лопатки направляющего аппарата на выходе касаются ступицы, их длина в месте касания составляет не менее 60% от длины ступицы.
Указанное соотношение длин втулки подшипника и ступицы направляющего аппарата (длина ступицы составляет не менее шестидесяти процентов от длины наружной втулки подшипника и не менее тридцати процентов от монтажной высоты ступени) позволит для центробежных ступеней, в которых угол наклона каждого диска направляющего аппарата к оси вращения составляет от 90° до 120°, и которые по количеству типоразмеров составляют более 70% от всех погружных насосов, обеспечить надежную запрессовку наружной втулки подшипника, исключить вероятность проворота наружной втулки подшипника относительно направляющего аппарата, являющегося корпусом промежуточного подшипника.
Выполнение замка в виде выступа и впадины в наружной втулке подшипника и ступице направляющего аппарата позволяет снизить усилия запрессовки наружной втулки подшипника, и при этом исключить вероятность проворота наружной втулки подшипника относительно аппарата, который является корпусом промежуточного подшипника. Также эта конструктивная особенность позволяет исключить вероятность проворота при высоких температурах.
Выполнение на внешней стороне наружной втулки и (или) на внутренней стороне ступицы направляющего аппарата осевых канавок увеличивает коэффициент трения за счет наличия режущих острых кромок и позволяет снизить вероятность проворота.
Канавки на торце наружной втулки подшипника, выполненные под углом к радиусу в диапазоне от -70 до 70°, обеспечивают отвод тепла от осевой пары трения, и за счет этого повышается ресурс работы подшипника.
Винтовая канавка на внутренней стороне наружной втулки и (или) на наружной стороне внутренней втулки позволит эффективно отводить механические примеси из радиальной пары трения.
Изготовление на ведущем диске рабочего колеса кольцевого выступа, позволяет сделать проточную часть плавной и сократить потери на вихреобразование.
Если высота лопаток на выходе из направляющего аппарата составляет не менее 60% от длины ступицы, то в этом случае лопатки играют роль ребер жесткости и повышают прочность и надежность конструкции.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, где
на фиг.1 представлен общий вид центробежной ступени погружного насоса,
на фиг.2, вариант конструкции с Т образным подшипником.
на фиг.3 внутренняя втулка подшипника,
на фиг.4 наружная втулка подшипника с осевыми канавками,
на фиг.5 наружная втулка подшипника с винтовой канавкой.
Центробежная ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса состоит из закрепленного в корпусе 1 насоса направляющего аппарата 2, имеющего профилированные каналы 3 и ступицу 4, и закрепленных на валу 5 посредством шпонки 6 рабочего колеса 7, имеющего ведущий и ведомый диски, профилированные каналы 8, и внутренней втулки 9 подшипника, которая размещена между валом 5 и наружной втулкой 10 подшипника. Наружная втулка 10 подшипника, изготовленная из твердосплавного материала, установлена внутри ступицы 4. В соответствии с предлагаемым техническим решением, ступица 4 направляющего аппарата 2 изготовлена в виде втулки, которая установлена на нижнем диске направляющего аппарата 2 со стороны входа в рабочее колесо 7. Длина L ступицы 4 составляет не менее шестидесяти процентов от длины L1 наружной втулки 10 подшипника и не менее тридцати процентов от монтажной высоты L2 ступени. Угол наклона каждого диска направляющего аппарата 2 к оси вращения составляет от 90° до 120°.
В наружной втулке 10 подшипника и ступице 4 направляющего аппарата 2 выполнен замок 11 в виде впадины и выступа соответственно. На внешней стороне наружной втулки 10 и (или) на внутренней стороне ступицы 4 направляющего аппарата 2 выполнены осевые канавки 12.
По варианту исполнения, наружная 10 и внутренняя 9 втулки подшипника имеют осевую опору 14 в виде Т-образного бурта.
По варианту исполнения, на торце 14 наружной втулки подшипника 10 могут быть выполнены канавки под углом к радиусу в диапазоне от -70 до 70°.
На внутренней стороне наружной втулки 10 и (или) на наружной стороне внутренней втулки 9 выполнена винтовая канавка 13.
На ведущем диске рабочего колеса 7 изготовлен кольцевой выступ 15, внутренний диаметр которого равен внешнему диаметру Т-образного бурта 14 наружной втулки 10 подшипника. На ступице 4, в направляющем аппарате 2 изготовлен кольцевой упор 16, в который торцевой стороной упирается наружная втулка 10 подшипника.
Лопатки направляющего аппарата 2 на выходе касаются ступицы 4, их длина в месте касания составляет не менее 60% от длины ступицы 4.
Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса работает следующим образом.
При вращении вала 5 через шпонку 6 приводится во вращение рабочее колесо 7, в результате чего жидкость, проходящая через его профилированные каналы 8, приобретает напор в виде давления и кинетической энергии. Кинетическая энергия преобразуется в давление при прохождении жидкости через профилированные каналы 3 смежного направляющего аппарата 2, неподвижно закрепленного в корпусе 1 насоса.
Радиальные силы, действующие на вал 5, воспринимаются промежуточным подшипником, который состоит из втулок 9 и 10. За счет того, что ступица 4 направляющего аппарата длиной не менее шестидесяти процентов от длины наружной втулки 10 подшипника и не менее тридцати процентов от монтажной высоты ступени, изготовлена в виде втулки и установлена на нижнем диске направляющего аппарата 2 со стороны входа в рабочее колесо 7, при чем угол наклона каждого диска направляющего аппарата к оси вращения составляет от 90° до 120°, обеспечивается надежная запрессовка наружной втулки 10 подшипника, исключается вероятность проворота наружной втулки 10 подшипника относительно направляющего аппарата 2, являющегося корпусом промежуточного подшипника. Выполнение на внешней стороне наружной втулки 10 и (или) на внутренней стороне ступицы 4 направляющего аппарата 2 осевых канавок 12 увеличивает коэффициент трения за счет наличия режущих острых кромок и позволяет снизить вероятность проворота.
По варианту исполнения осевые силы, действующие на рабочее колесо 8 воспринимаются осевыми опорами в виде буртов 14.
Для увеличения ресурса работы подшипника, на торце, по крайней мере, одного из буртов 14 выполняются канавки под углом к радиусу от -70 до 70°, которые обеспечивают отвод тепла от осевой пары трения.
Винтовая канавка 13 на внутренней стороне наружной втулки 10 и (или) на наружной стороне внутренней втулки 9 позволит эффективно отводить механические примеси из радиальной пары трения.
Изготовление на ведущем диске рабочего колеса 7 кольцевого выступа 15, позволяет сделать проточную часть плавной и сократить потери на вихреобразование.
Если высота лопаток на выходе из направляющего аппарата 2 составляет не менее 60% от длины ступицы, то в этом случае лопатки играют роль ребер жесткости и повышают прочность ступицы 4 и соответственно надежность конструкции промежуточного подшипника в ступени.
Ступень погружного центробежного насоса, изображенная на Фиг.2, работает аналогичным образом, но с той разницей, что замок 11, выполненный в виде выступа и впадины в наружной втулке 10 подшипника и ступице 4 направляющего аппарата 2, позволяет снизить усилия запрессовки наружной втулки 10 подшипника, и при этом исключить вероятность ее проворота относительно направляющего аппарата 2, который является корпусом промежуточного подшипника. Также эта конструктивная особенность позволяет исключить вероятность проворота при высоких температурах.
Кольцевой упор 16 позволяет исключить выпадение втулки 10 в осевом направлении.
1. Центробежная ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, состоящая из закрепленного в корпусе насоса направляющего аппарата, имеющего профилированные каналы и ступицу, внутри которой установлена наружная втулка подшипника, изготовленная из твердосплавного материала, и закрепленных на валу посредством шпонки рабочего колеса, имеющего ведущий и ведомый диски, профилированные каналы, и внутренней втулки подшипника, которая размещена между валом и наружной втулкой подшипника, отличающаяся тем, что ступица направляющего аппарата изготовлена в виде втулки, которая установлена на нижнем диске направляющего аппарата со стороны входа в рабочее колесо, причем длина ступицы составляет не менее 60% от длины наружной втулки подшипника и не менее 30% от монтажной высоты ступени, угол наклона каждого диска направляющего аппарата к оси вращения составляет от 90° до 120°.
2. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что в наружной втулке подшипника и ступице направляющего аппарата изготовлен замок для предотвращения вращения в виде выступа и впадины.
3. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что на внешней стороне наружной втулки и (или) на внутренней стороне ступицы направляющего аппарата выполнены осевые канавки.
4. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что на внутренней стороне наружной втулки и (или) на наружной стороне внутренней втулки выполнена винтовая канавка.
5. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что наружная и внутренняя втулки подшипника имеют осевую опору в виде Т-образного бурта.
6. Ступень по п.6, отличающаяся тем, что на ведущем диске рабочего колеса изготовлен кольцевой выступ, внутренний диаметр которого равен внешнему диаметру Т-образного бурта наружной втулки подшипника, высота выступа составляет не менее половины высоты Т-образного бурта и уменьшается по направлению от центра к периферии.
7. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что в направляющем аппарате, на ступице изготовлен кольцевой упор, в который торцевой стороной упирается наружная втулка подшипника.
8. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что лопатки направляющего аппарата на выходе касаются ступицы, их длина в месте касания составляет не менее 60% от длины ступицы.
