Двухфазный насос-смеситель

Предлагается двухфазный насос-смеситель, применяющийся в агрегатах для приготовления смеси для осуществления технологического процесса гидравлического разрыва пласта на нефтяных и газовых месторождениях. Известен двухфазный насос-смеситель с вертикальным расположением ведущего вала в составе агрегата для приготовления смеси. Известное устройство содержит корпус с кольцевой камерой смешения, размещенное в нем рабочее колесо в виде диска с двухсторонним расположением лопастей на его торцевых поверхностях, ведущий вал жестко соединенный с рабочим колесом и шнеком для подачи сыпучего компонента. Такое выполнение устройства отличается интенсивным износом торцев лопастей рабочего колеса и не обеспечивает длительную эксплуатацию рабочего колеса. В предлагаемом устройстве двухфазного насоса-смесителя на лопастях со стороны подвода сыпучего компонента закреплен покрывающий диск с импеллерами на его периферийной части, что устраняет влияние абразивного износа лопастей на работоспособность рабочего колеса. 3 илл.

Предлагаемая полезная модель «Двухфазный насос-смеситель» относится к области устройств, используемых в агрегатах для приготовления смеси жидких и сыпучих компонентов и предварительного подъема давления, закачиваемого в скважину продукта, в составе комплекса для гидравлического разрыва пластов на нефтяных и газовых месторождениях.

Ближайшим аналогом заявляемой полезной модели является двухфазный насос-смеситель по патенту RU 2215193 С1 от 21.03.2002 г., содержащий корпус с патрубками подвода сыпучего и жидкого компонентов, кольцевой камерой смешения компонентов и патрубком отвода приготовленной смеси, размещенный в корпусе приводной вал с закрепленными на нем шнеком и рабочим колесом с лопастями на торцевых поверхностях колеса для подачи сыпучего и жидкого компонентов, соответственно.

Недостатком аналога является низкий ресурс рабочего колеса, что вызвано установкой торцев лопастей рабочего колеса, предназначенных для подачи сыпучего компонента, относительно корпуса с технологическим зазором. В условиях абразивной среды это вызывает интенсивный износ смежных поверхностей. Вследствие износа торцев лопастей и смежной поверхности корпуса увеличиваются перетечки жидкости между соседними межлопастными каналами по торцевому зазору, снижается противодавление, создаваемое лопастями подачи сыпучего компонента, которое должно препятствовать проникновению жидкости в патрубок для подвода сыпучего компонента. Если износ достигает предельного уровня, то жидкость поступает в патрубок, для подвода сыпучего компонента, и рабочее колесо подлежит замене или ремонту.

Известны устройства насосов для перекачки жидкостей, в которых для повышения давления используются рабочие колеса с лопастями, оснащенными покрывающими дисками. При необходимости, на периферийной части

покрывающих дисков выполняются импеллеры (А.Н.Шерстюк «Насосы, вентиляторы, компрессоры», М., 1972, с.24-25).

Целью предлагаемого технического решения является повышение срока службы рабочего колеса насоса-смесителя и оптимизация технологии приготовления смеси.

Эта цель достигается благодаря тому, что в двухфазном насосе-смесителе, содержащем корпус с патрубками подвода сыпучего и жидкого компонентов, камерой смешения и патрубком отвода приготовленной смеси, размещенный в корпусе приводной вал с жестко закрепленными на нем шнеком и рабочим колесом с лопастями на торцевых поверхностях со стороны подвода сыпучего и жидкого компонентов, соответственно, - в нем на лопастях рабочего колеса со стороны подвода сыпучего компонента закреплен покрывающий диск с образованием замкнутых полостей между лопастями, при этом на периферийной части покрывающего диска выполнены импеллеры.

Предлагаемая полезная модель «Двухфазный насос-смеситель» представлена на: фиг.1 - продольный разрез насоса, фиг.2 - вид на рабочее колесо со стороны подвода сыпучего компонента, фиг.3 - сечение рабочего колеса.

Насос-смеситель содержит корпус 1, патрубки 2 и 3 подвода, соответственно, сыпучего и жидкого компонентов, камеру смешения 4, патрубок 5 отвода приготовленной смеси, размещенный в корпусе приводной вал 6 с закрепленными на нем шнеком 7 и рабочим колесом 8, снабженным лопастями 10 и 11, соответственно, со стороны подвода сыпучего и жидкого компонентов, и покрывающий диск 12 с импеллерами 13, закрепленный на лопастях 10, с образованием замкнутых полостей 14 между лопастями. Между диском и корпусом предусмотрен технологический зазор «А».

Устройство работает следующим образом. Рабочее колесо 8 со шнеком 7 приводятся во вращение жестко связанным с ними приводным валом 6. Сыпучий компонент смеси за счет взаимодействия со шнеком 7 и под действием собственного веса приобретает скорость в направлении лопастей 10 рабочего колеса 8 и через патрубок 2 поступает в камеру смешения 4 корпуса 1. Жидкий компонент через патрубок 3 поступает к лопастям 11 рабочего колеса 8, которые

сообщают ему необходимую энергию, увеличивая скорость и давление. В камере смешения 4 жидкость перемешивается с сыпучим компонентом. Полученная смесь отводится по патрубку 5. Давление и расход приготовленной смеси регулируются изменением частоты вращения приводного вала 6.

Вследствие того, что при вращении рабочего колеса 8 в камере смешения 4 лопастями 11 подачи жидкого компонента создается избыточное давление, жидкость вытесняется не только в патрубок 5 отвода приготовленной смеси, ной в каналы между лопастями 10 рабочего колеса 8.

Отличительной особенностью предложенного технического решения является то, что межлопастные каналы лопастей 10 со стороны подвода сыпучего компонента изолированы друг от друга покрывающим диском 12 с образованием замкнутых полостей 14, которые исключают перетечки жидкости между лопастями независимо от степени износа элементов конструкции рабочего колеса 8. Поступающая из камеры смешения 4 жидкость попадает в замкнутый контур межлопастного канала, и вращается вместе с рабочим колесом 8. Это способствует повышению эффективности противодействия лопастей колеса поступлению жидкости в патрубок 2 подвода сыпучего компонента, так как известно, что колеса центробежных насосов с покрывающим диском развивают большее давление, чем колеса с открытыми межлопастными каналами (без покрывающего диска).

Уплотнение торцевой поверхности покрывающего диска 12 и корпуса 1 осуществлено счет воздействия на жидкость импеллеров 13, выполненных на периферийной части покрывающего диска 12. Импеллеры 13 создают противодавление жидкости, поступающей из камеры смешения 4 в зазор «А». Проникновению жидкости в патрубок подвода сыпучего компонента препятствуют также силы вязкого трения жидкости, возникающие при относительном перемещении торцевой поверхности колеса в щелевом зазоре «А» между корпусом и покрывающем диском, создающие дополнительное гидравлическое сопротивление.

Двухфазный насос-смеситель, содержащий корпус с патрубками подвода сыпучего и жидкого компонентов, камеру смешения и патрубок отвода приготовленной смеси, размещенный в корпусе приводной вал с жестко закрепленными на нем шнеком и рабочим колесом с лопастями на торцевых поверхностях со стороны подвода сыпучего и жидкого компонентов, соответственно, отличающийся тем, что в нем на лопастях рабочего колеса со стороны подвода сыпучего компонента закреплен покрывающий диск с образованием замкнутых полостей между лопастями, при этом на периферийной части диска выполнены импеллеры.