Рабочее колесо ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса
Техническое решение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при создании погружных центробежных насосов, предназначенных для добычи нефти из скважин. Рабочее колесо ступени погружного центробежного многоступенчатого насоса, содержит ведущий и ведомый диски с размещенными между ними основными лопатками. На периферийной части боковой поверхности ведущего диска на одинаковом угловом расстоянии относительно друг друга размещены дополнительные лопатки. Ведущий диск в зоне размещения дополнительных лопаток выполнен с плавно увеличивающейся толщиной в сторону выходного участка рабочего колеса с образованием верхней кромки ведущего диска в результате пересечения наружной цилиндрической поверхности ведущего диска с его боковой поверхностью со стороны дополнительных лопаток. При этом верхняя кромка ведущего диска представляет собой либо участок торцевой поверхности в плоскости, параллельной боковой поверхности диска, совпадающей по высоте с высотой дополнительных лопаток, либо торцевые поверхности дополнительных лопаток, расположенные в плоскости, параллельной боковой поверхности диска, выступают относительно верхней кромки ведущего диска в осевом направлении. При этом диаметр ведущий диск может быть равен или меньше диаметра ведомого диска и диаметра окружности, описываемой основными лопатками. Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в повышении напора и КПД рабочего колеса ступени погружного центробежного многоступенчатого насоса путем уменьшения вязких потерь при смешивании основного и дополнительного потоков на выходном участке рабочего колеса за счет сформированного на внешней стороне ведущего диска из вихревого движения жидкости радиально-осевой составляющей потока. 3 з. п.ф-лы, 3ил.
Полезная модель относится к гидромашиностроению и может быть использована в нефтедобывающей промышленности при создании погружных центробежных насосов, предназначенных для добычи нефти из скважин.
Известно рабочее колесо ступени погружного центробежного насоса (см. патент US 4,664,592 A, F 04 D 29/08, 12.05.1987), которое содержит ведущий и ведомый диски с размещенными между ними лопатками. На верхней поверхности ведущего диска рабочего колеса выполнены соединенные между собой выступы, выполненные в форме Г-образных лопастей, которые расположены по окружности ведущего диска на приближенно одинаковом угловом расстоянии относительно друг от друга.
В описанном аналоге Г-образные лопасти обеспечивают снижение осевой силы и уменьшение потерь в результате трения жидкости о стенки рабочего колеса и направляющего аппарата и их наличие практически не воздействует на основные технические характеристиками рабочего колеса - напор, подачу и КПД.
Известно также рабочее колесо ступени погружного центробежного многоступенчатого насоса (см. патент RU 2138691, C1 F 04 D 13/10, 27.09.1999), содержащее ведущий и ведомый диски с размещенными между ними лопатками. На периферии ведущего диска рабочего колеса на его боковой поверхности установлены трехсторонние ячейки, открытые с внешней стороны диска.
В известном рабочем колесе, при его использовании в многоступенчатых центробежных насосах, за счет лопаточного венца, образованного трехсторонними ячейками на внешней поверхности ведущего диска создается дополнительный радиальный поток жидкости, что приводит к повышению напора при малых подачах.
Недостаток данного технического решения заключается в том, что при работе рабочего колеса, когда происходит смешивание основного радиально-осевого потока с дополнительным радиальным потоком, образованного лопаточным венцом на ведущем диске, возникают значительные вязкие потери, что приводит к снижению КПД рабочего колеса.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения (прототипом) является рабочее колесо погружного центробежного многоступенчатого насоса (патент RU 2218482, 6 F 04 D 13/10 от 10.07.02), которое содержит ведущий и ведомый диски с размещенными между ними лопатками. На периферии верхней поверхности ведущего диска рабочего колеса выполнены, отделенные друг от друга, ориентированные в радиальном направлении дополнительные лопатки (выступы), которые расположены по окружности ведущего диска на
приближенно одинаковом угловом расстоянии относительно друг от друга.
Однако данное рабочее колесо обладает тем же недостатком, что и вышеупомянутое, заключающееся в снижении КПД в следствие вязких потерь, возникающих при смешивании основного радиально-осевого и дополнительного радиального потоков перекачиваемой жидкости.
Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, состоит в том, что на выходном участке внешней стороны ведущего диска рабочего колеса обеспечивается формирование дополнительного радиально-осевого потока жидкости, который, смешиваясь с основным потоком, приводит к повышению как напора, так и КПД рабочего колеса центробежной ступени.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в рабочем колесе ступени погружного центробежного многоступенчатого насоса, содержащем ведущий и ведомый диски с размещенными между ними основными лопатками, и дополнительными лопатками, размещенными на периферийной части боковой поверхности ведущего диска на одинаковом угловом расстоянии относительно друг друга, согласно полезной модели, ведущий диск в зоне размещения дополнительных лопаток выполнен с плавно увеличивающейся толщиной в сторону выходного участка рабочего колеса с образованием верхней кромки ведущего диска в результате пересечения наружной цилиндрической поверхности ведущего диска и его боковой поверхности со стороны дополнительных лопаток.
При этом верхняя кромка ведущего диска представляет собой участок
торцевой поверхности в плоскости, параллельной боковой поверхности диска, совпадающей по высоте с высотой дополнительных лопаток, или торцевые поверхности дополнительных лопаток, расположенные в плоскости, параллельной боковой поверхности диска, могут выступать относительно верхней кромки ведущего диска в осевом направлении.
Кроме этого, ведущий диск может иметь диаметр, меньший или равный диаметру ведомого диска и диаметру окружности, описываемой основными лопатками.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен продольный разрез рабочего колеса ступени погружного центробежного насоса;
на фиг.2 - поперечное сечение рабочего колеса по С;
на фиг.3 - представлена сравнительная характеристика рабочего колеса, выполненного в соответствии с полезной моделью и рабочего колеса, имеющего традиционную конструкцию (без дополнительных лопаток).
Рабочее колесо 1 погружного центробежного многоступенчатого насоса содержит ступицу 2 для установки рабочего колеса 1 на валу 3 насоса, а также ведущий 4 и ведомый 5 диски с размещенными между ними лопатками 6. На боковой поверхности А ведущего диска 4, по ее периферии, выполнены дополнительные лопатки 7, расположенные на одинаковом угловом расстоянии относительно друг друга по окружности ведущего диска. В зоне 8 размещения дополнительных лопаток 7 ведущий диск 4 выполнен с плавно увеличивающейся толщиной в сторону выходного участка 9 рабочего колеса 1 с
образованием верхней кромки 10 ведущего диска в результате пересечения боковой поверхности А и наружной цилиндрической поверхности 11 ведущего диска 4. При этом верхняя кромка 10 ведущего диска 4 представляет собой участок торцевой поверхности в плоскости, параллельной боковой поверхности диска на высоте дополнительных лопаток 7, либо торцевые поверхности дополнительных лопаток 7, расположенные в плоскости, параллельной боковой поверхности А диска, могут выступать относительно верхней кромки 10 ведущего диска 4 в осевом направлении (на фиг.1 показано пунктиром). Кроме этого, едущий диск 4 может быть выполнен как с равным, так и с меньшим диаметром, чем диаметр ведомого диска 5 и диаметр окружности, описываемой основными лопатками 6.
В сборе рабочее колесо 1 и направляющий аппарат 13 образуют ступень погружного центробежного многоступенчатого насоса, при этом между боковой поверхностью А ведущего диска 4 рабочего колеса 1 и наружной поверхностью В нижнего диска 14 направляющего аппарата 13 образуется полость 15.
Устройство работает следующим образом.
При вращении вала 3 погружного многоступенчатого центробежного насоса и, соответственно, рабочего колеса 1, пластовая жидкость из направляющего аппарата предыдущей ступени поступает в каналы рабочего колеса 1, образованные лопатками 6, увеличивая при этом свою кинетическую энергию. С выхода рабочего колеса 1 пластовая жидкость поступает в каналы направляющего аппарата 11, где кинетическая энергия жидкости
преобразуется в энергию давления, и далее направляется на вход рабочего колеса следующей ступени. При этом часть жидкости попадает в полость 15 между наружной поверхностью В нижнего диска 14 направляющего аппарата 13 и боковой поверхностью А ведущего диска 4 рабочего колеса 1. Эта часть жидкости захватывается дополнительными лопатками 7, которые образуют вихревой поток. При этом благодаря тому, что ведущий диск 8 в зоне размещения дополнительных лопаток 7 выполнен с плавно увеличивающейся толщиной в сторону выходного участка 9 рабочего колеса 1, в вихревом потоке происходит формирование дополнительной радиально-осевой составляющей потока, совпадающей на выходном участке 9 с направлением движения основного потока с выхода рабочего колеса. В результате смешивания основного потока и, сформированного из вихревого движения жидкости, дополнительного потока в радиально-осевом направлении, на выходном участке 9 рабочего колеса 1 существенно уменьшаются вязкие потери, что приводит к повышению напора и КПД рабочего колеса ступени погружного центробежного многоступенчатого насоса. На фиг.3 представлены гидронапорные характеристики ступени с традиционным выполнением рабочего колеса (кривая 1) и ступени с рабочим колесом, выполненным в соответствии с полезной моделью (кривая 2), которые наглядно демонстрируют увеличение напора и КПД.
1. Рабочее колесо ступени погружного центробежного многоступенчатого насоса, содержащее ведущий и ведомый диски с размещенными между ними основными лопатками и дополнительными лопатками, размещенными на периферийной части боковой поверхности ведущего диска на одинаковом угловом расстоянии относительно друг друга, отличающееся тем, что ведущий диск в зоне размещения дополнительных лопаток выполнен с плавно увеличивающейся толщиной в сторону выходного участка рабочего колеса с образованием верхней кромки ведущего диска при пересечении наружной цилиндрической поверхности ведущего диска и его боковой поверхности со стороны дополнительных лопаток.
2. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что верхняя кромка ведущего диска представляет собой участок торцевой поверхности в плоскости, параллельной боковой поверхности диска, совпадающей по высоте с высотой дополнительных лопаток.
3. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что торцевые поверхности дополнительных лопаток, расположенные в плоскости, параллельной боковой поверхности диска выступают относительно верхней кромки ведущего диска в осевом направлении.
4. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что ведущий диск выполнен с равным или меньшим диаметром, чем диаметр ведомого диска и диаметр окружности, описываемой основными лопатками.
