Направляющий аппарат многоступенчатого центробежного насоса

Заявляемое техническое решение относится к области разработки насосов и компрессоров и может быть использовано в многоступенчатых центробежных насосах для добычи нефти из скважин. Техническим результатом использования заявляемого технического решения является повышение коэффициента полезного действия и надежности работы ступени многоступенчатого центробежного насоса, за счет повышения качества поверхностей проточной части насоса и за счет применения износостойких материалов и покрытий. Кроме того, новое техническое решение должно упростить и удешевить технологию изготовления деталей направляющего аппарата и самого насоса. Указанный технический результат достигается тем, что направляющий аппарат многоступенчатого центробежного насоса имеет цилиндрический корпус с размещенной в центральной части ступицей, а также верхний и нижний диски с размещенными между ними лопатками, формирующими проточную часть направляющего аппарата. Лопатки соединены между собой перемычками и выполнены в виде закладной детали. Закладная деталь зажата между верхним и нижним дисками, с помощью разъемного соединения. В качестве разъемного соединения может быть использовано резьбовое соединение. Нижний диск выполнен съемным и крепится к ступице через резьбовое соединение, с возможностью обеспечения контактных напряжений сжатия на поверхностях соприкосновения закладной детали и лопаток с верхним и с нижним дисками. Возможны варианты исполнения направляющего аппарата:

- перемычки выполнены на выходе лопаток;

- перемычки выполнены на входе лопаток;

- перемычки выполнены как на выходе лопаток, так и на входе лопаток;

- перемычки выполнены в виде элементов диска.

Конструкция заявляемого направляющего аппарата открывает возможности для применения новых и разнообразных материалов при производстве насосов. Корпус, диски могут быть выполнены с защитным износостойким покрытием, а лопатки и сама закладная деталь выполнена из керамического материала, например из твердого сплава.

Заявляемое техническое решение относится к области разработки насосов и компрессоров и может быть использовано в многоступенчатых центробежных насосах для добычи нефти из скважин.

Известен направляющий аппарат многоступенчатого центробежного насоса, имеющий цилиндрический корпус с размещенной в центральной части ступицей, а также верхний и нижний диски с размещенными между ними лопатками, формирующими проточную часть направляющего аппарата [Сазонов Ю.А., Заякин В.И. Патент на полезную модель №59752. МПК F04D 13/10. Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса. Заявка №2006124211/22 от 05.07.2006. Опубл. БИ №36, 27.12.2006]. Разборный направляющий аппарат имеет съемный верхний диск. На входе и выходе проточной части направляющего аппарата выполнены соответственно входная и выходная кольцевые камеры, которые обеспечивают гидравлическую связь проточных частей рабочего колеса и направляющего аппарата.

Недостатком известного устройства является его невысокая технологичность и ограниченные возможности по применению современных материалов и технологий их обработки. Современные технологические возможности машиностроения способны обеспечить повышение надежности и коэффициента полезного действия насоса в целом, за счет повышения качества поверхностей проточной части насоса и за счет применения износостойких материалов и покрытий.

Техническим результатом использования заявляемого технического решения является повышение коэффициента полезного действия и

надежности работы ступени многоступенчатого центробежного насоса, за счет повышения качества поверхностей проточной части насоса и за счет применения износостойких материалов и покрытий. Кроме того, новое техническое решение должно упростить и удешевить технологию изготовления деталей направляющего аппарата и самого насоса.

Указанный технический результат достигается тем, что направляющий аппарат многоступенчатого центробежного насоса имеет цилиндрический корпус с размещенной в центральной части ступицей, а также верхний и нижний диски с размещенными между ними лопатками, формирующими проточную часть направляющего аппарата. Лопатки соединены между собой перемычками и выполнены в виде закладной детали. Закладная деталь зажата между верхним и нижним дисками, с помощью разъемного соединения. В качестве разъемного соединения может быть использовано резьбовое соединение. Нижний диск выполнен съемным и крепится к ступице через резьбовое соединение, с возможностью обеспечения контактных напряжений сжатия на поверхностях соприкосновения закладной детали и лопаток с верхним и с нижним дисками. Возможны варианты исполнения направляющего аппарата:

- перемычки выполнены на выходе лопаток;

- перемычки выполнены на входе лопаток;

- перемычки выполнены как на выходе лопаток, так и на входе лопаток;

- перемычки выполнены в виде элементов диска.

Возможен вариант использования закладной детали в качестве регулирующего элемента. Тогда при замене закладной детали на другую, с

иной геометрией лопаток, можно изменить и характеристику насоса в целом, расширив тем самым диапазон регулирования насоса. В этом случае направляющий аппарат выполнен разборным, с возможностью замены закладной детали с лопатками.

Конструкция заявляемого направляющего аппарата открывает возможности для применения новых и разнообразных материалов при производстве насосов. Корпус, диски и лопатки направляющего аппарата могут быть выполнены из разнородных материалов. Например, корпус выполнен из металла, а закладная деталь с лопатками выполнена из пластмассы. Или же, корпус и диски выполнены из металла с защитным износостойким покрытием, а лопатки и сама закладная деталь выполнена из керамического материала, например из твердого сплава. Возможен вариант, когда все поверхности проточной части, а именно поверхности корпуса, верхнего, нижнего дисков и лопаток, имеют защитное износостойкое покрытие.

Заявляемое техническое решение позволяет применить при производстве насосов высокопроизводительные технологии, например, такие как резка материалов с помощью лазера или с помощью водяной струи. Геометрические формы лопаток и закладной детали в целом выполнены с возможностью применения лазерной резки и резки водяной струей при формировании проточных каналов между лопатками.

В качестве разъемного соединения может использоваться пайка. При необходимости разобрать, узел нагревают.

В качестве разъемного соединения может использоваться клей. При необходимости разобрать, узел нагревают опускают в растворитель. Зависит от вида применяемого клея.

Совокупность существенных признаков заявляемого технического решения может быть многократно использована в производстве насосов.

Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия и надежности работы насоса за счет повышения качества поверхностей проточной части насоса и за счет применения износостойких материалов и покрытий.

Заявляемое техническое решение обеспечивает упрощение изготовления направляющего аппарата и самого насоса, при наличии новых возможностей регулирования насоса.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего технического решения станут понятными при рассмотрении вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые рисунки.

На фигуре 1 изображен продольный разрез двух насосных ступеней в сборе, с заявляемым направляющим аппаратом в составе каждой ступени.

На фигуре 2 изображен поперечный разрез насоса А-А.

На фигуре 3 изображен направляющий аппарат в сборе. Для наглядности у всех деталей, входящих в сборку удален сегмент.

На фигуре 4 изображена закладная деталь с лопатками, когда перемычки выполнены на выходе лопаток.

На фигуре 5 изображена закладная деталь с лопатками, когда перемычки выполнены на входе лопаток.

На фигуре 6 изображена закладная деталь с лопатками, когда перемычки выполнены как на выходе лопаток, так и на входе лопаток.

На фигуре 7 изображена закладная деталь с лопатками, когда перемычки выполнены в виде элементов диска.

Устройство и принцип работы заявляемого направляющего аппарата представлены на примере его использования в составе погружного многоступенчатого центробежного насоса.

Погружной многоступенчатый центробежный насос содержит набор ступеней, собранных в цилиндрическом корпусе 1. Ступень состоит из рабочего колеса 2 и неподвижного направляющего аппарата 3. Рабочее колесо 2 имеет ступицу 4 и лопатки 5. Между лопатками 5 сформированы каналы 6 проточной части рабочего колеса 2. Направляющий аппарат 3 имеет ступицу 7, верхний диск 8, нижний диск 9 и лопатки 10, размещенные между дисками 8 и 9. Таким образом, между лопатками 10 сформированы каналы 11 проточной части направляющего аппарата 3. На входе направляющего аппарата 3 имеется входная кольцевая камера 12. На выходе направляющего аппарата 3 выполнена выходная кольцевая камера 13. Кольцевые камеры 12 и 13 обеспечивают гидравлическую связь проточных частей рабочего колеса 2 и направляющего аппарата 3, а именно, обеспечивают гидравлическую связь каналов 6 с каналами 11. Кольцевой корпус 14 направляющего аппарата 3 обеспечивает пространство для вращения колеса 2. Между контактирующими горизонтальными поверхностями рабочего колеса 2 и направляющего аппарата 3 установлены осевые опоры 15. Радиальная опора выполнена в виде центрирующего подшипника 16, установленного на вал 17.

Лопатки 10 объединены в единую закладную деталь с помощью перемычек 18, с образованием кольцеобразной системы. Так же, как и в известных насосах, диски 8 и 9 могут иметь плоские и конические поверхности, формирующие расширяющиеся каналы между лопатками 10.

В варианте исполнения, изображенного на фигуре 4, перемычки 18 выполнены на выходе лопаток 10.

В варианте исполнения, изображенного на фигуре 5, перемычки 18 выполнены на входе лопаток 10.

В варианте исполнения, изображенного на фигуре 6, перемычки 18 выполнены как на выходе лопаток 10, так и на входе лопаток 10.

В варианте исполнения, изображенного на фигуре 7, перемычки 18 выполнены в виде элементов диска.

Заявляемый направляющий аппарат может быть использован в насосах с рабочими колесами любых известных типов, в том числе с колесами закрытого типа, полуоткрытого типа или открытого типа.

Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса с заявляемым направляющим аппаратом работает следующим образом.

При вращении вала 17 лопатки 5 рабочего колеса 2 оказывают силовое воздействие на перекачиваемую среду (жидкость или газожидкостную смесь), заполняющую каналы 6 и проточную часть рабочего колеса 2 в целом. Перекачиваемая среда, таким образом, вовлекается во вращательное движение. Возникающие при этом центробежные силы обеспечивают повышение давления на периферии рабочего колеса 2 и потока в направлении от центра рабочего колеса 2 к его периферии. Из каналов 6 перекачиваемая среда вытесняется во входную кольцевую камеру 12 направляющего аппарата 3. Из входной кольцевой камеры 12 перекачиваемая среда поступает в каналы 11 между лопатками 10, где за счет постепенного увеличения площади сечения каналов 11 по направлению потока обеспечивается снижение скорости течения и, соответственно, обеспечивается повышение гидростатического давления. Из каналов 11 перекачиваемая среда поступает в выходную кольцевую камеру 13, где наблюдается осевое течение, направленное вдоль оси вращения вала 17. За счет профиля лопаток 10 в выходной кольцевой камере 13 может иметь место и закрутка потока по направлению вращения вала 17. Поток с

осевым направлением течения из выходной кольцевой камеры 13 попадает в каналы следующего рабочего колеса.

Нижний диск 9 направляющего аппарата 3 выполнен съемным. В качестве разъемного соединения может быть использовано резьбовое соединение. Резьбовое соединение обеспечивает наличие контактных напряжений сжатия на поверхностях соприкосновения закладной детали и лопаток 10 с верхним диском 8 и с нижним диском 9. Такое техническое решение позволяет упростить и удешевить технологию изготовления направляющего аппарата 3 и обеспечить более высокое качество поверхностей, формирующих каналы, что способствует снижению потерь мощности на трение.

Осевая опора 15, центрирующий подшипник 16, ступица 7, верхний диск 8, корпус 14 направляющего аппарата 3 обеспечивают передачу силовых нагрузок на корпус 1.

Возможен вариант использования закладной детали с лопатками 10 в качестве регулирующего элемента. Тогда при замене закладной детали на другую, с иной геометрией лопаток 10, можно изменить и характеристику насоса в целом, расширив тем самым диапазон регулирования насоса. В этом случае направляющий аппарат 3 выполнен разборным, с возможностью замены закладной детали с лопатками 10.

Конструкция заявляемого направляющего аппарата 3 открывает возможности для применения новых и разнообразных материалов при производстве насосов. Корпус 14, диски 8, 9 и лопатки 10 направляющего аппарата 3 могут быть выполнены из разнородных материалов. Например, корпус 14 выполнен из металла, а закладная деталь с лопатками 10 выполнена из пластмассы. Или же, корпус 14 и диски 8, 9 выполнены из металла с защитным износостойким покрытием, а лопатки 10 и сама

закладная деталь выполнена из керамического материала, например из твердого сплава. Возможен вариант, когда все поверхности проточной части, а именно поверхности корпуса 14, верхнего 8, нижнего 9 дисков и лопаток 10, имеют запретное износостойкое покрытие.

Заявляемое техническое решение позволяет применить при производстве насосов высокопроизводительные технологии, например, такие как резка материалов с помощью лазера или с помощью водяной струи. Геометрические формы лопаток 10 и закладной детали в целом выполнены с возможностью лазерной резки и резки водяной струей при формировании проточных каналов 11 между лопатками 10.

В заявляемом техническом решении имеется возможность применять в направляющих аппаратах различные профили лопаток, в зависимости от условий работы насоса, для достижения максимального кпд.

1. Направляющий аппарат многоступенчатого центробежного насоса, имеющий цилиндрический корпус с размещенной в центральной части ступицей, а также верхний и нижний диски с размещенными между ними лопатками, формирующими проточную часть направляющего аппарата, отличающийся тем, что лопатки соединены между собой перемычками и выполнены в виде закладной детали, зажатой между верхним и нижним дисками с использованием разъемного соединения.

2. Направляющий аппарат по п.1, отличающийся тем, что нижний диск выполнен съемным и крепится к ступице через резьбовое соединение с возможностью обеспечения контактных напряжений сжатия на поверхностях соприкосновения лопаток с верхним и с нижним дисками.

3. Направляющий аппарат по п.1, отличающийся тем, что перемычки выполнены на выходе лопаток.

4. Направляющий аппарат по п.1, отличающийся тем, что перемычки выполнены на входе лопаток.

5. Направляющий аппарат по п.1, отличающийся тем, что перемычки выполнены как на выходе лопаток, так и на входе лопаток.

6. Направляющий аппарат по п.1, отличающийся тем, что перемычки выполнены в виде элементов диска.

7. Направляющий аппарат по п.1, отличающийся тем, что выполнен разборным с возможностью замены закладной детали с лопатками.

8. Направляющий аппарат по п.1, отличающийся тем, что корпус и лопатки выполнены из разнородных материалов, например, корпус выполнен из металла, а закладная деталь с лопатками выполнена из пластмассы.

9. Направляющий аппарат по п.1, отличающийся тем, что поверхности корпуса, верхнего, нижнего дисков и лопаток имеют защитное износостойкое покрытие.

10. Направляющий аппарат по п.1, отличающийся тем, что геометрические формы лопаток и закладной детали в целом выполнены с возможностью применения лазерной резки и резки водяной струей при формировании проточных каналов между лопатками.

11. Направляющий аппарат по п.1, отличающийся тем, что в качестве разъемного соединения используется пайка.

12. Направляющий аппарат по п.1, отличающийся тем, что в качестве разъемного соединения используется клей.