Рабочее колесо диспергирующей ступени погружного центробежного насоса для добычи нефти

Полезная модель относится к гидромашиностроению и может быть использована в погружных насосных агрегатах, предназначенных для подъма пластовой жидкости из сважин с повышенным содержанием попутного газа. Рабочее колесо диспергирующей ступени состоит из нижнего диска, верхнего диска с отверстиями, и лопастей, которые размещены между дисками и формируют проточные полости рабочего колеса. Каждое отверстие на верхнем диске рабочего колеса выполнено с образованием цилиндрического канала. Канал проходит через верхний диск и лопасть рабочего колеса и соединяет одну из проточных полостей рабочего колеса одновременно с областью над верхним диском и с соседней проточной полостью рабочего колеса. Количество цилиндрических каналов равно или кратно числу лопастей рабочего колеса. Каждый цилиндрический канал выполнен с осевой линией, проходящей параллельно или под углом к осевой линии рабочего колеса. При этом рабочее колесо может быть выполнено радиального или диагонального типа. 7 з.п. ф-лы., 2 ил.

Полезная модель относится к гидромашиностроению и может быть использована в погружных насосных агрегатах, предназначенных для подъма пластовой жидкости из сважин с повышенным содержанием попутного газа.

Присутствие попутного газа в перекачиваемой жидкости отрицательно влияет на всасывающую способность рабочего колеса ступени погружного центробежного насоса, значительно ухудшая его основные характеристики, приводящие к снижению напора, подачи и КПД. При этом работа насоса становится неустойчивой, малоэффективной и часто сопровождается срывами подачи.

Для снижения вредного влияния попутного газа на работу погружного центробежного насоса используются диспергаторы, которые путем измельчения пузырьков газа и перемешивания их с жидкостью обеспечивают создание однородной газожидкостной смеси, поступающей затем на прием рабочей ступени насоса (см., например, международный транслятор «Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти» под

научной редакцией акад. РАЕН В.Ю.Алекперова и акад. РИА В.Я.Кершенбаума, М., 1999 г., с.309). При этом диспергатор должен обеспечивать высокую степень дисперсности газовой фазы для того, чтобы не допустить скопления газовых пузырьков в каналах рабочего колеса насоса, превышающего величину расходного газосодержания. В противном случае потери энергии на устранение сепарационных процессов в рабочих каналах приводят к снижению напора рабочей ступени насоса.

Известен диспергатор погружной центробежной насосной установки, в котором ведущий диск рабочего колеса диспергирующей ступени выполнен со сквозными отверстиями или отверстием в виде сквозной кольцевой проточки (см., например, описание к патенту RU №2192560 С2, F04D 13/10, от 17.01.2001). Благодоря наличию отверстий в данной канструкции диспергатора улучшается перемешивание газожидкостной смеси и снижается градиент давления в проточной части рабочего колеса.

Однако изготовление рабочих колес с указанными отверстиями в ведущем диске, технологически трудно выполнимо и требует при литье рабочих колес использования специальной оснастки.

Кроме того, выполнение сквозной кольцевой проточки на ведущем диске диспергирующего колеса приводит к тому, что колесо практически не создает напора, а его функция сводится исключительно к перемешиванию газожидкостной смеси, что снижает производительность насосной установки в целом.

Известно также выполнение диспергатора, который состоит из нижнего диска, верхнего диска и лопастей, размещенных между дисками с образованием проточных полостей рабочего колеса. В известном диспергаторе в верхнем диске рабочего колеса и в лопастях методом сверления выполнены отверстия (см., например, патент US 5,628,616, F04D 29/22 от 13.05.1997). При работе насоса под воздействием циркуляции жидкости и газа поступающих через отверстия в проточные каналы, создаются высокие градиенты давления и локальные вихри. В результате этого значительная часть пузырьков газа разрывается и перемешивается с жидкостью.

Недостатком известной конструкции является то, что, для обеспечения более интенсивной циркуляции жидкости и газа, внутри рабочего колеса необходимо выполнять две технологические операции, одна из которых связана со сверлением отверстий на верхнем диске, а другая в лопастях колеса. Это приводит к усложнению технологического процесса и удлинению срока изготовления рабочего колеса.

Задачей предложенного технического решения является упрощение технологического процесса и сокращение срока изготовления рабочего колеса диспергирующей ступени.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в рабочем колесе диспергирующей ступени погружного центробежного насоса для добычи нефти, состоящем из нижнего диска, верхнего диска, имеющего отверстия, и лопастей, размещенных между дисками, формирующих

проточные полости рабочего колеса, согласно полезной модели, каждое отверстие на верхнем диске рабочего колеса выполнено с образованием цилиндрического канала, проходящего через верхний диск и лопасть рабочего колеса и соединяющего одну из проточных полостей рабочего колеса одновременно с областью над верхним диском и с соседней проточной полостью рабочего колеса.

При этом цилиндрические каналы в рабочем колесе выполнены в количестве равном или кратном количеству лопастей рабочего колеса, а каждый цилиндрический канал выполнен с осевой линией, проходящей параллельно осевой линии рабочего колеса или расположенной под углом к осевой линии рабочего колеса.

Причем рабочее колесо может быть использовано как радиального, так и диагонального типа.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображено рабочее колесо диспергирующей ступени погружного центробежного насоса диагонального типа, а на фиг.2 представлено сечение А-А на фиг.1.

Рабочее колесо диспергирующей ступени погружного центробежного насоса для добычи нефти состоит из верхнего диска 1 и нижнего диска 2. Между дисками 1 и 2 размещены лапасти 3, образующие проточные полости 4 рабочего колеса. В верхнем диске 1 методом сверления выполнены отверстия 5 с образованием цилиндрического канала 6, который проходит через лопасть 3 и соединяет одну из проточных полостей 4а рабочего колеса

одновременно с полостью 7 над верхним диском 1 и с соседней проточной полостью 4b (фиг.2). При этом каждый цилиндрический канал 6 может быть выполнен с осевой линией, проходящей параллельно осевой линии рабочего колеса или расположенной под углом к осевой линии рабочего колеса. Количество цилиндрических каналов 6 может соответствовать или быть кратно числу лопастей 3.

В диспергирующей ступени рабочее колесо может быть использовано радиального или диагонального типа, причем диагональное рабочее колесо может быть размещено в ступени, как с верхним торцевым уплотнением, так и без него.

Рабочее колесо диспергирующей ступени погружного центробежного насоса установлено на валу 9 насоса с помощью ступицы 10.

Работа рабочего колеса диспергирующей ступени погружного центробежного насоса для добычи нефти осуществляется следующим образом.

При вращении вала 9 насоса жидкость вместе с газовыми включениями под воздействием вращающихся лопастей 3 перемещается в межлопастном пространстве по проточным полостям 4 рабочего колеса и приобретает скорость и давление. При этом внутри каждой проточной полости рабочего колеса, например, полости 4а, за счет разницы давлений по цилиндрическим каналам 6 осуществляется циркуляция потока жидкости и газа, поступающих одновременно из полости 7 над верхним диском 1 и из соседней проточной полости 4b рабочего колеса. Под воздействием циркулирующего потока,

вытекающего из области с большим давлением в область с меньшим давлением, в проточной полости 4а происходит выталкивание газовых пузырьков, скопившихся у тыльной стороны лопасти 3. Одновременно циркуляция потока через канал 6 приводит к вскипанию жидкости в проточной полости 4а. В результате значительная часть пузырьков газа разрывается и перемешивается с жидкостью до квазигомогенного состояния газожидкостной смеси. При этом, выполняя каналы 6 с разными диаметрами отверстий и располагая их на разном расстоянии от осевой линии рабочего колеса и под разным углом к осевой линии рабочего колеса, можно изменять степень диспергации газа в проточной полости 4а, изменением сопротивлений потокам, поступающих из полостей 7 и 4b.

Таким образом, в предложенном рабочем колесе диспергирующей ступени погружного центробежного насоса для добычи нефти достигается высокая степень диспергирования газа за счет выдавливания из проточных полостей рабочего колеса нерастворенных пузырьков скопившегося газа и перемешивания их с жидкостью, что обеспечивает работу насоса без срыва подачи. При этом сокращается в два раза количество производимых сверлений, связанных с образованием канала, обеспечивающего циркуляцию потока газожидкостной смеси в рабочем колесе, что значительно упрощает и сокращает технологический процесс изготовления рабочего колеса.

1. Рабочее колесо диспергирующей ступени погружного центробежного насоса, состоящее из нижнего диска, верхнего диска, имеющего отверстия, и лопастей, размещенных между дисками и формирующих проточные полости рабочего колеса, отличающееся тем, что каждое отверстие на верхнем диске рабочего колеса выполнено с образованием цилиндрического канала, проходящего через верхний диск и лопасть рабочего колеса и соединяющего одну из проточных полостей рабочего колеса одновременно с областью над верхним диском и с соседней проточной полостью рабочего колеса.

2. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что количество цилиндрических каналов равно числу лопастей рабочего колеса.

3. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что количество цилиндрических каналов кратно числу лопастей рабочего колеса.

4. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что каждый цилиндрический канал выполнен с осевой линией, проходящей параллельно осевой линии рабочего колеса.

5. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что каждый цилиндрический канал выполнен с осевой линией, расположенной под углом к осевой линии рабочего колеса.

6. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что рабочее колесо выполнено радиального типа.

7. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что рабочее колесо выполнено диагонального типа.