Результат интеллектуальной деятельности: СТУПЕНЬ ПОГРУЖНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Изобретение 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 центробежного насоса, состоящая из закрепленного в корпусе насоса направляющего аппарата, имеющего профилированные каналы и ступицу, и закрепленного на валу посредством шпонки рабочего колеса, имеющего профилированные каналы и ступицу, удлиненная часть которой выполнена в виде отдельной втулки с буртом, которая взаимодействует со ступицей направляющего аппарата, воспринимающей осевые нагрузки от рабочего колеса и радиальные нагрузки от вала (см. свидетельство RU 16528 U1, 10.01.2001).

Недостатком данной ступени погружного центробежного насоса является ее недостаточная долговечность при работе в скважинах с повышенным содержанием механических примесей.

Наиболее близкой к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату 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 F 04 D 29/02, 03.05.1988).

Недостатком данной ступени является то, что зона контакта промежуточной втулки и втулки направляющего аппарата расположена внутри рабочего колеса и в наибольшей степени подвержена воздействию абразивных частиц, содержащихся в пластовой жидкости, что отрицательно сказывается на долговечности ступени. Кроме того, в процессе износа втулок в проточной части образуется ступенька, повышающая гидравлическое сопротивление, что приводит к ухудшению характеристик насоса.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлена предлагаемое изобретение, состоит в повышении надежности работы насоса и увеличении срока его службы.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение долговечности ступеней и стабильности их характеристик.

Указанный технический результат достигается за счет того, что 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, выполнена таким образом, что плоскость, в которой происходит контакт бурта промежуточной втулки и втулки направляющего аппарата расположена внутри направляющего аппарата, а на торце втулки направляющего аппарата выполнены радиальные канавки.

В первом варианте выполнения ступени промежуточная втулка размещена внутри втулки направляющего аппарата, а бурт промежуточной втулки расположен в ее верхней части. Бурт имеет переменный наружный диаметр, при этом его минимальный наружный диаметр равен наружному диаметру ступицы рабочего колеса, а его максимальный наружный диаметр равен максимальному наружному диаметру втулки направляющего аппарата. При этом втулка направляющего аппарата и промежуточная втулка могут быть выполнены из более твердого и износоустойчивого материала, чем рабочее колесо и направляющий аппарат.

Во втором варианте выполнения ступени она снабжена дополнительной втулкой, закрепленной на валу посредством шпонки и размещенной внутри втулки направляющего аппарата, промежуточная втулка размещена вне втулки направляющего аппарата, бурт промежуточной втулки расположен в ее нижней части и имеет переменный наружный диаметр, при этом его минимальный наружный диаметр равен наружному диаметру промежуточной втулки, а его максимальный наружный диаметр равен максимальному наружному диаметру втулки направляющего аппарата. При этом втулка направляющего аппарата, промежуточная втулка и дополнительная втулка могут быть выполнены из более твердого и износоустойчивого материала, чем рабочее колесо и направляющий аппарат.

На фиг.1 изображена ступень погружного центробежного насоса без дополнительной втулки.

На фиг.2 изображена ступень погружного центробежного насоса с дополнительной втулкой.

На фиг.3 изображены (увеличено) износостойкие элементы ступени и местоположение плоскости их контакта.

Ступень погружного центробежного насоса, изображенная на Фиг.1, состоит из направляющего аппарата (1), закрепленного в корпусе насоса (2), и рабочего колеса (3), закрепленного на валу (4) посредством шпонки (5). Направляющий аппарат (1) имеет профилированные каналы (6) и ступицу (7), внутри которой неподвижно закреплена втулка (8) с переменным диаметром. Рабочее колесо (3) имеет профилированные каналы (9) и ступицу (10). Между ступицей (10) рабочего колеса и ступицей (7) направляющего аппарата, внутри втулки (8), размещена промежуточная втулка (11) с буртом (12), расположенным в ее верхней части. Промежуточная втулка (11) закреплена на валу (4) посредством шпонки (5) и своим буртом (12) контактирует с торцом втулки (8), на котором выполнены радиальные канавки (13), показанные на фиг.3. Бурт (12) имеет переменный наружный диаметр, при этом его минимальный наружный диаметр равен наружному диаметру ступицы (10), а его максимальный наружный диаметр равен максимальному наружному диаметру втулки (8). Втулка (8) направляющего аппарата и промежуточная втулка (11) изготавливаются из твердого и износоустойчивого материала, например из твердого сплава.

Ступень погружного центробежного насоса, изображенная на Фиг.2, состоит из направляющего аппарата (1), закрепленного в корпусе насоса (2), и рабочего колеса (3), закрепленного на валу (4) посредством шпонки (5). Направляющий аппарат (1) имеет профилированные каналы (6) и ступицу (7), внутри которой неподвижно закреплена втулка (8) с переменным диаметром. Рабочее колесо (3) имеет профилированные каналы (9) и ступицу (10). Между ступицей (10) рабочего колеса и ступицей (7) направляющего аппарата размещена промежуточная втулка (11) с буртом (12), расположенным в ее нижней части. Внутри втулки (8) размещена дополнительная втулка (14). Промежуточная втулка (11) и дополнительная втулка (14) закреплены на валу (4) посредством шпонки (5). Промежуточная втулка (11) своим буртом (12) контактирует с торцом втулки (8), на котором выполнены радиальные канавки (13). Бурт (12) имеет переменный наружный диаметр, при этом его минимальный наружный диаметр равен наружному диаметру промежуточной втулки (11), а его максимальный наружный диаметр равен максимальному наружному диаметру втулки (8). Втулка (8) направляющего аппарата, промежуточная втулка (11) и дополнительная втулка (14) изготавливаются из твердого и износоустойчивого материала, например из твердого сплава.

Плоскость (А), в которой происходит контакт бурта промежуточной втулки (11) и втулки (8) при любом варианте выполнения ступени расположена внутри направляющего аппарата (1) (см фиг.3).

Ступень погружного центробежного насоса, изображенная на Фиг.1, работает следующим образом. При вращении вала (4) через шпонку (5) приводится во вращение рабочее колесо (3), в результате чего жидкость, проходящая через его профилированные каналы (9), приобретает кинетическую энергию, которая преобразуется в энергию напора при прохождении жидкости через профилированные каналы (6) смежного направляющего аппарата, неподвижно закрепленного в корпусе насоса. При этом осевые усилия, возникающие на рабочем колесе (3), через бурт (12) промежуточной втулки (11) передаются на торец втулки (8), которая неподвижно закреплена в ступице (7) направляющего аппарата (1). Радиальные усилия от вала (4), через промежуточную втулку (11) также передаются на втулку (8). Поскольку и рабочее колесо 3 и промежуточная втулка 11 закреплены на валу 4 шпонкой 5, они вращаются как одна деталь и скольжение происходит только в месте контакта промежуточной втулки (11) и втулки (8), которые образуют радиально упорный подшипник скольжения. Благодаря радиальным канавкам (13), выполненным на торцевой поверхности втулки 8, обеспечивается смазка места контакта бурта (12) промежуточной втулки (11) и втулки (8), в котором перекачиваемая жидкость, проходя по его профилированным каналам (6), изменяет направление своего движения таким образом, что находящиеся в ней абразивные частицы перемещаются в периферийную зону каналов (6), в результате чего исключается их попадание в радиальные канавки (13). Переменный наружный диаметр бурта (12) позволяет снизить гидравлическое сопротивление в месте перехода потока жидкости из направляющего аппарата в рабочее колесо ступени, при этом оно практически не изменяется при абразивном износе втулки (8) и бурта (12) промежуточной втулки (11).

Благодаря такому конструктивному выполнению ступени, а также благодаря изготовлению втулка (8) направляющего аппарата и промежуточная втулка (11) из твердого и износоустойчивого материала, повышается долговечность ступеней и стабильность их характеристик.

Ступень погружного центробежного насоса, изображенная на Фиг.2, работает аналогичным образом, но с той только разницей, что осевые усилия, возникающие на рабочем колесе (3), передаются на торец втулки (8) через бурт (12) промежуточной втулки (11), а радиальные усилия от вала (4) передаются на втулку (8) через дополнительную втулку (14). Такой вариант выполнения ступени более технологичен по сравнению с первым вариантом, так как при обработке промежуточной втулки (11), изготавливаемой из твердого сплава, не требуется обеспечение точного взаимоположения рабочей (торцевой) поверхности бурта (12) и рабочей (цилиндрической) поверхности самой промежуточной втулки (11).