RU2134820C1

RU2134820C1 - Multistage centrifugal pump

Info

Publication number: RU2134820C1
Application number: RU97114460A
Authority: RU
Inventors: А.В. Трулев; Ю.В. Трулев
Original assignee: Трулев Алексей Владимирович; Трулев Юрий Владимирович; ОАО "Борец"
Priority date: 1997-08-22
Filing date: 1997-08-22
Publication date: 1999-08-20

Abstract

FIELD: manufacture of hydraulic machines, oil excavation from wells. SUBSTANCE: proposed pump has shaft that carries impellers. Impeller of each stage is placed between two adjacent guiding apparatuses with radial and axial clearances, it has open blades with acute angle of inclination with respect to plane perpendicular to rotation axis. Face ends of blades of impellers have upper and lower plates parallel to plane perpendicular to rotation axis. Plates-wings are mounted at some angle on lower plates at some distance from outlet radius. Outer radius of covering disc and plate separating two adjacent ducts of guiding apparatuses decreases from start of concave wall of duct to minimal distance between concave and convex walls of next duct. Ring space is formed between ducts of guiding apparatuses having angle less than 90 degrees across outlet and its hub. EFFECT: enhanced efficiency, pressure and operational reliability of pump. 3 dwg

Description

Изобретение относится к гидромашиностроению, а более конкретно к конструкциям многоступенчатых центробежных насосов для перекачивания многоступенчатых центробежных насосов для перекачивания жидкостей и может быть применено при добыче нефти из скважин. The invention relates to hydraulic engineering, and more particularly to the designs of multistage centrifugal pumps for pumping multistage centrifugal pumps for pumping liquids and can be used in oil production from wells.

Известен центробежный насос, работающий на криогенных жидкостях с очень низкой температурой кипения, имеющий паровые полости в осевом зазоре между корпусом насоса и дисками рабочего колеса (например а.с. 1206484 класс F 04 D 7/02). Этот насос может работать с высоким КПД лишь на жидкостях, имеющих очень низкую температуру парообразования и плохо использует высокий динамический напор. A centrifugal pump operating on cryogenic liquids with a very low boiling point is known, having vapor cavities in the axial clearance between the pump housing and the impeller disks (for example, AS 1206484 class F 04 D 7/02). This pump can work with high efficiency only on liquids having a very low vaporization temperature and poorly uses a high dynamic head.

Наиболее близким к предлагаемому является многоступенчатый центробежный насос, содержащий вал, на котором установлены рабочие колеса, за каждым из которых расположен направляющий аппарат, причем рабочее колесо каждой ступени выполнено в виде ступицы, на которой установлены открытые лопасти, имеющие острый угол наклона на выходе по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси вращения, и установлено между двумя соседними направляющими аппаратами с радиальным и осевыми зазорами (см. заявку Великобритании N 1567886, кл. F 04 D 13/10, 1980). Closest to the proposed one is a multistage centrifugal pump containing a shaft on which impellers are installed, behind each of which there is a guide apparatus, and the impeller of each stage is made in the form of a hub on which open blades are installed, having an acute angle of inclination at the exit with respect to to a plane perpendicular to the axis of rotation, and installed between two adjacent guide vanes with radial and axial clearances (see UK application N 1567886, CL F 04 D 13/10, 1980).

Недостатком этого устройства является то, что трудно получить круто падающую напорную характеристику при малом расходе, недостаточно полно используется скоростной напор, насос работает недостаточно надежно на загрязненной жидкости, на рабочее колесо действует осевая сила, приводящая к постепенному разрушению опорной поверхности. The disadvantage of this device is that it is difficult to obtain a steeply decreasing pressure characteristic at a low flow rate, the pressure head is not fully used, the pump does not work reliably on contaminated liquids, the axial force acts on the impeller, leading to the gradual destruction of the bearing surface.

Целью настоящего изобретения является увеличение надежности работы многоступенчатого центробежного насоса, его напора и КПД. The aim of the present invention is to increase the reliability of a multistage centrifugal pump, its pressure and efficiency.

Для достижения этой цели в известном многоступенчатом центробежном насосе, содержащем вал, на котором установлены рабочие колеса, причем рабочее колесо каждой ступени расположено между двумя соседними направляющими аппаратами с радиальным и осевыми зазорами и имеет открытые лопасти с острым углом наклона по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси вращения, на торцах лопастей рабочего колеса установлены верхние и нижние пластины, параллельные плоскости, перпендикулярной к оси вращения, причем на нижних пластинах, на некотором расстоянии от выходного радиуса, установлены под некоторым углом пластины-крылья, внешний радиус покрывного диска и пластины, разделяющей два соседних канала направляющего аппарата, выполнен уменьшающимся от начала вогнутой стенки канала до минимального расстояния между вогнутой и выпуклой стенками следующего канала, а между каналами направляющего аппарата, имеющими на выходе угол меньше девяноста градусов и его ступицей образована кольцевая полость. To achieve this, in the well-known multistage centrifugal pump containing a shaft on which the impellers are mounted, the impeller of each stage being located between two adjacent guide vanes with radial and axial clearances and has open blades with an acute angle of inclination with respect to a plane perpendicular to axis of rotation, at the ends of the impeller blades installed upper and lower plates parallel to the plane perpendicular to the axis of rotation, and on the lower plates, at some standing from the output radius, wings-plates are installed at some angle, the outer radius of the cover disk and the plate separating two adjacent channels of the guide apparatus is made decreasing from the beginning of the concave channel wall to the minimum distance between the concave and convex walls of the next channel, and between the channels of the guide apparatus having an outlet angle of less than ninety degrees and an annular cavity formed by its hub.

Погружные многоступенчатые центробежные насоса как правило работают с неочищенными жидкостями, с различными твердыми включениями, например с песком, поэтому необходимо иметь широкие каналы в проточной части, избегать сепарации твердой фазы и газа в различных ее частях. Во многих существующих погружных насосах, особенно в малорасходных, рабочие колеса являются закрытыми, лопастями с двух сторон имеют диски, это приводит к собиранию песка и газа в пространстве между дисками закрытого рабочего колеса и направляющими аппаратами с последующим трением опор рабочего колеса по песку, при недостаточном количестве жидкой смазки. Чтобы этого избежать применены рабочие колеса и открытыми лопастями (без покрывных дисков), имеющие острый угол наклона по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси вращения, за счет этого происходит диспергация (измельчение) пузырей газа, облегчается его перекачивание и подъем твердых включений. Верхние и нижние пластины позволяют уменьшить протечки жидкости в осевых зазорах между торцами лопастей рабочих колес и направляющими аппаратами. Они также уменьшают износ лопастей рабочих колес при наличии в перекачиваемой жидкости абразивных включений. Пластины-крылья, установленные на некотором расстоянии от выходного радиуса, под некоторым углом на нижних пластинах, позволяют регулировать направление и величину осевой силы, которая зависит от угла их наклона. Установка пластин-крыльев на некотором расстоянии от радиуса выхода из рабочего колеса облегчает подъем твердых включений (грязи), которые скапливаются на периферии и передачу их в последующую ступень. Для эффективного применения выше описанных рабочих колес "пропелерного типа", в области малых расходов необходимо использовать направляющие аппараты, спроектированные особым образом. Для того чтобы иметь широкие каналы в направляющих аппаратах, особенно в малодебитных насосах, сохранив плавность входа в них жидких, что требует существенного уменьшения площади входа, аппараты изготовляются канальными. Например делается два широких канала вместо десяти узких. Уменьшая внешний радиус покрывного диска и пластины, разделяющей два соседних канала, направляющего аппарата от начала вогнутой стенки канала до минимального расстояния между вогнутой и выпуклой стенками следующего канала, мы устраняем препятствие для перехода жидкости из рабочего колеса до входа в направляющий аппарат, увеличивая тем самым напор, в том числе и при нулевом расходе, и увеличиваем минимальные зазоры в проточной части ступени, делая ее проходимой для твердых частиц большего диаметра. Между каналами направляющего аппарата, имеющими на выходе угол меньше девяноста градусов и его ступицей образована кольцевая полость. Это позволяет на расчетном режиме обеспечить остаточную циркуляцию на входе в рабочее колесо, тем самым мы обеспечим требуемую крутизну напорной кривой и обеспечим плавный вход в более широкое рабочее колесо. Submersible multistage centrifugal pumps usually work with untreated liquids, with various solid inclusions, for example, with sand, therefore it is necessary to have wide channels in the flow part, to avoid separation of the solid phase and gas in its various parts. In many existing submersible pumps, especially those with low flow rates, the impellers are closed, the blades have disks on both sides, this leads to the collection of sand and gas in the space between the disks of the closed impeller and the guides, followed by friction of the impeller supports on the sand, if there is insufficient amount of liquid lubricant. To avoid this, impellers are also used with open blades (without covering discs) having an acute angle of inclination with respect to a plane perpendicular to the axis of rotation, due to this dispersion (grinding) of gas bubbles occurs, its pumping and lifting of solid inclusions is facilitated. The upper and lower plates can reduce fluid leakage in the axial clearances between the ends of the impeller blades and the guide vanes. They also reduce the wear of the impeller blades in the presence of abrasive inclusions in the pumped liquid. Wing plates mounted at a distance from the output radius, at a certain angle on the lower plates, allow you to adjust the direction and magnitude of the axial force, which depends on the angle of inclination. The installation of wing plates at a certain distance from the radius of exit from the impeller facilitates the lifting of solid inclusions (dirt) that accumulate on the periphery and transfer them to the next stage. For the effective use of the propeller-type impellers described above, in the field of low flow rates, it is necessary to use guiding devices designed in a special way. In order to have wide channels in the guide vanes, especially in low-flow pumps, while maintaining a smooth entry of liquid in them, which requires a significant reduction in the entrance area, the devices are made channel. For example, two wide channels are made instead of ten narrow ones. By decreasing the outer radius of the casing disk and the plate separating two adjacent channels of the guide vane from the beginning of the concave channel wall to the minimum distance between the concave and convex walls of the next channel, we remove the obstacle for the passage of fluid from the impeller to the entrance of the guide vane, thereby increasing the pressure , including at zero flow, and increase the minimum gaps in the flow part of the stage, making it passable for solid particles of larger diameter. An annular cavity is formed between the channels of the guide vane having an angle of less than ninety degrees at the exit and its hub. This allows us to ensure residual circulation at the entrance to the impeller in the design mode, thereby we will provide the required steepness of the pressure curve and ensure a smooth entry into the wider impeller.

Указанные меры позволяют повысить надежность работы многоступенчатого центробежного насоса, напор и КПД. These measures can improve the reliability of a multistage centrifugal pump, pressure and efficiency.

На фигуре 1 изображен общий вид многоступенчатого центробежного насоса в разрезе; на фигуре 2 - вид проточной части направляющих аппаратов в разрезе; на фигуре 3 показано строение лопасти рабочего колеса на развертке сечения его цилиндрической поверхностью. The figure 1 shows a General view of a multistage centrifugal pump in section; in figure 2 is a sectional view of the flowing part of the guide vanes; the figure 3 shows the structure of the impeller blades on the scan section with its cylindrical surface.

Многоступенчатый центробежный насос содержит вал 1, на котором установлены рабочие колеса, за каждым из которых располагается направляющий аппарат 2. Каждое рабочее колесо имеет открытые лопасти 3, на торцах которых установлены верхние 4 и нижние 5 пластины. На нижних пластинах под некоторым углом установлены пластины-крылья 6. Внешний радиус покрывного диска 7 направляющего аппарата уменьшается вместе с внешним радиусом пластины 8, установленной между каналами 9. Между каналами 9 направляющего аппарата и его ступицей образована кольцевая полость 10. A multistage centrifugal pump contains a shaft 1 on which impellers are installed, behind each of which a guide apparatus 2 is located. Each impeller has open blades 3, at the ends of which are installed the upper 4 and lower 5 plates. On the lower plates, wing plates are installed at a certain angle 6. The outer radius of the cover disk 7 of the guide vane decreases together with the outer radius of the plate 8 installed between the channels 9. An annular cavity 10 is formed between the channels 9 of the vane and its hub.

Многоступенчатый центробежный насос работает следующим образом. Жидкость проходит через рабочие колеса, установленные на валу 1, и через радиально-осевые направляющие аппараты 2, что приводит к увеличению ее давления согласно основному уравнению гидромашин. Открытые лопасти 3 рабочих колес без покрывных дисков имеют острый угол по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси вращения, это позволяет избегать скопления песка и газа между рабочим колесом и направляющими аппаратами, диспергировать (измельчать) газ и перемещать его и твердые частицы в осевом направлении. Верхние 4 и нижние 5 пластины позволяют уменьшить протечки жидкости в осевых зазорах между торцами лопастей рабочих колес и направляющими аппаратами. Они также уменьшают износ лопастей рабочих колес при наличии в перекачиваемой жидкости абразивных включений. Пластины-крылья 6, установленные на некотором расстоянии от выходного радиуса, под некоторым углом на нижних пластинах, позволяют регулировать направление и величину осевой силы, которая зависит от угла их наклона. Установка пластин-крыльев на некотором расстоянии от радиуса выхода из рабочего колеса облегчает подъем твердых включений (грязи), которые скапливаются на периферии, и передачу их в последующую ступень. Внешний радиус покрывного диска 7 вместе с внешним радиусом пластины 8, установленной между двумя каналами, плавно уменьшается, обеспечивая увеличение минимальных проходов в проточной части ступеней, проход песка и поднятие напора при нулевом расходе. Плавно войдя в каналы направляющего аппарата 9, имеющие на выходе острый угол, жидкость закручивается в полости 10, между ними и ступицей, обеспечивая требуемого крутизну напорной характеристики. A multistage centrifugal pump operates as follows. The fluid passes through the impellers mounted on the shaft 1, and through the radial-axial guide vanes 2, which leads to an increase in its pressure according to the basic equation of the hydraulic machines. The open blades of 3 impellers without cover discs have an acute angle with respect to a plane perpendicular to the axis of rotation, this avoids the accumulation of sand and gas between the impeller and the guide vanes, disperses (grinds) the gas and moves it and solid particles in the axial direction. The upper 4 and lower 5 plates can reduce fluid leakage in the axial clearance between the ends of the impeller blades and the guide vanes. They also reduce the wear of the impeller blades in the presence of abrasive inclusions in the pumped liquid. The wing plates 6, mounted at a distance from the output radius, at a certain angle on the lower plates, allow you to adjust the direction and magnitude of the axial force, which depends on the angle of their inclination. The installation of wing plates at a certain distance from the radius of exit from the impeller facilitates the lifting of solid inclusions (dirt) that accumulate at the periphery and their transfer to the next stage. The outer radius of the cover disk 7, together with the outer radius of the plate 8 installed between the two channels, gradually decreases, providing an increase in the minimum passages in the flowing part of the steps, the passage of sand and the pressure rise at zero flow rate. Smoothly entering the channels of the guiding apparatus 9, having an acute angle at the outlet, the fluid swirls in the cavity 10, between them and the hub, providing the required steepness of the pressure characteristic.

Таким образом, по сравнению с прототипом изобретение позволяет увеличить надежность работы и сократить затраты электроэнергии. Thus, in comparison with the prototype, the invention allows to increase the reliability and reduce energy costs.

Claims

A multistage centrifugal pump containing a shaft on which the impellers are mounted, and the impeller of each stage is located between two adjacent guide devices with radial and axial clearances and has open blades with an acute angle of inclination with respect to a plane perpendicular to the axis of rotation, characterized in that on the ends of the impeller blades installed upper and lower plates parallel to the plane perpendicular to the axis of rotation, and on the lower plates at a certain distance from the exit of the radius are mounted at a certain angle of the wing plate, the outer radius of the cover disk and the plate separating two adjacent channels of the guide apparatus is made decreasing from the beginning of the concave channel wall to the minimum distance between the concave and convex walls of the next channel, and between the channels of the guide apparatus having the exit angle is less than 90 ^o and its hub is formed by an annular cavity.