[go: up one dir, main page]

RU2810186C1 - Method of operation of submersible multi-stage centrifugal pump with polymer impellers and design for its implementation - Google Patents

Method of operation of submersible multi-stage centrifugal pump with polymer impellers and design for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2810186C1
RU2810186C1 RU2023110939A RU2023110939A RU2810186C1 RU 2810186 C1 RU2810186 C1 RU 2810186C1 RU 2023110939 A RU2023110939 A RU 2023110939A RU 2023110939 A RU2023110939 A RU 2023110939A RU 2810186 C1 RU2810186 C1 RU 2810186C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
impeller
guide vane
hub
disk
blade
Prior art date
Application number
RU2023110939A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Владимирович Трулев
Евгений Мстиславович Шмидт
Александр Валерьевич Клипов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "РИМЕРА-АЛНАС"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "РИМЕРА-АЛНАС" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "РИМЕРА-АЛНАС"
Application granted granted Critical
Publication of RU2810186C1 publication Critical patent/RU2810186C1/en

Links

Abstract

FIELD: petroleum engineering.
SUBSTANCE: group of inventions relates to multi-stage submersible pumps for pumping formation fluid from wells. The method of operation of the installation of a submersible multi-stage centrifugal pump is to lift the formation fluid in steps containing a guide vane and an impeller made of materials that cannot come into contact with each other during operation. Axial supports are installed between the guide vane and the impeller, which include support washers. A sealing sleeve is installed on the shaft for each stage, eliminating leakage, made of a material that can be in friction pair with the material from which the mating surface of the guide vane is made. The impeller is made of a polymer material with a low rate of salt deposition, low weight, smooth surface of the flow part, and high corrosion resistance. There is a gap between the wheel hub and the guide vane hub, the size of which is guaranteed to exclude contact between the impeller and the guide vane during operation. A blade rim is made on the driving disk of the impeller, which provides the optimal amount of axial force acting on the impeller. The installation of a submersible multistage centrifugal pump contains a motor, hydraulic protection, a pump containing a shaft, one stage containing a guide vane consisting of a shell, a lower disk with a hub, an upper disk, with blades installed between the disks, an impeller that contains a drive disk with a hub and a covering disk, with blades installed between the disks. Between the upper disk of the guide vane and the driven disk of the impeller, between the hub of the guide vane and the driving disk of the impeller, axial supports are installed, which include support washers. A sealing sleeve is installed on the shaft for each stage, the length of which is at least fifty percent of the length of the guide vane hub. The impeller is made of a polymer thermoplastic material; a gap is made between the wheel hub and the guide vane hub, the value of which is twenty percent greater than the gap between the sealing sleeve and the guide vane hub. A blade rim is made on the driving disk of the impeller, the height of the blade rim does not exceed the minimum distance between the driving and covering disks of the impeller, the angle between each blade of the blade rim at its periphery and the radius is from minus 30° up to plus 30°.
EFFECT: increase in the efficiency and reliability of the centrifugal pump installation.
11 cl, 7 dwg

Description

Группа изобретений относится к нефтяному машиностроению, в частности к многоступенчатым погружным насосам для откачки пластовой жидкости из скважин.The group of inventions relates to petroleum engineering, in particular to multi-stage submersible pumps for pumping formation fluid from wells.

Известен из патента RU 2449176 способ работы погружного многоступенчатого центробежного насоса, в котором рабочее колесо выполнено цельнолитым из чугуна и содержит импеллеры - лопаточные венцы. Known from patent RU 2449176 is a method of operating a submersible multistage centrifugal pump, in which the impeller is made of solid cast iron and contains impellers - blade rims.

Недостатком ступени является ее высокая себестоимость из-за необходимости вводить дорогостоящие добавки в материал, из которого изготовлена ступень, с целью снижения коэффициента трения. Также рабочие колеса и, следовательно, ротор насоса имеют относительно большой вес, дисбаланс и вибрацию, что снижает ресурс работы. Относительно высокая шероховатость снижает гидравлический КПД, эффективность работы установки.The disadvantage of the stage is its high cost due to the need to introduce expensive additives into the material from which the stage is made in order to reduce the coefficient of friction. Also, the impellers and, consequently, the pump rotor have a relatively large weight, imbalance and vibration, which reduces the service life. Relatively high roughness reduces hydraulic efficiency and the efficiency of the installation.

Наиболее близким аналогом является способ работы погружного многоступенчатого центробежного насоса из патента RU 2564742. При вращении рабочего колеса благодаря наличию лопаточного венца на ведущем диске жидкость в пазухе между этим диском и направляющим аппаратом вращается с большей угловой скоростью, чем при отсутствии лопаточного венца. Возникает торообразный вихрь, благодаря которому происходит переход жидкости от рабочего колеса к направляющему аппарату. При помощи винтовой канавки на внутреннем диаметре обечайки направляющего аппарата механические примеси эффективно переходят с потоком жидкости из одной ступени на вход в направляющий аппарат следующей ступени. Свободный газ, присутствующий в потоке жидкости, диспергируется лопаточным венцом. По радиальным канавкам, изготовленным на опорных шайбах, потоком жидкости вымываются механические примеси из пары трения. The closest analogue is the method of operation of a submersible multistage centrifugal pump from patent RU 2564742. When the impeller rotates, due to the presence of a blade rim on the drive disk, the liquid in the bosom between this disk and the guide vane rotates at a higher angular speed than in the absence of a blade rim. A torus-shaped vortex appears, due to which the fluid transfers from the impeller to the guide vane. With the help of a helical groove on the inner diameter of the guide vane shell, mechanical impurities are effectively transferred with the fluid flow from one stage to the entrance to the guide vane of the next stage. Free gas present in the liquid flow is dispersed by the blade ring. Mechanical impurities are washed out of the friction pair through radial grooves made on the support washers.

Недостатком является то, что рабочие колеса из чугуна имеют большой вес, подвержены коррозии, имеют шероховатую поверхность проточной части. Не определена величина зазора между ступицами аппарата и колеса, обеспечивающая отсутствие гарантированное отсутствие контакта при длительной работе насоса в скважине. Поэтому возникает относительно большая вибрация ротора, низкий ресурс работы и КПД.The disadvantage is that cast iron impellers are heavy, susceptible to corrosion, and have a rough surface of the flow part. The size of the gap between the hubs of the apparatus and the wheel has not been determined, ensuring the absence of guaranteed contact during long-term operation of the pump in the well. Therefore, relatively high rotor vibration occurs, low service life and efficiency.

Известна из патента RU 2449176 ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, рабочее колесо которой выполнено цельнолитым из чугуна и содержит импеллеры - лопаточные венцы. Known from patent RU 2449176 is the stage of a submersible multistage centrifugal pump, the impeller of which is made of solid cast iron and contains impellers - blade rims.

Недостатком ступени является ее высокая себестоимость из-за необходимости вводить дорогостоящие добавки в материал, из которого изготовлена ступень с целью снижения коэффициента трения.The disadvantage of the stage is its high cost due to the need to introduce expensive additives into the material from which the stage is made in order to reduce the coefficient of friction.

Наиболее близким аналогом является погружной многоступенчатый центробежный насос из патента RU 2564742, в состав которого входит вал, по крайней мере, одна ступень, содержащая направляющий аппарат, выполненный в виде цельнолитой конструкции из чугуна, состоящий из обечайки, нижнего диска со ступицей, верхнего диска, между дисками изготовлены лопатки, рабочее колесо, выполненное в виде цельнолитой конструкции из чугуна, которое содержит ведущий диск со ступицей и покрывной диск, между дисками размещены лопасти, причем между верхним диском направляющего и ведомым диском рабочего колеса, между ступицей направляющего аппарата и ведущим диском рабочего колеса установлены осевые опоры, в состав которых входят опорные шайбы, в соответствии с изобретением на валу для каждой ступени установлена уплотнительная втулка, длина которой составляет не менее пятидесяти процентов длины ступицы направляющего аппарата, на внутреннем диаметре ступицы направляющего аппарата, со стороны ступицы рабочего колеса изготовлена проточка, диаметр которой заведомо больше наружного диаметра ступицы рабочего колеса. The closest analogue is a submersible multistage centrifugal pump from patent RU 2564742, which includes a shaft, at least one stage containing a guide device made in the form of a solid cast iron structure, consisting of a shell, a lower disk with a hub, an upper disk, blades are made between the disks, an impeller made in the form of a solid cast iron structure, which contains a drive disk with a hub and a cover disk, blades are placed between the disks, and between the upper guide disk and the driven disk of the impeller, between the guide vane hub and the drive disk of the impeller wheels, axial supports are installed, which include support washers, in accordance with the invention, a sealing sleeve is installed on the shaft for each stage, the length of which is at least fifty percent of the length of the guide vane hub, on the inner diameter of the guide vane hub, on the side of the impeller hub is made a groove whose diameter is obviously larger than the outer diameter of the impeller hub.

Недостатком является то, что рабочие колеса из чугуна имеют большой вес, подвержены коррозии, имеют шероховатую поверхность проточной части. Не определена величина зазора между ступицами аппарата и колеса, обеспечивающая отсутствие гарантированное отсутствие контакта при длительной работе насоса в скважине. Поэтому возможна большая величина вибрация ротора, низкий ресурс работы и КПД.The disadvantage is that cast iron impellers are heavy, susceptible to corrosion, and have a rough surface of the flow part. The size of the gap between the hubs of the apparatus and the wheel has not been determined, ensuring the absence of guaranteed contact during long-term operation of the pump in the well. Therefore, high rotor vibration, low service life and efficiency are possible.

Технической проблемой группы заявляемых изобретений является создание технического решения, при котором существенно снижается вес, дисбаланс и вибрация ротора, устанавливается зазор между ступицами направляющего аппарата и рабочего колеса, гарантированно исключающий контакт деталей в процессе длительной работы установки, обеспечивается повышение гладкости поверхности проточной части, коррозионная стойкость, снижается скорость отложения солей за счет использования полимерного материала.The technical problem of the group of claimed inventions is the creation of a technical solution that significantly reduces the weight, imbalance and vibration of the rotor, establishes a gap between the hubs of the guide vane and the impeller, which is guaranteed to exclude contact of parts during long-term operation of the installation, increases the smoothness of the surface of the flow part, and ensures corrosion resistance , the rate of salt deposition is reduced due to the use of polymer material.

Техническим результатом группы изобретений является повышение КПД и надежности работы установки центробежного насоса.The technical result of the group of inventions is to increase the efficiency and reliability of the centrifugal pump installation.

Техническая задача решается тем, что способ работы установки погружного многоступенчатого центробежного насоса заключающийся в подъеме пластовой жидкости ступенями, содержащими направляющий аппарат и рабочее колесо, изготовленных из материалов, которые не могут соприкасаться друг с другом в процессе работы, между направляющим аппаратом и рабочим колесом установлены осевые опоры, в состав которых входят опорные шайбы, на валу для каждой ступени установлена уплотнительная втулка, устраняющая перетечки, изготовленная из материала, способного быть в паре трения с материалом, из которого изготовлена сопрягаемая поверхность направляющего аппарата, при этом рабочее колесо изготовлено из полимерного материала, с низкой скоростью отложения солей, малым весом, гладкой поверхностью проточной части, с высокой коррозионной стойкостью, между ступицей колеса и ступицей направляющего аппарата изготовлен зазор, величина которого гарантированно исключает контакт рабочего колеса и направляющего аппарата в процессе работы, на ведущем диске рабочего колеса изготовлен лопаточный венец, обеспечивающий оптимальную величину осевой силы, действующей на рабочее колесо.The technical problem is solved by the fact that the method of operation of the installation of a submersible multistage centrifugal pump consists in lifting the reservoir fluid in steps containing a guide vane and an impeller made of materials that cannot come into contact with each other during operation; axial drives are installed between the guide vane and the impeller supports, which include support washers; a sealing sleeve is installed on the shaft for each stage, eliminating leakage, made of a material capable of being in a friction pair with the material from which the mating surface of the guide vane is made, while the impeller is made of a polymer material, with a low rate of salt deposition, low weight, smooth surface of the flow part, with high corrosion resistance, a gap is made between the wheel hub and the hub of the guide vane, the size of which is guaranteed to exclude contact of the impeller and the guide vane during operation, A blade rim is made on the driving disk of the impeller, which provides the optimal amount of axial force acting on the impeller.

Заявляемый способ имеет следующий аспект выполнения.The inventive method has the following implementation aspect.

На внутреннем диаметре обечайки направляющего аппарата и на внешнем диаметре уплотнительной втулки изготовлены конструктивные элементы для отвода механических примесей и диспергирования крупных пузырей свободного газа.Structural elements are made on the inner diameter of the guide vane shell and on the outer diameter of the sealing sleeve to remove mechanical impurities and disperse large bubbles of free gas.

Заявленный технический результат достигается также за счёт того, что в установке погружного многоступенчатого центробежного насоса, в состав которой входит двигатель, гидрозащита, насос, содержащий вал, одну ступень, содержащую направляющий аппарат, состоящий из обечайки, нижнего диска со ступицей, верхнего диска, между дисками изготовлены лопатки, рабочее колесо, которое содержит ведущий диск со ступицей и покрывной диск, между дисками размещены лопасти, причем между верхним диском направляющего аппарата и ведомым диском рабочего колеса, между ступицей направляющего аппарата и ведущим диском рабочего колеса установлены осевые опоры, в состав которых входят опорные шайбы, на валу для каждой ступени установлена уплотнительная втулка, длина которой составляет не менее пятидесяти процентов длины ступицы направляющего аппарата, рабочее колесо изготовлено из полимерного термопластичного материала, между ступицей колеса и ступицей направляющего аппарата изготовлен зазор, величина которого, на двадцать процентов больше, величины зазора между уплотнительной втулкой и ступицей направляющего аппарата, на ведущем диске рабочего колеса изготовлен лопаточный венец, высота лопаточного венца не превышает минимальное расстояние между ведущим и покрывным дисками рабочего колеса, угол между каждой лопаткой лопаточного венца на ее периферии и радиусом составляет от минус 30° до плюс 30°.The stated technical result is also achieved due to the fact that in the installation of a submersible multistage centrifugal pump, which includes an engine, hydraulic protection, a pump containing a shaft, one stage containing a guide apparatus consisting of a shell, a lower disk with a hub, an upper disk, between blades are made of disks, an impeller, which contains a drive disk with a hub and a covering disk, blades are placed between the disks, and between the upper disk of the guide vane and the driven disk of the impeller, between the hub of the guide vane and the drive disk of the impeller, axial supports are installed, which include support washers are included, a sealing sleeve is installed on the shaft for each stage, the length of which is at least fifty percent of the length of the guide vane hub, the impeller is made of polymer thermoplastic material, a gap is made between the wheel hub and the guide vane hub, the value of which is twenty percent greater , the size of the gap between the sealing sleeve and the guide vane hub, a blade rim is made on the driving disk of the impeller, the height of the blade rim does not exceed the minimum distance between the driving and covering disks of the impeller, the angle between each blade of the blade rim at its periphery and the radius is from minus 30 ° up to plus 30°.

Заявляемая погружная установка имеет следующие аспекты выполнения.The inventive submersible installation has the following implementation aspects.

Между боковыми гранями каждой лопатки лопаточного венца и ведущим диском выполнены скругления, радиус скруглений составляет от 0,1 до 0,8 от высоты лопаточного венца.There are roundings made between the side faces of each blade of the blade rim and the drive disk; the radius of the roundings is from 0.1 to 0.8 of the height of the blade rim.

Вал насоса опирается на вал гидравлической защиты двигателя.The pump shaft rests on the engine hydraulic protection shaft.

На внутреннем диаметре ступицы направляющего аппарата со стороны ступицы рабочего колеса изготовлена проточка.A groove is made on the inner diameter of the guide vane hub on the impeller hub side.

На внутреннем диаметре обечайки направляющего аппарата изготовлена винтовая канавка.A helical groove is made on the inner diameter of the guide vane shell.

На внешнем диаметре уплотнительной втулки изготовлена винтовая канавка.A helical groove is made on the outer diameter of the sealing sleeve.

Ступица направляющего аппарата изготовлена из полимерного материала.The guide vane hub is made of polymer material.

Направляющий аппарат изготовлен из чугуна, который содержит, в частности, кремний, марганец, хром, церий, фосфор и серу, при следующем содержании указанных элементов, мас. %:The guide apparatus is made of cast iron, which contains, in particular, silicon, manganese, chromium, cerium, phosphorus and sulfur, with the following content of these elements, wt. %:

углеродcarbon 3,5-3,93.5-3.9 кремнийsilicon 2,1-2,72.1-2.7 марганецmanganese 0,4-0,60.4-0.6 фосфорphosphorus <0,3<0.3 церийcerium <0,03<0.03 борboron <0,01<0.01 сераsulfur <0,05<0.05 хромchromium <0,12<0.12 железоiron остальноеrest

Направляющий аппарат изготовлен из чугуна, который содержит, в частности, кремний, марганец, хром, никель, медь, фосфор и серу, при следующем содержании указанных элементов, мас. %:The guide apparatus is made of cast iron, which contains, in particular, silicon, manganese, chromium, nickel, copper, phosphorus and sulfur, with the following content of these elements, wt. %:

углеродcarbon <3<3 кремнийsilicon 1,0-2,81.0-2.8 марганецmanganese 0,5-1,50.5-1.5 никельnickel 13,5-17,513.5-17.5 медьcopper 5,0-8,05.0-8.0 хромchromium 1,5-2,51.5-2.5 алюминийaluminum <0,3<0.3 сераsulfur <0,05<0.05 фосфорphosphorus <0,25<0.25 железоiron остальноеrest

Сущность технических решений поясняется следующим образом.The essence of technical solutions is explained as follows.

Если рабочее колесо изготовлено из полимерного материала, например, полифениленсульфида с малой плотностью, в пять раз меньше, чем у чугуна, гладкой поверхностью проточной части, с высокой коррозионной стойкостью, то существенно снижается вес, дисбаланс, вибрация ротора. Снижается скорость отложения солей и механических примесей.If the impeller is made of a polymer material, for example, polyphenylene sulfide with a low density, five times less than cast iron, a smooth surface of the flow part, with high corrosion resistance, then the weight, imbalance, and vibration of the rotor are significantly reduced. The rate of deposition of salts and mechanical impurities is reduced.

Если между ступицей колеса и ступицей направляющего аппарата изготовлен зазор, величина которого на двадцать процентов больше величины зазора между уплотнительной втулкой и ступицей направляющего аппарата, гарантированно исключается контакт рабочего колеса и направляющего аппарата в процессе работы, надежность работы установки при этом возрастает.If a gap is made between the wheel hub and the guide vane hub, the value of which is twenty percent greater than the gap between the sealing sleeve and the guide vane hub, contact between the impeller and the guide vane during operation is guaranteed to be eliminated, and the reliability of the installation increases.

Длина уплотнительной втулки составляет не менее пятидесяти процентов длины ступицы направляющего аппарата. В этом случае, как показывают результаты физического и численного экспериментов, уплотнительная втулка может не только эффективно снижать перетечки жидкости, но и надежно работать в качестве промежуточного подшипника. При меньшей длине снижается объемный КПД, за счет перетечек, и ресурс - за счет увеличения удельной нагрузки на пару трения.The length of the sealing sleeve is at least fifty percent of the length of the guide vane hub. In this case, as the results of physical and numerical experiments show, the sealing sleeve can not only effectively reduce fluid leakage, but also work reliably as an intermediate bearing. With a shorter length, the volumetric efficiency decreases due to leaks, and the service life decreases due to an increase in the specific load on the friction pair.

Если на ведущем диске рабочего колеса изготовлен лопаточный венец, высота которого не превышает минимальное расстояние между ведущим и покрывным дисками рабочего колеса, угол между каждой лопаткой лопаточного венца на ее периферии и радиусом составляет от минус 30° до плюс 30°.If a blade rim is made on the driving disk of the impeller, the height of which does not exceed the minimum distance between the driving and covering disks of the impeller, the angle between each blade of the blade rim at its periphery and the radius ranges from minus 30° to plus 30°.

Такая конструкция обеспечивает оптимальное значение величины осевой силы, действующей на рабочее колесо.This design provides the optimal value of the axial force acting on the impeller.

Если угол будет больше или меньше указанного, как показывают результаты физического и численного экспериментов, будет хуже закручиваться поток в области между ведущим диском рабочего колеса и нижним диском направляющего аппарата, при этом будут возрастать гидравлические потери, и за счет этого снижаться КПД ступени.If the angle is greater or less than the specified one, as shown by the results of physical and numerical experiments, the flow will spin worse in the area between the driving disk of the impeller and the lower disk of the guide vane, while hydraulic losses will increase, and due to this, the efficiency of the stage will decrease.

Если между боковыми гранями каждой лопатки лопаточного венца и ведущим диском выполнены скругления (галтели), радиус скруглений составляет от 0,1 до 0,8 от высоты лопаточного венца, возрастает гидравлический КПД ступени.If roundings (fillets) are made between the side edges of each blade of the blade rim and the drive disk, the radius of the fillets is from 0.1 to 0.8 of the height of the blade rim, the hydraulic efficiency of the stage increases.

При меньшем значении радиуса галтелей, как показывают результаты физического и численного экспериментов, возникают застойные области, приводящие к увеличению гидравлических потерь вихреобразования. При увеличении - хуже закручивается поток в области между ведущим диском рабочего колеса и нижним диском направляющего аппарата, возрастают гидравлические потери и за счет этого снижаться КПД ступени.With a smaller fillet radius, as shown by the results of physical and numerical experiments, stagnant areas arise, leading to an increase in hydraulic losses of vortex formation. With an increase, the flow in the area between the driving disk of the impeller and the lower disk of the guide vane becomes worse, hydraulic losses increase and, as a result, the efficiency of the stage decreases.

Если вал насоса опирается на вал гидравлической защиты двигателя, имеющей осевую опору в масле, то надежность установки увеличится по сравнению с конструктивными вариантами, в которых двигатель опирается на рабочие колеса или на осевую опору, работающую в пластовой жидкости.If the pump shaft rests on the hydraulic motor protection shaft, which has an axial support in oil, then the reliability of the installation will increase compared to design options in which the engine rests on impellers or on an axial support operating in the formation fluid.

Если на внутреннем диаметре ступицы направляющего аппарата, со стороны ступицы рабочего колеса, изготовлена проточка, это позволит увеличить радиальный зазор между ступицами рабочего колеса и направляющего аппарата, исключить вероятность их контакта в процессе длительной работы установки в скважине.If a groove is made on the inner diameter of the guide vane hub, on the side of the impeller hub, this will increase the radial clearance between the hubs of the impeller and the guide vane, eliminating the possibility of their contact during long-term operation of the unit in the well.

Если на внутреннем диаметре обечайки направляющего аппарата изготовлена винтовая канавка, это позволит лучше отводить механические примеси и диспергировать пузырьки свободного газа. Это решение особенно актуально в случае изготовления направляющего аппарата из полимерного материала.If a helical groove is made on the inner diameter of the guide vane shell, this will make it possible to better remove mechanical impurities and disperse free gas bubbles. This solution is especially relevant in the case of manufacturing the guide vane from a polymer material.

Если на внешнем диаметре уплотнительной втулки изготовлена винтовая канавка, это позволит отводить механические примеси и лучше охлаждать пару трения. Это решение особенно актуально в случае изготовления направляющего аппарата из полимерного материала.If a screw groove is made on the outer diameter of the sealing sleeve, this will allow mechanical impurities to be removed and better cooling of the friction pair. This solution is especially relevant in the case of manufacturing the guide vane from a polymer material.

Если ступица направляющего аппарата изготовлена из полимерного материала, это позволит снизить вероятность отложения солей и заклинивания вала ротора насоса.If the guide vane hub is made of a polymer material, this will reduce the likelihood of salt deposits and jamming of the pump rotor shaft.

Если направляющие аппараты изготовлены из чугуна, который содержит кремний, марганец, хром, церий, фосфор и серу, при следующем содержании указанных элементов, мас. %:If the guide devices are made of cast iron, which contains silicon, manganese, chromium, cerium, phosphorus and sulfur, with the following content of these elements, wt. %:

углеродcarbon 3,5-3,93.5-3.9 кремнийsilicon 2,1-2,72.1-2.7 марганецmanganese 0,4-0,60.4-0.6 фосфорphosphorus <0,3<0.3 церийcerium <0,03<0.03 борboron <0,01<0.01 сераsulfur <0,05<0.05 хромchromium <0,12<0.12 железоiron остальноеrest

То установки с такими рабочими органами имеют низкую стоимость и могут применяться в скважинах, в которых не требуется коррозионностойкое оборудование.Installations with such working bodies are low cost and can be used in wells that do not require corrosion-resistant equipment.

Если направляющие аппараты изготовлены из чугуна, который содержит кремний, марганец, хром, никель, медь, фосфор и серу, при следующем содержании указанных элементов, мас. %:If the guide devices are made of cast iron, which contains silicon, manganese, chromium, nickel, copper, phosphorus and sulfur, with the following content of these elements, wt. %:

углеродcarbon <3 <3 кремнийsilicon 1,0-2,81.0-2.8 марганецmanganese 0,5-1,50.5-1.5 никельnickel 13,5-17,513.5-17.5 медьcopper 5,0-8,05.0-8.0 хромchromium 1,5-2,51.5-2.5 алюминийaluminum <0,3<0.3 сераsulfur <0,05<0.05 фосфорphosphorus <0,25<0.25 железоiron остальноеrest

Установки с такими рабочими органами могут применяться в скважинах, в которых не требуется коррозионно-стойкое оборудование.Installations with such working bodies can be used in wells that do not require corrosion-resistant equipment.

Сущность изобретения поясняется фигурами 1-7, на которых показаны:The essence of the invention is illustrated by figures 1-7, which show:

фиг. 1 - схема погружной установки в составе двигателя, гидрозащиты, газосепаратора, насоса и насосно-компрессорной трубы;fig. 1 - diagram of a submersible installation consisting of an engine, hydraulic protection, gas separator, pump and tubing;

фиг. 2 - общий вид насоса в разрезе;fig. 2 - general cross-sectional view of the pump;

фиг. 3 - сборка ступеней с полимерными рабочими колесами в разрезе;fig. 3 - sectional assembly of stages with polymer impellers;

фиг. 4 - направляющий аппарат с выполненной на внутреннем диаметре обечайки винтовой канавкой и с проточкой на ступице в разрезе;fig. 4 - guide vane with a helical groove made on the inner diameter of the shell and a sectional groove on the hub;

фиг. 5 - уплотнительная втулка с винтовой канавкой;fig. 5 - sealing sleeve with a screw groove;

фиг. 6 - осевая опора с ребрами;fig. 6 - axial support with ribs;

фиг. 7 - вид на участок лопаточного венца с лопатками.fig. 7 - view of the section of the scapular rim with blades.

На фиг. 1-7 позициями 1-30 обозначены:In fig. 1-7 positions 1-30 indicate:

1. электродвигатель;1. electric motor;

2. гидрозащита;2. water protection;

3. газосепаратор;3. gas separator;

4. лопастной насос;4. vane pump;

5. насосно-компрессорные трубы;5. tubing;

6. направляющий аппарат;6. guide vane;

7. корпус;7. body;

8. рабочее колесо;8. impeller;

9. вал;9. shaft;

10. подшипник;10. bearing;

11. уплотнительная втулка;11. sealing sleeve;

12. ведущий диск рабочего колеса;12. driving disk of the impeller;

13. ведомый диск рабочего колеса;13. driven disk of the impeller;

14. ступица рабочего колеса;14. impeller hub;

15. лопасти рабочего колеса;15. impeller blades;

16. нижний диск направляющего аппарата;16. lower disk of the guide vane;

17. верхний диск направляющего аппарата;17. upper disk of the guide vane;

18. лопатки направляющего аппарата;18. guide vanes;

19. ступица направляющего аппарата;19. guide vane hub;

20. дополнительный лопаточный венец;20. additional blade crown;

21. проточка в ступице направляющего аппарата;21. groove in the guide vane hub;

22. обечайка направляющего аппарата;22. guide vane shell;

23. винтовая канавка в обечайке направляющего аппарата;23. helical groove in the shell of the guide vane;

24. винтовая канавка на уплотнительной втулке;24. screw groove on the sealing sleeve;

25. основание секции насоса;25. pump section base;

26. головка секции насоса;26. pump section head;

27. осевые опоры в виде ребер;27. axial supports in the form of ribs;

28. опорные шайбы рабочего колеса;28. impeller support washers;

29. угол между лопаткой лопаточного венца на ее периферии и радиусом;29. the angle between the blade of the blade rim at its periphery and the radius;

30. скругления между боковыми гранями лопатки лопаточного венца и ведущим диском.30. roundings between the side edges of the blade rim and the drive disk.

Погружная установка содержит в своем составе электродвигатель 1, гидрозащиту 2, газосепаратор 3, лопастной насос 4, насосно-компрессорные трубы 5.The submersible installation contains an electric motor 1, a hydraulic protection 2, a gas separator 3, a vane pump 4, and tubing pipes 5.

Лопастной насос 4 содержит направляющие аппараты 6, установленные в корпусе 7, рабочие колеса 8, установленные на валу 9.Vane pump 4 contains guide vanes 6 installed in housing 7, impellers 8 mounted on shaft 9.

Между корпусом 7 и валом 9 установлены подшипники 10.Bearings 10 are installed between the housing 7 and the shaft 9.

На валу 9 внутри направляющего аппарата 6 установлена уплотнительная втулка 11.A sealing sleeve 11 is installed on the shaft 9 inside the guide vane 6.

Рабочее колесо 8 содержит ведущий диск 12, ведомый диск 13, ступицу 14 между дисками установлены лопасти 15. Направляющий аппарат 6 содержит нижний диск 16, верхний диск 17, лопатки 18, ступицу 19. The impeller 8 contains a drive disk 12, a driven disk 13, a hub 14, and blades 15 are installed between the disks. The guide vane 6 contains a lower disk 16, an upper disk 17, blades 18, and a hub 19.

Между ступицей 14 рабочего колеса 8 и ступицей 19 направляющего аппарата 6 изготовлен зазор, величина которого на двадцать процентов больше величины зазора между уплотнительной втулкой 11 и ступицей 19 направляющего аппарата.Between the hub 14 of the impeller 8 and the hub 19 of the guide vane 6, a gap is made, the value of which is twenty percent greater than the gap between the sealing sleeve 11 and the hub 19 of the guide vane.

На ведущем диске 12 рабочего колеса 8 изготовлен лопаточный венец с лопатками 20.On the drive disk 12 of the impeller 8, a blade rim with blades 20 is made.

Высота лопаточного венца 20 не превышает минимальное расстояние между ведущим 12 и ведомым (покрывным) 13 дисками рабочего колеса, угол 29 между каждой лопаткой лопаточного венца 20 на ее периферии и радиусом составляет от минус 30° до плюс 30°The height of the blade rim 20 does not exceed the minimum distance between the driving 12 and the driven (cover) 13 disks of the impeller, the angle 29 between each blade of the blade rim 20 at its periphery and the radius ranges from minus 30° to plus 30°

Между боковыми гранями каждой лопатки лопаточного венца 20 и ведущим диском 12 выполнены скругления 30, радиус скруглений составляет от 0,1 до 0,8 от высоты лопаточного венца 20 в месте скругления 30.Between the side edges of each blade of the blade rim 20 and the drive disk 12, roundings 30 are made; the radius of the roundings is from 0.1 to 0.8 of the height of the blade rim 20 at the point of rounding 30.

В колесе установлены осевые опорные шайбы 28.The wheel has axial support washers 28.

В качестве осевой опоры на время всплытия на ведущем диске 12 рабочего колеса 8 в качестве осевой опоры изготовлены радиальные ребра (осевые опоры в виде ребер) 27, которые работают как гидродинамический подшипник.As an axial support during ascent, radial ribs (axial supports in the form of ribs) 27 are made on the drive disk 12 of the impeller 8, which operate as a hydrodynamic bearing.

В ступице 19 направляющего аппарата 6 изготовлена проточка 21.In the hub 19 of the guide vane 6, a groove 21 is made.

На внутреннем диаметре обечайки 22 направляющего аппарата 6 изготовлена винтовая канавка 23.A helical groove 23 is made on the inner diameter of the shell 22 of the guide vane 6.

На внешнем диаметре уплотнительной втулки 11 изготовлена винтовая канавка 24.A helical groove 24 is made on the outer diameter of the sealing sleeve 11.

Длина уплотнительной втулки 11 составляет не менее пятидесяти процентов длины ступицы 19 направляющего аппарата.The length of the sealing sleeve 11 is at least fifty percent of the length of the hub 19 of the guide vane.

На входе в корпус 7 установлено основание 25, на выходе - головка 26 секции насоса.A base 25 is installed at the entrance to the housing 7, and a head 26 of the pump section is installed at the exit.

Установка погружного многоступенчатого центробежного насоса работает следующим образом. The installation of a submersible multistage centrifugal pump works as follows.

При вращении вала электродвигателя 1 крутящий момент передается через валы гидрозащиты 2 и газосепаратора 3, вал 9 насоса 4 на рабочие колеса 8. Пластовая жидкость входит в секцию насоса 4 через основание 25, последовательно проходит через рабочие колеса 8, направляющие аппараты 6, подшипники 10, выходит через головку 26 и насосно-компрессорные трубы 5 на поверхность. При этом происходит повышение давления пластовой жидкости.When the electric motor shaft 1 rotates, torque is transmitted through the hydraulic protection shafts 2 and the gas separator 3, the shaft 9 of the pump 4 to the impellers 8. The formation fluid enters the pump section 4 through the base 25, sequentially passes through the impellers 8, guide vanes 6, bearings 10, exits through the head 26 and tubing pipes 5 to the surface. In this case, the pressure of the formation fluid increases.

При вращении рабочего колеса 8 благодаря наличию лопаточного венца 20 на ведущем диске 12 жидкость в пазухе между этим диском 12 и нижним диском 16 направляющего аппарата 8 вращается с большей скоростью, чем при отсутствии лопаточного венца 20. Возникает торообразный вихрь, благодаря изменению скорости можно повысить напор при малых расходах и оптимизировать величину осевой силы, действующей на колесо 8.When the impeller 8 rotates, due to the presence of a blade rim 20 on the drive disk 12, the liquid in the bosom between this disk 12 and the lower disk 16 of the guide vane 8 rotates at a higher speed than in the absence of a blade rim 20. A torus-shaped vortex arises; due to a change in speed, the pressure can be increased at low flow rates and optimize the amount of axial force acting on wheel 8.

Винтовая канавка 24, изготовленная на внешнем диаметре уплотнительной втулки 11, позволяет снизить перетечки за счет гидродинамики, повысить износостойкость и допустимое содержание механических примесей за счет устранения механических примесей из пары трения.The helical groove 24, made on the outer diameter of the sealing sleeve 11, makes it possible to reduce leakage due to hydrodynamics, increase wear resistance and the permissible content of mechanical impurities by eliminating mechanical impurities from the friction pair.

Винтовая канавка 23, изготовленная на внутреннем диаметре обечайки направляющего аппарата 6, позволяет увеличить допустимое содержание свободного газа за счет диспергирования и механических примесей за счет эффективного перевода из этой ступени на вход в следующий направляющий аппарат.The helical groove 23, made on the inner diameter of the shell of the guide vane 6, makes it possible to increase the permissible content of free gas due to dispersion and mechanical impurities due to the effective transfer from this stage to the entrance to the next guide vane.

Направляющий аппарат изготовлен из чугуна, который содержит, в частности, кремний, марганец, хром, церий, фосфор и серу, при следующем содержании указанных элементов, мас. %:The guide apparatus is made of cast iron, which contains, in particular, silicon, manganese, chromium, cerium, phosphorus and sulfur, with the following content of these elements, wt. %:

углеродcarbon 3,5-3,93.5-3.9 кремнийsilicon 2,1-2,72.1-2.7 марганецmanganese 0,4-0,60.4-0.6 фосфорphosphorus <0,3<0.3 церийcerium <0,03<0.03 борboron <0,01<0.01 сераsulfur <0,05<0.05 хромchromium <0,12<0.12 железоiron остальноеrest

Направляющий аппарат изготовлен из чугуна, который содержит, в частности, кремний, марганец, хром, никель, медь, фосфор и серу, при следующем содержании указанных элементов, мас. %:The guide apparatus is made of cast iron, which contains, in particular, silicon, manganese, chromium, nickel, copper, phosphorus and sulfur, with the following content of these elements, wt. %:

углеродcarbon <3<3 кремнийsilicon 1,0-2,81.0-2.8 марганецmanganese 0,5-1,50.5-1.5 никельnickel 13,5-17,513.5-17.5 медьcopper 5,0-8,05.0-8.0 хромchromium 1,5-2,51.5-2.5 алюминийaluminum <0,3<0.3 сераsulfur <0,05<0.05 фосфорphosphorus <0,25<0.25 железоiron остальноеrest

Вышеуказанный состав чугуна позволяет оптимизировать стоимость изделия.The above composition of cast iron allows you to optimize the cost of the product.

Claims (13)

1. Способ работы установки погружного многоступенчатого центробежного насоса, заключающийся в подъеме пластовой жидкости ступенями, содержащими направляющий аппарат и рабочее колесо, изготовленные из материалов, которые не могут соприкасаться друг с другом в процессе работы, между направляющим аппаратом и рабочим колесом установлены осевые опоры, в состав которых входят опорные шайбы, на валу для каждой ступени установлена уплотнительная втулка, устраняющая перетечки, изготовленная из материала, способного быть в паре трения с материалом, из которого изготовлена сопрягаемая поверхность направляющего аппарата, отличающийся тем, что рабочее колесо изготовлено из полимерного материала, с низкой скоростью отложения солей, малым весом, гладкой поверхностью проточной части, с высокой коррозионной стойкостью, между ступицей колеса и ступицей направляющего аппарата изготовлен зазор, величина которого гарантированно исключает контакт рабочего колеса и направляющего аппарата в процессе работы, на ведущем диске рабочего колеса изготовлен лопаточный венец, обеспечивающий оптимальную величину осевой силы, действующей на рабочее колесо.1. The method of operation of the installation of a submersible multistage centrifugal pump, which consists in lifting the reservoir fluid in stages containing a guide vane and an impeller made of materials that cannot come into contact with each other during operation, axial supports are installed between the guide vane and the impeller, in the composition of which includes support washers; a sealing sleeve is installed on the shaft for each stage, eliminating leakage, made of a material capable of being in a friction pair with the material from which the mating surface of the guide vane is made, characterized in that the impeller is made of a polymer material, with a low rate of salt deposition, low weight, smooth surface of the flow part, with high corrosion resistance, a gap is made between the wheel hub and the hub of the guide vane, the size of which is guaranteed to exclude contact of the impeller and the guide vane during operation, A blade rim is made on the driving disk of the impeller, which provides the optimal amount of axial force acting on the impeller. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на внутреннем диаметре обечайки направляющего аппарата и на внешнем диаметре уплотнительной втулки изготовлены конструктивные элементы для отвода механических примесей и диспергирования крупных пузырей свободного газа.2. The method according to claim 1, characterized in that structural elements are made on the inner diameter of the guide vane shell and on the outer diameter of the sealing sleeve to remove mechanical impurities and disperse large bubbles of free gas. 3. Установка погружного многоступенчатого центробежного насоса, в состав которой входят двигатель, гидрозащита, насос, содержащий вал, одну ступень, содержащую направляющий аппарат, состоящий из обечайки, нижнего диска со ступицей, верхнего диска, между дисками изготовлены лопатки, рабочее колесо, которое содержит ведущий диск со ступицей и покрывной диск, между дисками размещены лопасти, причем между верхним диском направляющего аппарата и ведомым диском рабочего колеса, между ступицей направляющего аппарата и ведущим диском рабочего колеса установлены осевые опоры, в состав которых входят опорные шайбы, на валу для каждой ступени установлена уплотнительная втулка, длина которой составляет не менее пятидесяти процентов длины ступицы направляющего аппарата, отличающаяся тем, что рабочее колесо изготовлено из полимерного термопластичного материала, между ступицей колеса и ступицей направляющего аппарата изготовлен зазор, величина которого на двадцать процентов больше величины зазора между уплотнительной втулкой и ступицей направляющего аппарата, на ведущем диске рабочего колеса изготовлен лопаточный венец, высота лопаточного венца не превышает минимальное расстояние между ведущим и покрывным дисками рабочего колеса, угол между каждой лопаткой лопаточного венца на ее периферии и радиусом составляет от минус 30° до плюс 30°.3. Installation of a submersible multistage centrifugal pump, which includes a motor, hydraulic protection, a pump containing a shaft, one stage containing a guide vane consisting of a shell, a lower disk with a hub, an upper disk, blades are made between the disks, an impeller that contains a driving disk with a hub and a covering disk, blades are placed between the disks, and between the upper disk of the guide vane and the driven disk of the impeller, between the hub of the guide vane and the driving disk of the impeller, axial supports are installed, which include support washers, on the shaft for each stage a sealing sleeve is installed, the length of which is at least fifty percent of the length of the guide vane hub, characterized in that the impeller is made of a polymer thermoplastic material, a gap is made between the wheel hub and the hub of the guide vane, the value of which is twenty percent greater than the gap between the sealing sleeve and the hub of the guide vane, a blade rim is made on the drive disk of the impeller, the height of the blade rim does not exceed the minimum distance between the driving and covering disks of the impeller, the angle between each blade of the blade rim at its periphery and the radius ranges from minus 30° to plus 30°. 4. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что между боковыми гранями каждой лопатки лопаточного венца и ведущим диском выполнены скругления, радиус скруглений составляет от 0,1 до 0,8 от высоты лопаточного венца.4. The installation according to claim 3, characterized in that there are roundings made between the side edges of each blade of the blade ring and the drive disk, the radius of the roundings is from 0.1 to 0.8 of the height of the blade ring. 5. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что вал насоса опирается на вал гидравлической защиты двигателя.5. Installation according to claim 3, characterized in that the pump shaft rests on the engine hydraulic protection shaft. 6. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что на внутреннем диаметре ступицы направляющего аппарата, со стороны ступицы рабочего колеса, изготовлена проточка.6. Installation according to claim 3, characterized in that a groove is made on the inner diameter of the guide vane hub, on the side of the impeller hub. 7. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что на внутреннем диаметре обечайки направляющего аппарата изготовлена винтовая канавка.7. Installation according to claim 3, characterized in that a helical groove is made on the inner diameter of the guide vane shell. 8. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что на внешнем диаметре уплотнительной втулки изготовлена винтовая канавка.8. Installation according to claim 3, characterized in that a helical groove is made on the outer diameter of the sealing sleeve. 9. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что ступица направляющего аппарата изготовлена из полимерного материала.9. Installation according to claim 3, characterized in that the hub of the guide vane is made of a polymer material. 10. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что направляющий аппарат изготовлен из чугуна, который содержит, в частности, кремний, марганец, хром, церий, фосфор и серу, при следующем содержании указанных элементов, мас. %:10. Installation according to claim 3, characterized in that the guide apparatus is made of cast iron, which contains, in particular, silicon, manganese, chromium, cerium, phosphorus and sulfur, with the following content of these elements, wt. %: углеродcarbon 3,5-3,93.5-3.9 кремнийsilicon 2,1-2,72.1-2.7 марганецmanganese 0,4-0,60.4-0.6 фосфорphosphorus < 0,3<0.3 церийcerium < 0,03<0.03 борboron < 0,01<0.01 сераsulfur < 0,05<0.05 хромchromium < 0,12<0.12 железоiron остальноеrest
11. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что направляющий аппарат изготовлен из чугуна, который содержит, в частности, кремний, марганец, хром, никель, медь, фосфор и серу, при следующем содержании указанных элементов, мас. %:11. Installation according to claim 3, characterized in that the guide apparatus is made of cast iron, which contains, in particular, silicon, manganese, chromium, nickel, copper, phosphorus and sulfur, with the following content of these elements, wt. %: углеродcarbon < 3< 3 кремнийsilicon 1,0-2,81.0-2.8 марганецmanganese 0,5-1,50.5-1.5 никельnickel 13,5-17,513.5-17.5 медьcopper 5,0-8,05.0-8.0 хромchromium 1,5-2,51.5-2.5 алюминийaluminum < 0,3<0.3 сераsulfur < 0,05<0.05 фосфорphosphorus < 0,25<0.25 железоiron остальноеrest
RU2023110939A 2023-04-27 Method of operation of submersible multi-stage centrifugal pump with polymer impellers and design for its implementation RU2810186C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2810186C1 true RU2810186C1 (en) 2023-12-22

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4350911A (en) * 1979-06-04 1982-09-21 Oil Dynamics, Inc. Tandem connected submersible oil well pump motors
RU2317445C1 (en) * 2006-05-22 2008-02-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" Submersible multistage modular centrifugal pump
RU2449176C2 (en) * 2010-07-12 2012-04-27 Открытое акционерное общество ОАО "АЛНАС" Stage of submersible multi-stage centrifugal pump
RU2564742C1 (en) * 2014-03-12 2015-10-10 Закрытое акционерное общество ЗАО "РИМЕРА" Bottomhole multistage rotary pump
RU2751684C1 (en) * 2020-11-30 2021-07-15 Общество с ограниченной ответственностью "РИМЕРА-АЛНАС" Installation of submersible multistage pump to maintain reservoir pressure

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4350911A (en) * 1979-06-04 1982-09-21 Oil Dynamics, Inc. Tandem connected submersible oil well pump motors
RU2317445C1 (en) * 2006-05-22 2008-02-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" Submersible multistage modular centrifugal pump
RU2449176C2 (en) * 2010-07-12 2012-04-27 Открытое акционерное общество ОАО "АЛНАС" Stage of submersible multi-stage centrifugal pump
RU2564742C1 (en) * 2014-03-12 2015-10-10 Закрытое акционерное общество ЗАО "РИМЕРА" Bottomhole multistage rotary pump
RU2751684C1 (en) * 2020-11-30 2021-07-15 Общество с ограниченной ответственностью "РИМЕРА-АЛНАС" Installation of submersible multistage pump to maintain reservoir pressure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3953150A (en) Impeller apparatus
US3265001A (en) Centrifugal pump
US2625110A (en) Pump for vertical movement of liquids
EP3913227B1 (en) Multiphase pump
CN111878452B (en) Impeller assembly for a multi-stage submersible pump
RU2244164C1 (en) Multistage submerged axial pump
CN105351206A (en) Segmentation type multi-stage centrifugal pump
RU2810186C1 (en) Method of operation of submersible multi-stage centrifugal pump with polymer impellers and design for its implementation
US3698830A (en) Vertical centrifugal suction pump
CN108412776B (en) A multi-stage deep-sea mixed pump with shaft sleeve structure
CN207470489U (en) Vertical multi-stage wear resistant submerged pump
CN206503721U (en) A kind of self-balanced multiple-stage Radial pump
CN205243860U (en) Double suction helico centrifugal pump
CN102022384B (en) Hard alloy sliding bearing water-diversion cooling and lubrication system of mine submersible pump
RU2413876C1 (en) Stage of downhole multistage rotary pump
RU212053U1 (en) Installation with a submersible centrifugal pump to maintain reservoir pressure
RU202692U1 (en) SUBMERSIBLE SUBMERSIBLE BOREHOLE CENTRIFUGAL PUMP WITH COMPRESSION DIAGRAM ASSEMBLY
RU2328624C1 (en) Submerged multi-stage centrifugal pump
CN219953674U (en) Low cavitation vertical multistage barrel bag centrifugal pump
RU209480U1 (en) Installation of a submersible vane pump to maintain reservoir pressure
RU214545U1 (en) CENTRIFUGAL PUMP IMPELLER
RU2849912C1 (en) Energy-efficient submersible unit for extracting formation fluid with a high concentration of free gas and mechanical impurities, and a method for pumping formation fluid
RU215043U1 (en) CENTRIFUGAL PUMP IMPELLER
RU218918U1 (en) Installation of a submersible multistage pump with working bodies made of solid niresist
CN203822646U (en) Novel condensate pump