RU2150028C1 - Multistage centrifugal pump - Google Patents

Abstract

FIELD: hydraulic machinery; pumping liquids; oil extraction from wells. SUBSTANCE: centrifugal pump has outlet device mounting at least one impeller built up of hub, main and cover disks, and blades between them. Impeller disks are provided with auxiliary enclosed ducts whose inlet and outlet holes are arranged at different radii relative to impeller axis of revolution. Ratio of maximum distance between adjacent blades to blade height at impeller outlet is lower than 2; auxiliary ducts at outlet radius are tilted relative to direction of peripheral velocity through acute angle. EFFECT: improved pump pressure at low flowrate including that as low as zero; improved reliability and reduced size of pump. 2 dwg

Description

Изобретение относится к гидромашиностроению, а более конкретно к конструкциям 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 design of centrifugal pumps for pumping liquids, and can be applied in oil production from wells.

Известен центробежный насос с рабочим колесом, содержащим диск с закрепленными на нем лопатками, в котором выполнены закрытые каналы (см. а.с. СССР 964241, кл. F 04 D 1/00, 1981). A known centrifugal pump with an impeller containing a disk with blades fixed on it, in which closed channels are made (see AS USSR 964241, class F 04 D 1/00, 1981).

Недостатком этого устройства является то, что, несмотря на лучшее закручивание потока по сравнению с традиционными рабочими колесами за счет выравнивая эпюры скоростей, напор рабочего колеса при нулевом расходе является недостаточно высоким по сравнению с теоретическим напором рабочего колеса при бесконечно большом числе лопастей. The disadvantage of this device is that, despite the better swirling of the flow compared to traditional impellers due to the leveling of the velocity diagrams, the impeller head at zero flow rate is not high enough compared to the theoretical impeller head with an infinitely large number of blades.

Наиболее близким к предлагаемому является центробежный насос, содержащий корпус, вал, на котором расположены рабочие колеса, радиальные направляющие аппараты, установленные в корпусе насоса, в котором в дисках рабочих колес выполнены вспомогательные закрытые каналы, входные и выходные отверстия которых расположены на разных радиусах относительно оси вращения (см. а.с. СССР 1523731 A1, кл. F 04 d 1/06,29/66,1987). Closest to the proposed one is a centrifugal pump containing a housing, a shaft on which the impellers are located, radial guiding devices installed in the pump housing, in which auxiliary closed channels are made in the impeller disks, the inlet and outlet openings of which are located at different radii relative to the axis rotation (see A.S. USSR 1523731 A1, class F 04 d 1 / 06.29 / 66.1987).

Недостатком этого устройства является то, что, несмотря на лучшее закручивание потока по сравнению с традиционными рабочими колесами за счет некоторого выравнивания эпюры скоростей жидкости на выходе из рабочего колеса, напор рабочего колеса при нулевом и малых расходах является недостаточно высоким по сравнению с теоретическим напором рабочего колеса при бесконечно большом числе лопастей. The disadvantage of this device is that, despite the better swirling of the flow compared to traditional impellers due to some alignment of the fluid velocity diagram at the outlet of the impeller, the impeller pressure at zero and low flow rates is not high compared to the theoretical impeller pressure with an infinitely large number of blades.

Известно также, что в промышленности нашли применение многоступенчатые насосы, в каждой ступени которых на ведущем диске рабочего колеса изготовлены радиальные лопасти (импеллера). Рабочие колеса установлены с некоторым осевым зазором между ведущим диском и направляющим аппаратом. It is also known that in industry multistage pumps have been used, in each stage of which radial blades (impellers) are made on the driving wheel of the impeller. Impellers are mounted with some axial clearance between the drive disk and the guide vane.

Недостатком этого устройства является то, что повышение напора ступени сильно зависит от величины осевого зазора между радиальными лопастями на ведущем диске рабочего колеса и соседней стенкой направляющего аппарата. Вследствие создаваемого радиальными лопастями разрежения возникает опасность всплытия рабочих колес. Радиальные лопасти также увеличивают потери на дисковое трение, что ведет к уменьшению КПД центробежного насоса. The disadvantage of this device is that the increase in the pressure of the stage strongly depends on the magnitude of the axial clearance between the radial blades on the driving disk of the impeller and the adjacent wall of the guide apparatus. Due to the rarefaction created by the radial blades, there is a danger of the ascent of the impellers. Radial blades also increase disc friction losses, which leads to a decrease in the efficiency of the centrifugal pump.

Задачей настоящего изобретения является увеличение напора центробежного насоса при его работе на малых расходах, в том числе при расходе, равном нулю, увеличение надежности его работы и уменьшение габаритов. The objective of the present invention is to increase the pressure of a centrifugal pump during its operation at low flow rates, including at a flow rate equal to zero, to increase the reliability of its operation and to reduce its size.

Для достижения технического результата известный центробежный насос, содержащий отводящее устройство, в котором установлено, по меньшей мере, одно рабочее колесо, состоящее из ступицы, основного и покрывного дисков и установленных между ними лопастей, при этом в дисках рабочих колес выполнены вспомогательные закрытые каналы, входные и выходные отверстия которых расположены на разных радиусах относительно оси вращения рабочего колеса, отношение максимального расстояния между соседними лопастями к высоте лопастей на выходе из рабочего колеса меньше двух, а угол наклона вспомогательных каналов на выходном радиусе по отношению к направлению окружной скорости вращения рабочего колеса выполнен острым. To achieve a technical result, a known centrifugal pump containing a discharge device, in which at least one impeller is installed, consisting of a hub, a main and a cover disk and blades mounted between them, while auxiliary closed channels are made in the impeller disks, input and the outlet openings of which are located at different radii relative to the axis of rotation of the impeller, the ratio of the maximum distance between adjacent blades to the height of the blades at the exit of the impeller the wheels are less than two, and the angle of inclination of the auxiliary channels at the output radius with respect to the direction of the peripheral speed of rotation of the impeller is made sharp.

В традиционных рабочих колесах центробежных насосов лопасти рабочих колес установлены на выходе под углом меньше девяноста градусов. Количество лопастей далеко от бесконечности, и обычно расстояние между соседними лопастями на выходном диаметре рабочего колеса в несколько раз превышает расстояние между дисками рабочего колеса. В проточной части рабочего колеса, образованной ведущим и покрывным дисками и лопастями, скорость вращения жидкости существенно меньше скорости вращения рабочего колеса на малых расходах и при расходе, равном нулю. Вследствие того что жидкость неплотно охвачена лопастями, в межлопастных каналах возникают различные противотоки, уменьшающие скорость вращения жидкости. Разница скоростей вращения жидкости и рабочего колеса обычно учитывается поправкой на конечное число лопастей. В предлагаемом рабочем колесе отношение максимального расстояния между соседними лопастями к высоте лопастей на выходе из рабочего колеса меньше двух. Это может быть обеспечено как за счет увеличения количества лопастей на выходе из рабочего колеса, так и за счет их специального профилирования. В этом случае межлопастные каналы лучше закручивают проходящий через них поток, за счет более плотного охвата и устранения вращения в них жидкости. Вследствие этого на малых расходах и особенно при расходах, равных нулю, напор жидкости на выходе из предлагаемых рабочих колес будет существенно выше по сравнению с традиционными рабочими колесами. В изготовленных в дисках вспомогательных каналах, которые могут быть уже межлопастных, поток закручивается лучше, чем лопастями рабочего колеса. Вследствие этого напор жидкости на выходе из них будет выше напора основного потока на выходе из рабочего колеса. Поэтому через вспомогательные каналы будет происходить переток жидкости даже при нулевом расходе через насос. Благодаря тому, что они имеют на выходном радиусе острый угол наклона по отношению к окружной скорости вращения рабочего колеса, проходящий через них поток будет увеличивать скорость вращения жидкости на выходе из рабочего колеса, и, таким образом, увеличатся потенциальный и динамический напоры. Увеличение напора насоса при нулевом расходе приведет к тому, что напорная кривая станет более крутопадающей, что повысит устойчивость работы насосной установки и, следовательно, ее надежность. Увеличение напора также позволит уменьшить габариты насоса и в ряде случаев повысить его КПД. In traditional impellers of centrifugal pumps, impeller blades are mounted at the outlet at an angle of less than ninety degrees. The number of blades is far from infinity, and usually the distance between adjacent blades on the output diameter of the impeller is several times greater than the distance between the disks of the impeller. In the flowing part of the impeller formed by the driving and covering disks and blades, the fluid rotation speed is significantly lower than the rotational speed of the impeller at low flow rates and at a flow rate equal to zero. Due to the fact that the fluid is not tightly covered by the blades, various countercurrents occur in the inter-blade channels, which reduce the rotation speed of the fluid. The difference in fluid and impeller rotational speeds is usually adjusted for a finite number of blades. In the proposed impeller, the ratio of the maximum distance between adjacent blades to the height of the blades at the exit of the impeller is less than two. This can be achieved both by increasing the number of blades at the exit of the impeller, and by their special profiling. In this case, the inter-bladed channels better twist the flow passing through them, due to more tight coverage and elimination of rotation of the liquid in them. As a result, at low costs, and especially at costs equal to zero, the pressure of the liquid at the outlet of the proposed impellers will be significantly higher compared to traditional impellers. In auxiliary channels made in the disks, which may already be inter-bladed, the flow spins better than with the impeller blades. As a result, the pressure of the liquid at the outlet of them will be higher than the pressure of the main stream at the exit of the impeller. Therefore, through auxiliary channels fluid will flow even at zero flow rate through the pump. Due to the fact that they have a sharp angle of inclination at the exit radius with respect to the peripheral speed of rotation of the impeller, the flow passing through them will increase the speed of rotation of the liquid at the exit of the impeller, and thus the potential and dynamic pressure will increase. Increasing the pump head at zero flow rate will cause the pressure curve to become more steep, which will increase the stability of the pump unit and, consequently, its reliability. An increase in pressure will also reduce the dimensions of the pump and, in some cases, increase its efficiency.

Указанные меры позволяют повысить напор насоса при нулевом и малых расходах, увеличить надежность его работы и уменьшить габариты. These measures can increase the pump head at zero and low flow rates, increase the reliability of its operation and reduce the size.

В просмотренных источниках информации указанные отличительные признаки не обнаружены, следовательно, предложенное решение отвечает критерию существенности отличий. In the reviewed sources of information, these distinguishing features were not found, therefore, the proposed solution meets the criterion of materiality of differences.

На фиг. 1 изображена схема центробежного рабочего колеса в разрезе, на фиг. 2 изображен вид А с местными разрезами. In FIG. 1 is a sectional diagram of a centrifugal impeller, and FIG. 2 shows view A with local sections.

Центробежный насос содержит рабочее колесо, состоящее из ступицы 1, ведущего 2 и покрывного 3 дисков и установленных между ними лопастей 4, образующих межлопастные каналы 5. Внутри дисков изготовлены закрытые вспомогательные каналы 6, входные и выходные отверстия которых расположены на разных радиусах относительно оси вращения рабочего колеса. Рабочее колесо установлено в отводящем устройстве 7. The centrifugal pump contains an impeller, consisting of a hub 1, a leading 2 and a cover 3 of disks and mounted between them blades 4, forming inter-vane channels 5. Inside the disks are made closed auxiliary channels 6, the inlet and outlet openings of which are located at different radii relative to the axis of rotation of the working wheels. The impeller is installed in the discharge device 7.

Центробежный насос работает следующим образом. Жидкость, проходя через рабочее колесо, состоящее из ступицы 1, ведущего 2 и покрывного 3 дисков и установленных между ними лопастей 4, образующих межлопастные каналы 5, увеличивает свою энергию, на основании основного уравнения лопастных гидромашин. В отводящем устройстве 7 происходит преобразование скоростной энергии потока в давление. В традиционных рабочих колесах вследствие того, что жидкость неплотно охвачена лопастями, в межлопастных каналах возникают различные противотоки, уменьшающие скорость вращения жидкости. Разница скоростей вращения жидкости и рабочего колеса обычно учитывается поправкой на конечное число лопастей. В предлагаемом рабочем колесе отношение максимального расстояния между соседними лопастями 4 к высоте лопастей на выходе из рабочего колеса меньше двух. Это может быть обеспечено как за счет увеличения количества лопастей на выходе из рабочего колеса, так и за счет их специального профилирования. В этом случае межлопастные каналы 5 лучше закручивают проходящий через них поток за счет более плотного охвата и устранения вращения в них жидкости. Вследствие этого на малых расходах и особенно при расходах, равных нулю, напор жидкости на выходе из предлагаемых рабочих колес будет существенно выше по сравнению с традиционными рабочими колесами. В изготовленных в дисках вспомогательных каналах 6, которые могут быть уже межлопастных, поток закручивается лучше, чем лопастями рабочего колеса. Вследствие этого напор жидкости на выходе из них будет выше напора основного потока на выходе из рабочего колеса. Поэтому через вспомогательные каналы 6 будет происходить переток жидкости даже при нулевом расходе через насос. Благодаря тому что они имеют на выходном радиусе острый угол наклона по отношению к окружной скорости вращения рабочего колеса, проходящий через них поток будет увеличивать скорость вращения жидкости на выходе из рабочего колеса и, таким образом, увеличатся потенциальный и динамический напоры. Увеличение напора насоса при нулевом расходе приведет к тому, что напорная кривая станет более крутопадающей, что повысит устойчивость работы насосной установки и, следовательно, ее надежность. Увеличение напора также позволит уменьшить габариты насоса и в ряде случаев повысить его КПД. Centrifugal pump operates as follows. The liquid passing through the impeller, consisting of a hub 1, a leading 2 and a cover 3 of the disks and the blades 4 installed between them, forming the inter-blade channels 5, increases its energy, based on the basic equation of the blade hydraulic machines. In the discharge device 7, the velocity energy of the stream is converted to pressure. In traditional impellers, due to the fact that the liquid is not tightly covered by the blades, various countercurrents occur in the inter-blade channels, which reduce the rotation speed of the liquid. The difference in fluid and impeller rotational speeds is usually adjusted for a finite number of blades. In the proposed impeller, the ratio of the maximum distance between adjacent blades 4 to the height of the blades at the exit of the impeller is less than two. This can be achieved both by increasing the number of blades at the exit of the impeller, and by their special profiling. In this case, the inter-blade channels 5 better twist the flow passing through them due to more tight coverage and elimination of rotation of the liquid in them. As a result, at low costs, and especially at costs equal to zero, the pressure of the liquid at the outlet of the proposed impellers will be significantly higher compared to traditional impellers. In auxiliary channels 6 made in the disks, which may already be inter-blade, the flow spins better than with the impeller blades. As a result, the pressure of the liquid at the outlet of them will be higher than the pressure of the main stream at the exit of the impeller. Therefore, through the auxiliary channels 6 will flow liquid even at zero flow rate through the pump. Due to the fact that they have a sharp angle of inclination at the exit radius with respect to the peripheral speed of rotation of the impeller, the flow passing through them will increase the speed of rotation of the liquid at the exit of the impeller and, thus, the potential and dynamic pressure will increase. Increasing the pump head at zero flow rate will cause the pressure curve to become more steep, which will increase the stability of the pump unit and, consequently, its reliability. An increase in pressure will also reduce the dimensions of the pump and, in some cases, increase its efficiency.

Таким образом, по сравнению с прототипом изобретение позволяет уменьшить габариты, вес насоса, а также увеличить срок межремонтного периода. Thus, in comparison with the prototype, the invention allows to reduce the dimensions, weight of the pump, and also to increase the period of the overhaul period.

Claims (1)

Центробежный насос, содержащий отводящее устройство, в котором установлено, по меньшей мере, одно рабочее колесо, состоящее из ступицы, основного и покрывного дисков и установленных между ними лопастей, при этом в дисках рабочих колес выполнены вспомогательные закрытые каналы, входные и выходные отверстия которых расположены на разных радиусах относительно оси вращения рабочего колеса, отличающийся тем, что отношение максимального расстояния между соседними лопастями к высоте лопастей на выходе из рабочего колеса меньше двух, а угол наклона вспомогательных каналов на выходном радиусе по отношению к направлению окружной скорости вращения рабочего колеса выполнен острым. A centrifugal pump containing a diverting device in which at least one impeller is installed, consisting of a hub, a main and a cover disk and blades installed between them, while auxiliary closed channels are made in the disks of the impellers, the input and output openings of which are located at different radii relative to the axis of rotation of the impeller, characterized in that the ratio of the maximum distance between adjacent blades to the height of the blades at the exit of the impeller is less than two, and the angle by the clone of the auxiliary channels at the output radius with respect to the direction of the peripheral speed of rotation of the impeller is made sharp.

Images