RU2560105C2

RU2560105C2 - Stage of submersible multi-stage high flow rate centrifugal pump

Info

Publication number: RU2560105C2
Application number: RU2013149083/06A
Authority: RU
Inventors: Данил Фанильевич Гимкаев
Original assignee: Данил Фанильевич Гимкаев
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2015-08-20
Also published as: RU2013149083A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: pump stage contains an impeller with a journal and guiding device comprising a barrel, upper disk with an axial bearing, lower disk and blades. The upper disk with an axial bearing are designed monolithic with the barrel from the perforated metal cylinder with a polymeric material layer on its internal surface and perforations filled with a polymeric material. On external and/or on a back side of the barrel the circumferential groove for placing of a sealing ring is made. The upper and lower disks, vanes of the device and impeller are fabricated from the polymeric material, and the friction surfaces of axial and radial bearings are designed as plain friction bearings fabricated from wear-resistant metal alloy and/or ceramics and fixed on the surfaces of supports of pump details with the adhesive bonding and/or due to adhesion during casting or pressing of a polymeric detail, and the surfaces of joint of bearings with the detail are designed as mortise and tenon joint.

EFFECT: decrease of weight and increase of reliability of stage performance.

11 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в погружных центробежных высокоскоростных скважинных насосах для добычи нефти из скважин с высоким содержанием солей, свободного газа и механических примесей.The invention relates to petroleum engineering and can be used in submersible centrifugal high-speed well pumps for oil extraction from wells with a high content of salts, free gas and mechanical impurities.

Погружные центробежные насосы, как правило, содержат одну или несколько насосных секций. Насосная секция такого насоса состоит из корпуса, в котором установлены направляющие аппараты и вал с рабочими колесами (Чичеров Л.Г. и др. Расчет и конструирование нефтепромыслового оборудования. - М.: Недра, 1987). При этом в процессе эксплуатации проходные каналы рабочих колес и направляющих аппаратов забиваются механическими примесями, особенно первых ступеней, что является причиной срыва потока насоса, износа щелевых уплотнений, повышенной вибрации и, как следствие, выхода насоса из строя. Кроме того, элементы насоса подвергаются воздействию агрессивной среды, в результате чего металлические детали подвержены коррозии. Взаимодействие пар трения в агрессивной среде скважины, в которой присутствуют взвешенные механические частицы, приводит к их интенсивному изнашиванию.Submersible centrifugal pumps typically contain one or more pump sections. The pump section of such a pump consists of a housing in which guide devices and a shaft with impellers are installed (L. Chicherov et al. Calculation and design of oilfield equipment. - M .: Nedra, 1987). Moreover, during operation, the passage channels of the impellers and guide vanes are clogged with mechanical impurities, especially of the first stages, which causes a disruption of the pump flow, wear of gap seals, increased vibration and, as a consequence, failure of the pump. In addition, the pump elements are exposed to an aggressive environment, as a result of which metal parts are subject to corrosion. The interaction of friction pairs in an aggressive well environment in which suspended mechanical particles are present leads to their intensive wear.

Известен погружной центробежный насос для откачки пластовой жидкости из нефтяных скважин. Каждая ступень такого насоса содержит рабочее колесо закрытого типа и направляющий аппарат с лопатками, выступающими за диаметральный размер наружной крышки аппарата. Рабочее колесо ступени имеет спрофилированные лопатки между ведущим и ведомым дисками (Богданов Н.А. Погружные центробежные насосы для добычи нефти. - М.: Недра, 1968, 38-50 с.).Known submersible centrifugal pump for pumping formation fluid from oil wells. Each stage of such a pump contains a closed impeller and a guiding apparatus with blades protruding beyond the diametrical size of the outer cover of the apparatus. The impeller of the stage has profiled blades between the driving and driven disks (Bogdanov N.A. Submersible centrifugal pumps for oil production. - M .: Nedra, 1968, 38-50 s.).

Известна ступень многоступенчатого центробежного насоса (патент РФ №2220327, МПК F04D 29/02, 27.12.2003), содержащая направляющий аппарат и рабочее колесо, выполненное в виде единого целого со втулкой, внешняя цилиндрическая поверхность которой образует пару трения с соответствующей внутренней цилиндрической поверхностью направляющего аппарата. Одна из деталей, поверхности которых образуют упомянутую пару трения, выполнена из спеченного пористого металлического материала, а вторая деталь выполнена из литейного чугуна нирезиста, при этом, по меньшей мере, часть детали из спеченного пористого металлического материала пропитана сплавом с высоким содержанием меди.Known step multistage centrifugal pump (RF patent No. 2220327, IPC F04D 29/02, 12/27/2003), containing the guide apparatus and the impeller, made as a unit with the sleeve, the outer cylindrical surface of which forms a friction pair with the corresponding inner cylindrical surface of the guide apparatus. One of the parts whose surfaces form the aforementioned friction pair is made of sintered porous metal material, and the second part is made of nresist cast iron, while at least a part of the sintered porous metal material is impregnated with a high copper alloy.

Недостатками известного насоса (патент РФ №2220327, МПК F04D 29/02, 27.12.2003) являются значительная трудоемкость и высокая стоимость его изготовления при низкой коррозионной и износостойкости, а также значительный вес деталей, выполненных методами спекания и литья.The disadvantages of the known pump (RF patent No. 2220327, IPC F04D 29/02, 12/27/2003) are the significant complexity and high cost of its manufacture with low corrosion and wear resistance, as well as the significant weight of parts made by sintering and casting methods.

Наиболее близким аналогом является ступень погружного центробежного насоса (патент № РФ 2274769, МПК F04D 13/10, F04D 29/02, СТУПЕНЬ ПОГРУЖНОГО МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА. 20.04.2006). Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса содержит рабочее колесо с втулкой и направляющий аппарат, состоящий из стакана, верхнего диска, втулки, нижнего диска (крышки) и лопастей, где рабочее колесо с втулкой выполнены из пластмассы, например из полиамида с наполнителем. Лопасти и втулка расположены на отдельной планшайбе, закрепленной на верхнем диске, а нижний диск выполнен в виде крышки, при этом планшайба лопасти и нижний диск выполнены из пластмассы.The closest analogue is the step of a submersible centrifugal pump (Patent No. RF 2274769, IPC F04D 13/10, F04D 29/02, STEP OF A SUBMERSIBLE MULTISTAGE CENTRIFUGAL PUMP. 04/20/2006). The step of a submersible multistage centrifugal pump contains an impeller with a sleeve and a guiding apparatus consisting of a glass, an upper disk, a sleeve, a lower disk (cover) and vanes, where the impeller with a sleeve is made of plastic, for example, polyamide with a filler. The blades and the sleeve are located on a separate faceplate mounted on the upper disk, and the lower disk is made in the form of a cover, while the blade faceplate and the lower disk are made of plastic.

Однако использование сплошного металлического стакана направляющего аппарата делает конструкцию металлоемкой, использование в качестве подшипников скольжения радиальных и осевых опор пластмассы не пригодно для высокоскоростных режимов перекачки (до 10 тыс. об/мин), поскольку вызывает схватывание или сварку поверхностей трения.However, the use of a solid metal cup of the guide apparatus makes the structure metal-intensive, the use of radial and axial bearings of plastic as sliding bearings is not suitable for high-speed pumping modes (up to 10 thousand rpm), since it causes the setting or welding of friction surfaces.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание такой ступени погружного насоса, который позволил бы с наименьшими экономическими затратами производить и эксплуатировать погружные высокоскоростные центробежные насосы в условиях работы в скважинах с высоким содержанием минеральных солей, механических и абразивных примесей в пластовой жидкости, за счет изготовления элементов насоса пониженной массой, обеспечивающих требуемые эксплуатационные свойства насосов, а также обеспечение повышенной надежности поверхностей трения радиальных и осевых опор элементов насоса в условиях высокоскоростных режимов работы.The problem to which the invention is directed, is the creation of such a submersible pump stage that would allow producing and operating submersible high-speed centrifugal pumps with low economic costs in operating conditions in wells with a high content of mineral salts, mechanical and abrasive impurities in the formation fluid, the expense of manufacturing pump elements with reduced mass, providing the required operational properties of the pumps, as well as providing increased reliability awns friction surface of radial and axial bearings of the pump elements in a high-speed operation modes.

Таким образом, техническим результатом изобретения является уменьшение массы изделия и повышение надежности его работы.Thus, the technical result of the invention is to reduce the mass of the product and increase the reliability of its operation.

Технический результат достигается за счет того, что ступень погружного многоступенчатого высокоскоростного центробежного насоса, содержащая рабочее колесо со ступицей и направляющий аппарат, состоящий из стакана, верхнего диска, с осевой опорой, нижнего диска и лопаток, в отличие от прототипа, верхний диск направляющего аппарата с осевой опорой выполнены монолитно со стаканом, причем стакан выполнен из перфорированного металлического цилиндра со слоем полимерного материала на его внутренней поверхности и перфорациями, заполненными полимерным материалом, а на внешней стороне и/или на торце стакана выполнена по крайней мере одна круговая канавка, обеспечивающая возможность расположения в ней уплотнительного кольца, причем верхний диск, нижний диск, лопатки направляющего аппарата и рабочее колесо изготовлены из полимерного материала, а поверхности трения осевых и радиальных опор выполнены в виде подшипников трения скольжения, изготовленных из износостойкого металлического сплава, и/или керамики, и/или карболита, и/или карбонита и закрепленных на поверхностях опор деталей насоса клеевым соединением и/или за счет адгезии в процессе литья или прессования полимерной детали, причем поверхности соединения подшипников с деталью выполнены в виде соединения «шип-паз», при этом возможны следующие варианты выполнения насоса: в качестве полимерного материала используются композиции на основе полифениленсульфида; перфорации металлического цилиндра выполнены в поперечном сечении в виде кругов диаметром от 1 мм до 5 мм, общей площадью от 10 до 70% от внутренней площади металлического цилиндра, причем круги расположены по поверхности равномерно; в качестве полифениленсульфида используется фортрон; перфорации металлического цилиндра выполнены в поперечном сечении в виде овалов, общей площадью от 10 до 70% от внутренней площади металлического цилиндра, причем овалы расположены по поверхности равномерно; перфорации металлического цилиндра выполнены в поперечном сечении в виде кругов и овалов, общей площадью от 10 до 70% от внутренней площади металлического цилиндра, причем круги и овалы расположены по поверхности равномерно, при их чередовании; соединения «шип-паз», выполнены в виде цилиндрических отверстий и соответствующих им цилиндрических шипов и/или отверстий и шипов прямоугольного сечения; на периферийной части внешней поверхности рабочего колеса выполнены, по крайней мере, три равномерно расположенные по поверхности дополнительные лопатки, ориентированные под углом от 45 до 85 градусов в направлении, противоположном вращению рабочего колеса.The technical result is achieved due to the fact that the step of the submersible multi-stage high-speed centrifugal pump, comprising an impeller with a hub and a guiding apparatus consisting of a cup, an upper disk, with axial support, a lower disk and vanes, in contrast to the prototype, the upper disk of a guiding device with the axial support is made integral with the glass, and the glass is made of a perforated metal cylinder with a layer of polymer material on its inner surface and perforations filled with polymer material, and at least one circular groove is made on the outer side and / or on the end of the glass, allowing the sealing ring to be located in it, the upper disk, lower disk, vanes of the guide apparatus and impeller made of polymer material, and the friction surfaces axial and radial bearings are made in the form of sliding friction bearings made of wear-resistant metal alloy and / or ceramic and / or carbolite and / or carbonite and mounted on the surfaces of the bearings pump hoists by adhesive bonding and / or due to adhesion during molding or pressing of the polymer part, moreover, the surfaces of the bearings to the part are made in the form of a thorn groove connection, and the following pump designs are possible: compositions based on polyphenylene sulfide; perforations of the metal cylinder are made in cross section in the form of circles with a diameter of 1 mm to 5 mm, a total area of 10 to 70% of the internal area of the metal cylinder, the circles being evenly spaced on the surface; Fortron is used as polyphenylene sulfide; perforations of the metal cylinder are made in cross section in the form of ovals, with a total area of 10 to 70% of the internal area of the metal cylinder, the ovals being uniformly distributed over the surface; perforations of the metal cylinder are made in cross section in the form of circles and ovals, with a total area of 10 to 70% of the internal area of the metal cylinder, the circles and ovals being evenly spaced on the surface, when they alternate; connections "stud-groove", made in the form of cylindrical holes and their corresponding cylindrical spikes and / or holes and spikes of rectangular cross section; on the peripheral part of the outer surface of the impeller, at least three additional blades are uniformly located on the surface, oriented at an angle of 45 to 85 degrees in the opposite direction to the rotation of the impeller.

В процессе эксплуатации насоса, стаканы направляющего аппарата подвергаются воздействию осевых нагрузок, возникающих вследствие перепада давления. Поэтому, в традиционных насосах, для обеспечения необходимой прочности, стаканы изготавливаются чисто металлическими. Однако это приводит к их преждевременному разрушению из-за интенсивной коррозии. Это противоречие решается в предлагаемом техническим решении за счет выполнения стакана из перфорированного металлического цилиндра с покрытием из полимерного материала на его внутренней поверхности, причем полимерный материал покрытия заполняет перфорации металлического цилиндра. При этом полимерное покрытие надежно защищает металлический каркас от коррозионного износа, а металлический цилиндр обеспечивает необходимую прочность стакана. За счет заполнения полимерным материалом покрытия перфораций металлического цилиндра, обеспечивается прочное сцепление покрытия с основным материалом цилиндра. В известных же технических решениях (например, патент № РФ 2274769) верхний диск направляющего аппарата присоединяется к металлическому стакану, что приводит к возникновению дополнительного «проблемного» стыка на границе «стакан - верхний диск» или «металл-полимер», герметичность которого должна быть обеспечена. В предлагаемом же техническом решении стакан направляющего аппарата и верхний диск выполняются в виде одной детали из полимерного материала. Еще одним преимуществом выполнения композиционной детали, совмещающей достоинства металла и полимера в одной детали, является уменьшение веса конструкции и снижение стоимости насоса за счет экономии более дорогого материала (металла). При этом из полимерного материала могут быть изготовлены другие элементы и детали насоса, такие как рабочее колесо, элементы направляющего аппарата. Преимущество увеличения доли полимерного материала в конструкции насоса связано с меньшей плотностью этого материала по сравнению с металлом, низкой подверженностью коррозии, небольшой стоимостью и меньшей склонностью к отложению солей. В качестве полимерного материала могут быть использованы композиции на основе полифениленсульфида с армирующей фазой, например, фортрон.During operation of the pump, the glasses of the guide vane are exposed to axial loads resulting from pressure drops. Therefore, in traditional pumps, to ensure the necessary strength, glasses are made of pure metal. However, this leads to their premature destruction due to intense corrosion. This contradiction is resolved in the proposed technical solution by making a glass of a perforated metal cylinder coated with a polymer material on its inner surface, the polymer coating material filling the perforations of the metal cylinder. At the same time, the polymer coating reliably protects the metal frame from corrosion wear, and the metal cylinder provides the necessary strength of the glass. By filling the perforations of the metal cylinder with polymer material, the coating adheres firmly to the main material of the cylinder. In well-known technical solutions (for example, patent No. RF 2274769), the upper disk of the guide vane is connected to a metal cup, which leads to the appearance of an additional “problem” joint at the “glass – top disk” or “metal-polymer” interface, the tightness of which should be provided. In the proposed technical solution, the glass of the guide apparatus and the upper disk are made in the form of a single part of a polymer material. Another advantage of performing a composite part that combines the advantages of metal and polymer in one part is the reduction in the weight of the structure and the reduction in the cost of the pump by saving more expensive material (metal). In this case, other elements and details of the pump, such as an impeller, elements of a guide apparatus, can be made of a polymeric material. The advantage of increasing the proportion of polymer material in the pump design is associated with a lower density of this material compared to metal, low susceptibility to corrosion, low cost and less tendency to salt deposition. As the polymeric material, compositions based on polyphenylene sulfide with a reinforcing phase, for example, fortron, can be used.

Использование перфораций в металлическом цилиндре стакана позволяет уменьшить долю металла в монолитной детали «верхний диск - стакан» при обеспечении той же жесткости конструкции. Перфорации в металлическом цилиндре стакана позволяют сделать соединение металлического каркаса с полимерным покрытием более надежным, поскольку полимерный материал пронизывает насквозь металлический цилиндр, через выполненные в нем перфорации. Перфорации металлического цилиндра выполняются в поперечном сечении в виде кругов диаметром от 1 мм до 5 мм, и/или овалов, общей площадью кругов или овалов от 10 до 70% от внутренней площади металлического цилиндра, причем круги и овалы расположены по поверхности равномерно, а при использовании перфораций в виде кругов и овалов - они располагаются по поверхности, чередуясь друг с другом. Использование диаметра круглых перфораций менее 1 мм и более 5 мм, а также общей площади перфораций менее 10% ухудшает прочность сцепления «полимер-металл». Превышение общей площади перфораций более 70% снижает прочность стакана.The use of perforations in the metal cylinder of the glass reduces the proportion of metal in the monolithic part "upper disk - glass" while ensuring the same structural rigidity. Perforations in the metal cylinder of the glass make it possible to make the connection of the metal frame with the polymer coating more reliable, since the polymer material penetrates through the metal cylinder through the perforations made in it. Perforations of the metal cylinder are performed in cross section in the form of circles with a diameter of 1 mm to 5 mm, and / or ovals, with a total area of circles or ovals from 10 to 70% of the internal area of the metal cylinder, the circles and ovals being evenly spaced on the surface, and when the use of perforations in the form of circles and ovals - they are located on the surface, alternating with each other. The use of the diameter of circular perforations of less than 1 mm and more than 5 mm, as well as the total area of perforations of less than 10%, impairs the adhesion strength of the polymer-metal. Exceeding the total area of perforations by more than 70% reduces the strength of the glass.

Для обеспечения надежности узлов трения при эксплуатации в условиях высокоскоростного режима работы насоса поверхности трения осевых и радиальных опор выполнены в виде подшипников трения скольжения, изготовленных из износостойкого металлического сплава, и/или керамики, и/или карболита, и/или карбонита и закрепленных на поверхностях опор деталей насоса клеевым соединением и/или за счет адгезии в процессе литья или прессования полимерной детали, причем поверхности соединения подшипников с деталью выполнены в виде соединения «шип-паз». Изготовление поверхностей трения осевых и радиальных опор в виде подшипников трения скольжения из износостойкого металлического сплава и/или керамики позволяет повысить надежность работы насоса за счет предотвращения схватывания поверхностей при высокоскоростном режиме работы насоса. Закрепление подшипников на поверхностях опор деталей насоса клеевым соединением и/или за счет адгезии в процессе литья или прессования полимерной детали, а также использование соединения подшипников с деталью типа «шип-паз» позволяет надежно закрепить подшипник и предотвратить его проворот относительно опорной поверхности, на которой он закреплен. Использование на периферийной части внешней поверхности рабочего колеса равномерно расположенных по поверхности дополнительных лопаток, ориентированные под углом от 45 до 85 градусов в направлении, противоположном вращению рабочего колеса, наряду с углублениями между ними, позволяет предотвратить перемещения жидкости в областях между дисками рабочего колеса и соседними направляющими аппаратами, а также препятствовать образованию газовых пузырьков. Их число может составлять от 3 до 27. Углы меньше 45 градусов и больше 85 градусов снижают указанный эффект.To ensure the reliability of friction units during operation under high-speed pump operating conditions, the friction surfaces of axial and radial bearings are made in the form of sliding friction bearings made of wear-resistant metal alloy and / or ceramic and / or carbolite and / or carbonite and mounted on surfaces bearing parts of the pump with an adhesive joint and / or due to adhesion during the molding or pressing of the polymer part, moreover, the surfaces of the bearings to the part are made in the form of a spike-groove joint. The manufacture of friction surfaces of axial and radial bearings in the form of friction bearings of wear-resistant metal alloy and / or ceramics can improve the reliability of the pump by preventing the setting of surfaces during high-speed operation of the pump. The bearings are fixed on the surfaces of the supports of the pump parts with an adhesive joint and / or due to adhesion during the casting or pressing of the polymer part, as well as the use of the bearing joint with the spike-groove part allows the bearing to be firmly fixed and prevent it from turning relative to the supporting surface on which it is fixed. The use on the peripheral part of the outer surface of the impeller of additional blades uniformly located on the surface, oriented at an angle of 45 to 85 degrees in the opposite direction to the rotation of the impeller, along with the recesses between them, helps to prevent fluid movement in the areas between the impeller disks and adjacent guides apparatus, as well as prevent the formation of gas bubbles. Their number can be from 3 to 27. Angles less than 45 degrees and more than 85 degrees reduce this effect.

Сущность изобретения поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1-5 представлено: фиг.1 - разрез ступени насоса, выполненный в соответствии с изобретением; фиг.2 - вид направляющего аппарата со стаканом с внешней (фиг.2а) и внутренней (фиг.2б) сторон; фиг.3 - вид направляющего аппарата со снятым опорным подшипником (фиг.3а - опорный подшипник, фиг.3б - направляющий аппарат); фиг.4 - направляющий аппарат со стаканом в разрезе и фиг.5 - рабочее колесо (фиг.5а - вид рабочего колеса спереди, фиг.5б - вид рабочего колеса сзади).In FIG. 1-5 presents: FIG. 1 is a sectional view of a pump stage made in accordance with the invention; figure 2 is a view of the guide apparatus with a glass from the outer (figa) and internal (fig.2b) sides; figure 3 is a view of the guide apparatus with the removed support bearing (figa - support bearing, figb - guide apparatus); 4 is a guide apparatus with a glass in the context and FIG. 5 is an impeller (FIG. 5a is a front view of the impeller, FIG. 5b is a rear view of the impeller).

Фиг.1-5 содержат: 1 - стакан; 2 - рабочее колесо; 3 - ступица; 4 - ось насоса; 5 - металлический цилиндр с перфорациями; 6 - полимерный материал; 7 - направляющий аппарат; 8 - перфорации в металлическом цилиндре; 9 - верхний диск направляющего аппарата; 10 - лопатки направляющего аппарата; 11 - нижний диск направляющего аппарата; 12 - ступица; 13 - осевая опора; 14 - лопатки рабочего колеса; 15 - дополнительные периферийные лопатки; 16 - опорные подшипники скольжения; 17 - соединение «шип-паз»; 18 - шип; 19 - паз; 20 - отверстие ступицы; 21 - круговая канавка, обеспечивающая возможность расположения в ней уплотнительного кольца.Figure 1-5 contain: 1 - a glass; 2 - impeller; 3 - a nave; 4 - pump axis; 5 - metal cylinder with perforations; 6 - polymeric material; 7 - a directing apparatus; 8 - perforations in a metal cylinder; 9 - the upper disk of the guide apparatus; 10 - blades of the guide apparatus; 11 - the lower disk of the guide apparatus; 12 - a nave; 13 - axial support; 14 - blades of the impeller; 15 - additional peripheral blades; 16 - pillow block bearings; 17 - connection "thorn-groove"; 18 - thorn; 19 - groove; 20 - a hole of the hub; 21 is a circular groove, allowing the location of the sealing ring.

Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса содержит (фиг.1-5) рабочее колесо 2 со ступицей 3 и лопастями 14, направляющий аппарат 7, состоящий из верхнего диска 9 с осевой опорой 13, стакана 1, нижнего диска 11 со ступицей 12, лопаток 10. Верхний диск 9 направляющего аппарата 7 с осевой опорой 13 изготовлен монолитно со стаканом 1 из полимерного материала 6. Стакан 1 выполнен из перфорированного металлического цилиндра 5 с полимерным слоем на внутренней поверхности. Металлический цилиндр 5 выполнен с перфорациями 8. Верхний диск 9 с осевой опорой 13, нижний диск 11 и лопатки 10 направляющего аппарата 7, а также рабочее колесо 2 изготовлены из полимерного материала, а в качестве металла цилиндра 5 используется нержавеющая или легированная сталь. В качестве полимерного материала 6 используются композиции на основе полифениленсульфида. На рабочем колесе выполнены дополнительные периферийные лопатки 15. Поверхности трения снабжены опорными подшипниками скольжения 16, выполненными из износостойкого твердого металлического сплава или керамики и закрепленными на деталях насоса клеевыми или адгезионными соединениями посредством стыка «шип-паз» 17.The submersible multistage centrifugal pump stage contains (Figs. 1-5) an impeller 2 with a hub 3 and blades 14, a guiding apparatus 7 consisting of an upper disc 9 with an axial support 13, a cup 1, a lower disc 11 with a hub 12, blades 10. The upper disk 9 of the guide apparatus 7 with an axial support 13 is made in one piece with a glass 1 of polymer material 6. The glass 1 is made of a perforated metal cylinder 5 with a polymer layer on the inner surface. The metal cylinder 5 is made with perforations 8. The upper disk 9 with an axial support 13, the lower disk 11 and the blades 10 of the guide apparatus 7, as well as the impeller 2 are made of polymer material, and stainless or alloy steel is used as the metal of the cylinder 5. As the polymeric material 6, compositions based on polyphenylene sulfide are used. Additional peripheral vanes 15 are made on the impeller. Friction surfaces are equipped with thrust bearings 16 made of wear-resistant hard metal alloy or ceramics and secured to the pump parts with adhesive or adhesive joints through a tongue-and-groove joint 17.

Работа ступени осуществляется следующим образом. Перекачиваемая жидкость подводится через направляющий аппарат 7 предыдущей ступени. Она проходит через каналы рабочего колеса 2, образованные между его лопастями. Колесо приводится во вращение валом насоса через ступицу 3. Выбрасываясь из рабочего колеса 2, перекачиваемая жидкость поступает в каналы направляющего аппарата 7, образованные между лопатками 10. Пройдя через направляющий аппарат 7 со ступицей 12, жидкость направляется на вход рабочего колеса следующей ступени.The work of the stage is as follows. The pumped liquid is supplied through the guide apparatus 7 of the previous stage. It passes through the channels of the impeller 2 formed between its blades. The wheel is driven into rotation by the pump shaft through the hub 3. Ejected from the impeller 2, the pumped liquid enters the channels of the guiding apparatus 7 formed between the blades 10. Passing through the guiding apparatus 7 with the hub 12, the fluid is directed to the entrance of the impeller of the next stage.

Пример. Были проведены сравнительные испытания двух партий насосов - по восемь штук в каждой. Одна партия насосов была изготовлена согласно прототипу (патент № РФ 2274769), другая - согласно предлагаемому техническому решению. Масса насоса, выполненного по предложенному техническому решению, была меньше на 22%, по сравнению с прототипом. Надежность работы, оцениваемая по длительности безотказной работы, у насосов по предлагаемому техническому решению была на 22-30% выше, чем у прототипа, а при высокоскоростных режимах - на 96-98%. Использование подшипников трения скольжения, изготовленных из износостойкого металлического сплава, из керамики, из карболита, а также из карбонита и закрепленных на поверхностях опор деталей насоса клеевым соединением или за счет адгезии в процессе литья или прессования полимерной детали, показали положительные результаты при испытаниях насосов при оборотах порядка 10 тыс. об/мин.Example. Comparative tests of two batches of pumps were carried out - eight in each. One batch of pumps was made according to the prototype (patent No. RF 2274769), the other - according to the proposed technical solution. The mass of the pump, made according to the proposed technical solution, was less by 22%, compared with the prototype. The reliability of the work, estimated by the duration of uptime, for the pumps according to the proposed technical solution was 22-30% higher than that of the prototype, and for high-speed modes - 96-98%. The use of sliding friction bearings made of wear-resistant metal alloy, ceramic, carbolite, and carbonite and fixed to the surfaces of the supports of the pump parts with an adhesive joint or due to adhesion during the molding or pressing of the polymer part, showed positive results when testing pumps at speeds about 10 thousand rpm

Таким образом, ступень погружного многоступенчатого высокоскоростного центробежного насоса, включающая следующие признаки: содержащая рабочее колесо со ступицей и направляющий аппарат, состоящий из стакана, верхнего диска, с осевой опорой, нижнего диска и лопаток; верхний диск направляющего аппарата с осевой опорой выполнены монолитно со стаканом; стакан выполнен из перфорированного металлического цилиндра со слоем полимерного материала на его внутренней поверхности и перфорациями, заполненными полимерным материалом, а на внешней стороне и/или на торце стакана выполнена по крайней мере одна круговая канавка, обеспечивающая возможность расположения в ней уплотнительного кольца; верхний диск, нижний диск, лопатки направляющего аппарата и рабочее колесо изготовлены из полимерного материала; поверхности трения осевых и радиальных опор выполнены в виде подшипников трения скольжения, изготовленных из износостойкого металлического сплава, и/или керамики, и/или карболита, и/или карбонита и закрепленных на поверхностях опор деталей насоса клеевым соединением и/или за счет адгезии в процессе литья или прессования полимерной детали; поверхности соединения подшипников с деталью выполнены в виде соединения «шип-паз»; в качестве полимерного материала используются композиции на основе полифениленсульфида; перфорации металлического цилиндра выполнены в поперечном сечении в виде кругов и/или овалов диаметром от 1 мм до 5 мм, общей площадью от 10 до 70% от внутренней площади металлического цилиндра; круги расположены по поверхности равномерно при их чередовании; в качестве полифениленсульфида используется фортрон; соединения «шип-паз» выполнены в виде цилиндрических отверстий и соответствующих им цилиндрических шипов и/или отверстий и шипов прямоугольного сечения; на периферийной части внешней поверхности рабочего колеса выполнены по крайней мере три равномерно расположенные по поверхности дополнительные лопатки, ориентированные под углом от 45 до 85 градусов в направлении, противоположном вращению рабочего колеса - позволяет достичь поставленного в изобретении технического результата - уменьшение массы изделия и повышение надежности его работы.Thus, the step of a submersible multistage high-speed centrifugal pump, comprising the following features: comprising an impeller with a hub and a guiding apparatus consisting of a glass, an upper disk, with an axial support, a lower disk and vanes; the upper disk of the guide apparatus with axial support are made integrally with the glass; the glass is made of a perforated metal cylinder with a layer of polymer material on its inner surface and perforations filled with polymer material, and at least one circular groove is made on the outside and / or at the end of the glass, making it possible to place an o-ring in it; the upper disk, lower disk, vanes of the guide apparatus and the impeller are made of polymer material; friction surfaces of axial and radial bearings are made in the form of sliding friction bearings made of wear-resistant metal alloy and / or ceramics and / or carbolite and / or carbonite and fixed to the surfaces of supports of pump parts with an adhesive joint and / or due to adhesion in the process casting or pressing a polymer part; the connection surfaces of the bearings with the part are made in the form of a thorn-groove connection; as a polymeric material, compositions based on polyphenylene sulfide are used; perforations of the metal cylinder are made in cross section in the form of circles and / or ovals with a diameter of 1 mm to 5 mm, a total area of 10 to 70% of the internal area of the metal cylinder; circles are evenly spaced on the surface when alternating; Fortron is used as polyphenylene sulfide; the spike-groove connections are made in the form of cylindrical holes and their corresponding cylindrical spikes and / or holes and spikes of rectangular cross section; on the peripheral part of the outer surface of the impeller there are made at least three additional blades evenly spaced on the surface, oriented at an angle from 45 to 85 degrees in the direction opposite to the rotation of the impeller — this allows achieving the technical result set in the invention — reducing the mass of the product and increasing its reliability work.

Claims

1. Ступень погружного многоступенчатого высокоскоростного центробежного насоса, содержащая рабочее колесо со ступицей и направляющий аппарат, состоящий из стакана, верхнего диска, с осевой опорой, нижнего диска и лопаток, отличающаяся тем, что верхний диск направляющего аппарата с осевой опорой выполнены монолитно со стаканом, причем стакан выполнен из перфорированного металлического цилиндра со слоем полимерного материала на его внутренней поверхности и перфорациями, заполненными полимерным материалом, а на внешней стороне и/или на торце стакана выполнена по крайней мере одна круговая канавка, обеспечивающая возможность расположения в ней уплотнительного кольца, причем верхний диск, нижний диск, лопатки направляющего аппарата и рабочее колесо изготовлены из полимерного материала, а поверхности трения осевых и радиальных опор выполнены в виде подшипников трения скольжения, изготовленных из износостойкого металлического сплава, и/или керамики, и/или карболита, и/или карбонита и закрепленных на поверхностях опор деталей насоса клеевым соединением и/или за счет адгезии в процессе литья или прессования полимерной детали, причем поверхности соединения подшипников с деталью выполнены в виде соединения «шип-паз».1. The step of a submersible multi-stage high-speed centrifugal pump, comprising an impeller with a hub and a guiding apparatus consisting of a cup, an upper disc, with an axial support, a lower disc and vanes, characterized in that the upper disk of the guiding apparatus with an axial support is made in one piece with a cup, moreover, the glass is made of a perforated metal cylinder with a layer of polymer material on its inner surface and perforations filled with polymer material, and on the outside and / or t At least one circular groove is made on the cup end, allowing the sealing ring to be located in it, the upper disk, lower disk, guide vanes and impeller made of polymer material, and the friction surfaces of axial and radial bearings made in the form of friction bearings, made of wear-resistant metal alloy, and / or ceramics, and / or carbolite, and / or carbonite and fixed to the surfaces of the supports of pump parts with an adhesive joint and / or due to adhesion and in the process of casting or pressing a polymer part, and the connection surfaces of the bearings with the part are made in the form of a thorn-groove connection.

2. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что в качестве полимерного материала используются композиции на основе полифениленсульфида.2. The stage according to claim 1, characterized in that the compositions based on polyphenylene sulfide are used as the polymeric material.

3. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что перфорации металлического цилиндра выполнены в поперечном сечении в виде кругов диаметром от 1 мм до 5 мм, общей площадью от 10 до 70% от внутренней площади металлического цилиндра, причем круги расположены по поверхности равномерно.3. The stage according to claim 1, characterized in that the perforations of the metal cylinder are made in cross section in the form of circles with a diameter of 1 mm to 5 mm, a total area of 10 to 70% of the internal area of the metal cylinder, the circles being evenly spaced on the surface.

4. Ступень по п.2, отличающаяся тем, что перфорации металлического цилиндра выполнены в поперечном сечении в виде кругов диаметром от 1 мм до 5 мм, общей площадью от 10 до 70% от внутренней площади металлического цилиндра, причем круги расположены по поверхности равномерно, а в качестве полифениленсульфида используется фортрон.4. The step according to claim 2, characterized in that the perforations of the metal cylinder are made in cross section in the form of circles with a diameter of 1 mm to 5 mm, a total area of 10 to 70% of the internal area of the metal cylinder, the circles being evenly spaced on the surface, Fortron is used as polyphenylene sulfide.

5. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что перфорации металлического цилиндра выполнены в поперечном сечении в виде овалов, общей площадью от 10 до 70% от внутренней площади металлического цилиндра, причем овалы расположены по поверхности равномерно.5. The step according to claim 1, characterized in that the perforations of the metal cylinder are made in cross section in the form of ovals, with a total area of 10 to 70% of the internal area of the metal cylinder, the ovals being evenly spaced on the surface.

6. Ступень по п.2, отличающаяся тем, что перфорации металлического цилиндра выполнены в поперечном сечении в виде овалов, общей площадью от 10 до 70% от внутренней площади металлического цилиндра, причем овалы расположены по поверхности равномерно, а в качестве полифениленсульфида используется фортрон.6. The step according to claim 2, characterized in that the perforations of the metal cylinder are made in cross section in the form of ovals, with a total area of 10 to 70% of the internal area of the metal cylinder, the ovals being evenly spaced on the surface, and Fortron is used as polyphenylene sulfide.

7. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что перфорации металлического цилиндра выполнены в поперечном сечении в виде кругов и овалов, общей площадью от 10 до 70% от внутренней площади металлического цилиндра, причем круги и овалы расположены по поверхности равномерно, при их чередовании.7. The step according to claim 1, characterized in that the perforations of the metal cylinder are made in cross section in the form of circles and ovals, with a total area of 10 to 70% of the internal area of the metal cylinder, the circles and ovals being evenly spaced on the surface, when alternating .

8. Ступень по п.2, отличающаяся тем, что перфорации металлического цилиндра выполнены в поперечном сечении в виде кругов и овалов, общей площадью от 10 до 70% от внутренней площади металлического цилиндра, причем круги и овалы расположены по поверхности равномерно, при их чередовании, а в качестве полифениленсульфида используется фортрон.8. The step according to claim 2, characterized in that the perforations of the metal cylinder are made in cross section in the form of circles and ovals, with a total area of 10 to 70% of the internal area of the metal cylinder, the circles and ovals being evenly spaced on the surface, when alternating and Fortron is used as polyphenylene sulfide.

9. Ступень по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что соединения «шип-паз», выполнены в виде цилиндрических отверстий и соответствующих им цилиндрических шипов и/или отверстий и шипов прямоугольного сечения.9. A step according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the tongue-and-groove joints are made in the form of cylindrical holes and their corresponding cylindrical spikes and / or holes and studs of rectangular cross section.

10. Ступень по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что на периферийной части внешней поверхности рабочего колеса выполнены по крайней мере три равномерно расположенные по поверхности дополнительные лопатки, ориентированные под углом от 45 до 85 градусов в направлении, противоположном вращению рабочего колеса.10. A step according to any one of claims 1 to 8, characterized in that on the peripheral part of the outer surface of the impeller there are made at least three additional blades uniformly located on the surface, oriented at an angle of 45 to 85 degrees in the opposite direction to the rotation of the impeller .

11. Ступень по п.9, отличающаяся тем, что на периферийной части внешней поверхности рабочего колеса выполнены по крайней мере три равномерно расположенные по поверхности дополнительные лопатки, ориентированные под углом от 45 до 85 градусов в направлении, противоположном вращению рабочего колеса. 11. The step according to claim 9, characterized in that on the peripheral part of the outer surface of the impeller there are made at least three additional blades uniformly located on the surface, oriented at an angle of 45 to 85 degrees in the opposite direction to the rotation of the impeller.