УСТРОЙСТВО УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ НАСОСА
Рабочее колесо является основным рабочим органом насоса. Оно состоит из дисков - переднего ( по ходу жидкости.) в виде кольца с отверстием большого диаметра в центре и заднего - сплошного диска со ступицей (втулкой в центре), через которую проходит вал.
Диски расположены на некотором расстоянии один от другого, а между находятся лопатки, отогнутые назад по направлению вращения колеса (см.рисунок 88). Колеса ЭЦН изготовляют из легированного чугуна иди полиамидной смолы.
1 - ловильная головка; 2 - гидравлическая пята; 3 - ниппель; 4 - корпус; 5 - направляющий аппарат; б - рабочее колесо; 7 - вал; 3 - подшипник скольжения; 9 -сальник; 10-фильтр
Рисунок 87 - Погружной центробежный насос
При входе в колесо жидкость имеет скорость V0и, отклоняясь в насосе в радиальном направлении, приобретает скорость V1 . На выходе из рабочего колеса жидкость получит скорость V2.
Частица жидкости в колесе при вращении вместе с колесом (т.е. получает окружную скорость U) одновременно перемещается вдоль лопатки с относительной скоростью ω (рисунок 89).
Таким образом, абсолютная скорость жидкости V в любой точке канала колеса определяется как геометрическая сумма скоростей u и ω.
Абсолютная скорость v=u+ω.
Чтобы при входе жидкости в колесо на происходило удара и отрыва струи, угол отклонения лопатки β должен быть минимальным (вектор относительной скорости ω должен сближаться с касательной к входной части лопатки).
Теоретический напор рабочего колеса Нт определяется из треугольников скоростей на входе и выходе (согласно уравнению Эйлера):
(2)
где q – ускорение силы тяжести в м2 /с
Рис 88. Рабочее колесо ЭЦН
Рисунок 89. Треугольник скоростей в рабочем колесе
Обычно жидкость в канале центробежного колеса входит радиально, т.е. при . . Тогда
(288)
Известно, что окружная скорость равна:
(289)
где n – частота вращения колеса;
D2 – диаметр рабочего колеса.
Действительный напор рабочего колеса всегда меньше теоретического, т.к. в колесе имеются гидравлические сопротивления, и количество лопаток не может быть бесконечным.
Понижение напора учитывается введением понятий гидравлического КПД и поправочного коэффициента на конечное число лопаток К.
(К<1).
(290)
где h- потеря напора.
Направляющий аппарат предназначен для измерения потока жидкости и преобразования скоростей энергии в давление. Состоит из двух неподвижных дисков с лопатками, напоминающими лопатки рабочего колеса, закрепленного неподвижно в корпусе насоса.
Для разгрузки осевых усилий направляющий аппарат снабжается буртом. Направляющие аппараты изготавливают из легированного чугуна и полиамидной смолы.
По конструкции различают направляющие аппараты с радиальным и осевым входом жидкости, в зависимости от характера входа жидкости в аппарат.
С радиальными аппаратами изготавливаются насосы малой производительности (до 10 м3/сут), с осевыми – от 40 до 700 м3/сут.
Рабочее колесо, собранное совместно с направляющим аппаратом, образуют ступень насоса. Каждая ступень развивает напор 4-7м.
Учитывая, что глубина, с которой приходится поднимать нефть может достигнуть 1,5 – 2 и более км, можно легко рассчитать потребное количество ступеней, образующий насос. И действительно, их количество достигает 400 штук и более.
Вы, очевидно, поняли, что погружной центробежный насос является многоступенчатым и, кроме того, секционным, так как в один корпус такое количество ступеней установить невозможно.
Вал предназначен для передачи вращения рабочим колесам. Пред-ставляется собой цилиндрический стрежень со шпоночным пазом для крепления рабочих колес. Со стороны протектора конец вала имеет шлицы. Длина и диаметр вала регламентируется габаритами насоса. Вал с укрепленными на нем колесами образует ротор насоса. Вал ЭЦН работает в весьма жестких условиях, т.к. имеет незначительный диаметр (17 – 25мм), имеет значительную длину (до 5000мм) и несет на себе значительное количество рабочих колес (до 300).
Материалом для валов является сталь 40Х, 35Х.
Опоры вала новых ЭЦН имеют радиальные подшипники скольжения сверху и снизу (раньше внизу устанавливались шариковые радиально-упорные подшипники). Кроме того каждый направляющий аппарат осуществляет кратковременную разгрузку осевых усилий в колесе посредством упора перемещающегося колеса в аппарат и скольжение его по текстолитовой шайбе. Нижняя опора вала переносится в узел протектора.
Такая конструкция позволяет передавать осевые силы равномерно на все направляющие аппараты. На вал практически действуют силы от собственного веса и силы осевого давления, достигающая у серийных насосов 4000 Н.
Нижняя опора вала в новых конструкциях ЭЦН воспринимает только радиальные нагрузки и является по существу подшипником скольжения. Конструктивно выполнена в виде втулки, укрепляемой в ниппеле, и изготавливаемой из стали.
1-корпус; 2-ниппель; 3-втулка; 4- сетка-фильтр; 5-подшипник скольжении; 6-основание; 7-опорное кольцо; 8-вал; 9-шлицевая муфта.
Рисунок 90- Нижняя опора вала ЭЦН.
Верхняя опора вала включает в себя пяту, которая воспринимает деформации насоса (рисунок 91). Кроме того в нее входят: дистанционное кольцо, металлические кольца и кольца из прографиченного прорезиненного белтинга. Белтинг имеет канавки для смазки мест трения.
1 - пята скольжения; 2 - верхний подшипник; 3 - корпус;4- рабочее колесо; 5 - направляющий аппарат.
Рисунок 91-Верхняя опора вала.
Корпус. Ротор, собранный совместно с направляющими аппаратами, образует пакет степеней, который после сборки вставляется в специальную трубу - корпус ЭЦH. Диаметры корпуса современных насосов составляют 92, 103 и 114 мм, а длина зависит от числа собранных в нем ступеней.
Корпус сверху заканчивается резьбой, с помощью которой он присоединяется к колонне НКТ, и ловильной головкой, обеспечивающей захват насоса при его падении в скважину.
Снизу корпус снабжен фильтром и присоединительными фланцами для соединения с очередной секцией или протектором. Новые насосы соединяются со своими узлами с помощью быстросборных байонетных соединений.
Уплотнения в ЭЦН представлены сальником, расположенным в нижней части насоса, представляющим набор 4 колец, выполненных из свинцовой ваты с графитом. В связи с созданием новой гидрозащиты изменилась и функция сальника, которая теперь сводится к предотвращению попадания механических примесей из насоса в протектор.
Кроме того, соединяемые между собой на резьбе части корпуса насоса снабжены уплотнительными кольцами круглого сечения.
Дата добавления: 2016-06-18; просмотров: 5248;