Погружные центробежные насосы

 

Как уже указывалось ранее, скважинные центробежные насосы являются мно­гос­тупенчатыми машинами. Это обусловлено в первую очередь малыми зна­чениями напора, создаваемым одной ступенью (рабочим колесом и на­прав­ляю­щим аппаратом).

В свою очередь небольшие значения напора одной ступени (от 3 до 6—7 м во­дяного столба) определяются малыми величинами внешнего диаметра ра­бо­че­го колеса, ограниченного внутренним диаметром обсадной колонны и раз­ме­ра­ми применяемого скважинного оборудования — кабеля, погружного дви­га­те­ля и т.д.

Конструкция скважинного центробежного насоса может быть обычной и изно­состойкой, а также повышенной коррозионной стойкости. Диаметры и сос­тав узлов насоса в основном одинаковы для всех исполнений насоса.

Скважинный центробежный насос обычного исполнения пред­назначен для отбора из скважины жидкости с содержанием воды до 99 %. Механических при­месей откачиваемой жидкости долж­но быть не более 0,01 массовых % (или 0,1 г/л), при этом твер­дость механических примесей не должна превышать 5 бал­лов по Моосу; сероводорода — не более 0,001 %. По требованиям тех­ни­чес­ких условий заводов-изготовителей, содержание свобод­ного газа на приеме на­со­са не должно превышать 25 %.

Центробежный насос коррозионностоикого исполнения пред­назначен для работы при содержании в откачиваемой пластовой жидкости сероводорода до 0,125 % (до 1.25 г/л).

Износостойкое исполнение позволяет откачивать жидкость с содержанием ме­ханических примесей до 0,5 г/л.

Рабочим органом скважинного центробежного насоса служит ступень на­сос­ная (СН) с цилиндрическими (ЦЛ) или наклонно-цилиндрическими ло­пат­ками (НЦЛ), состоящая из рабочего ко­леса и направляющего аппарата (рис 5.5).

Рис. 5.5. Ступень ЭЦН

1 — направляющий аппарат; 2, 4 — кольцевые безлопаточные камеры; 3 — рабочее колесо; 5 — нижняя опорная шайба; 6 — защитная втулка; 7 — верхняя опорная шайба; 8 — вал.

 

Ступени с ЦЛ применяются на номинальные подачи до 125 м³/сут (вклю­чи­тельно) в насосах с наружным диаметром 86 и 92 мм, до 160 м³/сут в насосах с диаметром 103 мм и до 250 м³/сут в насосах с диаметром 114 мм.

Ступени с НЦЛ применяются в насосах с большей подачей. В области свое­го применения ступени с НЦЛ имеют более вы­сокий КПД и более, чем в 1,5 раза увеличенную подачу, чем ступени с ЦЛ в тех же диаметральных габа­ри­тах. Наружный ди­аметр ступеней 70, 80, 90 и 100 мм.

Ступени размещаются в расточке цилиндрического корпуса каждой сек­ции. В одной секции насоса может размещаться от 39 до 200 ступеней в за­ви­си­мос­ти от их монтажной высоты. Максимальное количество ступеней в насосах дос­тигает 550 штук.

Для возможности сборки ЭЦН с таким количеством ступеней и разгрузки вала от осевой силы применяется плавающее рабочее колесо. Рабочее колесо в насосе не фиксируется на валу в осевом направлении и удерживается от про­во­ро­та призмати­ческой шпонкой. Колесо может свободно перемещаться в осе­вом направлении в промежутке, ограниченном опорными по­верхностями направ­ляю­щих аппаратов.

Колесо опирается на индивидуальную для каждой СН осевую опору, сос­тоя­щую из опорного бурта направляющего аппарата предыдущей ступени и антиф­рикционной износостойкой шайбы, запрессованной в расточку рабочего ко­леса; при этом утечка через переднее уплотнение колеса практически равна ну­лю. Но механический КПД ступени с плавающим рабочим колесом сни­жает­ся из-за потерь трения в нижней опоре колеса. Величина этих потерь в первом приб­лижении пропорциональна осевой силе, действующей на рабочее колесо ступени.

Относительная характеристика ступени насоса представлена на рис 5.6. Под относительной величиной понимается отноше­ние фактической величины к соответствующей величине на оп­тимальном режиме, при котором КПД дости­гает максимального значения [22].

На режимах, примерно на 10% превышающих подачу нуле­вой осевой си­лы, рабочее колесо СН может «всплыть», т.е. пере­меститься вверх вплоть до упо­ра, выполненного в виде верхней осевой опоры, состоящей из опорного бур­та на направляющем аппарате и шайбы, запрессованной в расточку рабочего ко­леса. Всплытие рабочего колеса сопровождается скачкообразным сни­жением на­пора, КПД и резким повышение потребляемой мощ­ности при увеличении по­да­чи. При уменьшении подачи от ре­жима открытой задвижки рабочее колесо мо­жет опускаться в нижнее положение при значениях относительной подачи q = 0,9 – 1,0.

Рис. 5.6. Относительная характеристика ступени:

1 — относительный КПД (h); 2 — относительный напор (Н); 3 — относительная осевая сила (Р _ос); 4 — относительная мощность (N); q — относительная подача; Q — фактическая пода­ча; Q _о — оптимальная подача, соответствующая максимальному КПД.

Рис. 5.7. Конструкции ступеней: