3.1.2 Устройство и условия применения установок электроцентробежных насосов.

Установки ЭЦН выпускают для эксплуатации высокодебитных, обводненных, глубоких и наклонных скважин с дебитом 25... 1300 м /сут и высотой подъема жидкости 500...2000 м.

Установка погружного центробежного электронасоса (УЭЦН) состоит из погружного агрегата, оборудования устья электрооборудования и колонны НКТ. Погружной агрегат включает в себя: электроцентробежный насос, гидрозащиту и погружной электродвигатель. Он спускается в скважину на колонне НКТ, которая подвешивается на колонной головке устьевого оборудования, устанавливаемого на колонной головке эксплуатационной колонны. Электроэнергия от промысловой сети через трансформаторную комплектную подстанцию, и станцию управления, по кабелю, прикрепленному к наружной поверхности НКТ крепежными поясами (клямсами), подается на погружной электродвигатель, с ротором которого связан вал центробежного электронасоса. ЭЦН подает жидкость по НКТ на поверхность. Выше насоса установлен обратный шаровой клапан, облегчающий пуск установки после ее простоя, а над обратным клапаном - спускной клапан, прдназначенный для слива жидкости из НКТ при их подъеме. Гидрозащита включает в себя компенсатор и протектор.

Погружной насос, электродвигатель и гидрозащита соединяются между собой фланцами и шпильками. Валы насоса, двигателя и гидрозащиты имеют на концах шлицы и соединяются между собой шлицевыми муфтами.

Электроцентробежный насос является основным узлом УЭЦН. В этом насосе перекачиваемая жидкость получает напор на лопатках быстровращающегося рабочего колеса. При этом происходит превращение кинетической энергии движущейся жидкости в потенциальную энергию давления.

Поскольку ЭЦН есть центробежный насос, созданный для эксплуатации нефтяных скважин, это повлекло за собой ряд конструктивных особенностей, присущих только этому классу насосов, а именно:

1) насос должен иметь минимальные габариты, ограничиваемые диаметром скважин;

2) насос должен иметь широкий диапазон производительностей и напоров;

3) насос подвешивается в вертикальном положении и недоступен осмотру и обслуживанию.

Основными конструктивными элементами ЭЦН являются: рабочее колесо, направляющий аппарат, вал, корпус, гидравлическая пята, уплотнения, подшипники. Рабочие колеса устанавливаются на валу на продольной механической шпонке, они могут перемещаться в осевом направлении. Направляющие аппараты закреплены от поворота в корпусе гайкой-ниппелем, расположенным в верхней части корпуса.

Снизу в корпус ввинчивают основание насоса с приемными отверстиями и фильтром-сеткой, через которые жидкость из скважины поступает в насос.

Верхний конец вала насоса вращается в подшипнике скольжения и заканчивается пятой, воспринимающей нагрузку на вал. Радиальные усилия в насосе воспринимаются подшипниками скольжения, устанавливаемыми в основании, ниппеле и на валу насоса.

В верхней части насоса находится ловильная головка, в которой расположен обратный клапан и к которой крепятся НКТ.

Основными параметрами насоса являются: подача, напор, высота всасывания, потребляемая мощность и коэффициент полезного действия (КПД). Параметры насоса указываются в его паспорте при работе на пресной воде.

Под подачей (Q) понимают объем перекачиваемой жидкости, проходящей через напорный патрубок насоса в единицу времени. Подача выражается в кубических метрах в сутки (м3/сут).

Напор (Н) есть разность полной удельной энергии на выходе и входе в насос, выраженная в метрах столба жидкости.

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 ними находятся лопатки, отогнутые назад по направлению вращения колеса.

Направляющий аппарат предназначен для изменения потока жидкости и преобразования скоростной энергии в давление. Он состоит из двух неподвижных дисков с лопатками, напоминающими лопатки рабочего колеса, закрепленные неподвижно в корпусе насоса. Рабочее колесо, собранное совместно с направляющим аппаратом, образует ступень насоса. Каждая ступень развивает напор 4...7 м.

Учитывая, что глубина, с которой приходится поднимать нефть, достигает 1500...2000 м, можно легко рассчитать потребное количество ступеней, образующих насос. И, действительно, их количество достигает 400 штук и более.

Таким образом, электроцентробежный насос является многоступенчатым и, кроме того, секционным, так как в один корпус такое количество ступеней установить невозможно.

Вал предназначен для передачи вращения рабочим колесам и представляет собой цилиндрический стержень со шпоночным пазом для крепления рабочих колес. Со стороны протектора конец вала имеет шлицы. Длина и диаметр вала регламентируются габаритами насоса. Вал с укрепленными на нем колесами образуют ротор насоса. Вал ЭЦН работает в весьма жестких условиях, т.к. имеет при незначительном диаметре (17...25 мм) значительную длину (до 5000 мм) и несет на себе большое количество рабочих колес.