6.1.3. Конструктивные особенности уэцн

Насосы российского производства

Погружные центробежные насосы для добычи нефти производятся в соответствии с техническими условиями заводов-изготовителей.

Насосы, в зависимости от поперечного габарита, подразделяются на группы: 4, 5, 5А, 6. Группа насоса условно определяет минимальный внутренний диаметр эксплуатационной колонны скважины. Диаметры кор­пусов насосов: в группе 4–86 мм, в группе 5–92 мм, в группе 5А–103 мм и в группе 6–114 мм.

Исполнения насосов отличаются в основном следующим:

– конструкцией и используемыми материалами ступеней и их эле­ментов,

– конструкцией и материалами осевых и радиальных опор валов насоса,

– конструкцией и материалами входного модуля насоса,

– материалом валов.

Конструкция модульных насосов

Насос состоит из модуль-секции (рис. 2) с присоединенным снизу входным модулем, а сверху – модуль-головкой. Количество секций в насо­се – от 1 до 4-х.

Соединение модулей между собой и входного модуля с протекто­ром – фланцевое. Уплотнение соединений осуществляется резиновыми кольцами.

Соединение валов модулей-секций между собой, модуля-секции с валом гидрозащиты двигателя осуществляется при помощи шлицевых муфт.

Модуль-секция состоит из корпуса, вала, пакета ступеней (рабочих

колес и направляющих аппаратов), верхнего и нижнего радиальных под­шипников, верхней осевой опоры, головки, основания и двух ребер. Пакет ступеней (от 80 до 200 направляющих аппаратов и рабочих колес) с валом, радиальными подшипниками и осевой опорой помещаются в корпусе и за­жимаются концевыми деталями с цилиндрической резьбой.

Рис. 2. Модуль-секция насоса:

1 – головка; 2 – вал; 3 – опора; 4 – верхний подшипник; 5 – кольцо; 6 – направляющий аппарат; 7 – рабочее колесо; 8 – корпус; 9 – нижний подшипник;

10 – ребро; 11 – основание

Конструктивные особенности насосов коррозионностойкого исполнения

Износостойкие и коррозионно-стойкие насосы имеют ряд особенностей:

– применяются двухопорные ступени;

– в качестве материала рабочих органов используется чугун аустенитный модифицированный 4Н16Д7ГХШ тип а «нирезист» (ТУ 26-06-1305-95);

– установлены промежуточные радиальные подшипники. В концевых и промежуточных подшипниках используются пары трения из силицирован-ного графита, карбида кремния, твердого сплава типа ВК-8 или др.;

– осевая опора вала секции изготавливается из износостойкого ма­териала (силицированный графит СГ-П или карбид кремния). Существуют конструкции насосов без осевой опоры вала.

Ступени насоса

Рабочие органы насоса – ступени (СН) – выполняются с цилиндрически­ми (ЦЛ) и с наклонно-цилиндрическими (НЦЛ) лопатками (рис. 3).

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 400 штук.

Конструктивно ступени изготавливают с одноопорной и двухопорной конструкцией (рис. 4б). Двухопорная конструкция ступени имеет, по сравне-

Справочник мастера по добыче нефти, газа и конденсата

нию с одноопорной ступенью, повышенный ресурс индивидуальной нижней пяты ступени, более надежную изоляцию вала от абразивной и коррозионно-агрессивной протекающей жидкости, увеличенный ресурс работы и большую жесткость вала насоса из-за увеличенных осевых длин межступенчатых уплотнений, служащих в ЭЦН помимо уплотнения дополнительными ради­альными подшипниками.

Рис. 3. Ступень лопастного насоса:

1 – направляющий аппарат; 2, 4 – безлопаточные кольцевые камеры; 3 – рабочее колесо

Рис. 4. Конструкция ступени:

a) ступень с разгруженными рабочими колесами; б) ступень двухопорной конструкции

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 колером снижается из-за потерь трения в нижней опоре колеса. Величина этих по­терь в первом приближении пропорциональна осевой силе, действующей на рабочее колесо ступени.

Характеристика ступени насоса представлена на рисунке 5.

Рис. 5. Характеристика ступени:

1 – относительный КПД (η); 2 – относительный напор (Н);

3 – относительная осевая сила (Р_ОС); 4 – относительная мощность (N);

q – относительная подача; Q – фактическая подача;

Q_OПT – оптимальная подача, соответствующая максимальному КПД

При нарушении правил эксплуатации – установлении рабочего режима регулированием подачи от открытой задвижки – всплывшее рабочее колесо может не опускаться в свое нижнее положение и продолжительное время будет работать на своей верхней пяте.

Условия трения в верхней пяте рабочего колеса менее благоприятные, чем условия трения нижней пяты, из-за меньшего перепада давления в пяте и, следовательно, худшей смазки поверхности трения.

Износ поверхности каналов СН, контактирующих с потоком жидкости, возникает в случае применения СН для перекачивания жидкостей, содер­жащих механические примеси, твердость которых превышает твердость материалов СН.

Справочник мастера по добыче нефти, газа и конденсата

188

В насосах типа ЭЦН и ЭЦНК используются ступени с одними и теми же проточными частями. Ступени в насосах разных исполнений отличаются друг от друга материалами рабочих органов, пар трения и некоторыми кон­структивными элементами.