RU119043U1

RU119043U1 - MULTI-STAGE PUMPING DEVICE

Info

Publication number: RU119043U1
Application number: RU2012110467/06U
Authority: RU
Inventors: Николай Александрович Бычков; Александр Викторович Мосин; Роман Михайлович Полежаев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ЭЛКАМ-нефтемаш"
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2012-08-10

Abstract

1. Многоступенчатое насосное устройство, включающее, по меньшей мере, две ступени насосов, размещенные последовательно на общем валу, каждая ступень выполнена в виде пластинчатого насоса объемного типа, имеющего корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, ограниченный с торцов боковыми крышками с впускными и выпускными окнами, и расположенный внутри корпуса ротор, в пазах которого установлены с возможностью перемещения рабочие пластины, отличающееся тем, что цилиндрическая внутренняя поверхность имеет направляющую в форме эллипса с величиной соотношения меньшей оси к большей 0,6-0,9. ! 2. Многоступенчатое насосное устройство по п.1, отличающееся тем, что на торцах ротора выполнены канавки, сообщенные с пазами. ! 3. Многоступенчатое насосное устройство по п.1, отличающееся тем, что смежные ступени имеют общую крышку, которая является выходной для одной ступени и входной для другой. ! 4. Многоступенчатое насосное устройство по п.1, отличающееся тем, что детали ступени выполнены из износостойких материалов, имеющих высокие антифрикционные свойства, твердость и прочность, и ударной вязкости не менее 150 кДж/м2. 1. A multistage pumping device including at least two pump stages placed in series on a common shaft, each stage is made in the form of a displacement vane pump having a housing with a cylindrical inner surface, bounded at the ends by side covers with inlet and outlet ports, and a rotor located inside the housing, in the grooves of which the working plates are movable, characterized in that the cylindrical inner surface has a guide in the form of an ellipse with the ratio of the minor axis to greater than 0.6-0.9. ! 2. A multistage pumping device according to claim 1, characterized in that grooves are made on the ends of the rotor and connected with the grooves. ! 3. A multistage pumping device according to claim 1, characterized in that adjacent stages have a common cover, which is the outlet for one stage and the inlet for the other. ! 4. A multistage pumping device according to claim 1, characterized in that the details of the stage are made of wear-resistant materials with high antifriction properties, hardness and strength, and an impact strength of at least 150 kJ / m2.

Description

Полезная модель относится к насосам объемного типа, а более конкретно к многоступенчатым насосам, предназначенным для перекачивания газов, жидкостей и мультифазных смесей с высоким содержанием механических примесей, например, пластовых жидкостей нефтяных месторождений.The utility model relates to volumetric pumps, and more particularly to multi-stage pumps designed for pumping gases, liquids and multiphase mixtures with a high content of solids, for example, reservoir fluids in oil fields.

Известен пластинчатый нефтяной насос, содержащий корпус, ротор с радиальными пазами, в которых размещены рабочие пластины, постоянно находящиеся в контакте с внутренней профилированной поверхностью корпуса во время вращения ротора, между которыми расположены камеры перекачивания смесей (патент RU 2191926, МПК⁷ F04C 2/344, опубл. 2002 г.).A well-known vane-type oil pump containing a housing, a rotor with radial grooves, in which are placed working plates that are constantly in contact with the internal profiled surface of the housing during rotation of the rotor, between which there are cameras for pumping mixtures (patent RU 2191926, IPC ⁷ F04C 2/344 , publ. 2002).

Полость корпуса выполнена в виде цилиндрической поверхности, образованной двумя парами симметрично расположенных дуг с различными радиусами и плавными переходами от дуг большего радиуса к дугам меньшего радиуса. Поверхности одинаковых радиусов расположены напротив друг друга. Ротор насоса имеет цилиндрическую поверхность, образованную окружностью с радиусом, меньшим, чем малый радиус внутренней поверхности корпуса. Рабочие пластины числом не менее 8 подпружинены в радиальных пазах с возможностью радиального перемещения, а на внутренней поверхности паза выполнены канавки, соединяющие объем паза под рабочей пластиной с камерами перекачивания. Рабочие пластины выполнены из износостойкого полиуретана с добавлением смеси дисульфида молибдена, графита окисленного и др. Внутренняя поверхность полости корпуса и подшипники скольжения выполнены из того же полиуретана, а боковые крышки из стали.The body cavity is made in the form of a cylindrical surface formed by two pairs of symmetrically arranged arcs with different radii and smooth transitions from arcs of a larger radius to arcs of a smaller radius. Surfaces of equal radii are located opposite each other. The pump rotor has a cylindrical surface formed by a circle with a radius smaller than a small radius of the inner surface of the housing. Working plates with a number of at least 8 are spring-loaded in radial grooves with the possibility of radial movement, and grooves are made on the inner surface of the groove connecting the volume of the groove under the working plate with pumping chambers. The working plates are made of wear-resistant polyurethane with the addition of a mixture of molybdenum disulfide, oxidized graphite, etc. The inner surface of the housing cavity and sliding bearings are made of the same polyurethane, and the side covers are made of steel.

Недостатки известного технического решения заключаются в следующем:The disadvantages of the known technical solutions are as follows:

- низкий напор из-за невозможности создания многоступенчатого насосного устройства на основе этого насоса;- low pressure due to the impossibility of creating a multi-stage pumping device based on this pump;

- невозможность перекачивания насосом сред с высоким содержанием механических частиц, так как жидкость заходит в насос радиально, затем перемещается на определенный угол в рабочей камере и вытесняется опять в радиальном направлении, оставляя при этом у верхних кромок пазов ротора зоны отложения твердых частиц и солей, а канавки, соединяющие объем паза под рабочей пластиной с камерами перекачивания, не позволяют обеспечить проточное течение перекачиваемой жидкости в камере под рабочей пластиной, что приводит также к образованию застойных зон в этих камерах и накоплению в них твердых частиц.- the impossibility of pumping media with a high content of mechanical particles, since the liquid enters the pump radially, then moves to a certain angle in the working chamber and is again displaced in the radial direction, while leaving solid and salt deposits in the upper edges of the rotor grooves, and grooves connecting the volume of the groove under the working plate with the pumping chambers do not allow for a flowing flow of the pumped liquid in the chamber under the working plate, which also leads to stagnation x zones in these cells and the accumulation of solid particles.

- низка надежность и долговечность конструкции, так как пластины перемещаются не равномерно, со скачками и ударами. Тангенциальная составляющая усилия от контакта пластины и корпуса в точке касания, значительна, так как неравномерен темп набора кривизны при сопряжении дуг большего радиуса с дугами меньшего радиуса.- low reliability and durability of the structure, since the plates do not move uniformly, with jumps and bumps. The tangential component of the force from the contact of the plate and the housing at the point of contact is significant, since the rate of curvature gain is uneven when conjugating arcs of a larger radius with arcs of a smaller radius.

Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является многоступенчатое насосное устройство (патент RU 2395720, МПК F04C 2/344 (2006.01), опубл. 2010 г.), включающее, по меньшей мере, две ступени насосов, размещенные последовательно на общем валу, каждая ступень выполнена в виде пластинчатого насоса объемного типа, имеющего корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, ограниченный с торцов боковыми крышками с впускными и выпускными окнами, и расположенный внутри корпуса ротор, в пазах которого установлены с возможностью перемещения рабочие пластины. Направляющая цилиндрической поверхности образована двумя парами симметрично расположенных дуг разных радиусов и плавными переходными участками от дуг большего радиуса к дугам меньшего радиуса.Closest to the claimed and adopted as a prototype is a multi-stage pumping device (patent RU 2395720, IPC F04C 2/344 (2006.01), publ. 2010), comprising at least two stages of pumps placed in series on a common shaft, each stage is made in the form of a volumetric vane type pump having a housing with a cylindrical inner surface, limited at the ends by side covers with inlet and outlet windows, and a rotor located inside the housing, the slots of which are mounted for movement working plates. The guide of the cylindrical surface is formed by two pairs of symmetrically arranged arcs of different radii and smooth transitional sections from arcs of a larger radius to arcs of a smaller radius.

Такое устройство обеспечивает возможность перекачивания сред с высоким содержанием механических частиц и за счет многоступенчатости создает на выходе высокий напор перекачиваемой жидкости.Such a device makes it possible to pump media with a high content of mechanical particles and, due to multi-stage design, creates a high head of the pumped liquid at the outlet.

Однако, в таком устройстве также как у аналога, низка надежность и долговечность конструкции по вышеописанным причинам.However, in such a device as in the analogue, the reliability and durability of the structure are low for the above reasons.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности и долговечности конструкции.The objective of the proposed utility model is to increase the reliability and durability of the structure.

Поставленная задача решается усовершенствованием многоступенчатого насосного устройства, включающего, по меньшей мере, две ступени насосов, размещенные последовательно на общем валу, каждая ступень выполнена в виде пластинчатого насоса объемного типа, имеющего корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, ограниченный с торцов боковыми крышками с впускными и выпускными окнами, и расположенный внутри корпуса ротор, в пазах которого установлены с возможностью перемещения рабочие пластины.The problem is solved by improving a multistage pumping device, comprising at least two stages of pumps placed sequentially on a common shaft, each stage is made in the form of a volumetric vane type pump having a housing with a cylindrical inner surface, limited at the ends by side caps with inlet and outlet windows, and a rotor located inside the housing, in the slots of which the working plates are mounted with the possibility of movement.

Это усовершенствование заключается в том, что цилиндрическая внутренняя поверхность имеет направляющую в форме эллипса с величиной соотношения меньшей оси к большей 0,6-0,9.This improvement lies in the fact that the cylindrical inner surface has a guide in the form of an ellipse with a ratio of the smaller axis to the larger 0.6-0.9.

Такая форма направляющей позволяет пластинам перемещаться вдоль нее более равномерно, без скачков и ударов, так как линейная скорость пластин относительно ротора также изменяется более равномерно. Кроме того, тангенциальная составляющая усилия от контакта пластины и корпуса в точке касания, значительно ниже, так как темп набора кривизны эллиптической поверхности равномерней и меньше чем при сопряжении дуг большего радиуса с дугами меньшего радиуса, при тех же габаритах.This shape of the guide allows the plates to move along it more evenly, without jumps and bumps, since the linear speed of the plates relative to the rotor also varies more uniformly. In addition, the tangential component of the force from the contact of the plate and the body at the point of contact is much lower, since the rate of set of curvature of the elliptical surface is more uniform and less than when conjugating arcs of a larger radius with arcs of a smaller radius, with the same dimensions.

При соотношении осей меньшем 0,6 требуются большие усилия на перемещение пластин, при соотношении большем 0,9 снижается производительность насоса, так как эллипс превращается в окружность.When the ratio of the axes is less than 0.6, great efforts are required to move the plates, with a ratio of more than 0.9, the pump performance is reduced, since the ellipse turns into a circle.

Кроме того, на торцах ротора могут быть выполнены канавки, сообщенные с пазами, что позволяет перетекать жидкости при возвратно-поступательном движении пластин в пазах ротора, обеспечивая тем самым дополнительное усилие прижатия пластин к рабочей внутренней поверхности корпуса, что особенно важно при малых оборотах насоса, когда усилия прижатия за счет действия центробежных сил недостаточно для герметичности.In addition, grooves in communication with the grooves can be made at the ends of the rotor, which allows fluid to flow during the reciprocating movement of the plates in the grooves of the rotor, thereby providing additional force to press the plates to the working inner surface of the housing, which is especially important at low pump speeds, when the pressing force due to the action of centrifugal forces is not enough for tightness.

Кроме того, смежные ступени могут иметь общую крышку, которая является выходной для одной ступени и входной для другой, что обеспечивает рациональную компоновку многоступенчатого насосного устройства и упрощает его конструкцию.In addition, adjacent stages can have a common cover, which is the outlet for one stage and the inlet for the other, which provides a rational layout of a multi-stage pumping device and simplifies its design.

Кроме того, детали ступени могут быть выполнены из износостойких материалов, имеющих высокие антифрикционные свойства, твердость и прочность, и ударной вязкости не менее 150 кДж/м², что позволяет повысить надежность и долговечность за счет повышения стойкости к ударам крупных механических частиц при перекачивании реальных жидкостей.In addition, the details of the stage can be made of wear-resistant materials having high antifriction properties, hardness and strength, and impact strength of at least 150 kJ / m ² , which improves reliability and durability by increasing the resistance to impact of large mechanical particles when pumping real liquids.

Полезная модель поясняется чертежами, на которых на фиг.1 показан общий вид многоступенчатого насосного устройства заявляемой конструкции, на фиг.2 - представлен разрез А-А на фиг.1, а на фиг.3 показана одна ступень устройства в изометрии.The utility model is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a general view of a multi-stage pumping device of the claimed design, Fig. 2 shows a section AA in Fig. 1, and Fig. 3 shows one isometric view of the device.

Многоступенчатое насосное устройство включает, по меньшей мере, две ступени 1 и 2 насосов, размещенные последовательно на общем валу 3, каждая ступень 1 и 2 выполнена в виде пластинчатого насоса объемного типа. Каждая ступень 1 и 2 имеет статор 4 с профилированной внутренней поверхностью 5, ограниченный с торцов боковыми крышками 6 с окнами 7. Внутри статора 4 расположен ротор 8, в пазах 9 которого установлены с возможностью перемещения рабочие пластины 10. Профилированная внутренняя поверхность 5 имеет форму эллипса с величиной соотношения меньшей оси b к большей а 0,6-0,9. В приведенном варианте на торцах ротора 8 выполнены канавки 11, сообщенные с пазами 9. Смежные ступени 1 и 2 имеют общую крышку 6, которая является выходной для ступени 1 и входной для ступени 2. Детали ступени (статор 4, ротор 8, пластины 10) выполнены из износостойких материалов, имеющих высокие антифрикционные свойства, твердость, прочность и ударную вязкость не менее 150 кДж/м2, например из Р6М5 ГОСТ 19265-73,A multistage pumping device includes at least two stages 1 and 2 of pumps arranged sequentially on a common shaft 3, each stage 1 and 2 is made in the form of a volumetric vane type pump. Each stage 1 and 2 has a stator 4 with a profiled inner surface 5, bounded at the ends by side covers 6 with windows 7. Inside the stator 4 there is a rotor 8, in the slots 9 of which the working plates 10 are mounted for movement. The profiled inner surface 5 has an ellipse shape with the ratio of the smaller axis b to the larger a 0.6-0.9. In the above embodiment, grooves 11 are made at the ends of the rotor 8 and connected with the grooves 9. Adjacent steps 1 and 2 have a common cover 6, which is the outlet for step 1 and the inlet for step 2. Stage details (stator 4, rotor 8, plate 10) made of wear-resistant materials having high antifriction properties, hardness, strength and impact strength of at least 150 kJ / m2, for example from P6M5 GOST 19265-73,

Многоступенчатое насосное устройство работает следующим образом.Multistage pumping device operates as follows.

При вращении ротора 8 центробежные силы прижимают пластины 10, установленные в пазах 9, к внутренней поверхности 5 статора 4,. Между ротором 8, внутренней поверхностью 5 статора 4, крышками 6 и пластинами 10 образуются рабочие камеры 12, количество которых равно числу пластин 10. При вращении ротора 8 объемы рабочих камер 12 изменяются, так как пластины 10 в эти моменты совершают движение относительно пазов 9 ротора 8, и через впускные окна 7 перекачиваемая смесь поступает в рабочие камеры 12. За счет того, что внутренняя поверхность 5 имеет форму эллипса, пластины 10 перемещаются равномерно, без скачков и ударов и линейная скорость пластин 10 относительно ротора 8 также изменяется более равномерно. Кроме того, тангенциальная составляющая усилия от контакта пластины 10 и внутренней поверхности 5 статора 4 в точке касания, значительно ниже, так как темп набора кривизны поверхности в форме эллипса равномерный. По канавкам 11, сообщенным с пазами 9 рабочая жидкость перетекает при возвратно-поступательном движении пластин 10 в пазах 9 ротора 8, обеспечивая тем самым дополнительное усилие прижатия пластин 10 к рабочей внутренней поверхности 5 статора 4. Далее при вращении ротора 8 происходит вытеснение перекачиваемой жидкости из рабочих камер 12 через выходные окна 7 общей крышки из ступени 1 в смежную ступень 2, работа которой происходит аналогично работе ступени 1. Из ступени 2 перекачиваемая жидкость через выпускные окна поступает в нагнетательную линию насоса или на вход следующей ступени.When the rotor 8 rotates, centrifugal forces press the plates 10 installed in the grooves 9 to the inner surface 5 of the stator 4 ,. Between the rotor 8, the inner surface 5 of the stator 4, the covers 6 and the plates 10, working chambers 12 are formed, the number of which is equal to the number of plates 10. When the rotor 8 is rotated, the volumes of the working chambers 12 change, since the plates 10 at these moments move relative to the grooves 9 of the rotor 8, and through the inlet windows 7, the pumped mixture enters the working chambers 12. Due to the fact that the inner surface 5 has the shape of an ellipse, the plates 10 move uniformly, without jumps and shocks, and the linear speed of the plates 10 relative to the rotor 8 also varies Xia more evenly. In addition, the tangential component of the force from the contact of the plate 10 and the inner surface 5 of the stator 4 at the point of contact is much lower, since the rate of set of curvature of the surface in the shape of an ellipse is uniform. Through the grooves 11 connected with the grooves 9, the working fluid flows during the reciprocating movement of the plates 10 in the grooves 9 of the rotor 8, thereby providing additional force pressing the plates 10 to the working inner surface 5 of the stator 4. Further, when the rotor 8 is rotated, the pumped liquid is forced out of working chambers 12 through the outlet windows 7 of the common cover from stage 1 to the adjacent stage 2, the operation of which occurs similarly to the operation of stage 1. From stage 2, the pumped liquid through the outlet windows enters the discharge line th pump or at the entrance of the next stage.

Таким образом, использование заявляемого устройства позволяет повысить надежность и долговечность за счет равномерного, без скачков и ударов перемещения пластин и повышения стойкости к ударам крупных механических частиц при перекачивании реальных жидкостей.Thus, the use of the inventive device can improve reliability and durability due to the uniform, without jumps and bumps, the movement of the plates and increase the resistance to shock of large mechanical particles during the pumping of real liquids.

Claims

1. A multi-stage pumping device, comprising at least two stages of pumps placed sequentially on a common shaft, each stage is made in the form of a volumetric vane type pump having a housing with a cylindrical inner surface, limited at the ends by side covers with inlet and outlet windows, and a rotor located inside the housing, in the slots of which the working plates are mounted to move, characterized in that the cylindrical inner surface has an elliptical guide and with the ratio of the smaller axis to the larger 0.6-0.9.

2. The multi-stage pumping device according to claim 1, characterized in that the grooves in communication with the grooves are made at the ends of the rotor.

3. The multi-stage pumping device according to claim 1, characterized in that the adjacent stages have a common cover that is output for one stage and input for another.

4. The multi-stage pumping device according to claim 1, characterized in that the stage parts are made of wear-resistant materials having high antifriction properties, hardness and strength, and impact strength of at least 150 kJ / m ² .