Рис, 5.9, а. 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

ные в верхнюю 6 и нижнюю 7 опоры. Осевая сила от вала пере­дается через пружинное кольцо 8 опоры вала и дистанционную втулку 9 упорному подшипнику.

Гидродинамическая пята выполнена с радиальными канавка­ми, скосом и плоской частью на поверхности трения о подпят­ник. Она обычно изготавливается из бельтинга (технической ткани с крупными ячейками), пропитанного графитом с рези­ной и завулканизированного («запеченного») в пресс-форме. При вращении пяты жидкость идет от центра к периферии по канав­кам, попадает под скос и нагнетается в зазор между плоскими частями подпятника и пяты. Таким образом, подпятник сколь-

Тд

Рис. 5.10. Упорный подшипник ЭЦН

зит по слою жидкости. Такое жидкостное трение (не в пуско­вом, а в рабочем режиме пяты) обеспечивает низкий коэффици­ент трения, незначительные потери энергии на трение в пяте, малый износ деталей пяты при достаточном осевом усилии, ко­торое она воспринимает.

Радиальный подшипник ЭЦН воспринимает радиальные на­грузки, возникающие при работе насоса. Радиальный подшип­ник (рис. 5.11) состоит из опорной втулки с вкладышем, кото­рые является неподвижными деталями и втулки, вращающейся вместе с валом. В каждой модуль-секции насоса обычного ис­полнения вал имеет два радиальных подшипника — верхний и нижний, а в модуль-секциях насосов износостойкого исполне­ния кроме перечисленных радиальных подшипников использу­ются промежуточные радиальные опоры.

Рис. 5.11. Радиальный подшипник ЭЦН

Достаточно широко используется конструкция насоса с «пла­вающим низом», при которой осевая нагрузка, действующая на ротор секции насоса, воспринимается частью (около 40%) верх­них ступеней, рабочие колеса которых жестко закреплены на валу, рабочие же колеса нижних ступеней выполнены плаваю­щими [22].

За счет такой конструкции в модуль-секции насоса образует­ся гребенчатая пята.

Фиксирование колес на валу осуществляется между нижни­ми 7и верхними 3 полукольцами, помещенными в соответствую­щие кольцевые проточки (рис. 5.11, а). Два полукольца /запира­ются ступицей первого из закрепленных на валу рабочего колеса.

Распор ступиц рабочих колес достигается вращением специ­альной гайки относительно втулки, имеющей наружную резьбу.Упором для специальной гайки служат два полукольца, поме­щенные в верхнюю расточку вала.

Еще одним вариантом является конструкция насоса с зак­репленными на валу, распертыми рабочими колесами, при ко­торой все рабочие колеса модуль-секции фиксируются на валу. Обычно такое исполнение выполняется на коротких модуль-сек­циях длиной до 2,4 м, которые могут помещаться над модуль-секцией насоса, выполненным с плавающим низом, гребенча­тая пята которой воспринимает осевую силу этой модуль-сек­ции. При ином конструктивном исполнении осевая сила, дей­ствующая на ротор секции насоса с «плавающим низом», пере­дается на осевую опору протектора (рис. 5.11, а) [22].

Рис. 5.11, а. Центробежный насос с передачей осевой нагрузки с рабочих колес на вал

/ — головка; 2— верхний подшипник; 3 — верхнее полукольцо; 4— стяж­ная гайка; 5— вал; 6— распертое рабочее колесо; 7— нижнее полукольцо; 8 — корпус; 9 — плавающее рабочее колесо; 10 — направляющий аппарат; 11 — нижний подшипник; 12— основание; 13 — шлицевая муфта

Поперечные (радиальные) усилия в секции насоса, предназ­наченного для откачки неабразивной жидкости, воспринимают­ся двумя концевыми радиальными подшипниками, корпуса ко­торых размещены в головке и корпусе входного модуля или в нижней части секции.

В радиальных подшипниках использована пара трения сколь­жения, материал которой зависит от условий эксплуатации.

Кроме того, поперечные усилия в секции воспринимаются радиальными подшипниками, функции которых выполняют пары трения, образованные ступицами рабочих колес и расточками направляющих аппаратов.

На рис. 5.9 показан скважинный центробежный насос в сбо­ре. Осевое усилие, действующее на вал, воспринимается гидродинамической пятой 1. Вал 3 расположен в радиальных под­шипниках скольжения 2 к 8. Радиальными подшипниками вала являются и опоры скольжения у втулок вала и внутреннего диа­метра направляющих аппаратов 5 у каждой ступени. Крутящий момент передается от вала к рабочим колесам 7 через шпонку 6. Вся сборка ротора насоса размещена в корпусе 4 и сжата сверху корпусом подшипника 2, а внизу — основанием 10, на котором размещена приемная сетка 9. В верхней части насоса на корпус подшипника 2 навернута ловильная головка насоса, в которой имеется резьба для соединения с НКТ. Вал насоса соединяется с валом гидрозащиты шлицевой муфтой П.

Рис. 5.12, я. Модуль в ходной насоса

/ — основание, 2 — вал, 3 — втулка подшипника, 4— сетка, 5 — защитная втулка, 6— шлицевая муфта

Для создания высоконапорных скважинных центробежных насосов в насосе приходится устанавливать множество ступеней (до 550 штук). При этом они не могут разместиться в одном корпусе, поскольку длина такого насоса (15—20 м) затрудняет транспортировку, монтаж на скважине и изготовление корпуса. Высоконапорные насосы составляются из нескольких модуль-секций. Длина корпуса в каждой секции не более 6 м. Корпус­ные детали отдельных модуль-секций соединяются фланцами с болтами или шпильками, а валы — шлицевыми муфтами. Каж­дая секция насоса имеет верхнюю осевую опору вала, вал, ради­альные опоры вала, ступени. Приемную сетку имеет только вход­ной модуль насоса (рис. 5.12, а), расположенный в нижней сек­ции или в модуле насосном-газосепараторе. Ловильную модуль-головку имеет только верхняя секция насоса (рис. 5.12, б). Модуль-секции высоконапорных насосов могут иметь длину меньшую, чем

Рис. 5. 12, б. Модуль-головка насоса

/ — кольцо уплотнительное; 2 — ребро; 3 — корпус

6 м (обычно длина корпуса насоса составляет 3, 4 и 5 м), в зависи­мости от числа ступеней, которые надо в них разместить.

При отборе насосом жидкости с небольшим содержанием механических примесей и достаточной смазкой (наличие в жид­кости нефти) насосы обычного исполнения обеспечивают дли­тельную эксплуатацию скважины без их ремонта.

В насосе имеются пары трения: текстолит по чугуну в осевых опорах рабочего колеса в ступени; латунная втулка, надетая на вал между рабочими колесами, или удлиненная чугунная ступи­ца рабочего колеса по чугуну направляющего аппарата; проре­зиненный и графитизированный бельтинг по закаленному и шлифованному стальному подпятнику в пяте насоса. Все эти пары трения достаточно долговечны при соответствующих усло­виях эксплуатации. При большой обводненности они работос­пособны в течение 100—200 сут, а при достаточно большом ко­личестве нефти в отбираемой жидкости насос может работать без ремонта от года до нескольких лет (есть примеры работы агрегатов ЭЦН без подъема из скважин в течение 3—5 лет).

Скважинные центробежные насосы могут быть выполнены и для осложненных условий эксплуатации, например — для отбора жидкости с большим содержанием песка, отбора силь­но обводненной жидкости с повышенной коррозионной агрес­сивностью.

Для отбора жидкости с большим содержанием механических примесей (в основном песка) предназначаются износостойкие насосы. Они рассчитаны на отбор жидкости с содержанием 0,05% (0,5 г/л) механических примесей.

При отборе жидкости с песком свободно движущийся абра­зив разрушает диски и лопатки рабочего колеса и части направ­ляющего аппарата, особенно в местах изменения направления движения струи жидкости. В местах трения деталей, у текстоли­товой опоры, у ступицы колеса попадающий в зазор песок также изнашивает эти детали, причем ступицы изнашиваются до вала. Длинный гибкий вал при вращении получает несколько полу­волн изгиба, и на его поверхности места износа четко показыва­ют форму, которую он принимает при работе насоса

Для увеличения срока службы насоса при отборе жидкости с большим содержанием песка в конструкцию насоса могут быть внесены следующие основные изменения:

1. Чугунные рабочие колеса заменены пластмассовыми из по-

лиамидной смолы или углепластика, стойких против из­носа свободным абразивом и не набухающей в воде. В сква­жинах с большим содержанием нефти, как показал опыт, они менее работоспособны.

2. Вместо одноопорной применяется двухопорная конструк­ция рабочего колеса.

3. Текстолитовая опора колеса заменена резиновой, а в на­правляющем аппарате опорой для этой резиновой шайбы служит стальная термообработанная втулка.

4. Для уменьшения износа ступиц рабочих колес и вала ста­вятся дополнительные (промежуточное) радиальные опо­ры, которые препятствуют изгибу вала при его вращении (см. рис. 5.13.).

Таким образом, снижаются усилия у радиальной опоры коле­са в направляющем аппарате.

С помощью этих и некоторых других изменений обычной конструкции насоса срок службы износостойкого насоса увели­чивается в 2,5—7 раз.

Для удержания вала в прямолинейном состоянии необходи­мо промежуточные (например, — резинометаллические) ради­альные опоры ставить друг от друга на расстоянии, равном по­ловине полуволны изгиба вала. На рис. 5.13. показаны длина полуволны / и расстояние между подшипниками 1/2 /.

Длину полуволны изгиба вала можно найти, учитывая, что при вращении и изгибе вала потенциальная энергия изгиба вала (V) должна быть равна сумме работы центробежных сил ротора насоса (А,), осевых сил, действующих на вал (А^, и гидродина­мических сил (А₃), возникающих в радиальной опоре рабочего колеса в каждой ступени. Последние силы обусловлены давле­нием жидкости в зазоре между ступицей рабочего колеса и опо­рой в направляющем аппарате.

К=А,+А₂+А₃ (5.1)

Анализ всех этих сил применительно к современной конст­рукции износоустойчивого насоса показывает, что:

1. несмотря на применение пластмассовых колес и умень­шение, таким образом, массы ротора центробежного насоса, центробежные силы остаются основными факторами, изгиба­ющими вал;

2. осевые силы, действующие на вал в предложенной кон­струкции и при опоре рабочих колес на направляющие аппа­раты, невелики, так как они воспринимаются в основном вер­хней осевой опорой, на которой подвешен вал; вес самого вала незначительно увеличивает (на 2—6%) полуволну изгиба вала;

3. так как износостойкие насосы применяются в основном при большой обводненности, когда вязкость откачиваемой жид­кости незначительно отличается от вязкости воды, то гидроди­намические силы незначительны.

Таким образом, для инженерных расчетов в случае, когда условия эксплуатации известны недостаточно точно, можно учи­тывать только действие центробежных сил и потенциальной энергии изгибаемого вала (последнее обусловлено размерами вала и характеристикой его материала). В этом случае длина полуволны изгиба будет

1=п^Е1/д(о (5.2)

где Е — модуль упругости материала вала; / — момент инер­ции сечения вала; # — вес единицы длины ротора насоса (вала, втулок, надетых на вал, рабочих колес); со — частота вращения вала.

В более точных расчетах, в основном при исследованиях, не­обходимо учитывать все указанные силы.

Тогда выражение, из которого надо найти /, принимает сле­дующий вид:

/ з [(в + О) / - Е /³ + С] - А = О, (5.3)

где В, Б, Е, С и А — величины, зависящие от параметров ротора насоса, его частоты вращения и вязкости перекачивае­мой жидкости.

	Обозначение насоса	Напор, м		Кол-во секции, шт., (длина секции)		Кол-во ступеней, шт.		Потребляемая мощность, кВт		К11Д, %		длина ь, мм	масса, кг
1			2		3		4		5		6	7		8
ЭЦНА5-30-1700			1690		3(3+4+4)		457		16,67		35	12125		374
ЭЦНА5-60-500			500		КЗ)		109		7,84		44	3395		107

х эцн х х х хх хх х

Цифра «1* обозначает насос с газосепа­ратором по ТУ 3665-020-00220440-94; номер модификации по ТУ 3665-026-00220440-96 или варианты конструктив­ного исполнения по ТУ 3631-025-21945400-97; по ТУ 3631-00217930-004-96 буква Л обозначает завод-изготовитель — «ЛЕМАЗ», цифра — номер модификации

Центробежный насос с приводом от погружного электродвигателя

По ТУ 3631-025-21945400-97 буква А обозначает завод-изготовитель — «АЛНАС»; по ТУ 3665-004-00217780-98 буква Д обозначает двухопорность ступени; по остальным ТУ буква М обозначает модульность

Буквы К, Т и КТ обозначают соот­ветственно коррозионностойкое, теплостойкое или коррозионно-теплостойкое исполнения

Группа насоса

Подача насоса, м3/сут

Напор насоса, м

Буква Г обозначает насос, эксплуати­руемый с газосепаратором по ТУ 3665-026-00220440-96

Рис. 2.91. Насос типа НВ1С:

1 — замок и уплотнение насоса; 2 — шток; 3 — упор; 4 — цилиндр; 5 — контргайка; 6 — переводник плунжера; 7— плунжер; 8— нагнетательный клапан; 9 — всасывающий клапан; 10— переводник

НН1С

Рис. 2.98. Насос типа НН1С:

1 — цилиндр; 2 — шток; 3 — нагнетательный клапан; 4 — захватный шток; 5 — плунжер; 6— наконечник плунжера; 7— всасывающий клапан; 8 — седло кону­са; опора всасывающего клапана; 9 — переводник верхний; 10 — переводник нижний

Соответствие обозначения насосов по			российскому стандарту и API		Spec ПАХ
Обозначение			Обозначение
ГОСТ Р	API	ГОСТ Р		API
60-НВ1Б 32-12-12	20-125-RHAM-6-4-3	89-НВ1Б 57-18-12		30-225-RHAM-8-4-3
48-НН1С27-09-12	15-106-TL-6-4-2	73-НН1Б 57-30-12		25-225-ТН-12-4-5