Підвищення напору шнекових ступенів свердловинних насосів шляхом використання розрізних лопатей робочих коліс

Abstract

У дисертаційній роботі наведене нове вирішення наукової задачі, що полягає у підвищенні напору шнекових ступенів свердловинних насосів, яке досягається використанням розрізних лопатей робочих коліс. При цьому в робочому процесі ступеня має місце додатковий гідродинамічний фактор – швидкісна струмина, що витікає з зазору між рядами лопатей і чинить вплив на структуру течії в робочому колесі. На адекватних математичних моделях отримано картини течії в робочому колесі шнекового типу з розрізними лопатями, які дають можливість якісної оцінки розподілів швидкостей та тисків в ступені, що досліджується, а також визначення геометричних параметрів, що найбільш суттєво впливають на енергетичні характеристики ступеня. Експериментально встановлено оптимальні співвідношення основних геометричних параметрів, що дає можливість збільшити напір ступеня на 40% у порівнянні до вихідного при тому ж рівні економічності та технології виготовлення. Встановлено вплив окремих геометричних параметрів робочого колеса з розрізними лопатями на характеристики ступеня, що дає змогу проводити оптимізацію за різними параметрами в залежності від вимог, що висуваються. Доповнено та розширено методику інженерного розрахунку насосних ступенів шнекового типу з урахуванням особливостей робочого процесу шнекових коліс з розрізними лопатями. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/29805

В диссертационной работе решается важная научно-практическая задача повышения технического уровня скважинных насосов, предназначенных для добычи нефтесодержащих жидкостей. В связи с растущими объемами необходимой жидкости для систем поддержания пластового давления, обоснована необходимость использования осевых ступеней шнекового типа в качестве насосных ступеней погружных насосов. На основании обзора научно-технической информации для устранения основного недостатка таких ступеней (невысокие значения развиваемых ступенями напоров) определены возможные пути решения данной проблемы. В силу особенностей рабочего процесса шнековой ступени, рабочее колесо которой в развертке дает решетку прямых пластин, наиболее перспективным путем повышения напора представляется увеличение угла атаки на входе в рабочее колесо. Для предотвращения образования значительных отрывных зон на тыльной стороне лопасти (вследствие увеличенного угла атаки) рассмотрены возможные варианты влияния на пограничный слой в области отрыва. Малые размеры и многоступенчатость конструкции насоса делают невозможным влияние на зону отрыва потока путем введения энергии от внешнего источника. Пассивное управление пограничным слоем на тыльной стороне лопастей рабочего колеса шнековой ступени в составе многоступенчатого погружного насоса достигнуто за счет использования дополнительной лопастной решетки в рабочем колесе. Такое решение дает возможность увеличить разницу циркуляций входа и выхода рабочего колеса, поскольку в отличие от шнека постоянного шага в уравнении напора ступени помимо угла атаки добавляется разница углов установки первого и второго рядов лопастей. При этом в рабочем процессе ступени необходимо учитывать наличие дополнительного гидродинамического фактора – скоростной струи, которая вытекает из зазора между рядами лопастей и оказывает существенное влияние на структуру течения в рабочем колесе и, как следствие, на характеристики ступени в целом. На адекватных математических моделях получены картины течения в рабочем колесе шнекового типа с разрезными лопастями, дающие возможность качественно оценить поля распределения скоростей и давлений в исследуемой ступени, а так же определить геометрические параметры, оказывающие наиболее существенное влияние на энергетические характеристики ступени. Экспериментально установлены оптимальные соотношения основных геометрических параметров, дающие возможность увеличить напор ступени на 40% по отношению к исходному при том же уровне экономичности и технологичности изготовления. Установлено влияние отдельных геометрических параметров рабочего колеса с разрезными лопастями на характеристики ступени, что дает возможность проводить оптимизацию по различным параметрам в зависимости от предъявляемых требований. Дополнена и расширена методика инженерного расчета насосных ступеней шнекового типа с учетом особенностей рабочего процесса шнековых колес с разрезными лопастями. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/29805

The increase of the borehole pump screw-type stages’ head pressure has been achieved on the basis of the split-bladed screw being applied as an impeller. The obtained solution enables the impeller to increase the circulation difference between inlets and outlets so far as it adds the angular disparity between the first and the second row of blades to the incidence angle, as opposed to a fixed lead screw in the stage head pressure equation. With that the occurrence of an additional hydraulic factor is to be considered in the process of operation that is the occurrence of a high-speed jet which flows out of the gap between the rows of blades and exercises significant influence on the flow structure of the impeller and, as a result, the pump stage’s characteristics integrally. The patterns of flow in a screw-type split-bladed impeller have been obtained on the relevant numerical schemes so that the velocity and pressure distribution field patterns in the pump stage can be qualitatively evaluated. The geometrics exerting the most impact upon the energy characteristics of the stage can be identified as well. The main optimal correlated geometrics have been found experimentally which allows increasing the stage’s head pressure by 40 per cent as opposed to the initial one under the same affordability and manufacturability terms. The effect of the separate split-bladed impeller’s geometrics upon the stage’s characteristics has been ascertained which allows optimization in various directions according to definite requirements and specifications. The engineering methodology of the screw-type pump stages calculation considering the operation characteristics of the screw-type split-bladed impeller has been complemented and expanded. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/29805