RU165032U1

RU165032U1 - SUBMERSIBLE MULTI-STAGE CENTRIFUGAL PUMP

Info

Publication number: RU165032U1
Application number: RU2016109495/06U
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Михайлов
Original assignee: Александр Николаевич Михайлов
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2016-09-27

Abstract

1. Погружной многоступенчатый центробежный насос, содержащий корпус, вал, ступени, состоящие из рабочего колеса и направляющего аппарата, выполненные литьем из чугуна следующего состава, масс. %:а поверхности рабочего колеса и направляющего аппарата содержат азотированный низкотемпературным азотированием слой, рабочие колеса установлены на валу посредством ступицы с возможностью вращения и содержат нижнюю осевую опору колеса с опорной поверхностью, лопасти, ступицу с наружной радиальной опорной поверхностью, верхнюю осевую опору с опорной поверхностью, а направляющие аппараты установлены в корпусе насоса посредством цилиндрической обоймы, содержат опорный бурт с опорной поверхностью, ступицу с внутренней радиальной опорной поверхностью, цилиндрическую обойму, лопатки, нижнюю опорную поверхность, при этом рабочие колеса азотированным слоем опорной поверхности нижней осевой опоры контактируют с азотированным слоем опорной поверхности опорного бурта направляющего аппарата, образуя осевую пару трения, а наружная радиальная опорная поверхность ступицы рабочего колеса азотированным слоем контактирует с азотированным слоем внутренней радиальной опорной поверхности ступицы направляющего аппарата, образуя радиальную опору вала насоса парой трения опорных поверхностей ступиц рабочего колеса и направляющего аппарата.2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что в состав чугуна входит титан в масс. %. 0,01-0,3.3. Насос по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что опорная поверхность верхней осевой опоры рабочего колеса выполнена с возможностью контакта азотированным слоем, образуя осевую пару трения, с азотированным слоем нижней опорной1. Submersible multistage centrifugal pump, comprising a housing, shaft, steps, consisting of an impeller and a guide apparatus, made of cast iron of the following composition, mass. %: and the surfaces of the impeller and the guide vane contain a nitrided layer at low temperature nitriding, the impellers are rotatably mounted on the shaft by a hub and contain a lower axial wheel support with a supporting surface, blades, a hub with an external radial supporting surface, an upper axial bearing with a supporting surface and the guiding devices are installed in the pump housing by means of a cylindrical cage, contain a supporting collar with a supporting surface, a hub with an internal radial support the surface, a cylindrical cage, blades, the lower bearing surface, while the impellers are in contact with the nitrided layer of the bearing surface of the lower axial support with the nitrided layer of the supporting surface of the supporting shoulder of the guide apparatus, forming an axial friction pair, and the outer radial bearing surface of the impeller hub is in contact with the nitrided layer with a nitrided layer of the inner radial bearing surface of the hub of the guide apparatus, forming a radial bearing of the pump shaft by a pair of friction bearings x of the hub of the impeller and guide apparata.2. A pump according to claim 1, characterized in that the composition of cast iron includes titanium in mass. % 0.01-0.3.3. PP pump 1 and 2, characterized in that the supporting surface of the upper axial support of the impeller is made with the possibility of contact with a nitrided layer, forming an axial friction pair, with a nitrided layer of the lower supporting

Description

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована, например, в установках погружных электроцентробежных насосов для добычи нефти.The utility model relates to mechanical engineering and can be used, for example, in submersible electric centrifugal pumps for oil production.

Известен погружной электроцентробежный насос со ступнями, состоящих из направляющих аппаратов и рабочих колес, выполненных из лигированного чугуна нирезиста (Вихман Р.Г., Филиппов В.Н. Погружные центробежные износостойкие насосы для добычи нефти, / Экспресс-информация: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, №6, 1989). Недостатком данной ступени является высокая стоимость и недостаточная износостойкость в пластовых жидкостях с высоким содержанием абразивных частиц.Known submersible electric centrifugal pump with feet, consisting of guiding devices and impellers made of alloyed niresist cast iron (Vikhman R.G., Filippov V.N. Submersible centrifugal wear-resistant pumps for oil production, / Express information: TSINTIKHIMNEFTEMASH, No. 6, 1989). The disadvantage of this stage is the high cost and lack of wear resistance in reservoir fluids with a high content of abrasive particles.

Известна ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, где деталь выполняют из литой чугунной заготовки и подвергают упрочняющей обработке с целью повышения ее износостойкости (см. патент РФ №2116515, F04D 1/06, опубл. 27.07.1998.)Known step submersible multistage centrifugal pump, where the part is made of cast iron billets and subjected to hardening in order to increase its wear resistance (see RF patent No. 2116515, F04D 1/06, publ. 07.27.1998.)

Недостатком насоса с данными ступенями является то, что упрочняющая обработка, заключающееся в закалке заготовки из перлитного или перлитно-ферритного чугуна, модифицированного редкоземельными металлами, на мартенситную структуру с последующим низким отпуском, не обеспечивает комплексного повышения надежности и долговечности ступени за счет повышения защиты от солеотложения, коррозионной и абразивной износостойкости.The disadvantage of the pump with these stages is that the hardening treatment, which consists in hardening a billet from pearlite or pearlite-ferrite cast iron, modified with rare earth metals, to a martensitic structure with subsequent low tempering, does not provide a comprehensive increase in the reliability and durability of the stage due to increased protection against scaling corrosion and abrasion resistance.

Известен многоступенчатый центробежный насос, содержащий ступень, состоящую из рабочего колеса, установленного на валу и выполненного в виде ведущего диска, ведомого покрывного диска и лопастей, которые закреплены между передней поверхностью ведущего диска и ведомым покрывным диском, и из направляющего аппарата, выполненного в виде лопаточного покрывного диска, цилиндрической обоймы и лопаток, причем лопаточный покрывной диск направляющего аппарата установлен со стороны задней поверхности ведущего диска рабочего колеса, цилиндрическая обойма направляющего аппарата выполнена с кольцеобразной стенкой, расположенной поперечно, внутри цилиндрической обоймы установлены рабочее колесо и лопаточный покрывной диск, лопатки закреплены в направляющем аппарате между кольцеобразной стенкой цилиндрической обоймы и лопаточным покрывным диском, выбраны определенные соотношения параметров и геометрических размеров лопастей и лопаток. В конструкции применяются шайбы (кольца) из антифрикционного материала, выполняющие роль индивидуальных опор (см. Патент РФ №2161737 МПК 7 F04D 1/06, F04D 13/10, опубл. 10.01.2001 г.)A multi-stage centrifugal pump is known, comprising a stage consisting of an impeller mounted on a shaft and made in the form of a drive disk, a driven cover disk and vanes, which are fixed between the front surface of the drive disk and the driven cover disk, and from a guide device made in the form of a blade a cover disk, a cylindrical cage and blades, and the blade cover cover of the guide apparatus is mounted on the side of the rear surface of the driving disk of the impeller each cage of the guide apparatus is made with an annular wall located transversely, an impeller and a blade cover disk are installed inside the cylindrical clip, the blades are fixed in the guide device between the ring-shaped wall of the cylindrical clip and the blade cover disk, certain ratios of parameters and geometric dimensions of the blades and blades are selected. Washers (rings) made of antifriction material that act as individual bearings are used in the design (see RF Patent No. 2161737 IPC 7 F04D 1/06, F04D 13/10, publ. 10.01.2001)

Недостатком данного насоса является то, что индивидуальные осевые опоры из шайб (колец), изготовленных из антифрикционных материалов, в процессе работы насоса подвергаются значительному износу. Причем они особенно интенсивному износу подвергаются при работе насоса в среде с повышенным содержанием механических примесей. Также значительному износу подвержены буртики направляющих аппаратов, контактирующих с шайбами рабочих колес. Это приводит к необходимости частого подъема насосной установки из скважины для замены антифрикционных шайб (колец), к снижению межремонтного периода насосной установки, приводит к не ремонтопригодности направляющих аппаратов, все это снижает напорные характеристики, КПД, надежность, долговечность и эффективность насоса. С увеличением частоты вращения рабочих колес резко возрастает износ и повреждаемость осевых опор рабочих колес и направляющих аппаратов. Использование твердосплавных и керамических колец в качестве осевых опор рабочих колец и направляющих аппаратов ступеней насосов приводит к увеличению габаритов насоса, увеличивает стоимость и снижает надежность насоса вследствие того, что материалы ступени (рабочего колеса и направляющего аппарата) имеют большую разность коэффициентов линейного термического расширения. Вследствие этого нагрев при работе рабочих колес и направляющих аппаратов с твердосплавными и керамическими шайбами (кольцами) приводит к выпадению их из мест запрессовки. Другие способы крепления, такие как завальцовка, зачеканка, твердосплавных и керамических шайб неэффективны из-за хрупкости твердосплавных и керамических шайб и материала ступеней. Также при таком исполнении ступеней требуется дополнительные промежуточные радиальные подшипники или радиально-осевые подшипники, которые увеличивают длину насоса, увеличивают себестоимость насоса.The disadvantage of this pump is that individual axial bearings made of washers (rings) made of antifriction materials undergo significant wear during the operation of the pump. Moreover, they are exposed to particularly intense wear when the pump is operating in an environment with a high content of mechanical impurities. The flanges of the guide vanes in contact with the impeller washers are also subject to significant wear. This leads to the need for frequent lifting of the pumping unit from the well to replace anti-friction washers (rings), to a decrease in the overhaul period of the pumping unit, leading to non-maintainability of the guide vanes, all this reduces the pressure characteristics, efficiency, reliability, durability and efficiency of the pump. With an increase in the frequency of rotation of the impellers, the wear and damage of the axial bearings of the impellers and guide vanes increases sharply. The use of carbide and ceramic rings as the axial supports of the working rings and guide devices of the pump stages leads to an increase in the dimensions of the pump, increases the cost and reduces the reliability of the pump due to the fact that the materials of the stage (impeller and guide device) have a large difference in linear thermal expansion coefficients. As a result of this, the heating during operation of the impellers and guide vanes with carbide and ceramic washers (rings) leads to their loss from the places of pressing. Other fastening methods, such as rolling, caulking, carbide and ceramic washers, are ineffective due to the fragility of carbide and ceramic washers and material steps. Also, with this design of the stages, additional intermediate radial bearings or radial-axial bearings are required, which increase the length of the pump and increase the cost of the pump.

Известна ступень многоступенчатого центробежного насоса [RU 2450888 C2 (ООО "СТУПЕНЬ"), 10.08.2012], содержащее рабочее колесо и направляющий аппарат, выполненные литьем из чугуна следующего химического состава, масс. %: Углерод 3.2-3.8, Кремний 0.2-1.0, Марганец 0.5-0.7, Хром 0.3-0.5, Медь 0.8-1.3, Алюминий 1.8-4, Фосфор не более 0.3, Сера не более 0.02, Железо остальное. При данном химическом составе материала ступени ее поверхность при кристаллизации покрывается химически инертной твердой оксидной пленкой, которая частично препятствует коррозии и солеотложению и имеет сорбитную структуру.Known stage multistage centrifugal pump [RU 2450888 C2 (LLC "STAGE"), 08/10/2012], containing the impeller and the guide apparatus, made of cast iron of the following chemical composition, mass. %: Carbon 3.2-3.8, Silicon 0.2-1.0, Manganese 0.5-0.7, Chromium 0.3-0.5, Copper 0.8-1.3, Aluminum 1.8-4, Phosphorus no more than 0.3, Sulfur no more than 0.02, Iron the rest. With this chemical composition of the material of the step, its surface during crystallization is covered by a chemically inert solid oxide film, which partially prevents corrosion and scaling and has a sorbitol structure.

Недостатком насоса с приведенными выше ступенями является то, что поверхности данной ступени, рабочего колеса и направляющего аппарата, не обладают повышенной твердостью, повышенной износостойкостью и повышенной коррозионной стойкостью, поверхности трения не обладают необходимой твердостью. При прохождении рабочей жидкости с повышенным содержанием твердых частиц и химически агрессивных компонентов по каналам рабочего колеса и направляющего аппарата по RU 2450888 будет нарушена оксидная пленка воздействием твердых частиц, далее будет происходить интенсивный эрозионный износ и коррозионный износ, которые усиливают друг друга в процессе работы насоса, и способствуют быстрому выходу его из строя. При работе насоса с рабочей жидкостью с повышенным содержанием твердых частиц и химически агрессивных компонентов поверхности осевых опор подвергнутся интенсивному эрозионному и коррозионному износу. Оксидная пленка позволит сдержать процесс износа на незначительное время. Указанные недостатки ступени по RU 2450888 C2 снижают надежность, долговечность, межремонтный период насосной установки.The disadvantage of the pump with the above steps is that the surfaces of this stage, the impeller and the guide apparatus do not have increased hardness, increased wear resistance and increased corrosion resistance, the friction surfaces do not have the necessary hardness. During the passage of a working fluid with a high content of solid particles and chemically aggressive components through the channels of the impeller and guiding apparatus in accordance with RU 2450888, the oxide film will be broken by the action of solid particles, then intense erosion and corrosion wear will occur, which reinforce each other during pump operation, and contribute to its rapid failure. When the pump is operated with a working fluid with a high content of solid particles and chemically aggressive components, the surfaces of the axial bearings will undergo intensive erosion and corrosion wear. The oxide film will hold back the wear process for a short time. The indicated disadvantages of the stage according to RU 2450888 C2 reduce the reliability, durability, and the overhaul period of the pump installation.

Известна ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, включающая в себя рабочее колесо, выполненное из порошкового материала, и направляющий аппарат, по меньшей мере, большая часть которого выполнена литьем из чугуна, отличающаяся тем, что чугун представляет собой серый чугун, при этом поверхностный слой материала направляющего аппарата насыщен диффундирующим веществом или сочетанием диффундирующих веществ, обеспечивающим повышение коррозионной стойкости и/или износостойкости поверхностного слоя (RU 55901 U1, 27.08.2006). Недостатком насоса с данными ступенями являются низкая износостойкость и коррозионная стойкость насоса, вследствие малой твердости рабочих колес, вследствие разнородности материалов рабочего колеса и направляющего аппарата, высокая стоимость насоса вследствие использования дорогих материалов для рабочего колеса, как порошковые материалы.Known step submersible multistage centrifugal pump, comprising an impeller made of powder material, and a guide apparatus, at least a large part of which is made of cast iron, characterized in that the cast iron is gray cast iron, while the surface layer of the material of the guide the apparatus is saturated with a diffusing substance or a combination of diffusing substances, providing increased corrosion resistance and / or wear resistance of the surface layer (RU 55901 U1, 08.27.2006). The disadvantage of the pump with these steps is the low wear resistance and corrosion resistance of the pump, due to the low hardness of the impellers, due to the heterogeneity of the materials of the impeller and the guide apparatus, the high cost of the pump due to the use of expensive materials for the impeller, like powder materials.

Отличия по существу заявленного насоса от известного (RU 55901 U1) заключается в том, что рабочее колесо и направляющий аппарат полностью выполнены литьем из чугуна следующего состава, масс. %: углерода - 3,2-3,9, кремния - 0,2-1,0, марганца - 0,5-0,8, хрома - 0,1-0,5, меди - 0,8-1,5, алюминия - 1,7-4.0, фосфора - не более 0,2, серы - не более 0,02, при этом, поверхности рабочего колеса и направляющего аппарата содержат азотированный низкотемпературным азотированием слой, рабочие колеса установлены на валу посредством ступицы с возможностью вращения и содержат нижнюю осевую опору колеса с опорной поверхностью, лопасти, ступицу с наружной радиальной опорной поверхностью, верхнюю осевую опору с опорной поверхностью, а направляющие аппараты установлены в корпусе насоса посредством цилиндрической обоймы, содержат опорный бурт с опорной поверхностью, ступицу с внутренней радиальной опорной поверхностью, цилиндрическую обойму, лопатки, нижнюю опорную поверхность, при этом рабочие колеса азотированным слоем опорной поверхности нижней осевой опоры контактируют с азотированным слоем опорной поверхности опорного бурта направляющего аппарата, образуя осевую пару трения, а наружная радиальная опорная поверхность ступицы рабочего колеса азотированным слоем контактирует с азотированным слоем внутренней радиальной опорной поверхности ступицы направляющего аппарата, образуя радиальную опору вала насоса парой трения опорных поверхностей ступиц рабочего колеса и направляющего аппарата.Differences in essence of the claimed pump from the well-known (RU 55901 U1) is that the impeller and the guide apparatus are completely cast from cast iron of the following composition, mass. %: carbon - 3.2-3.9, silicon - 0.2-1.0, manganese - 0.5-0.8, chromium - 0.1-0.5, copper - 0.8-1, 5, aluminum - 1.7-4.0, phosphorus - not more than 0.2, sulfur - not more than 0.02, while the surfaces of the impeller and the guide apparatus contain a nitrided layer of low-temperature nitriding, the impellers are mounted on the shaft by means of a hub rotation and contain the lower axial support of the wheel with the supporting surface, the blades, the hub with the outer radial supporting surface, the upper axial support with the supporting surface, and the guide devices are installed in the housing the pump by means of a cylindrical cage, contain a supporting collar with a supporting surface, a hub with an inner radial supporting surface, a cylindrical cage, blades, a lower supporting surface, while the impellers are in contact with the nitrided layer of the supporting surface of the lower axial support of the supporting surface of the supporting collar of the guide apparatus forming an axial friction pair, and the outer radial bearing surface of the impeller hub with the nitrided layer contacts the nitrided layer inside the radial bearing surface of the hub of the guide vane, forming a radial bearing of the pump shaft by a pair of friction of the bearing surfaces of the hubs of the impeller and the guide vane.

Из уровня техники не известна совокупность упомянутых выше отличительных признаков.The prior art does not know the totality of the above distinguishing features.

Кроме того, в состав чугуна может входить титан в масс. %. 0.01-0,3 масс.In addition, the composition of cast iron may include titanium in mass. % 0.01-0.3 mass.

Кроме того, опорная поверхность верхней осевой опоры рабочего колеса выполнена с возможностью контакта азотированным слоем, образуя осевую пару трения, с азотированным слоем нижней опорной поверхности направляющего аппарата.In addition, the supporting surface of the upper axial support of the impeller is made with the possibility of contact with a nitrided layer, forming an axial friction pair, with a nitrided layer of the lower supporting surface of the guide apparatus.

Азотированный низкотемпературным азотированием слой выполнен толщиной от 30 мкм до 500 мкм.The layer nitrided with low temperature nitriding is made from a thickness of 30 μm to 500 μm.

Задачей полезной модели является повышение надежности, долговечности погружного многоступенчатого центробежного насоса, повышение его напорных характеристик, снижение его себестоимости и повышение межремонтного периода.The objective of the utility model is to increase the reliability, durability of a submersible multistage centrifugal pump, increase its pressure characteristics, reduce its cost and increase the overhaul period.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение износостойкости и коррозионной стойкости насоса.The technical result of the claimed utility model is to increase the wear and corrosion resistance of the pump.

Данная задача решается тем, что погружной многоступенчатый центробежный насос, содержащий корпус, вал, ступени, состоящие из рабочего колеса и направляющего аппарата, выполненные литьем из чугуна следующего состава, масс. %: углерода - 3,2-3,9; кремния - 0,2-1,0; марганца - 0,5-0,8; хрома - 0,1-0,5; меди - 0,8-1,5; алюминия - 1,7-4,0; титана - 0,0-0,3; фосфора - не более 0,2; серы - не более 0,02; железо - остальное, а поверхности рабочего колеса и направляющего аппарата содержат азотированный низкотемпературным азотированием слой, рабочие колеса установлены на валу посредством ступицы с возможностью вращения и содержат нижнюю осевую опору колеса с опорной поверхностью, лопасти, ступицу с наружной радиальной опорной поверхностью, верхнюю осевую опору с опорной поверхностью. Направляющие аппараты установлены в корпусе насоса посредством цилиндрической обоймы, содержат опорный бурт с опорной поверхностью, ступицу с внутренней радиальной опорной поверхностью, цилиндрическую обойму, лопатки, нижнюю опорную поверхность. Рабочие колеса азотированным слоем опорной поверхности нижней осевой опоры контактируют с азотированным слоем опорной поверхности опорного бурта направляющего аппарата, образуя осевую пару трения. Наружная радиальная опорная поверхность ступицы рабочего колеса азотированным слоем контактирует с азотированным слоем внутренней радиальной опорной поверхности ступицы направляющего аппарата, образуя радиальную опору вала насоса парой трения опорных поверхностей ступиц колеса и направляющего аппарата. Кроме того, в состав чугуна входит титан в масс. %. 0,01 - 0,3.This problem is solved in that a submersible multistage centrifugal pump containing a housing, a shaft, steps, consisting of an impeller and a guide apparatus, made of cast iron of the following composition, mass. %: carbon - 3.2-3.9; silicon - 0.2-1.0; manganese - 0.5-0.8; chromium - 0.1-0.5; copper - 0.8-1.5; aluminum - 1.7-4.0; titanium - 0.0-0.3; phosphorus - not more than 0.2; sulfur - not more than 0.02; iron is the rest, and the surfaces of the impeller and the guide vane contain a nitrided layer at low temperature nitriding, the impellers are rotatably mounted on the shaft by a hub and contain a lower axial wheel support with a supporting surface, blades, a hub with an external radial supporting surface, an upper axial support with supporting surface. The guiding devices are installed in the pump casing by means of a cylindrical cage, contain a supporting collar with a supporting surface, a hub with an internal radial supporting surface, a cylindrical cage, blades, and a lower supporting surface. Impellers with a nitrided layer of the supporting surface of the lower axial support are in contact with the nitrided layer of the supporting surface of the supporting shoulder of the guide apparatus, forming an axial friction pair. The outer radial abutment surface of the impeller hub with a nitrided layer is in contact with the nitrided layer of the inner radial abutment surface of the hub of the guide apparatus, forming a radial bearing of the pump shaft by a pair of friction of the bearing surfaces of the hubs of the wheel and the guide apparatus. In addition, the composition of cast iron includes titanium in mass. % 0.01 - 0.3.

Азотированный низкотемпературным азотированием слой выполнен толщиной от 30 мкм до 500 мкм. При необходимости азотированный слой может быть выполнен и большей толщины. Твердость его при указанном составе чугуна достигает до HV равной 850-1000 кгс/мм².The layer nitrided with low temperature nitriding is made from a thickness of 30 μm to 500 μm. If necessary, the nitrided layer can be made and a larger thickness. Its hardness with the specified composition of cast iron reaches up to HV equal to 850-1000 kgf / mm ² .

На фиг. 1 представлен продольный разрез заявляемого погружного многоступенчатого насоса.In FIG. 1 shows a longitudinal section of the inventive submersible multi-stage pump.

На фиг. 2 представлен элемент I фиг. 1, на котором изображен фрагмент насоса со ступенями в увеличенном масштабе, где рабочие колеса азотированным слоем опорной поверхности нижней осевой опоры контактируют с азотированным слоем опорной поверхности опорного бурта направляющего аппарата, образуя осевую пару трения, показаны радиальные осевые опоры вала насоса, образованные парой трения опорных поверхностей ступиц рабочего колеса и направляющего аппарата.In FIG. 2 shows element I of FIG. 1, which shows a fragment of a pump with steps on an enlarged scale, where the impellers with a nitrided layer of the supporting surface of the lower axial support are in contact with the nitrided layer of the supporting surface of the supporting shoulder of the guide apparatus, forming an axial friction pair, radial axial bearings of the pump shaft formed by the friction pair of the supporting are shown surfaces of the hubs of the impeller and the guide apparatus.

На фиг. 3 представлен элемент I фиг. 1, на котором изображен фрагмент насоса со ступенями в увеличенном масштабе, где опорная поверхность верхней осевой опоры рабочего колеса выполнена с возможностью контакта азотированным слоем, образуя осевую пару трения, с азотированным слоем нижней опорной поверхности направляющего аппарата.In FIG. 3 shows element I of FIG. 1, which shows a fragment of a pump with steps on an enlarged scale, where the supporting surface of the upper axial support of the impeller is made to contact the nitrided layer, forming an axial friction pair, with the nitrided layer of the lower supporting surface of the guide apparatus.

Погружной многоступенчатый центробежный насос содержит корпус 1, вал 2, ступени 3, состоящие из рабочего колеса 4 и направляющего аппарата 5. Рабочие колеса 4 и направляющие аппараты 5 выполнены литьем из чугуна следующего состава, масс. %: углерода - 3,2-3,9; кремния - 0,2-1,0; марганца - 0,5-0,8; хрома - 0,1-0,5; меди - 0,8-1,5; алюминия - 1,7-4.0; титана - 0,0-0,3; фосфора - не более 0,2; серы - не более 0,02; железо - остальное. Поверхности рабочего колеса 4 содержат азотированный низкотемпературным азотированием слой 6 и поверхности направляющего аппарата 5 содержат азотированный низкотемпературным азотированием слой 7. Рабочие колеса 4, установлены на валу 2 посредством ступицы 8 с возможностью вращения и содержат нижнюю осевую опору 9 рабочего колеса 4 с опорной поверхностью 10, лопасти 11, ступицу 8 с наружной радиальной опорной поверхностью 12, верхнюю осевую опору 13 с опорной поверхностью 14.A submersible multistage centrifugal pump comprises a housing 1, a shaft 2, a stage 3, consisting of an impeller 4 and a guiding apparatus 5. The impellers 4 and the guiding apparatus 5 are made of cast iron of the following composition, mass. %: carbon - 3.2-3.9; silicon - 0.2-1.0; manganese - 0.5-0.8; chromium - 0.1-0.5; copper - 0.8-1.5; aluminum - 1.7-4.0; titanium - 0.0-0.3; phosphorus - not more than 0.2; sulfur - not more than 0.02; iron is the rest. The surfaces of the impeller 4 contain a layer 6 nitrided with low temperature nitriding and the surfaces of the guide apparatus 5 contain a layer 7 nitrided with low temperature nitriding. The impellers 4 are rotatably mounted on the shaft 2 by a hub 8 and comprise a lower axial support 9 of the impeller 4 with a supporting surface 10, the blade 11, the hub 8 with the outer radial bearing surface 12, the upper axial bearing 13 with the supporting surface 14.

Направляющие аппараты 5, установлены в корпусе 1 насоса посредством цилиндрической обоймы 15, содержат опорный бурт 16 с опорной поверхностью 17, ступицу 18 с внутренней радиальной опорной поверхностью 19, цилиндрическую обойму 15, лопатки 20, нижнюю опорную поверхность 21. Рабочие колеса 4 азотированным слоем 22 опорной поверхности 10 нижней осевой опоры 9 контактируют с азотированным слоем 23 опорной поверхности 17 опорного бурта 16 направляющего аппарата 5, образуя осевую пару трения.Guide vanes 5 are installed in the pump housing 1 by means of a cylindrical cage 15, contain a supporting collar 16 with a supporting surface 17, a hub 18 with an internal radial supporting surface 19, a cylindrical cage 15, blades 20, a lower supporting surface 21. The impellers 4 are nitrided with a layer 22 the supporting surface 10 of the lower axial support 9 is in contact with the nitrided layer 23 of the supporting surface 17 of the supporting shoulder 16 of the guide apparatus 5, forming an axial friction pair.

Наружная радиальная опорная поверхность 12 ступицы 8 рабочего колеса 4 азотированным слоем 24 контактирует с азотированным слоем 25 внутренней радиальной опорной поверхности 19 ступицы 18 направляющего аппарата 5, образуя радиальную опору вала 2 насоса парой трения опорных поверхностей ступиц 8 и 18 рабочего колеса 4 и направляющего аппарата 5 соответственно. Ступени с радиальными опорами вала могут чередоваться в насосе со ступенями без радиальных опор в различных сочетаниях, комбинациях и вариантах в зависимости от условий эксплуатации насоса.The outer radial bearing surface 12 of the hub 8 of the impeller 4 with a nitrided layer 24 is in contact with the nitrided layer 25 of the inner radial bearing surface 19 of the hub 18 of the guide apparatus 5, forming a radial bearing of the pump shaft 2 by a pair of friction of the bearing surfaces of the hubs 8 and 18 of the impeller 4 and the guide apparatus 5 respectively. Steps with radial shaft bearings can alternate in the pump with steps without radial bearings in various combinations, combinations and options depending on the operating conditions of the pump.

Опорная поверхность 14 верхней осевой опоры 13 рабочего колеса 4 выполнена с возможностью контакта азотированным слоем 26, образуя осевую пару трения, с азотированным слоем 27 нижней опорной поверхности 21 направляющего аппарата 5.The supporting surface 14 of the upper axial support 13 of the impeller 4 is arranged to contact the nitrided layer 26, forming an axial friction pair, with the nitrided layer 27 of the lower supporting surface 21 of the guide apparatus 5.

Как правило, рабочие колеса насосов коррозионноизносостойкого варианта имеют три осевые опоры: верхнюю 13 от "всплытия" ступеней и две основные - нижнюю 9 и среднюю 28 (так называемые, двухопорные конструкции ступеней). В таких насосах обеспечивается повышенная защита вала 2 насоса от коррозии и износа ступицей 18 направляющего аппарата 5, одновременно являющейся опорой для средней осевой опоры 28 рабочего колеса 4.As a rule, the impellers of the pumps of the corrosion-resistant version have three axial bearings: the upper 13 from the “ascent” of the steps and the two main ones - the lower 9 and the middle 28 (the so-called double-bearing stage designs). Such pumps provide increased protection of the pump shaft 2 from corrosion and wear by the hub 18 of the guide apparatus 5, which is also a support for the middle axial support 28 of the impeller 4.

В процессе работы насоса вследствие вращения расположенных на валу 2 и скрепленных посредством ступиц 8 рабочих колес 4 относительно неподвижных направляющих аппаратов 5 перекачиваемая жидкость поступает в основание 29 секции насоса, проходит через основание 29 и направляется в ступени насоса 3. Перекачиваемая жидкость поступает в тракты между лопастями 11 вращающегося рабочего колеса 4 и движется от его центра к периферии. При этом рабочее колесо 4 создает напор перекачиваемой жидкости. Далее жидкость поступает в каналы направляющего аппарата 5, в которых осуществляется разворот и направление потока на рабочее колесо 4 следующей ступени. Проходя через ступени насосов, головку 30 секции насоса перекачиваемая жидкость продолжает движение вверх.During the operation of the pump, due to the rotation of the impellers 4 located on the shaft 2 and fastened by means of the hubs 8 relative to the stationary guide vanes 5, the pumped liquid enters the base 29 of the pump section, passes through the base 29 and is sent to the pump stage 3. The pumped liquid enters the paths between the blades 11 of the rotating impeller 4 and moves from its center to the periphery. In this case, the impeller 4 creates a pressure head of the pumped liquid. Next, the fluid enters the channels of the guide apparatus 5, in which the rotation and flow direction to the impeller 4 of the next stage are carried out. Passing through the stages of the pumps, the pump head 30 of the pump section continues to move upward.

При прохождении пластовой жидкости с содержанием твердых частиц в трактах между лопастями 11 рабочего колеса 4 и лопатками 20 направляющего аппарата 5 происходит механическое и коррозионное изнашивание каналов рабочих колес и направляющих аппаратов. С увеличением содержания химически агрессивных компонентов и твердых частиц в пластовой жидкости увеличивается коррозионное и механическое изнашивание ступеней и насоса в целом. Причем рабочие колеса 4 и направляющие аппараты 5 особенно интенсивному износу подвергаются при совместном воздействии на них повышенного содержания механических примесей и агрессивных компонентов пластовой жидкости. Азотированный низкотемпературным азотированием слой поверхностей рабочего колеса и направляющего аппарата, изготовленных из приведенного выше состава чугуна, имеет повышенную твердость и высокую коррозионную стойкость даже в пластовой жидкости с повышенным содержанием химически агрессивных компонентов и твердых частиц. Повышение твердости и коррозионной стойкости поверхностей рабочего колеса и направляющего аппарата ступеней повышает надежность, долговечность и межремонтный период насосов.When passing a reservoir fluid with a solids content in the paths between the blades 11 of the impeller 4 and the blades 20 of the guide apparatus 5, mechanical and corrosion wear of the channels of the impellers and guide apparatus occurs. With an increase in the content of chemically aggressive components and solid particles in the reservoir fluid, the corrosion and mechanical wear of the stages and the pump as a whole increases. Moreover, the impellers 4 and the guide vanes 5 are subjected to particularly intense wear when combined with the increased content of mechanical impurities and aggressive components of the reservoir fluid. The nitrided low-temperature nitriding layer of the surfaces of the impeller and guide vane made of the above cast iron composition has increased hardness and high corrosion resistance even in formation fluid with a high content of chemically aggressive components and solid particles. Increasing the hardness and corrosion resistance of the surfaces of the impeller and guide vanes of the steps increases the reliability, durability and overhaul period of the pumps.

При работе насоса рабочие колеса 4 создают усилия, которые передаются опорной поверхностью 10 нижней осевой опоры 9 рабочего колеса 4 на опорную поверхность 17 и воспринимаются опорным буртом 16 направляющего аппарата 5. При этом рабочее колесо 4 азотированным слоем 22 опорной поверхности 10 осевой опоры 9 опирается на азотированный слой 23 опорной поверхности 17 опорного бурта 16, образуя осевую пару трения. Усилие от опорного бурта 16 посредством цилиндрической обоймы 15 передается на корпус 1 насоса.When the pump is running, the impellers 4 create forces that are transmitted by the supporting surface 10 of the lower axial support 9 of the impeller 4 to the supporting surface 17 and are perceived by the supporting collar 16 of the guide apparatus 5. In this case, the impeller 4 is nitrided with a layer 22 of the supporting surface 10 of the axial support 9 the nitrided layer 23 of the supporting surface 17 of the supporting shoulder 16, forming an axial friction pair. The force from the support collar 16 by means of a cylindrical cage 15 is transmitted to the pump housing 1.

Радиальные нагрузки от вала 2 насоса передаются ступицей 8 рабочего колеса ступице 18 направляющего аппарата 5 посредством контакта азотированного слоя 24 наружной радиальной опорной поверхности 12 ступицы 8 рабочего колеса 4 с азотированным слоем 25 внутренней радиальной опорной поверхности 19 ступицы 18 направляющего аппарата 5. Усилие от ступицы 18 направляющего аппарата 5 посредством лопаток 20 направляющего аппарата 5, цилиндрической обоймы 15 передается на корпус 1 насоса. При этом радиальная опорной поверхность 12 ступицы 8 рабочего колеса 4 контактирует азотированным слоем 24 с азотированным слоем 25 внутренней радиальной опорной поверхности 19 ступицы 18 направляющего аппарата 5 образуя радиальную пару трения радиальной опоры вала 2 насоса.Radial loads from the pump shaft 2 are transmitted by the hub 8 of the impeller to the hub 18 of the guide apparatus 5 by contact of the nitrided layer 24 of the outer radial bearing surface 12 of the hub 8 of the impeller 4 with the nitrided layer 25 of the inner radial bearing surface 19 of the hub 18 of the guide apparatus 5. The force from the hub 18 guide apparatus 5 by means of the blades 20 of the guide apparatus 5, a cylindrical cage 15 is transmitted to the pump housing 1. In this case, the radial bearing surface 12 of the hub 8 of the impeller 4 is in contact with the nitrided layer 24 with the nitrided layer 25 of the inner radial bearing surface 19 of the hub 18 of the guide apparatus 5, forming a radial friction pair of the radial bearing of the pump shaft 2.

При работе насоса в режиме "всплытия" рабочих колес 4 осевые силы направлены снизу вверх. При этом рабочие колеса 4 создают усилия, которые передаются опорной поверхностью 14 верхней осевой опоры 13 рабочего колеса 4 на нижнюю опорную поверхность 21 направляющего аппарата 5. При этом рабочее колесо 4 азотированным слоем 26 опирается на азотированный слой 27 нижней опорной поверхности 21 направляющего аппарата 5, образуя осевую пару трения. Усилие от опорной поверхности 21 посредством лопаток 20, цилиндрической обоймы 15 направляющего аппарата 5 передается на корпус 1 насоса.When the pump is in the mode of "ascent" of the impellers 4, the axial forces are directed from the bottom up. In this case, the impellers 4 create forces that are transmitted by the bearing surface 14 of the upper axial support 13 of the impeller 4 to the lower supporting surface 21 of the guide apparatus 5. In this case, the impeller 4 is supported by the nitrided layer 26 on the nitrided layer 27 of the lower supporting surface 21 of the guide apparatus 5, forming an axial friction pair. The force from the abutment surface 21 by means of the blades 20, the cylindrical cage 15 of the guide apparatus 5 is transmitted to the pump housing 1.

При попадании твердых частиц на опорные поверхности осевой и радиальной пары трения азотированный слой - азотированный слой, частицы разрушаются или края частиц округляются, за счет того, что азотированный слой тверже частиц механических примесей пластовой жидкости. Это приводит к снижению износа узлов и деталей насоса, в первую очередь ступеней насоса. Высокая твердость и коррозионная стойкость опорных поверхностей из азотированного слоя увеличивает срок службы пары трения осевых и радиальной опор, как направляющих аппаратов, так и рабочих колес, приводит к повышению надежности, долговечности, снижению себестоимости насосной установки и к увеличению межремонтного периода эксплуатации насоса, соответственно и насосной установки в целом. Применение в качестве радиальных опор вала насоса наружной радиальной опорной поверхности ступицы колеса с азотированным слоем и внутренней радиальной опорной поверхностью направляющего аппарата с азотированным слоем в качестве радиальных пар трения и осевых опор ступеней с азотированным слоем в качестве осевых пар трения позволяет отказаться в насосах от размещения специальных радиальных, осевых, радиально-осевых подшипников скольжения. Это позволяет увеличить напор насоса за счет увеличения количества ступеней в насосе, и повысить надежность и долговечность насоса за счет отказа от применения вкладышей, колец, втулок подшипников из хрупких материалов: твердых сплавов и керамики. Малая толщина азотированного слоя по сравнению с шайбами из антифрикционных материалов позволяет уменьшить длину ступени, соответственно уменьшить длину насоса, или увеличить количество ступеней, соответственно повысить напор.When solid particles get on the supporting surfaces of an axial and radial friction pair, the nitrided layer - the nitrided layer, the particles are destroyed or the edges of the particles are rounded, due to the fact that the nitrided layer is harder than particles of mechanical impurities of the formation fluid. This leads to reduced wear on the components and parts of the pump, especially the pump stages. The high hardness and corrosion resistance of the support surfaces of the nitrided layer increases the service life of the friction pair of axial and radial bearings, both guide vanes and impellers, leads to increased reliability, durability, lower cost of the pump installation and to increase the overhaul period of the pump, respectively, and pumping unit as a whole. The use of the outer radial bearing surface of the wheel hub with a nitrided layer as the radial bearings of the pump hub and the inner radial bearing surface of the guide apparatus with the nitrided layer as the radial pairs of friction and the axial bearings of the stages with the nitrided layer as axial friction pairs allows you to refuse to place special radial, axial, radial-axial bearings. This allows you to increase the pump head by increasing the number of stages in the pump, and to increase the reliability and durability of the pump due to the rejection of the use of liners, rings, bearing bushings from brittle materials: hard alloys and ceramics. The small thickness of the nitrided layer in comparison with washers made of anti-friction materials allows to reduce the length of the stage, respectively reduce the length of the pump, or increase the number of stages, respectively, increase the pressure.

Выполнение таким образом насоса позволяет повысить надежность, долговечность погружного многоступенчатого центробежного насоса, повысить его напорные характеристики, позволяет снизить ее себестоимость и повысить межремонтный период.The execution of the pump in this way improves the reliability and durability of a submersible multistage centrifugal pump, increases its pressure characteristics, reduces its cost and increases the overhaul period.

Claims

1. Submersible multistage centrifugal pump, comprising a housing, shaft, steps, consisting of an impeller and a guide apparatus, made of cast iron of the following composition, mass. %:

carbon 3.2-3.9 silicon 0.2-1.0 manganese 0.5-0.8 chromium 0.1-0.5 copper 0.8-1.5 aluminum 1.7-4.0 phosphorus no more than 0.2 sulfur no more than 0,02 iron rest,

and the surfaces of the impeller and the guiding apparatus contain a nitrided low-temperature nitriding layer, the impellers are rotatably mounted on the shaft by a hub and contain a lower axial wheel support with a supporting surface, blades, a hub with an external radial supporting surface, an upper axial bearing with a supporting surface, and guiding devices are installed in the pump housing by means of a cylindrical cage, contain a supporting collar with a supporting surface, a hub with an internal radial bearing the surface, a cylindrical cage, blades, lower bearing surface, while the impellers are in contact with the nitrided layer of the bearing surface of the lower axial support with the nitrided layer of the supporting surface of the supporting shoulder of the guide apparatus, forming an axial friction pair, and the outer radial bearing surface of the impeller hub is in contact with the nitrided layer with a nitrided layer of the inner radial bearing surface of the hub of the guide apparatus, forming a radial bearing of the pump shaft by a pair of friction bearings the hub of the impeller and guide vanes.

2. The pump according to p. 1, characterized in that the composition of cast iron includes titanium in mass. % 0.01-0.3.

3. The pump according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the supporting surface of the upper axial support of the impeller is made with the possibility of contact with a nitrided layer, forming an axial friction pair, with a nitrided layer of the lower supporting surface of the guide apparatus.

4. The pump according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the nitrided low-temperature nitriding layer is made from a thickness of 30 μm to 500 μm.