潜油泵制造技术

本发明专利技术潜油泵是一种主要用于开采石油的多级离心泵，它由各自包含有数个叶片的旋转叶轮和静止的扩压器两个主要部件组成，采用三元流动理论设计叶片及流道形状，结构上具有叶轮和扩压器轴向长度相近，动叶片有出口延长段，扩压器静叶片包角小，单级长度短和外径尺寸小等特点。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种潜油泵。为了把不能自喷的油井中的原油开采出来，必须使用专门的采油设备。目前广泛使用的采油设备主要有两大类，一种是活塞式抽油机，一种是潜油泵。潜油泵除可潜入井下抽取原油外，还可用于对水或其他液体进行输送的场合。实际使用的潜油泵一般由多级结构完全相同的单级泵串联而成。典型的单级泵由可转动的叶轮和固定的扩压器两个主要部分组成。叶轮由作为轮缘的前盖板、作为轮毂的后盖板，以及圆周均布地位于二者之间的叶轮叶片构成一个整体。驱动电机通过驱动轴带动叶轮转动。将油从叶轮的进口边吸入，从出口边排出，叶轮的作用是为被输送的液体增压。扩压器与叶轮同轴固定在叶轮出口一侧，扩压器由泵壳体、内毂和均布于二者之间的扩压器叶片构成一个整体。扩压器的作用有两个其一是把从前一级叶轮流出的流体导入下一级叶轮的进口，其二是把流体从叶轮获得的动能转变为静压力能。先有技术中的潜油泵，以美国Centrilife(Hughes)公司生产的N-80型和美国RedapumpDivision(TRW)公司生产的D-82型为主要代表。这些已公知的泵的叶轮叶片和扩压器叶片的叶型基本上是用一元流动理论设计出的二维曲面，而且叶轮叶片的轴向长度比轮毂的轴向长度小很多。因此叶轮入口处的相对流速较高，叶片通道内流体压力梯度变化大。这些已知泵的共同缺点是水力效率不高，单级扬程不高，外形尺寸大等。本专利技术的目的是针对上述已公知潜油泵的缺点，改进潜油泵叶轮和扩压器的水力设计，以提高泵的效率和单级扬程，减小泵的外形尺寸，节约电力和降低泵的生产成本。本专利技术的目的是通过以下技术措施实现的。使用按照三元流动理论建立的三元有分离流动的计算机设计程序对叶轮和扩压器叶片进行水力学设计、使这两种叶片的叶型为三维扭曲的直纹面，加大叶轮叶片的轴向长度，缩短扩压器叶片的轴向长度。采用圆柱坐标描绘时，第一种新的叶轮叶片和扩压器叶片的叶型可分别用下表中数据所确定的线素来描述第一种叶轮叶型 其中，φ为叶轮叶片压力面上某一线素的角坐标，φo为叶轮叶片的包角，φO＝50°～70°，φo最佳＝65°φR为叶轮外径，φR＝60～100mm，φR最佳＝78mm。Zs为叶片压力面线素与轮缘内回转面SR的交点在子午面内的Z轴坐标，Rs为叶片压力面线素与轮缘内回转面SR的交点在子午面内的径向坐标，Zh为叶片压力面线素与轮毂外回转面HR的交点在子午面内的Z轴坐标，Rh为叶片压力面线素与轮毂外回转面HR的交点在子午面内的径向坐标，δ为叶片沿线素的厚度。第一种扩压器叶片叶型; 其中，φ为扩压器叶片压力面上某一线素的角坐标，φo为扩压器叶片的包角，φo＝40°～60°，φo最佳＝45°φR为第一种叶轮的叶轮外径，φR＝60～100mm，φR最佳＝78mm，Zs为叶片压力面线素与泵壳内回转面SD的交点在子午面内的Z轴坐标，Ds为扩压器叶片压力面线素与泵壳内回转表SD的交点在子午面内的径向坐标，Zh为扩压器叶片压力面线素与内毂外回转面HD的交点在子午面内的Z轴坐标，Dh为扩压器叶片压力面线素与内毂外回转面HD的交点在子午面内的径向坐标，δ为扩压器叶片沿线素的厚度。第二种叶轮叶片叶型 其中各符号的含义除φo取值外均与第一种叶轮叶片叶型表中的符号定义相同，这里φo＝50°～70°，φo最佳＝65°，第二种扩压器叶片叶型 其中除φo的取值为φo＝30°～50°，φo最佳＝40°外，其它符号的定义与第一种扩压器叶片表中的相应符号定义完全相同。下面参照附图详细叙述本专利技术。附图说明图1是本专利技术单级潜油泵一个实施例的剖视图。图2a是本专利技术中叶轮叶片轴向长度示意图。图2b是先有技术中叶轮叶片轴向长度示意图。图3是本专利技术中叶轮叶片出口边加长实施例的示意图。图4a是本专利技术中叶轮叶片与扩压器叶片轴向长度比例关系的示意图。图4b是先有技术中叶轮叶片与扩压器叶片轴向长度比例关系的示意图。图5是本专利技术第一个实施例中叶轮与扩压器叶片园柱坐标系造型示意图。图6是本专利技术第二个实施例中叶轮与扩压器叶片园柱坐标系造型示意图。附图1显示了本专利技术中单级潜油泵的一个实施例。它由一个叶轮(1)和一个扩压器(6)组成。叶轮(1)包括作为轮缘的前盖板(2)，作为轮毂的后盖板(4)，若干个叶轮叶片(3)均匀地分布在前盖板(2)和后盖板(4)之间的环形空间中，并且前盖板(2)、后盖板(4)和叶轮叶片(3)形成一个整体。后盖板(4)的中央孔通过键与驱动轴(5)连接，被一个电机(未示出)驱动旋转。前盖板(2)和后盖板(4)之间的环形空间被多个叶轮叶片(3)分隔成多个流道，潜油泵工作时，流体被从进口边20吸入流道，并且从出口边压向扩压器(6)。扩压器(6)是一个固定件，它包括泵壳体(7)，扩压器叶片(8)和内毂(9)。扩压器叶片均匀地分布在泵壳体(7)和内毂(9)之间的环形空间内，并且与泵壳体(7)和内毂(9)形成整体结构。泵壳体(7)和内毂(9)之间的环形空间被扩压器叶片分隔成多个流道，从叶轮来的流体经过这些流道进入下一级泵或扬出。扩压器叶片的作用有两个，其一是把从前一级叶轮流出的流体导入下一级叶轮进口，其二是把流体从叶轮获得的动能转变为静压力能。在叶轮和扩压器之间，加有前止推垫片(10)和后止推垫片(11)。根据需要可以把多个这样的单级泵串联组合成多级泵。本专利技术中，叶轮叶片和扩压器叶片的形状是根据三元流动理论设计的，因此具有流动损失最小的最佳三元叶型。叶轮叶片型面为其前部呈强烈扭曲的三维直纹曲面。扩压器叶片型面为三维扭曲直纹曲面。当采用以泵轴中心线为Z轴的圆柱坐标系描述叶轮叶片的几何形状并采用以下规定时a)叶轮叶片角坐标中的零值取在通过叶轮轮毂与叶片型面进口边交点的一根径向线上。b)角度值以逆叶轮工作旋转方向为正。本专利技术第一个实施例的叶轮叶片的几何形状(如图5所示)可用具有下表所示坐标值的线素来确定 其中，φ为叶轮叶片压力面上某一线素的角坐标，φo为叶轮叶片的包角，φo＝50°～70°φR为叶轮外径，φR＝60～100mm，Zs为叶片压力面线素与轮缘回转面SR的交点在子午面内的Z轴坐标，Rs为叶片压力面线素与轮缘回转面SR的交点在子午面内的径向坐标，Zh为叶片压力面线素与轮毂回转面HR的交点在子午面内的Z轴坐标，Rh为叶片压力面线素与轮毂回转面HR的交点在子午面内的径向坐标，δ为叶片沿线素的厚度。当采用以泵轴中心线为Z轴的圆柱坐标系描述扩压器叶片的几何形状并采用以下规定时a)扩压器叶片角坐标中的零值取在通过泵壳内回转面与叶片型面进口边交点的一根径向线上，b)角度值以顺叶轮工作旋转方向为正，本专利技术第一个实施例的扩压器叶片的几何形状(如图5所示)可用具有下表所示坐标值的线素来确定。 其中，φ为扩压器叶片压力面上某一线素的角坐标，φo为扩压器叶片的包角，φo＝40°～60°，φR为本实施例的叶轮外径，φR＝60～100mm，Zs为叶片压力面线素与泵壳内回转面SD的交点在子午面内的Z轴坐标，Ds为扩压器叶片压力面线素与泵壳内回转面SD的交点在子午面内的径向坐标，Zh为扩压器叶片压力面线素与内毂外回转面HD的交点在子午面内的Z轴坐标，Dh为扩压器叶片压力面线素与内毂外回转面HD的交点在子午面内的径向坐标，δ为扩压器叶片沿线素的厚度。参照上面已叙述的内容和附图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
潜油泵，由多级泵串联组成，每级泵包括一个可以转动的叶轮和一个固定的扩压器，叶轮由包括作为轮缘的环形前盖板、与前盖板同心并居中布置的作为轮毂的后盖板、以及在前、后盖板之间与二者连成一体、并且沿圆周均布的若干叶片构成，后盖板的中央孔与动力装置的驱动轴连接，扩压器由泵壳、与泵壳同心的内毂和在泵壳和内毂之间与二者连成一体、并且沿圆周均布的若干扩压器叶片构成，由上述前、后盖板和叶轮、叶片，以及泵壳、内毂和扩压器叶片确定的若干空间，构成了被泵输送的流体的流动通道，其特征在于，叶轮 叶片型面为其前部呈强烈扭曲的三维直纹曲面，扩压器叶片型面为三维扭曲直纹曲面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘殿魁，何本元，崔永强，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]