[其他]潜油泵

说明书

本发明涉及的是一种小口径、多级离心泵，主要用于开采石油，即直接潜入1千米至3千米井下，将原油抽出，也可以用于其它对液体进行高压输送的场合。

典型的单级潜油泵由叶轮和导叶两个主要部分组成，附图1是本发明的单级潜油泵结构。叶轮〔1〕包括前盖板〔2〕、动叶片〔3〕和后盖板〔4〕，它固定在一根长轴〔5〕上，由潜油电机（图中未画出）驱动旋转，动叶片对流体作功，形成扬程。导叶〔6〕部分是固定件，包括泵壳体〔7〕、静叶片〔8〕和内毂〔9〕。内毂〔9〕为轴〔5〕的支承部位。静叶片的作用有两个，其一是把从前一级叶轮流出的流体导入下一级叶轮的进口，其二是把流体从叶轮获得的动能转变为静压力。在叶轮和导叶之间，加有前止推垫片〔10〕和后止推垫片〔11〕。

潜油泵的已有技术可以以我国专利85202072为例，包括该专利的目前国内外产品，其叶轮和导叶都是采用一元流动理论和半经验的模化方法设计的。它们普遍存在着下列缺点：（1）水力效率不高，泵耗电多;（2）单级（一级叶轮加一级导叶组成一个单级）扬程不高，在给定全泵扬程的条件下，所需泵级数多;（3）泵体外形尺寸大。如我国引进的美国潜油泵外径均为89毫米，在我国通用的139.7毫米（5.5英寸）油井中使用时，常因井口不直发生泵下井的困难。

本发明的目的是针对潜油泵的上述缺点，改进叶轮和导叶的结构，提高泵的效率和单级扬程，降低电能消耗，同时减小泵体的外径和长度尺寸，使潜油泵的技术经济性能得到显著的提高。

首先，我们根据我国科学家吴仲华教授创立的叶轮机械三元流动理论，对泵内的流体作完全三元、有分离流动的计算，分析流道内至少25条流线（可多至100条流线）上的流速分布状态，由此选出最佳的流道型线及动叶片和静叶片的扭曲规律，最后得到流动损失最小的三元叶型。本发明改进了叶轮和导叶的结构，采用了确定叶轮动叶片长度和叶轮外径的最佳比值，延长动叶片出口端长度，缩短导叶的轴向长度，减小导叶静叶片包角，以及减小叶轮动叶片数和导叶静叶片数等技术措施，使本发明潜油泵具有单级扬程高、效率高、节省能量、外形尺寸小等技术经济效果。

下面结合附图详细说明本发明内容。

1.加大了叶轮动叶片轴向长度B_R与其外径φ_R的比值。如附图2所示，（a）是本发明叶轮的剖视图，图中的曲线ab、ef表示根据三元有分离流动计算确定的最佳动叶片〔3〕的流道型线，hg表示前盖板〔2〕的外形曲线，B_R表示叶轮动叶片〔3〕的轴向长度，φ_R表示叶轮外径。图2（b）表示已有技术产品的叶轮剖视，其标注符号（B_R′，φ_R′等）含义与（a）中相应各项相同，要指出的是，它的动叶片是采用一元流动理论设计的。

比较图2之（a）与（b）可见：（1）本发明叶轮动叶片的轴向长度B_R远大于已有技术的叶轮动叶片轴向长度B_R′（即B_R＞＞B_R′）;（2）本发明叶轮动叶片长度B_R与叶轮外径φ_R的比值：B_R/φ_R＝0.3-0.4较已有技术的该比值高，已有技术中B_R′/φ_R′＜0.25。

由图2可见，两种叶轮的细部差异也是很明显的：（1）本发明叶轮动叶片进口轮毂处半径减小，即φ_a＜φ_a′;（2）动叶片出口边缘fb与垂直于叶轮轴线的平面的夹角α减小，即α＜α′;（3）动叶片沿轴向朝进口延伸成三元扭曲形状。

本发明的这种结构设计，使流体在叶轮内的扩压梯度减小，进口处的相对流速下降，从而减小了流体对叶轮的冲击和分离损失，提高了水力效率。

2.增加动叶片长度提高扬程。按照通常理论，在确定的外径、转速及叶片出口角条件下，泵的扬程是一定的。本发明超脱了这一传统观点，通过增加动叶片长度提高了泵的扬程。

如附图3所示，本发明将动叶片〔3〕的出口边向下游延伸：在前盖板〔2〕自出口K点，沿平行于泵轴线方向延长至l;在后盖板〔4〕自出口n点，沿后盖板子午面型线自然延伸至m，为了保证运行的安全，lm与导叶静叶片进口边的轴向间隙，不得小于后止推垫片〔11〕的厚度。在叶轮外径φ_R和叶片出口角不变的条件下，增加了klmn这块叶片面积，它能有效地提高泵的扬程。在本发明的实施例中，这种改进使扬程提高了大约30%。