EA014266B1 - Устройство и способ генерирования колебаний жидкостного потока - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области гидравлических генераторов колебаний скорости и давления жидкости и может быть использовано в нефтепромысловом оборудовании при освоении и повышении продуктивности нефтегазосодержащих пластов. Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в повышении эффективности генерирования колебаний за счет увеличения амплитуды колебаний давления и расхода. Указанный результат достигается тем, что гидравлический генератор колебаний жидкостного потока, содержащий корпус (1) с проточной камерой (2) и каналами закрутки (3), выходное сопло (5), напорную магистраль (4), соединенную с каналами закрутки (3), установленное в проточной камере (2) центральное тело (6), упругую камеру (10), сообщенную с проточной камерой, согласно изобретению имеет дополнительную магистраль (8) и тангенциальные каналы (9), соединяющие дополнительную магистраль (8) с проточной камерой (2), при этом тангенциальные каналы (9) выполнены сужающимися в направлении от дополнительной магистрали (8) к проточной камере (2), а дополнительная магистраль (8) сообщена с упругой камерой (10). В упругой камере (10) установлена диафрагма (11), разделяющая камеру (10) на две части, одна из которых (12) заполнена рабочей жидкостью, а другая (13) - газом. Диафрагма (11) подпружинена с помощью пружины (14). Дополнительная магистраль (8) соединена с напорной магистралью (4) с помощью по меньшей мере одного отверстия (15). Тангенциальные каналы (9) имеют форму спирали Архимеда. Способ генерирования колебаний жидкостного потока, осуществляемый с использованием гидравлического генератора колебаний, включает подачу рабочей жидкости под давлением в проточную камеру (2), ее циркуляцию из проточной камеры (2) в упругую камеру (10) и обратно с последующим отводом потока рабочей жидкости с генерированными в нем колебаниями в дополнительную магистраль (8), закручивание указанного потока и формирование жидкостного вихря, при этом на периферию указанного вихря периодически подают из дополнительной магистрали (8) через сужающиеся тангенциальные каналы (9) дополнительный поток рабочей жидкости с направлением закручивания, противоположным направлению закручивания ее основного потока.

Description

Изобретение относится к области гидравлических генераторов колебаний скорости и давления жидкости и может быть использовано в нефтепромысловом оборудовании при освоении и повышении продуктивности нефтегазосодержащих пластов.

Известен способ генерирования колебаний жидкостного потока, заключающийся в том, что жидкость подают под избыточным давлением и закручивают, образуя жидкостный вихрь, жидкость до закручивания разделяют на основной и дополнительный автономные потоки, осуществляют закручивание основного потока, а в дополнительном потоке частично стравливают давление и подают его на периферию жидкостного вихря основного потока с окружной составляющей скорости, меньшей окружной составляющей скорости основного потока. Гидравлический генератор колебаний для реализации этого способа содержит корпус, установленную в нем проточную камеру с каналами закрутки и выходным соплом и напорную магистраль, сообщенную с каналами закрутки, генератор снабжен центральным телом, установленным в проточной камере с зазором относительно ее боковой стенки, дополнительной магистралью с ограничителем расхода, подключенной через ограничитель расхода к напорной магистрали и сообщенной с соплом через зазор между центральным телом и стенкой проточной камеры (патент РФ № 2087756, кл. Р15В 21/12, 1994).

Недостатками известных способа генерирования колебаний жидкостного потока и устройства реализации этого способа является низкая энергетика жидкостного потока генератора из-за частичного стравливания давления в дополнительном потоке, что вызывает сужение диапазона эксплуатации по амплитудам выходного давления и расхода.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ генерирования колебаний жидкостного потока, заключающийся в том, что жидкость под давлением закручивают, формируя жидкостный вихрь, создают не менее двух противоположно направленных вихрей, образованных закрученными жидкостными потоками с одинаковым давлением подачи, периферия которых гидравлически связана с полостью с регулируемой упругостью. Гидравлический генератор колебаний для реализации этого способа содержит корпус с вихревой камерой, каналы закрутки, выходное сопло, напорную магистраль, соединенную с каналами закрутки, и установленное в вихревой камере с зазором относительно боковой стенки центральное тело. Генератор снабжен полостью с регулируемой упругостью, сообщенной с вихревой камерой и через упомянутый зазор с выходным соплом, а каналы закрутки выполнены по крайней мере в двух плоскостях сечения вихревой камеры с взаимно противоположной ориентацией закрутки и соединены с напорной магистралью (патент РФ № 2144440, кл. В06В 1/20, 1994).

Недостатком данного способа генерирования колебаний жидкостного потока и устройства реализации этого способа является низкая энергетика жидкостного потока генератора, что не позволяет увеличить амплитуду колебаний давления и расхода.

Задачей изобретения является усовершенствование конструкции гидравлического генератора колебаний и способа генерирования колебаний, реализуемого с помощью данного генератора.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в повышении эффективности генерирования колебаний за счет увеличения амплитуды колебаний давления и расхода.

Указанный результат достигается тем, что гидравлический генератор колебаний жидкостного потока, содержащий корпус с проточной камерой и каналами закрутки, выходное сопло, напорную магистраль, соединенную с каналами закрутки, установленное в проточной камере центральное тело, упругую камеру, сообщенную с проточной камерой, согласно изобретению имеет дополнительную магистраль и тангенциальные каналы, соединяющие дополнительную магистраль с проточной камерой, при этом тангенциальные каналы выполнены сужающимися в направлении от дополнительной магистрали к проточной камере, а дополнительная магистраль сообщена с упругой камерой.

В упругой камере установлена диафрагма, разделяющая камеру на две части, одна из которых заполнена рабочей жидкостью, а другая - газом.

Диафрагма подпружинена с помощью пружины.

Дополнительная магистраль соединена с напорной магистралью с помощью по меньшей мере одного отверстия.

Тангенциальные каналы имеют форму спирали Архимеда.

В способе генерирования колебаний жидкостного потока, осуществляемом с использованием гидравлического генератора колебаний, включающем подачу рабочей жидкости под давлением в проточную камеру (2), ее циркуляцию из проточной камеры (2) в упругую камеру (10) и обратно с последующим отводом потока рабочей жидкости с генерированными в нем колебаниями в дополнительную магистраль (8), закручивание указанного потока и формирование жидкостного вихря согласно изобретению на периферию указанного вихря периодически подают из дополнительной магистрали (8) через сужающиеся тангенциальные каналы (9) дополнительный поток рабочей жидкости с направлением закручивания, противоположным направлению закручивания ее основного потока.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен схематический продольный разрез гидравлического генератора колебаний; на фиг. 2 - сечение А-А по каналам закрутки рабочей жидкости из напорной магистрали;

- 1 014266 на фиг. 3 - сечение Б-Б по каналам закрутки рабочей жидкости из дополнительной магистрали;

на фиг. 4 - схематический продольный разрез гидравлического генератора колебаний, дополнительная магистраль которого соединена с основной магистралью (сечение В-В);

на фиг. 5 - сечение Г -Г гидравлического генератора колебаний, дополнительная магистраль которого соединена с основной магистралью, по каналам закрутки рабочей жидкости из дополнительной магистрали.

Гидравлический генератор колебаний жидкостного потока содержит корпус 1 с проточной камерой 2 и каналами закрутки 3, выходное сопло 5, напорную магистраль 4, соединенную с каналами закрутки 3, установленное в проточной камере 2 центральное тело 6, упругую камеру 10, сообщенную с проточной камерой. Гидравлический генератор колебаний имеет дополнительную магистраль 8 и тангенциальные каналы 9, соединяющие дополнительную магистраль 8 с проточной камерой 2, при этом тангенциальные каналы 9 выполнены сужающимися в направлении от дополнительной магистрали 8 к проточной камере 2, а дополнительная магистраль 8 сообщена с упругой камерой 10. Проточная камера 2 имеет боковую стенку 7.

В упругой камере 10 установлена диафрагма 11, разделяющая камеру 10 на две части, одна из которых 12 заполнена рабочей жидкостью, а другая 13 - газом.

Диафрагма 11 подпружинена с помощью пружины 14.

Дополнительная магистраль 8 соединена с напорной магистралью 4 с помощью по меньшей мере одного отверстия 15.

Тангенциальные каналы 9 имеют форму спирали Архимеда.

Генерирование колебаний жидкостного потока осуществляется следующим образом.

Рабочую жидкость подают под избыточным давлением по напорной магистрали 4 и с помощью каналов 3 закручивают, создавая вихри в сечении А-А. Из проточной камеры 2 через тангенциальные каналы 9 жидкость поступает в дополнительную магистраль 8 и через нее в упругую камеру 10. Под действием напора жидкости повышается давление в камере 10, диафрагма перемещается, сжимая пружину 14. Заполнение камеры 10 жидкостью и увеличение в ней давления противодействует увеличению давления в проточной камере 2 в сечении А-А, в результате чего происходит отток жидкости из упругой камеры 10.

Жидкость из упругой камеры 10 поступает в дополнительную магистраль 8, а из нее через каналы 9 в проточную камеру 2, что ведет к возмущению вихрей в сечениях Б-Б и А-А. При этом дополнительный поток, поступающий через каналы 9, имеет направление закручивания, противоположное направлению закручивания основного потока, поступающего через каналы 3. Происходит смешение вихрей, образованных потоками в сечениях А-А и Б-Б. При смешении этих вихрей в камере 2 образуется жидкостный вихрь, усиливающий флуктуации расхода в упругой камере 10. Когда жидкость движется из камеры 10 к области жидкостного вихря со стороны выходного сопла 5, происходит интенсивное размывание вихря, приводящее к уменьшению давления. В связи с падением давления на жидкостном вихре происходит дополнительное увеличение расхода в напорной магистрали 4. Отток жидкости из камеры 10 вызывает падение в ней давления и последующее движение жидкости в обратном направлении, при этом в вихре в области сопла 5 возрастает суммарная циркуляция, т.к. доля жидкости с противоположной закруткой уменьшается. Это приводит к возрастанию давления в жидкостном вихре и увеличению сопротивления для протекания жидкости, что ведет к усилению движения жидкости в обратном направлении и повышению давления в упругой камере 10. Далее цикл повторяется.

За счет выполнения тангенциальных каналов 9 сужающимися по направлению от дополнительной магистрали к проточной камере достигается разгон потока и его поступление в проточную камеру с высокой скоростью и большим запасом кинетической энергии. Наличие дополнительной магистрали 8 обеспечивает возможность закрутки потока рабочей жидкости, поступающей из нее в проточную камеру 2, с направлением, противоположным направлению вращения потока, поступающего из магистрали 4. За счет большого запаса кинетической энергии потока, поступающего из дополнительной магистрали, и противоположного направления закрутки потоков происходит существенное увеличение амплитуды колебаний давления и расхода рабочей жидкости на выходе гидравлического генератора колебаний из сопла 5.

Соединение дополнительной магистрали 8 с напорной магистралью 4 с помощью отверстий 15 позволяет увеличить интенсивность вихреобразования и амплитуду колебаний давления и расхода рабочей жидкости.

Claims (6)

1. Гидравлический генератор колебаний жидкостного потока, содержащий корпус (1) с проточной камерой (2) и каналами закрутки (3), выходное сопло (5), напорную магистраль (4), соединенную с каналами закрутки (3), установленное в проточной камере (2) центральное тело (6), упругую камеру (10), сообщенную с проточной камерой, отличающийся тем, что он имеет дополнительную магистраль (8) и тангенциальные каналы (9), соединяющие дополнительную магистраль (8) с проточной камерой (2), при

- 2 014266 этом тангенциальные каналы (9) выполнены сужающимися в направлении от дополнительной магистрали (8) к проточной камере (2), а дополнительная магистраль (8) сообщена с упругой камерой (10).

2. Гидравлический генератор колебаний по п.1, отличающийся тем, что в упругой камере (10) установлена диафрагма (11), разделяющая камеру (10) на две части, одна из которых (12) заполнена рабочей жидкостью, а другая (13) газом.

3. Гидравлический генератор колебаний по п.2, отличающийся тем, что диафрагма (11) подпружинена с помощью пружины (14).

4. Гидравлический генератор колебаний по п.1, отличающийся тем, что дополнительная магистраль (8) соединена с напорной магистралью (4) с помощью по меньшей мере одного отверстия (15).

5. Гидравлический генератор колебаний по п.1, отличающийся тем, что тангенциальные каналы (9) имеют форму спирали Архимеда.

6. Способ генерирования колебаний жидкостного потока, осуществляемый с использованием гидравлического генератора колебаний по любому из пп.1-5, включающий подачу рабочей жидкости под давлением в проточную камеру (2), ее циркуляцию из проточной камеры (2) в упругую камеру (10) и обратно с последующим отводом потока рабочей жидкости с генерированными в нем колебаниями в дополнительную магистраль (8), закручивание указанного потока и формирование жидкостного вихря, отличающийся тем, что на периферию указанного вихря периодически подают из дополнительной магистрали (8) через сужающиеся тангенциальные каналы (9) дополнительный поток рабочей жидкости с направлением закручивания, противоположным направлению закручивания ее основного потока.