RU167894U1 - Двигатель - Google Patents

Abstract

Использование: в области гидравлических машин и систем сепарации в нефтяной, газовой промышленности и в других отраслях промышленности, в том числе при создании технологий и техники для сепарации газожидкостных смесей с получением экологически чистой энергии.Сущность полезной модели: двигатель содержит статор с соплами и размещенный в нем ротор с наружными выступами и с внутренними выступами. При этом ротор выполнен в виде проницаемой объемной сотовой структуры, состоящей из связанных между собой наружных выступов и внутренних выступов. А между внутренними и наружными выступами в роторе выполнены проточные каналы, с обеспечением гидравлической связи проточных каналов в роторе с соплами в статоре. Статор оснащен выходными каналами. В статоре размещен, по крайней мере, один сепарационный барабан, установленный между ротором и выходными каналами. Причем сепарационный барабан выполнен в виде проницаемой объемной сотовой структуры, состоящей из связанных между собой наружных сепарационных выступов и внутренних сепарационных выступов. А между внутренними и наружными сепарационными выступами в сепарационном барабане выполнены проточные сепарационные каналы, с обеспечением гидравлической связи проточных сепарационных каналов с проточными каналами в роторе и с выходными каналами. Между ротором и сепарационным барабаном размещен непроницаемый разделительный диск с образованием проточного кольцевого канала в зазоре между статором и диском. Разделительный диск препятствует проникновению газожидкостной смеси из центральной части ротора в центральную часть сепарационного барабана. За счет такого разобщения

Description

Полезная модель относится к области гидравлических машин и систем сепарации и может быть использована в нефтяной, газовой промышленности и в других отраслях промышленности, в том числе при создании технологий и техники для сепарации газожидкостных смесей с получением экологически чистой энергии.

Известен двигатель, содержащий статор с соплами и размещенный в нем ротор с наружными выступами и с внутренними выступами, при этом ротор выполнен в виде проницаемой объемной сотовой структуры, состоящей из связанных между собой наружных выступов и внутренних выступов, а между внутренними и наружными выступами в роторе выполнены проточные каналы, с обеспечением гидравлической связи проточных каналов в роторе с соплами в статоре, а статор оснащен выходными каналами (RU 149348, 2014).

Недостатком известного двигателя является относительно низкая эффективность работы из-за неполного использования кинетической энергии при работе на газожидкостных смесях, что сужает область применения таких двигателей.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому является двигатель, содержащий статор с соплами и размещенный в нем ротор с наружными выступами и с внутренними выступами, при этом ротор выполнен в виде проницаемой объемной сотовой структуры, состоящей из связанных между собой наружных выступов и внутренних выступов, между которыми выполнены проточные каналы, с обеспечением гидравлической связи проточных каналов в роторе с соплами в статоре, который оснащен выходными каналами. В статоре размещен, по крайней мере, один сепарационный барабан, установленный между ротором и выходными каналами. Причем сепарационный барабан выполнен в виде проницаемой объемной сотовой структуры, состоящей из связанных между собой наружных сепарационных выступов и внутренних сепарационных выступов, которыми выполнены проточные сепарационные каналы, с обеспечением гидравлической связи проточных сепарационных каналов с проточными каналами в роторе и с выходными каналами (RU 160288, 2015).

Недостатком известного двигателя является снижение эффективности работы при неустановившихся режимах течения газожидкостной смеси, что обусловлено рециркуляцией газа и жидкости в центральной части ротора и сепарационного барабана.

Техническая проблема, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является повышение эффективности работы двигателя при неустановившихся режимах течения газожидкостной смеси.

Указанная проблема решается тем, что в двигателе, содержащем статор с соплами и размещенный в нем ротор, выполненный в виде проницаемой объемной сотовой структуры, состоящей из связанных между собой наружных выступов и внутренних выступов, между которыми выполнены проточные каналы, гидравлически связанные с соплами в статоре, а статор оснащен выходными каналами и содержит, по меньшей мере, один сепарационный барабан, соединенный с ротором и установленный между ротором и выходными каналами, причем сепарационный барабан выполнен в виде проницаемой объемной сотовой структуры, состоящей из связанных между собой наружных сепарационных выступов и внутренних сепарационных выступов, между которыми выполнены проточные сепарационные каналы, с обеспечением гидравлической связи проточных сепарационных каналов с проточными каналами в роторе и с выходными каналами, согласно полезной модели, между ротором и сепарационным барабаном размещен непроницаемый разделительный диск с образованием регулируемого проточного кольцевого канала между статором и диском.

Достигаемый технический результат заключается в устранении рециркуляции газа и жидкости в центральной части ротора и сепарационного барабана при неустановившихся режимах течения газожидкостной смеси.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема двигателя, с продольным разрезом, на фиг. 2 представлена схема двигателя, с поперечным разрезом А-А, на фиг. 3 представлена схема двигателя, с поперечным разрезом Б-Б, на фиг. 4 в изометрии показан отдельно ротор с проницаемой объемной сотовой структурой (для удобства описания конструкции одна вторая часть ротора на фигуре удалена, секущая плоскость проведена через ось вращения ротора), на фиг. 5 в изометрии показан отдельно сепарационный барабан с проницаемой объемной сотовой структурой (для удобства описания конструкции одна вторая часть сепарационного барабана на фигуре удалена, секущая плоскость проведена через ось вращения).

Двигатель содержит статор 1 с соплами 2 и размещенный в нем ротор 3 с наружными выступами 4 и с внутренними выступами 5. В конструкции двигателя может быть одно сопло 2, или два сопла, или более двух. При этом ротор 3 выполнен в виде проницаемой объемной сотовой структуры, состоящей из связанных между собой наружных выступов 4 и внутренних выступов 5. Между внутренними 4 и наружными 5 выступами в роторе 3 выполнены проточные каналы 6, с обеспечением гидравлической связи проточных каналов 6 в роторе 3 с соплами 2 в статоре 1. Статор 1 оснащен выходными каналами 7 и в нем размещен, по крайней мере, один сепарационный барабан 8, установленный между ротором 3 и выходными каналами 7. При этом сепарационный барабан 8 выполнен в виде проницаемой объемной сотовой структуры, состоящей из связанных между собой наружных сепарационных выступов 9 и внутренних сепарационных выступов 10. А между внутренними 9 и наружными 10 сепарационными выступами в сепарационном барабане 8 выполнены проточные сепарационные каналы 11, с обеспечением гидравлической связи проточных сепарационных каналов 11 с проточными каналами 6 в роторе 3 и с выходными каналами 7. На фигуре 1 представлен вариант двигателя, содержащего два сепарационных барабана 8, установленных на одном валу с ротором 3, с возможностью вращения барабанов 8 и ротора 3 вокруг оси вращения 12. Проточный кольцевой канал 13 обеспечивает гидравлическую связь проточных сепарационных каналов 11 с проточными каналами 6 в роторе 3. Межу ротором 3 и сепарационным барабаном 8 размещен непроницаемый разделительный диск 14, с образованием проточного кольцевого канала 13 в зазоре между статором 1 и диском 14. Ширина кольцевого канала 13 обозначена на фигуре 1 как геометрический параметр -«x». Числовое значение геометрического параметра «x» подбирают с учетом условий эксплуатации заявляемого технического решения и с учетом геометрических размеров ротора 3 и сепарационного барабана 8.

Непроницаемый разделительный диск 14 может быть выполнен из металла или полимерного материала.

Проницаемая объемная сотовая структура ротора 3 может быть сформирована из сетчатого материала, где нитями сетчатого материала сформированы наружные 4 и внутренние 5 выступы. Ячейки сетчатого материала объединены в проточные каналы 6 между наружными 4 и внутренними 5 выступами.

Проницаемая объемная сотовая структура сепарационного барабана 8 может быть сформирована из сетчатого материала, где нитями сетчатого материала сформированы наружные 9 и внутренние 10 сепарационные выступы. Ячейки сетчатого материала объединены в проточные сепарационные каналы 11 между наружными 9 и внутренними 10 сепарационными выступами.

Ротор 3 может быть выполнен цилиндрической формы или конической формы, как и в известных гидравлических машинах динамического типа.

Сепарационный барабан 8 может быть выполнен цилиндрической формы или конической формы, как и в известных сепараторах динамического типа.

Сопла 2, выходные каналы 9 могут располагаться на различном расстоянии от оси вращений 12, с учетом условий применения заявляемого двигателя.

Двигатель работает следующим образом.

Статор 1 с соплами 2 обеспечивают формирование потока (или нескольких потоков) рабочего тела по направлению к ротору 3 (фиг. 1-3). В качестве рабочего тела может выступать жидкость, газожидкостная смесь или газ. Каждое сопло 2, к примеру, может быть подключено к отдельной нефтяной добывающей скважине (или к газовой добывающей скважине), при этом рабочие параметры потоков для каждого сопла 2 могут различаться как по массовому расходу, так и по давлению на входе в сопло 2. Поток рабочего тела воздействует на наружные выступы 4 ротора 3 и приводит ротор 3 в движение. Таким образом, кинетическая энергия потока рабочего тела преобразуется в механическую энергию при вращательном движении ротора 3. Также поток рабочего тела через проточные каналы 6 проникает в полость ротора 3, который выполнен в виде проницаемой объемной сотовой структуры. Поток рабочего тела в этой части ротора 3 взаимодействует с внутренними выступами 5, что способствует повышению эффективности преобразования энергии, поскольку с уменьшением скорости течения рабочего тела поток может смещаться ближе к оси вращения ротора 3. Ротор 3, для дальнейшей передачи энергии, связан с сепарационным барабаном 8. Механическая энергия при этом передается от ротора 3 к сепарационному барабану 8. На общем валу, вращающемся вокруг оси вращения 12, могут быть установлены и другие машины, которые на фигурах не показаны (это могут быть дополнительные сепараторы, насосы или компрессоры, к примеру). В статоре 1 размещен, по крайней мере, один сепарационный барабан 8, соединенный с ротором 3. На фигуре 1 представлен вариант двигателя, содержащего два сепарационных барабана 8, установленных на одном валу с ротором 3, с возможностью вращения барабанов 8 и ротора 3 вокруг оси вращения 12. Сепарационный барабан 8 установлен между ротором 3 и выходными каналами 7. Ротор 3 и сепарационный барабан 8 вращаются вокруг оси вращения 12, что обеспечивает условия для реализации процесса сепарации. Между внутренними 9 и наружными 10 сепарационными выступами в сепарационном барабане 8 выполнены проточные сепарационные каналы 11 с обеспечением гидравлической связи проточных сепарационных каналов 11 с проточными каналами 6 в роторе 3 и с выходными каналами 7. По крайней мере, один выходной канал 7 расположен ближе к оси вращения 12, по отношению к остальным выходным каналам 7, что позволяет раздельно выводить из статора фракции с высокой плотностью и фракции с низкой плотностью. Внутренние 9 и наружные 10 сепарационные выступы оказывают силовое воздействие на рабочее тело (на жидкость и на газ). При этом обеспечивается поддержание высокой и постоянной окружной скорости движения рабочего тела внутри статора 1. С увеличением длины сепарационного барабана 8 можно увеличивать время пребывания рабочего тела (газожидкостной смеси, к примеру) под воздействием центробежных сил в статоре 1, добиваясь повышения эффективности процесса сепарации, поскольку известно, что эффективность процесса сепарации повышается с увеличением отрезка времени, в течение которого на рабочее тело (на газожидкостную смесь) действуют центробежные силы. При этом за счет описанных особенностей конструкции сепарационного барабана 8 значение центробежных сил, действующих на жидкость или газ, принудительно поддерживается постоянным на всем пути движения рабочего тела через статор 1. Механическая энергия, в этом случае, используется для поддержания высокой и постоянной скорости вращения газожидкостной смеси (рабочего тела), а энергия расходуется на процесс сепарации и на преодоление сил трения при движении рабочего тела внутри статора 1 в направлении от ротора 3 к выходным каналам 7. Рабочее тело (жидкость и газ, к примеру) проходит через проточные сепарационные каналы 11 по направлению к выходным каналам 7. При сепарации за счет действия центробежных сил фракции с более высокой плотностью оттесняются к периферии сепарационного барабана 8 и далее к выходному каналу 7, расположенному дальше от оси вращения 12. Фракции с меньшей плотностью оттесняются к центру сепарационного барабана 8, ближе к оси вращения 12, и далее фракции с меньшей плотностью (например, газ) оттесняются к выходному каналу 7, расположенному ближе к оси вращения 12. На фигуре 1 показаны два выходных канала 7, один из них расположен ближе к оси вращения 12.

В процессе работы свойства газожидкостной смеси, как известно, могут меняться в связи с изменением процентного содержания газа в газожидкостной смеси и при изменении объемного расхода жидкой фазы, что, в свою очередь, сопровождается колебаниями давления. Такой неустановившийся режим течения газожидкостной смеси обычно сопровождается рециркуляцией газожидкостной смеси в центральной части ротора 3 и сепарационного барабана 8. Проточный кольцевой канал 13 обеспечивает гидравлическую связь проточных сепарационных каналов 11 с проточными каналами 6 в роторе 3. Межу ротором 3 и сепарационным барабаном 8 размещен непроницаемый разделительный диск 14, с образованием проточного кольцевого канала 13 в зазоре между статором 1 и диском 14. Разделительный диск 14 препятствует проникновению газожидкостной смеси из центральной части ротора 3 в центральную часть сепарационного барабана 8. За счет такого разобщения улучшаются условия сепарации в сепарационном барабане 8. При этом в центральной части сепарационного барабана 8 скапливаются только фракции с меньшей плотностью, и исключается попадание фракций с более высокой плотностью в центральную часть сепарационного барабана 8, непосредственно из центральной части ротора 3. После прохода через проточный кольцевой канал 13 фракции с более высокой плотностью удерживаются на периферии сепарационного барабана, за счет действия центробежных сил. И только фракции с меньшей плотностью оттесняются к центральной части сепарационного барабана 8 через проточные сепарационные каналы 11.

За счет проницаемой объемной сотовой структуры ротора 3 и сепарационного барабана 8 при наличии непроницаемого разделительного диска 14, размещенного межу ротором 3 и сепарационным барабаном 8, обеспечивается более высокая эффективность преобразования энергии при различных свойствах рабочего тела, в том числе при неустановившихся режимах течения газожидкостной смеси, поскольку исключается рециркуляция газа и жидкости в центральной части ротора 3 и сепарационного барабана 8, тем самым исключаются потери энергии, связанные с рециркуляцией газожидкостной смеси. Таким образом, решается задача по повышению эффективности при неустановившихся режимах течения газожидкостной смеси.

Как следствие, достигается технический результат по устранению рециркуляции газа и жидкости в центральной части ротора и сепарационного барабана при неустановившихся режимах течения газожидкостной смеси, что позволяет говорить о создании более совершенной конструкции двигателя для более широкого спектра свойств рабочего тела, при работе на газожидкостных смесях.

Claims (1)

1. Двигатель, содержащий статор с соплами и размещенный в нем ротор, выполненный в виде проницаемой объемной сотовой структуры, состоящей из связанных между собой наружных выступов и внутренних выступов, между которыми выполнены проточные каналы, гидравлически связанные с соплами в статоре, а статор оснащен выходными каналами и содержит, по крайней мере, один сепарационный барабан, соединенный с ротором и установленный между ротором и выходными каналами, причем сепарационный барабан выполнен в виде проницаемой объемной сотовой структуры, состоящей из связанных между собой наружных сепарационных выступов и внутренних сепарационных выступов, между которыми выполнены проточные сепарационные каналы с обеспечением гидравлической связи проточных сепарационных каналов с проточными каналами в роторе и с выходными каналами, отличающийся тем, что между ротором и сепарационным барабаном размещен непроницаемый разделительный диск с образованием регулируемого проточного кольцевого канала между статором и диском.

Images