RU2099599C1

RU2099599C1 - Hydraulically-driven diaphragm pump plant

Info

Publication number: RU2099599C1
Application number: RU95109648A
Authority: RU
Inventors: В.Р. Кондратьев
Original assignee: Научно-производственное объединение "Гидротрубопровод"
Priority date: 1995-06-08
Filing date: 1995-06-08
Publication date: 1997-12-20
Also published as: RU95109648A

Abstract

FIELD: discharge of liquid from deep wells in oil, mining and other industries. SUBSTANCE: plant includes power liquid vibration source mounted in well. Connected with power liquid vibration source is divider which includes housing where the following components are mounted: flexible tubular diaphragm with bearing member arranged in it, suction and delivery valves and pipe line for transportation of medium to be handled. Power liquid vibration source includes hydraulic accumulator and its charging pump mounted in well. Pump is connected with hydraulic accumulator on delivery end and with divider on suction end. Bearing member of diaphragm is made in form of three ribs rigidly interconnected at one point forming framework which has bore receiving fairing. Locating member for fairing is mounted above bore. Hydraulic accumulator has housing made in form of double pipe with flexible diaphragm inside it. One end of diaphragm is tightly and immovably secured in housing by means of blanks. Spring-loaded valve is tightly secured on other movable rod. Valve has rod with thrust member secured on its free end. Thrust member is used to limit longitudinal motion of diaphragm. Valve rod is secured inside guide bush of seat which is secured in housing opposite blank. Edges of housing are provided with coupling units for connecting other components of pump plant. EFFECT: enhanced reliability. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области насосостроения, в частности к гидроприводным диафрагменным насосным установкам для откачивания жидкости из глубоких скважин, и может найти применение в нефтяной, горной и других промышленностях. The invention relates to the field of pump engineering, in particular to hydraulic diaphragm pumping units for pumping liquid from deep wells, and can find application in the oil, mining and other industries.

Известна гидроприводная диафрагменная насосная установка, содержащая расположенный на поверхности гидропульсатор (источник колебаний) и по меньшей мере две эластичные трубчатые диафрагмы, обхватывающие с натягом перфорированные трубчатые сердечники и отделяющие их внутренние полости от полостей, образованных каждой диафрагмой и корпусом, и по меньшей мере одна из полостей является насосной (разделитель) и снабжена всасывающим и нагнетательным клапаном. Диафрагмы установлены последовательно между гидропульсатором и насосной полостью, а внутренняя полость сердечника каждой последующей диафрагмы подключена соединительным каналом к полости, расположенной между предшествующей диафрагмой и корпусом. A hydraulic diaphragm pumping unit is known, comprising a hydro-pulsator (oscillation source) located on the surface and at least two elastic tubular diaphragms, tightly gripping the perforated tubular cores and separating their internal cavities from the cavities formed by each diaphragm and the housing, and at least one of cavities is a pump (separator) and is equipped with a suction and discharge valve. The diaphragms are installed in series between the pulsator and the pump cavity, and the inner cavity of the core of each subsequent diaphragm is connected by a connecting channel to the cavity located between the previous diaphragm and the housing.

Недостатком такой установки является ограниченная глубина погружения (до 10 м) в следствии того, что гидропульсатор, находящийся на поверхности, не способен создавать колебания приводной среды на большой глубине. Диафрагма имеет относительно небольшой ход, длину которого ограничивают две цилиндрические поверхности. Это является причиной неэффективности использования внутреннего объема разделителя. При вытеснении перекачиваемой среды не исключена возможность выдавливания диафрагмы в подклапанное пространство с последующим ее порывом. The disadvantage of this installation is the limited immersion depth (up to 10 m) due to the fact that the hydraulic pulsator located on the surface is not able to create vibrations of the drive medium at great depths. The diaphragm has a relatively small stroke, the length of which is limited by two cylindrical surfaces. This causes the inefficiency of using the internal volume of the separator. When displacing the pumped medium, the possibility of squeezing the diaphragm into the subvalvular space with its subsequent impulse is not excluded.

Технической задачей изобретения является увеличение глубины добычи жидкой среды и повышение надежности работы насосной установки. An object of the invention is to increase the depth of production of a liquid medium and increase the reliability of the pumping unit.

Это достигается тем, что в известной гидроприводной диафрагменной насосной установке, содержащей источник колебаний приводной жидкости, установленный в скважине и связанный с источником колебаний приводной жидкости разделитель, представляющий собой корпус, внутри которого размещена эластичная трубчатая диафрагма с расположенным в ней опорным элементом, всасывающий и нагнетательный клапаны и трубопровод для транспортирования перекачиваемой среды, в качестве источника колебаний приводной жидкости использованы установленные в скважине гидроаккумулятор и насос его зарядки, который связан с гидроаккумулятором со стороны нагнетания, а со стороны всасывания с разделителем, при этом опорный элемент диафрагмы выполнен в виде трех ребер, жестко соединенных между собой в одной точке и образующих каркас, в котором выполнена проточка и в ней размещен обтекатель, а над проточкой установлен посадочный элемент для обтекателя. This is achieved by the fact that in the known hydraulic diaphragm pump installation containing a source of oscillation of the drive fluid installed in the well and connected to the source of oscillation of the drive fluid, the separator is a housing, inside of which is placed an elastic tubular diaphragm with a supporting element located inside it, suction and discharge valves and piping for transporting the pumped medium, installed in the well as a source of vibrations of the drive fluid the accumulator and its charging pump, which is connected to the accumulator on the discharge side and on the suction side with a separator, while the diaphragm support element is made in the form of three ribs rigidly interconnected at one point and forming a frame in which the groove is made and a fairing is placed there, and a landing element for the fairing is installed above the groove.

При этом гидроаккумулятор выполнен в виде корпуса представляющего собой трубу в трубе, внутри которого размещена эластичная диафрагма, один конец которой закреплен в корпусе герметично и неподвижно при помощи заглушки, а на другом подвижном конце герметично закреплен подпружиненный клапан со штоком, на свободном конце которого укреплен упорный элемент, ограничивающий перемещение мембраны в продольном направлении, при этом шток клапана размещен внутри направляющей втулки седла, которое закреплено в корпусе напротив заглушки. Кроме того на краях корпуса имеются стыковочные узлы для присоединения других составных частей насосной установки. In this case, the hydraulic accumulator is made in the form of a housing representing a pipe in a pipe, inside of which there is an elastic diaphragm, one end of which is fixed in the housing hermetically and immovably with a plug, and a spring-loaded valve with a stem is fixed on the other movable end, on which the thrust is fixed an element that restricts the longitudinal movement of the membrane, while the valve stem is located inside the guide sleeve of the seat, which is fixed in the housing opposite the plug. In addition, at the edges of the casing there are docking units for connecting other components of the pumping unit.

Расположение источника колебаний в скважине позволяет перекачивать добываемую жидкость практически с любой глубины. Ограничение глубины добычи связано с рабочим давлением насоса зарядки гидроаккумулятора и температурным режимом, ограничивающим использование эластичных уплотнительных элементов и диафрагм. The location of the oscillation source in the well allows pumping the produced fluid from virtually any depth. The limitation of the depth of production is associated with the operating pressure of the accumulator charging pump and the temperature regime restricting the use of elastic sealing elements and diaphragms.

Конструкция разделителя предусматривает отклонение диафрагмы за счет перепада давления между приводной и перекачиваемой жидкостями. The design of the separator provides for diaphragm deviation due to the pressure difference between the drive and pumped fluids.

Каркас, обтекатель и заглушки задают форму деформации эластичной диафрагмы с минимально возможными напряжениями. Это создает условия для долговечной работы диафрагмы при погружении на любую глубину. The skeleton, fairing and caps define the deformation of the elastic diaphragm with the lowest possible stresses. This creates the conditions for long-term operation of the diaphragm when immersed at any depth.

В принципе работы диафрагм разделителя и гидроаккумулятора предусмотрена максимальная эффективность использования внутреннего объема корпусов, что позволяет уменьшить габариты установки. In principle, the diaphragms of the separator and the accumulator are provided with the maximum efficiency of using the internal volume of the housings, which allows to reduce the dimensions of the installation.

Всасывающий и нагнетательный клапаны выполнены в отдельном корпусе, что позволяет увеличить их габариты, а тем самым и срок службы. The suction and discharge valves are made in a separate housing, which allows to increase their dimensions, and thereby their service life.

Использование в качестве составной части колебаний гидроаккумулятора с эластичной диафрагмой позволяет герметично отделить среду от жидкой и исключить использование пар трения (втулка-поршень), а в качестве защиты диафрагмы от разрыва использовать в гидроаккумуляторе клапан. The use of a hydraulic accumulator with an elastic diaphragm as part of the oscillations makes it possible to hermetically separate the medium from the liquid and to exclude the use of friction pairs (sleeve-piston), and use a valve in the accumulator as a diaphragm against rupture.

На фиг. 1 схематично показана описываемая гидроприводная диафрагменная насосная установка, установленная в скважине; на фиг. 2 схематично изображен гидроаккумулятор; на фиг. 3 диафрагменный разделитель; на фиг. 4 - поперечный разрез диафрагменного разделителя по линии А-А. In FIG. 1 schematically shows the described hydraulic diaphragm pump unit installed in a well; in FIG. 2 schematically depicts a hydraulic accumulator; in FIG. 3 aperture separator; in FIG. 4 is a cross-sectional view of the diaphragm separator along line AA.

Гидроприводная диафрагменная насосная установка (см. фиг. 1) содержит установленные в скважине 1 источник колебаний приводной жидкости, включающий гидроаккумулятор 2 и насос 3 его зарядки, который посредством канала 4 соединен со стороны нагнетания с гидроаккумулятором 2, а со стороны всасывания посредством канала 5 с диафрагменным разделителем 6, к которому присоединены всасывающий 7 и нагнетательный 8 клапаны. Они в свою очередь соединены с трубопроводом 9 для транспортирования перекачиваемой среды в резервуар 10 для хранения добытой жидкости. В качестве привода насоса 3 зарядки гидроаккумулятора 2 может использоваться любой существующий привод, например электродвигатель 11, который соединен с источником электропитания 12 кабелем 13. The hydraulic diaphragm pumping unit (see Fig. 1) contains a source of oscillations of the driving fluid installed in the well 1, including a hydraulic accumulator 2 and a charging pump 3, which is connected via the channel 4 to the pressure accumulator 2 from the discharge side and 5 sec from the suction side diaphragm separator 6, to which are connected the suction 7 and pressure 8 valves. They, in turn, are connected to the pipeline 9 for transporting the pumped medium to the reservoir 10 for storing the produced fluid. As the drive of the pump 3 charging the accumulator 2 can be used any existing drive, for example an electric motor 11, which is connected to the power source 12 by cable 13.

Гидроаккумулятор 2 (см. фиг. 2) представляет собой корпус 14, выполненный в виде труба в трубе. Внутри корпуса 14 расположена эластичная диафрагма 15. Один конец диафрагмы 15 закреплен герметично и неподвижно относительно корпуса 14 с помощью заглушки 16, а на другом подвижном конце герметично закреплен клапан 17 со штоком 18, на свободном конце которого укреплен упорный элемент 19. Клапан 17 имеет седло 20 с направляющей втулкой 21, которое закреплено в корпусе 14 напротив заглушки 16, и подпружинен пружиной 22. The hydraulic accumulator 2 (see Fig. 2) is a housing 14, made in the form of a pipe in a pipe. An elastic diaphragm 15 is located inside the casing 14. One end of the diaphragm 15 is sealed and fixed relative to the casing 14 with a plug 16, and a valve 17 with a stem 18 is tightly fixed on the other movable end, the stop element 19 is fixed on its free end. The valve 17 has a seat 20 with a guide sleeve 21, which is fixed in the housing 14 opposite the plug 16, and is spring-loaded with a spring 22.

Корпус 14 гидроаккумулятора с обеих сторон снабжен стыковочными элементами 23 и 24. The housing 14 of the accumulator on both sides is provided with docking elements 23 and 24.

Диафрагменный разделитель 6 (см. фиг. 3 и 4) состоит из корпуса 25, внутри которого размещены эластичная трубчатая диафрагма 26 с заглушками 27 и 28 по краям. Заглушка 27 выполняет роль негерметичного седла обтекателя 29. Обтекатель 29 представляет собой металлический шар. Внутри диафрагмы 26 между заглушками 27 и 28, упираясь в них, установлен опорный элемент, выполненный в виде трех ребер, жестко соединенных между собой в одной точке и образующих каркас 30. В каркасе 30 выполнена проточка 31 для размещения обтекателя 29. Заглушка 28 установлена с возможностью перемещения относительно корпуса 25 и по периферии имеет отверстия (на рис. не показано) для перетока приводной жидкости. Ход заглушки 28 ограничивает упор 32. С обеих сторон корпус 25 имеет стыковочные элементы 33 и 34. The diaphragm separator 6 (see Fig. 3 and 4) consists of a housing 25, inside of which is placed an elastic tubular diaphragm 26 with caps 27 and 28 at the edges. The plug 27 acts as an unpressurized seat of the cowl 29. The cowl 29 is a metal ball. Inside the diaphragm 26 between the plugs 27 and 28, abutting against them, there is a support element made in the form of three ribs rigidly connected to each other at one point and forming a frame 30. A groove 31 is made in the frame 30 to accommodate the fairing 29. The plug 28 is installed with the possibility of movement relative to the housing 25 and on the periphery has openings (not shown in the figure) for the overflow of the drive fluid. The stroke of the plug 28 limits the stop 32. On both sides of the housing 25 has a connecting elements 33 and 34.

Работа насосной диафрагменной установки осуществляется следующим образом. The operation of the pump diaphragm installation is as follows.

Перед сборкой насосной установки гидроаккумулятор 2 заливают приводной жидкостью с наружной стороны диафрагмы 15. Во внутреннюю полость диафрагмы 15 подают сжатый газ. При этом приводная жидкость будет выдавливаться между корпусом 14 и наружной поверхностью диафрагмы 15 вместе с воздухом. Газ закачивают до давления равного рабочему давлению сопротивления трубопровода 9. По мере вытеснения приводной жидкости из гидроаккумулятора 2, диафрагма 15 в радиальном направлении расширяется до соприкосновения со стенками корпуса 14, а в продольном пока его клапан 17 не сядет в седло 20 и герметично перекроет внутреннюю полость с приводной средой. Пружина 22 обеспечивает закрытие клапана 17 в момент касания боковой поверхности диафрагмы 15 поверхности корпуса 14. Это необходимо для предотвращения разрыва диафрагмы 15. После этого насосную установку собирают, приводной контур заливают приводной жидкостью, и опускают в скважину 1. Before assembling the pumping unit, the accumulator 2 is filled with drive fluid from the outside of the diaphragm 15. Compressed gas is supplied to the internal cavity of the diaphragm 15. In this case, the drive fluid will be squeezed out between the housing 14 and the outer surface of the diaphragm 15 together with air. Gas is pumped to a pressure equal to the working pressure of the resistance of the pipeline 9. As the drive fluid is displaced from the hydraulic accumulator 2, the diaphragm 15 expands in the radial direction until it contacts the walls of the body 14, and in the longitudinal direction, until its valve 17 sits in the seat 20 and hermetically closes the internal cavity with drive medium. The spring 22 ensures that the valve 17 closes when the lateral surface of the diaphragm 15 touches the surface of the housing 14. This is necessary to prevent rupture of the diaphragm 15. After that, the pump installation is assembled, the drive circuit is filled with drive fluid, and lowered into the well 1.

При подаче от источника питания 12 напряжения на электродвигатель 11 начинает работать насос 3. По каналу 5 он забирает приводную жидкость из разделителя 6 и нагнетает ее по каналу 4 в гидроаккумулятор 2. В этот момент в диафрагменном разделителе 6 происходит процесс всасывания за счет разряжения, создаваемого насосом 3. Диафрагма 26, которая была сжата приводной жидкостью начинает расправляться под действием разряжения со стороны насоса 3 и статического напора (если он есть) перекачиваемой среды, поступающей внутрь диафрагменного разделителя 6 через всасывающий клапан 7. Когда давление приводной жидкости станет большим давления сжатого газа в гидроаккумуляторе 2 его клапан откроется, перемещаясь вверх. Шток 18 клапана 17 скользит по направляющей втулке 21 седла 20 до тех пор, пока упорный элемент 19 не упрется в направляющую втулку 21, пружина 22 разжимается. Приводная среда начнет заполнять гидроаккумулятор 2, сжимая через диафрагму 15 сжатый газ, давление которого будет увеличиваться до номинального рабочего давления насоса 3. При достижении такого давления электродвигатель 11 автоматически отключается, насос 3 останавливается. Процесс всасывания на этом завершен. When applying voltage from the power source 12 to the electric motor 11, the pump 3 starts to work. On channel 5, it takes the drive fluid from the separator 6 and pumps it through the channel 4 into the accumulator 2. At this moment, the suction process occurs in the diaphragm separator 6 due to the vacuum generated by the pump 3. The diaphragm 26, which was compressed by the drive fluid, begins to straighten out under the action of vacuum from the side of the pump 3 and static pressure (if any) of the pumped medium entering the diaphragm separator 6 through the suction valve 7. When the pressure of the drive fluid becomes greater than the pressure of the compressed gas in the accumulator 2, its valve will open, moving up. The valve stem 18 of the valve 17 slides along the guide sleeve 21 of the seat 20 until the thrust element 19 abuts against the guide sleeve 21, the spring 22 is opened. The drive medium will begin to fill the accumulator 2, compressing compressed gas through the diaphragm 15, the pressure of which will increase to the rated working pressure of the pump 3. When this pressure is reached, the motor 11 is automatically turned off, the pump 3 stops. The suction process is now complete.

После остановки насоса 3 диафрагма 15 в гидроаккумуляторе 2 начинает расширяться, выдавливая приводную жидкость за счет энергии сжатого газа. Приводная жидкость, проходя через отверстие седла клапана 20 и по каналу 4, поступает в насос 3, который в данном случае играет роль гидравлического сопротивления, вращаясь в сторону обратную рабочей стороне вращения. От насоса 3 приводная жидкость по каналу 5 поступает в диафрагменный разделитель 6, сжимая диафрагму 26, а через нее и перекачиваемую среду. Когда давление перекачиваемой среды внутри разделителя 6 превысит давление столба перекачиваемой среды в трубопроводе 9 нагнетательный клапан 8 откроется и перекачиваемая среда из разделителя 6 начнет поступать по трубопроводу 9 в резервуар для хранения 10. After stopping the pump 3, the diaphragm 15 in the accumulator 2 begins to expand, squeezing the drive fluid due to the energy of the compressed gas. The drive fluid, passing through the hole of the valve seat 20 and through the channel 4, enters the pump 3, which in this case plays the role of hydraulic resistance, rotating in the direction opposite to the working side of rotation. From the pump 3, the drive fluid through the channel 5 enters the diaphragm separator 6, compressing the diaphragm 26, and through it the pumped medium. When the pressure of the pumped medium inside the separator 6 exceeds the pressure of the column of the pumped medium in the pipeline 9, the pressure valve 8 will open and the pumped medium from the separator 6 will begin to flow through the pipe 9 to the storage tank 10.

Сжимаясь, диафрагма 26 облегает каркас 30. Объем внутри диафрагмы 26 уменьшается. Когда внутренние стенки диафрагмы 26 приблизятся к обтекателю 29, который лежит в проточке 31 каркаса 30, то под действием потока перекачиваемой среды, а затем и за счет давления на обтекатель 29 внутренних стенок диафрагмы 26 он начнет перемещаться к седлу 27. Если перекачиваемая среда будет полностью вытеснена из разделителя 6, то диафрагма 26 будет плавно облегать ребра каркаса 30 и поверхность заглушки 28. Обтекатель 29 сядет в седло заглушки27, перекрыв выходное отверстие, но при этом между седлом и обтекателем 29 будет иметь место зазор, позволяющий проходить через него перекачиваемой среде и безопасный для целостности рабочей поверхности диафрагмы 26 из-за малой его величины. Shrinking, the diaphragm 26 fits the frame 30. The volume inside the diaphragm 26 decreases. When the inner walls of the diaphragm 26 approach the fairing 29, which lies in the groove 31 of the frame 30, then under the influence of the flow of the pumped medium, and then due to the pressure on the fairing 29 of the inner walls of the diaphragm 26, it will begin to move to the seat 27. If the pumped medium is completely ousted from the separator 6, the diaphragm 26 will smoothly fit the ribs of the frame 30 and the surface of the plug 28. The cowl 29 will sit in the seat of the plug 27, blocking the outlet, but there will be a gap between the seat and the cowling 29, allowing d pass through it the pumped medium and safe for the integrity of the working surface of the diaphragm 26 due to its small size.

Claims

1. A hydraulic diaphragm pump installation containing a source of oscillations of the drive fluid installed in the borehole and a separator associated with it via channels, which is a housing, inside of which there is an elastic tubular diaphragm with a supporting element located in it, suction and discharge valves and a pipeline for transporting the pumped medium, characterized in that a hydraulic accumulator and a pump installed in the well are used as a source of vibrations of the drive fluid charging it, which is connected to the hydraulic accumulator on the discharge side, and on the suction side with a separator, while the diaphragm support element is made in the form of three ribs rigidly connected to each other at one point and forming a frame in which a groove is made and a fairing is placed in it, and over the groove a landing element for the fairing is installed.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the accumulator is made in the form of a housing, which is a pipe in a pipe, inside which an elastic diaphragm is placed, one end of which is fixed in the housing tightly and motionless with a plug, and on the other movable end is hermetically fixed a spring-loaded valve with a stem, on the free end of which a thrust element is fixed, restricting the movement of the membrane in the longitudinal direction, while the valve stem is placed inside the guide sleeve of the seat, which is fixed in the housing a mustache opposite the stub.