RU2151911C1

RU2151911C1 - Installation for injection of liquid-gas mixture

Info

Publication number: RU2151911C1
Application number: RU97121408A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Мартынов; Л.П. Пешков; Ю.С. Лопатин
Original assignee: Закрытое акционерное общество НПАК "РАНКО"
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 2000-06-27

Abstract

FIELD: applicable in drilling and development of oil and gas wells. SUBSTANCE: installation has several pump sections, each of them includes a working chamber and a piston member, suction and delivery valves, booster chamber with the delivery valve installed in its upper part, placed under which is an inlet valve for communication of this chamber with an independent gas or liquid-gas mixture source at a suction stroke. A separating valve, opening towards the delivery valve, is installed in the point of communication of the booster chamber and the working one. The installation also has a driving gear with a crankshaft and a reservoir for transferred liquid. The installation is featured by the fact that each pump section is provided with a by-pass device located outside the additional chamber and communicating with it and reservoir for transferred liquid. The piston member of each pump section is made in the form of a plunger. The by-pass device may be made in the form of a slide-valve distributor provided with a control line communicating with the working chamber, or in the form of a slide or poppet valve, kinematically linked with the crankshaft of the installation driving gear. EFFECT: enhanced reliability of installation operation, simplified design, reduced mass and enhanced durability. 3 dwg

Description

Настоящее предлагаемое изобретение относится к области насосостроения и, в частности, может быть использовано для нагнетания газожидкостной смеси при бурении и освоении нефтяных и газовых скважин. The present invention relates to the field of pump engineering and, in particular, can be used to pump a gas-liquid mixture during drilling and development of oil and gas wells.

Известно устройство для осуществления способа аэрации промывочной жидкости, преимущественно для бурения и освоения нефтяных и газовых скважин, выполненное по авт. св. СССР N 142150, кл. F 04 B 23/06, 1961. A device for implementing the method of aeration of washing liquid, mainly for drilling and development of oil and gas wells, is performed by author. St. USSR N 142150, class F 04 B 23/06, 1961.

Это устройство содержит поршневой насос, имеющий рабочий цилиндр, всасывающий и нагнетательный клапаны, подпорный насос и посторонний источник газа под избыточным давлением. This device comprises a piston pump having a working cylinder, suction and discharge valves, a booster pump and an external source of gas under excessive pressure.

Недостатком известного устройства является значительное снижение коэффициента заполнения рабочей камеры насоса в период такта всасывания, связанное с повышенной сжимаемостью газа, что, в свою очередь, ведет к значительному снижению объемной подачи насоса. Для компенсации объемных потерь приходится увеличивать мощность приводных устройств и существенно увеличивать габариты самих насосов, что весьма неэкономично в указанной области применения. A disadvantage of the known device is a significant decrease in the fill factor of the working chamber of the pump during the suction stroke, associated with increased gas compressibility, which, in turn, leads to a significant decrease in the volumetric pump flow. To compensate for volume losses, it is necessary to increase the power of the drive devices and significantly increase the dimensions of the pumps themselves, which is very uneconomical in this application.

Известно также устройство для нагнетания газожидкостной смеси, выполненное по авт. св. СССР N 714044, кл. F 04 B 23/10, 1980. It is also known a device for pumping a gas-liquid mixture, made by ed. St. USSR N 714044, class F 04 B 23/10, 1980.

Это устройство содержит состоящий из нескольких секций поршневой насос, имеющий в каждой секции рабочий цилиндр с образованной в нем рабочей камерой, всасывающий и нагнетательный клапаны, источник газожидкостной смеси или газа. Характерной особенностью известного устройства является то, что в каждой секции насоса между рабочим цилиндром и его нагнетательным клапаном установлена дополнительная камера, снабженная впускным клапаном для сообщения этой камеры с источником газожидкостной смеси или газа в период выполнения насосом такта всасывания. При этом объем дополнительной камеры по меньшей мере равен рабочему объему цилиндра. This device contains a piston pump consisting of several sections, having in each section a working cylinder with a working chamber formed in it, suction and discharge valves, a source of gas-liquid mixture or gas. A characteristic feature of the known device is that in each section of the pump between the working cylinder and its discharge valve an additional chamber is installed, equipped with an inlet valve for communicating this chamber with a source of gas-liquid mixture or gas during the pump's suction stroke. The volume of the additional chamber is at least equal to the working volume of the cylinder.

В период выполнения насосом такта всасывания газожидкостную смесь или газ с заданным избыточным давлением вводят непосредственно в рабочую камеру поршневого насоса, в зону, примыкающую к нагнетательному клапану, и одновременно через всасывающий клапан насоса из всасывающего коллектора (с помощью подпорного насоса) вводят перекачиваемую жидкость с избыточным давлением, равным давлению вводимой смеси или газа. При этом газожидкостная смесь или газ накапливается над жидкостью под нагнетательным клапаном (в период выполнения насосом такта всасывания) и при совершении насосом такта нагнетания вытесняется через нагнетательный клапан в коллекторную часть насоса. Для исключения накопления газожидкостной смеси или газа в мертвом объеме рабочей камеры при работе насоса количество вводимой газожидкостной смеси или газа не должно превышать объема части камеры, непосредственно примыкающей к нагнетательному клапану. During the pump’s suction stroke, a gas-liquid mixture or gas with a predetermined overpressure is injected directly into the working chamber of the piston pump, into the area adjacent to the discharge valve, and at the same time, the pumped-over liquid is introduced from the intake manifold (using the booster pump) with excess pressure equal to the pressure of the introduced mixture or gas. In this case, a gas-liquid mixture or gas accumulates above the liquid under the discharge valve (during the pump's suction stroke) and when the pump completes the discharge stroke, it is forced out through the discharge valve into the collector part of the pump. To prevent the accumulation of a gas-liquid mixture or gas in the dead volume of the working chamber during pump operation, the amount of injected gas-liquid mixture or gas should not exceed the volume of the part of the chamber directly adjacent to the discharge valve.

Такое выполнение устройства позволяет существенно снизить энергозатраты процесса нагнетания аэрированной жидкости, что обусловлено тем, что практически исключается влияние остаточного количества газа в рабочей камере после завершения насосом такта нагнетания, благодаря чему существенно повышается коэффициент наполнения рабочей камеры во время такта всасывания. This embodiment of the device allows to significantly reduce the energy consumption of the pumping process of the aerated liquid, which is due to the fact that the influence of the residual amount of gas in the working chamber after the pump completes the pumping stroke is virtually eliminated, which substantially increases the filling factor of the working chamber during the suction stroke.

Однако недостатком этого устройства является то, что дополнительная камера и полость рабочего цилиндра насоса соединены между собой напрямую, составляя общий объем, который почти в два раза превышает рабочий объем цилиндра насоса. Это фактически увеличивает мертвое пространство в рабочем цилиндре насоса и в соответствии с эффектом пневматического аккумулятора приводит к замедлению снижения давления в рабочем цилиндре насоса при такте всасывания. However, the disadvantage of this device is that the additional chamber and the cavity of the working cylinder of the pump are directly connected to each other, making up a total volume that is almost two times the working volume of the pump cylinder. This actually increases the dead space in the working cylinder of the pump and, in accordance with the effect of the pneumatic accumulator, slows down the decrease in pressure in the working cylinder of the pump during the suction stroke.

Остаточное давление в рабочем цилиндре способствует изменению знака момента вращения на коленчатом валу приводной части насоса. The residual pressure in the working cylinder contributes to a change in the sign of the torque on the crankshaft of the drive part of the pump.

Происходит это следующим образом. It happens as follows.

Цикл каждого рабочего цилиндра складывается из такта всасывания и такта нагнетания, а давление в нем соответственно меняется от давления вводимого газа до максимального давления нагнетания, и наоборот. The cycle of each working cylinder consists of a suction stroke and a discharge stroke, and the pressure in it accordingly changes from the pressure of the introduced gas to the maximum discharge pressure, and vice versa.

При этом секции насоса, находящиеся в такте нагнетания, создают прямой момент на коленвалу насоса, а секции, находящиеся в такте всасывания, - противомомент. At the same time, sections of the pump that are in the delivery stroke create a direct moment on the crankshaft of the pump, and sections that are in the suction stroke create a moment.

В некоторых фазах поворота коленвала насоса, когда сумма противомоментов превышает сумму прямых моментов, суммарный момент оказывается отрицательным. In some phases of the rotation of the pump crankshaft, when the sum of the torques exceeds the sum of the direct moments, the total moment is negative.

Для трехплунжерного насоса с дополнительными камерами такие условия возникают, когда одна из секций только вступает в такт всасывания, и давление в ее рабочей камере снизилось еще незначительно, вторая - находится в заключительной части такта всасывания (давление близко к минимальному), а третья находится в начальной стадии такта нагнетания (когда процесс сжатия только начался, и давление в рабочей камере не достигло еще больших значений). For a three-plunger pump with additional chambers, such conditions arise when one of the sections only enters the suction stroke, and the pressure in its working chamber decreases even slightly, the second is in the final part of the suction stroke (pressure is close to minimum), and the third is in the initial stages of the injection stroke (when the compression process has just begun, and the pressure in the working chamber has not reached even greater values).

Особенно существенно этот недостаток проявляется в получивших в последнее время в указанной области широкое распространение плунжерных насосах одностороннего действия с малым количеством плунжеров (например, в триплекс - насосах). Величина отрицательного момента достигается 10% от номинального при степенях сжатия, больших 10. При этом в приводной части насоса возникают удары вследствие наличия в нем технологических зазоров, что недопустимо, т. к. приводит к уменьшению долговечности насоса. This drawback is especially significant in recently received in the specified area widespread single-acting plunger pumps with a small number of plungers (for example, in triplex pumps). The magnitude of the negative moment is reached 10% of the nominal at compression ratios greater than 10. At the same time, shocks occur in the drive part of the pump due to the presence of technological gaps in it, which is unacceptable, since it leads to a decrease in the pump life.

Известна также установка для нагнетания аэрированной жидкости, содержащая источник газожидкостной смеси или газа и поршневой насос с клапанным распределением, в котором между выходом из рабочего цилиндра и нагнетательным клапаном установлена дополнительная (или бустерная) камера, соединенная через впускной клапан с источником газожидкостной смеси или газа. В дополнительной камере в зоне между ее впускным клапаном и выходом из рабочего цилиндра установлена разделительная перемычка, снабженная обратным клапаном, открываемом в сторону нагнетательного клапана, и дросселем, преимущественно регулируемым. (См. авт. свид. СССР N 1039295, кл. F 04 B 23/10, 1983). Это техническое решение может быть принято за прототип заявляемой установки. An installation for pumping aerated liquid is also known, containing a source of gas-liquid mixture or gas and a piston pump with valve distribution, in which between the outlet of the working cylinder and the discharge valve an additional (or booster) chamber is connected through an inlet valve to a source of gas-liquid mixture or gas. In the additional chamber in the area between its inlet valve and the outlet of the working cylinder, a dividing jumper is installed, equipped with a check valve that opens towards the discharge valve and a throttle, mainly adjustable. (See ed. Certificate of the USSR N 1039295, class F 04 B 23/10, 1983). This technical solution can be taken as a prototype of the claimed installation.

Введение в конструкцию установки разделительной перемычки с обратным клапаном, открываемым в сторону нагнетательного клапана, и дросселем обеспечивает уменьшение энергозатрат процесса нагнетания за счет исключения подпорного насоса, а также обеспечивает дозирование степени аэрирования жидкости в зависимости от требований эксплуатации. Однако и это установка имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что для предотвращения увеличения давления в рабочей полости насоса в такте всасывания (во избежание появления стука) процесс истечения из бустерной в рабочую камеру должен быть точно увязан с давлением нагнетания и скоростью плунжера. При постоянном диаметре дросселирующего отверстия в перемычке между указанными камерами это условие не обеспечивается, поскольку обе величины - давление нагнетания и скорость плунжера - являются переменными и сочетаются случайным образом. Давление нагнетания зависит от параметров скважины и меняется по мере заполнения последней газожидкостной смесью. Скорость же плунжера зависит от установленной передачи в трансмиссии привода плунжерного насоса и при этом меняется по синусоидальному закону в соответствии с фазой поворота коленчатого вала. The introduction to the installation design of a dividing jumper with a non-return valve that opens towards the discharge valve and a throttle provides a reduction in the energy consumption of the pumping process by eliminating the booster pump, and also provides for dosing the degree of aeration of the liquid depending on the operating requirements. However, this installation also has a significant drawback, namely, in order to prevent an increase in pressure in the working cavity of the pump in the suction stroke (to avoid knocking), the outflow from the booster to the working chamber must be precisely linked to the discharge pressure and the speed of the plunger. With a constant diameter of the throttling hole in the jumper between the indicated chambers, this condition is not provided, since both values — discharge pressure and plunger speed — are variable and randomly combined. The injection pressure depends on the parameters of the well and changes as the latter is filled with a gas-liquid mixture. The speed of the plunger depends on the installed gear in the transmission of the drive of the plunger pump and at the same time varies according to a sinusoidal law in accordance with the phase of rotation of the crankshaft.

Возможно также и засорение дроссельного отверстия между бустерной и рабочей камерами. Выполнение дросселя регулируемым при его расположении в перемычке между двумя указанными камерами весьма усложнит конструкцию, если вообще возможно. It is also possible clogging of the throttle hole between the booster and the working chamber. The implementation of the throttle adjustable when it is located in the jumper between the two specified cameras will greatly complicate the design, if at all possible.

Таким образом, выполнение перемычки с дроссельным отверстием между двумя указанными камерами не решает задачу избавления от указанных выше отрицательных моментов на коленчатом валу привода насосной установки, хотя и полезно с точки зрения устранения подпорного насоса. Thus, the implementation of a jumper with a throttle hole between the two chambers does not solve the problem of eliminating the above negative moments on the crankshaft of the pump drive unit, although it is useful from the point of view of eliminating the booster pump.

В связи с изложенным основной технической задачей, на решение которой направлено настоящее предлагаемое изобретение, является устранение отрицательных моментов на коленчатом валу привода бустерной насосной установки, что дает возможность использования для нагнетания газожидкостной смеси в процессе бурения и освоения скважин широкораспространенных плунжерных насосов с малым количеством плунжеров (в частности, триплекс - насосов), т.е. повышение надежности работы установки в целом, упрощение конструкции установки для нагнетания газожидкостной смеси, снижение ее массы и повышение долговечности. Для решения поставленной задачи установка для нагнетания газожидкостной смеси состоит из нескольких насосных секций возвратно-поступательного действия, каждая из которых включает рабочий цилиндр с образованной в нем рабочей камерой с поршневым элементом, всасывающий и нагнетательный клапаны, дополнительную (бустерную) камеру, в верхней части которой смонтирован указанный нагнетательный клапан, под которым размещен впускной клапан для сообщения этой камеры с независимым источником газа или газожидкостной смеси при выполнении такта всасывания, причем в нижней части дополнительной камеры, в месте сообщения ее с рабочей камерой, установлен разделительный клапан, открываемый в сторону нагнетательного клапана; приводной части, включающей коленчатый вал, и резервуара для перекачиваемой жидкости. In connection with the stated main technical problem, the solution of which the present invention is directed, is the elimination of negative moments on the crankshaft of the drive of the booster pump unit, which makes it possible to use wide-spread plunger pumps with a small number of plungers for pumping gas-liquid mixtures during the drilling and development of wells in particular, triplex - pumps), i.e. improving the reliability of the installation as a whole, simplifying the design of the installation for pumping a gas-liquid mixture, reducing its mass and increasing durability. To solve this problem, the installation for injecting a gas-liquid mixture consists of several pumping sections of reciprocating action, each of which includes a working cylinder with a working chamber with a piston element formed in it, suction and discharge valves, an additional (booster) chamber, in the upper part of which the indicated discharge valve is mounted, under which an inlet valve is placed for communication of this chamber with an independent source of gas or gas-liquid mixture during a cycle sasyvaniya, wherein the bottom of the additional chamber, messages in its place to the working chamber, an isolating valve openable in the direction of the discharge valve; the drive part, including the crankshaft, and the reservoir for the pumped liquid.

Характерной особенностью установки является то, что каждая ее насосная секция снабжена перепускным устройством, размещенным вне дополнительной камеры и сообщенным с нижней частью последней над разделительным клапаном и с резервуаром для перекачиваемой жидкости или с дополнительным потребителем, а поршневой элемент каждой насосной секции выполнен в виде плунжера. Указанное перепускное устройство выполнено в виде золотникового распределителя, снабженного линией управления, сообщенной с рабочей камерой соответствующей насосной секции. Кроме того, указанное перепускное устройство может быть выполнено в виде золотникового клапана, включающего корпус и размещенный в нем золотник, который механически соединен с коленчатым валом приводной части. Полость подвода жидкости клапана сообщена с дополнительной камерой, а полость отвода жидкости клапана - с резервуаром для перекачиваемой жидкости или с дополнительным потребителем. Помимо этого, указанное перепускное устройство может быть выполнено в виде тарельчатого клапана, включающего корпус и запорный орган. При этом последний механически соединен с коленчатым валом приводной части. Полость подвода жидкости клапана сообщена с дополнительной камерой соответствующей насосной секции, а полость отвода жидкости клапана - с резервуаром для перекачиваемой жидкости или с дополнительным потребителем. A characteristic feature of the installation is that each of its pump sections is equipped with a bypass device located outside the additional chamber and communicated with the lower part of the latter above the separation valve and with the reservoir for the pumped liquid or with an additional consumer, and the piston element of each pump section is made in the form of a plunger. The specified bypass device is made in the form of a spool valve provided with a control line communicated with the working chamber of the corresponding pump section. In addition, the specified bypass device can be made in the form of a spool valve, comprising a housing and a spool placed therein, which is mechanically connected to the crankshaft of the drive part. The valve fluid supply cavity is in communication with an additional chamber, and the valve fluid outlet cavity is connected with a reservoir for the pumped liquid or with an additional consumer. In addition, the specified bypass device can be made in the form of a poppet valve, comprising a housing and a locking element. In this case, the latter is mechanically connected to the crankshaft of the drive part. The valve fluid supply cavity is in communication with an additional chamber of the corresponding pump section, and the valve fluid outlet cavity is connected with a reservoir for the pumped liquid or with an additional consumer.

Примечание. Место отвода жидкости из дополнительной камеры устанавливается таким образом, чтобы в нижней части камеры над разделительным клапаном оставался гарантированный запас жидкости, исключающий попадание газовой фракции в рабочий цилиндр насоса. Note. The place of liquid drainage from the additional chamber is set so that in the lower part of the chamber above the separation valve there is a guaranteed supply of liquid, which prevents the gas fraction from entering the pump working cylinder.

Возможность осуществления настоящего предлагаемого изобретения доказывается использованием в отечественной практике способов нагнетания газожидкостной смеси с использованием поршневых насосов и устройств для их осуществления, разработанных и реализованных в ряде отечественных установок (см. приводные выше аналоги и прототип) при бурении и освоении нефтяных и газовых скважин. The possibility of implementing the present invention is proved by the use in domestic practice of methods of pumping a gas-liquid mixture using piston pumps and devices for their implementation, developed and implemented in a number of domestic installations (see the above analogues and prototype) when drilling and developing oil and gas wells.

Технические признаки, являющиеся отличительными для заявляемого устройства, могут быть реализованы с помощью средств, используемых в различных областях техники, в частности в области бурения и освоения нефтяных и газовых скважин: указанное перепускное устройство, размещенное вне дополнительной камеры, может быть выполнено в виде золотникового распределителя, золотникового или тарельчатого клапана, известных из гидравлики, механические и гидравлические соединения и трубопроводы также известны из общего машиностроения и обычны в практике нагнетания жидкостей. Technical features that are distinctive for the claimed device can be implemented using tools used in various fields of technology, in particular in the field of drilling and development of oil and gas wells: the specified bypass device, placed outside the additional chamber, can be made in the form of a spool valve , spool or poppet valves, known from hydraulics, mechanical and hydraulic couplings and pipelines are also known from general engineering and are common in practice tike fluid injection.

Отличительные признаки, отраженные в формуле изобретения, необходимы в достаточны для его осуществления, т.к. обеспечивают решение поставленной задачи - повышение надежности насосной установки в целом за счет устранения отрицательных моментов на коленчатом валу ее приводной части, упрощение конструкции установки - вместо конструктивно трудноосуществимого регулируемого дросселя внутри дополнительной камеры каждой насосной секции устанавливается перепускное устройство вне этой камеры. Distinctive features reflected in the claims are necessary in sufficient for its implementation, because provide a solution to the problem - increasing the reliability of the pump installation as a whole by eliminating negative moments on the crankshaft of its drive part, simplifying the design of the installation - instead of a structurally difficult to implement adjustable throttle inside the additional chamber of each pump section, a bypass device is installed outside this chamber.

Кроме того, заявляемое техническое решение позволяет с успехом применять для указанной цели широко распространившиеся в последнее время в практике бурения и освоения нефтяных и газовых скважин плунжерные насосы одинарного действия, включающие малое число плунжерных секций (например, триплекс-насосы), исключая снижение долговечности установки за счет устранения ударов в приводной части насоса, т.е. повышая его долговечность. In addition, the claimed technical solution makes it possible to successfully use single-acting plunger pumps, which include a small number of plunger sections (for example, triplex pumps), which are widely used recently in the practice of drilling and developing oil and gas wells, excluding reduced installation durability eliminating shock in the drive part of the pump, i.e. increasing its durability.

В дальнейшем настоящее предлагаемое изобретение поясняется примерами его выполнения, схематически изображенными на прилагаемых чертежах, на которых даны:
фиг. 1 - схематическое изображение установки для нагнетания газожидкостной смеси в соответствии с настоящим предлагаемым изобретением (показана одна секция плунжерного насоса одинарного действия; перепускное устройство выполнено в виде золотникового распределителя, размещенного вне дополнительной (бустерной) камеры и связанного линией управления с рабочей камерой насосной секции);
фиг.2 - вариант выполнения предлагаемого изобретения с перепускным устройством в виде золотникового клапана, смонтированного вне дополнительной камеры и механически связанного с приводной частью установки;
фиг. 3 - вариант выполнения изобретения с перепускным устройством в виде тарельчатого клапана, размещенного вне дополнительной камеры к механически связанного с приводной частью установки.Further, the present invention is illustrated by examples of its implementation, schematically depicted in the accompanying drawings, on which are given:
FIG. 1 is a schematic illustration of a gas-liquid mixture injection device in accordance with the present invention (one section of a single-action plunger pump is shown; the bypass device is made in the form of a spool valve located outside an additional (booster) chamber and connected by a control line to the working chamber of the pump section);
figure 2 is an embodiment of the invention with a bypass device in the form of a spool valve mounted outside the additional chamber and mechanically connected to the drive part of the installation;
FIG. 3 is an embodiment of the invention with a bypass device in the form of a poppet valve located outside of the additional chamber mechanically connected to the drive part of the installation.

В соответствии с настоящим предлагаемым изобретением устройство для нагнетания газожидкостной смеси содержит насос возвратно-поступательного действия (поршневой или плунжерный насос одинарного или двойного действия). На фиг. 1 показана одна секция плунжерного насоса одинарного действия 1, которая включает рабочий цилиндр 2 с образованной в нем рабочей камерой 3. В указанной камере размещен плунжер 4. Рабочая камера 3 сообщена с дополнительной (бустерной) камерой 5. In accordance with the present invention, a device for injecting a gas-liquid mixture comprises a reciprocating pump (single or double acting piston or plunger pump). In FIG. 1 shows one section of a single-acting plunger pump 1, which includes a working cylinder 2 with a working chamber 3 formed therein. A plunger 4 is placed in said chamber. The working chamber 3 is in communication with an additional (booster) chamber 5.

Плунжер 4 посредством механизма возвратно-поступательного действия 6, включающего коленчатый вал 7, связан с приводом насоса (на фиг. не показан). Рабочая камера 3 через всасывающий клапан 8 сообщена со всасывающим коллектором 9, сообщенным в свою очередь с резервуаром для нагнетаемой жидкости 10. В верхней части бустерной камеры 5 установлен нагнетательный клапан 11. Полость камеры 5 непосредственно над нагнетательным клапаном 11 сообщена с нагнетательным коллектором 12, по которому газожидкостная смесь может направляться к потребителю. Под нагнетательным клапаном 11 в бустерной камере 5 установлен впускной клапан 13, через который в камеру 5 от независимого источников (на фиг. не показан) подается под давлением газ или газожидкостная смесь. В нижней части бустерной камеры 5 в месте сообщения ее с рабочей камерой 3 установлен разделительный клапан 14. Нижняя часть бустерной камеры 5, непосредственно над разделительным клапаном 14 сообщена посредством отдельного трубопровода 15 со смонтированным вне бустарной камеры перепускным устройством 16. Последнее выполнено в виде золотникового распределителя, имеющего корпус 17, в котором размещен подпружиненный пружиной 18 золотник 19 (показан золотник катушкообразной формы). Полость корпуса распределительного устройства сообщена отдельным трубопроводом 20 с резервуаром для нагнетаемой жидкости 10. Линия управления 21 золотникового распределителя сообщена с рабочей камерой 3. The plunger 4 by means of a reciprocating mechanism 6, including the crankshaft 7, is connected to the pump drive (not shown in Fig.). The working chamber 3 through the suction valve 8 is in communication with the suction manifold 9, which, in turn, communicates with the reservoir for the pumped liquid 10. In the upper part of the booster chamber 5 is installed a discharge valve 11. The cavity of the chamber 5 directly above the discharge valve 11 is connected to the discharge manifold 12, to which the gas-liquid mixture can be sent to the consumer. Under the discharge valve 11, an inlet valve 13 is installed in the booster chamber 5, through which gas or a gas-liquid mixture is supplied under pressure from independent sources (not shown in Fig.). A separation valve 14 is installed in the lower part of the booster chamber 5 in the place of its communication with the working chamber 3. The lower part of the booster chamber 5, directly above the separation valve 14, is connected via a separate pipe 15 with a bypass device mounted outside the bust chamber 16. The latter is made in the form of a spool valve having a housing 17 in which a spool 19, spring-loaded with a spring 18, is placed (a spool-shaped spool is shown). The cavity of the switchgear housing is communicated by a separate pipe 20 with a reservoir for the pumped liquid 10. The control line 21 of the spool valve is connected to the working chamber 3.

В процессе работы при выполнении такта всасывания плунжер 4 перемещается из крайнего левого положения (как это показано на фиг.1) в крайнее правое положение посредством механизма возвратно-поступательного действия 6, 7. In the process, when performing a suction stroke, the plunger 4 is moved from the extreme left position (as shown in figure 1) to the extreme right position by means of a reciprocating mechanism 6, 7.

Перекачиваемая жидкость из коллектора 9, связанного с резервуаром 10 через всасывающий клапан 8, попадает в рабочую камеру 3. При этом вследствие создаваемого разрежения и воздействия пружины 18 золотник 19 перемещается в нижнее положение, сообщая посредством трубопроводов 15 и 20 нижнюю часть бустерной камеры 5 с резервуаром 10, в результате чего находящаяся в нижней части бустерной камеры 5 жидкость под давлением газа (или газожидкостной смеси), нагнетаемого от независимого источника в бустерную камеру 5 через впускной клапан 13, вытесняется в резервуар 10 (или к дополнительному потребителю). The pumped liquid from the manifold 9, connected to the reservoir 10 through the suction valve 8, enters the working chamber 3. In this case, due to the created vacuum and the action of the spring 18, the spool 19 moves to the lower position, communicating through the pipelines 15 and 20 the lower part of the booster chamber 5 with the reservoir 10, as a result of which the liquid located in the lower part of the booster chamber 5 under pressure from a gas (or gas-liquid mixture) pumped from an independent source into the booster chamber 5 through the inlet valve 13 is displaced into p reservoir of 10 (or an additional consumer).

Таким образом, к концу такта всасывания в нижней части бустерной камеры 5 находится небольшое количество жидкости, а в верхней части - газожидкостная смесь или газ. Разделительный клапан 14 при этом закрыт. И, поскольку камеры 3 и 5 разъединены, то не требуется создания избыточного давления с помощью подпорного насоса, встроенного в коллектор, как это имеет место в аналоге по авт. свид. СССР N 714044, F 04 B 23/10. А так как из камеры 5 жидкость разгружается в резервуар 10 благодаря работе перепускного устройства 16, в рабочей камере насоса при такте всасывания не будет возникать повышенного давления, и, как следствие, не возникнут отрицательные моменты на коленчатом валу приводной части установки. Thus, at the end of the suction stroke, a small amount of liquid is in the lower part of the booster chamber 5, and a gas-liquid mixture or gas is in the upper part. The isolation valve 14 is thus closed. And, since chambers 3 and 5 are disconnected, it is not necessary to create excess pressure using a booster pump built into the collector, as is the case in the analogue of ed. testimonial. USSR N 714044, F 04 B 23/10. And since the liquid is discharged from the chamber 5 to the tank 10 due to the operation of the bypass device 16, there will be no increased pressure in the working chamber of the pump during the suction stroke, and, as a result, negative moments will not arise on the crankshaft of the drive part of the installation.

При выполнении насосной секцией 1 такта нагнетания плунжер 4 с помощью механизма возвратно-поступательного действия 6, 7 перемещается из крайнего правого положения в крайнее левое. Всасывающий клапан 8 при этом закрыт, и перекачиваемая жидкость из камеры 3 через разделительный клапан 14 вытесняется в бустерную камеру 5, сжимая находящуюся в ней газожидкостную смесь до давления нагнетания, при котором открывается нагнетательный клапан 11, и указанная смесь поступает через нагнетательный коллектор 12 к потребителю. When the pump section 1 performs the pumping stroke, the plunger 4 is moved from the extreme right to the left using the reciprocating mechanism 6, 7. At the same time, the suction valve 8 is closed, and the pumped liquid from the chamber 3 through the separation valve 14 is displaced into the booster chamber 5, compressing the gas-liquid mixture inside it to the discharge pressure, at which the discharge valve 11 opens, and this mixture flows through the discharge manifold 12 to the consumer .

При этом золотник 19 под давлением жидкости в управляющем трубопроводе 21 перемещается из крайнего нижнего в крайнее верхнее положение, преодолевая сопротивление пружины 18 и разделяя сообщение между трубопроводами 15 и 19, а следовательно, между бустерной камерой 5 и резервуаром 10. Далее цикл работы установки повторяется. In this case, the spool 19 under fluid pressure in the control pipe 21 moves from the lowest to the highest position, overcoming the resistance of the spring 18 and separating the message between the pipelines 15 and 19, and therefore between the booster chamber 5 and the tank 10. Next, the installation cycle is repeated.

Таким образом, удается осуществить работу установки с плунжерными насосными секциями для нагнетания газожидкостной смеси с использованием бустерного эффекта без отрицательного воздействия на ее природную часть. Thus, it is possible to carry out the operation of the installation with plunger pump sections for pumping a gas-liquid mixture using the booster effect without negatively affecting its natural part.

На фиг. 2 показан вариант выполнения изобретения, в котором перепускное устройство 16, размещенное вне бустерной камеры 5, выполнено в виде золотникового клапана. Последний содержит корпус 22 и размещенный в нем золотник 23. Золотник 23 механически (с помощью шарнирно скрепленных друг с другом тяг 24 и 25) соединен с коленчатым валом 7. Полость подвода жидкости 26 корпуса 22 клапана сообщена трубопроводом 27 с нижней частью дополнительной камеры 5 соответствующей насосной секции; а полость отвода жидкости 28 корпуса 22 клапана - посредством трубопровода 29 - с резервуаром 10. In FIG. 2 shows an embodiment of the invention in which the bypass device 16, located outside the booster chamber 5, is made in the form of a slide valve. The latter comprises a housing 22 and a spool 23 located therein. The spool 23 is mechanically (using rods 24 and 25 pivotally connected to each other) connected to the crankshaft 7. The fluid supply cavity 26 of the valve housing 22 is connected by a pipe 27 to the lower part of the additional chamber 5 corresponding pump section; and the drainage cavity 28 of the valve body 22 — through the pipe 29 — with the reservoir 10.

В процессе работы при начале такта всасывания соответствующей насосной секции, определяемого положением коленчатого вала 7, происходят открытие перепускного устройства 16 путем перемещения золотника 23 с помощью шарнирно соединенных тяг 24 и 25 и перепуск жидкости по трубопроводам 27 и 29 из бустерной камеры 5 через сообщенные между собой полости 26 и 28 в резервуар 10. In the process, at the beginning of the suction stroke of the corresponding pump section, determined by the position of the crankshaft 7, the bypass device 16 opens by moving the spool 23 using pivotally connected rods 24 and 25 and the liquid is bypassed through pipelines 27 and 29 from the booster chamber 5 through interconnected cavities 26 and 28 into the reservoir 10.

При выполнении такта нагнетания шарнирно соединенные тяги 24 и 25 благодаря повороту коленчатого вала 7 переводят золотник 23 в положение разобщения полостей 26 и 28 (т.е. переводят клапан в закрытое положение). Всасывающий клапан 8 при этом закрыт, и перекачиваемая жидкость (также как и в первом варианте выполнения изобретения) из камеры 3 через разделительный клапан 14 вытесняется в бустерную камеру 5, сжимая находящуюся в ней газожидкостную смесь до давления нагнетания, при котором открывается нагнетательный клапан 11 и указанная смесь поступает через нагнетательный коллектор 12 к потребителю. When the discharge stroke is performed, the articulated thrusts 24 and 25, due to the rotation of the crankshaft 7, move the spool 23 to the uncoupling position of the cavities 26 and 28 (i.e., move the valve to the closed position). The suction valve 8 is thus closed, and the pumped liquid (as in the first embodiment) from the chamber 3 through the separation valve 14 is forced into the booster chamber 5, compressing the gas-liquid mixture inside it to the discharge pressure, at which the discharge valve 11 is opened and the specified mixture enters through the discharge manifold 12 to the consumer.

Еще один вариант выполнения изобретения (не меняющий его сути) предусматривает выполнение перепускного устройства 16 в виде смонтированного вне бустерной камеры 5 тарельчатого клапана (фиг.3), включающего корпус 30 и тарельчатый запорный орган 31, приспособленный к взаимодействию с образованным в корпусе 30 седлом 32. Механически с помощью шарнирно соединенных между собой подпружиненной пружиной 34 тяги 35 и тяги 36 запорный орган 31 соединен с коленчатым валом 7 приводной части насосной установки. Another embodiment of the invention (without changing its essence) involves the implementation of the bypass device 16 in the form of a poppet valve mounted outside the booster chamber 5 (Fig. 3), comprising a housing 30 and a poppet locking member 31 adapted to interact with a seat 32 formed in the housing 30 Mechanically, by means of a rod 35 of a rod 35 and a rod 36 pivotally interconnected by a spring 34, the locking member 31 is connected to the crankshaft 7 of the drive part of the pump unit.

Полость подвода жидкости 37 корпуса 30 сообщена трубопроводом 27 с нижней частью бустерной камеры 5, а полость отвода жидкости 38 корпуса 30 - посредством трубопровода 29 с резервуаром 10. The fluid supply cavity 37 of the housing 30 is communicated by a pipe 27 to the lower part of the booster chamber 5, and the fluid discharge cavity 38 of the housing 30 is connected by a pipe 29 to the reservoir 10.

Работа этого варианта выполнения изобретения осуществляется также, как и в предыдущем варианте с золотниковым клапаном. The operation of this embodiment of the invention is carried out as in the previous embodiment with a slide valve.

Во всех вариантах выполнения изобретения запорный (перекрывающий) орган перепускного устройства 16 (катушкообразный золотник 19 - в первом варианте, золотник 23 - во втором и тарель 31 - в третьем варианте) имеют дросселирующие кромки 39, 40 и 41, которые взаимодействуют с кромками соответственно корпусов 17 и 22 и седла 32, обеспечивая точную увязку процесса истечения жидкости из бустерной камеры 5. In all embodiments of the invention, the locking (overlapping) organ of the bypass device 16 (spool-like spool 19 in the first embodiment, spool 23 in the second and plate 31 in the third embodiment) have throttling edges 39, 40 and 41, which interact with the edges of the housings, respectively 17 and 22 and seats 32, providing accurate coordination of the process of fluid outflow from the booster chamber 5.

Кроме того, линия управления веретенообразного золотника 19 снабжена дросселем и обратным клапаном 42 для возможности регулирования времени возвращения золотника в исходное (нижнее) положение. Указанными конструктивными особенностями обеспечивается согласование времени истечения жидкости из дополнительной камеры со скоростью перемещения плунжера насоса и с давлением нагнетания. In addition, the control line of the spindle-shaped spool 19 is equipped with a throttle and a check valve 42 to control the time the spool returns to its initial (lower) position. The indicated design features ensure the coordination of the time of fluid flow from the additional chamber with the speed of movement of the pump plunger and with the discharge pressure.

Claims

1. Installation for pumping a gas-liquid mixture, consisting of several pump sections of reciprocating action, each of which includes a working cylinder with a working chamber with a piston element formed in it, suction and discharge valves, an additional (booster) chamber, in the upper part of which is mounted the specified discharge valve, under which there is an inlet valve for communication of this chamber with an independent source of gas or gas-liquid mixture during the suction stroke, and in the lower h Part of the additional chamber, in the place where it communicates with the working chamber, a separation valve is installed, which opens towards the discharge valve, the drive part, including the crankshaft, and the pumped liquid reservoir, characterized in that each pump section of the installation is equipped with a bypass device located outside the additional chamber and communicated with the lower part of the latter above the separation valve and with the reservoir for the pumped liquid or with an additional consumer, and the piston element of each osnoy section is designed as a plunger.

2. Installation according to claim 1, characterized in that said bypass device is made in the form of a spool valve provided with a control line communicated with the working cavity of the corresponding pump section.

3. Installation according to claim 1, characterized in that said bypass device is made in the form of a spool valve, comprising a housing and a spool located in it, the spool being mechanically connected to the crankshaft of the drive part, the valve fluid supply cavity is communicated with an additional chamber of the corresponding pump section and the valve fluid outlet cavity is with a reservoir for the pumped liquid or with an additional consumer.

4. The installation according to claim 1, characterized in that the bypass device is made in the form of a poppet valve, comprising a housing and a shut-off element, the latter being mechanically connected to the crankshaft of the drive part, the valve fluid supply cavity is in communication with an additional chamber of the corresponding pump section, and valve fluid outlet cavity - with a reservoir for the pumped liquid or with an additional consumer.