RU2151912C1

RU2151912C1 - Installation for injection of liquid-gas mixture

Info

Publication number: RU2151912C1
Application number: RU98102045A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Мартынов; Л.П. Пешков; Ю.С. Лопатин
Original assignee: Закрытое акционерное общество НПАК "РАНКО"
Priority date: 1998-02-09
Filing date: 1998-02-09
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 cylinder with a working chamber formed in it and a piston member, suction and delivery valves, additional chamber with the delivery valve installed in its upper part for communication of this chamber with an independent gas or liquid-gas mixture source at a suction stroke. The driving gear incorporates a crankshaft. The reservoir for transferred liquid, and the suction manifold communicate with the above reservoir. The piston member of each pump section is made in the form of a plunger provided with an additional piston comprising the piston member with a rod located in the additional chamber aligned with the pump working chamber. Installed in the body of the piston member are a check valve, opening at a suction stroke, and a throttle valve. The piston chamber of the additional piston communicates with the additional valve assembly , communicating, in turn, with the suction manifold of the installation. The additional valve assembly has a body accommodating the suction and delivery valves. The chamber of this body under the suction valve communicates with the suction manifold of the installation, and the chamber above the delivery valve - with the lower part of the booster chamber. The rod of the additional piston is rigidly linked with the plunger. The additional chamber may be made in the form of an extension piece rigidly fastened to the working cylinder of the pump section. A modification of the invention provides for making the additional chamber inside the plunger and making in the rod of an additional piston of a through duct communicating with the body chamber of the additional valve assembly. The rod may be rigidly attached to the cover of the working cylinder. One more modification provides for an additional valve assembly with one valve member. EFFECT: prevented negative torques on the crankshaft of the installation drive, enhanced reliability of operation, reduced mass and enhanced durability.

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, которое может быть принято за прототип заявляемого технического решения. 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, which can be taken as a prototype of the claimed technical solution.

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. 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 the total volume. 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 коленчатом валу насоса, а секции, находящиеся в такте всасывания, - противомомент. In this case, sections of the pump that are in the discharge 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 достигает 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 reaches 10% of the nominal with compression ratios greater than 10. Moreover, 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.

В связи с изложенным основной технической задачей, на решение которой направлено настоящее предлагаемое изобретение, является исключение отрицательных моментов на коленчатом валу привода установки для нагнетания газожидкостной смеси (и соответственно ударов в приводной части), что дает возможность использовать при бурении и освоении скважин широкораспространенные плунжерные насосы с малым числом плунжеров, в частности, триплекс-насосы, т.е. повышение надежности работы установки в целом, упрощение и удешевление ее конструкции, за счет исключения отдельного подпорного насоса с его системами привода, обвязки и управления, а также снижение массы установки и повышение ее долговечности. Для решения поставленной технической 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; приводной части, включающей коленчатый вал; резервуара для перекачиваемой жидкости и всасывающего коллектора, сообщенного с указанным резервуаром. In connection with the stated main technical task to which the present invention is directed, is the elimination of negative moments on the crankshaft of the drive of the installation for pumping a gas-liquid mixture (and, accordingly, impacts in the drive part), which makes it possible to use widespread plunger pumps when drilling and developing wells with a small number of plungers, in particular triplex pumps, i.e. improving the reliability of the installation as a whole, simplifying and reducing the cost of its design, by eliminating a separate booster pump with its drive, strapping and control systems, as well as reducing the weight of the installation and increasing its durability. To solve the technical problem, the gas-liquid mixture injection unit consists 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 which mounted the specified discharge valve, under which an inlet valve is placed to communicate this chamber with an independent source of gas or gas-liquid mixture during Lack of suction; a drive part including a crankshaft; the reservoir for the pumped liquid and the suction manifold in communication with the specified reservoir.

Характерной особенностью установки является то, что поршневой элемент каждой насосной секции выполнен в виде плунжера, снабженного дополнительным поршнем, включающим поршневой элемент со штоком, размещенный в дополнительной камере, соосной с рабочей камерой насоса. При этом в теле указанного поршневого элемента установлены открывающийся при такте нагнетания обратный клапан и дроссель. Поршневая камера дополнительного поршня сообщена с дополнительным клапанным узлом, сообщенным, в свою очередь, со всасывающим коллектором установки. Дополнительный клапанный узел включает корпус с размещенными в нем всасывающим и нагнетательным клапанами. Полость корпуса под всасывающим клапаном сообщена со всасывающим коллектором установки, а полость над нагнетательным клапаном - с нижней частью бустерной камеры. Шток дополнительного поршня может быть жестко связан с плунжером, а дополнительная камера может быть выполнена в виде наставки-удлинителя, жестко скрепленной с рабочим цилиндром. Дополнительная камера может также быть выполнена в плунжере каждой насосной секции. При этом в штоке дополнительного поршня выполнен сквозной осевой канал, сообщенный с полостью корпуса дополнительного клапанного узла. Шток в этом случае жестко скреплен с крышкой рабочего цилиндра. Дополнительный клапанный узел может включать корпус и один клапанный элемент, открывающийся при всасывании. При этом полость корпуса над клапанным элементом сообщена с поршневой камерой дополнительного поршня и с полостью рабочей камеры насосной секции под ее всасывающим клапаном, а полость корпуса под клапанным элементом - со всасывающим коллектором. A characteristic feature of the installation is that the piston element of each pump section is made in the form of a plunger equipped with an additional piston, including a piston element with a rod, placed in an additional chamber, coaxial with the working chamber of the pump. At the same time, a check valve and a throttle are opened in the body of the specified piston element, which opens during the pumping stroke. The piston chamber of the additional piston is in communication with the additional valve assembly, which, in turn, communicates with the intake manifold of the installation. The additional valve assembly includes a housing with suction and discharge valves located therein. The body cavity under the suction valve is in communication with the suction manifold of the installation, and the cavity above the discharge valve with the bottom of the booster chamber. The rod of the additional piston can be rigidly connected with the plunger, and the additional camera can be made in the form of extensions-extension, rigidly fastened to the working cylinder. An additional chamber may also be provided in the plunger of each pump section. At the same time, a through axial channel is made in the rod of the additional piston, which is in communication with the cavity of the housing of the additional valve assembly. The stem in this case is rigidly fastened to the cover of the working cylinder. The additional valve assembly may include a housing and one valve member opening upon suction. In this case, the body cavity above the valve element is in communication with the piston chamber of the additional piston and with the cavity of the working chamber of the pump section under its suction valve, and the body cavity under the valve element with the suction manifold.

Возможность осуществления настоящего предлагаемого изобретения доказывается использованием в отечественной и зарубежной практике способов нагнетания газожидкостной смеси с использованием поршневых насосов и устройств для их осуществления, разработанных и реализованных в ряде отечественных установок при бурении и освоении нефтяных и газовых скважин (см. приводимые выше аналог и прототип). The possibility of implementing the present invention is proved by the use in domestic and foreign 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 for drilling and development of oil and gas wells (see the above analogue and prototype) .

Технические признаки, являющиеся отличительными для заявляемой установки (дополнительный поршень, дополнительный клапанный узел, обратный клапан, дроссель и др.) могут быть реализованы с помощью средств, используемых в различных областях техники и, в частности, при бурении и освоении нефтяных и газовых скважин. Technical features that are distinctive for the claimed installation (additional piston, additional valve assembly, check valve, throttle, etc.) can be implemented using tools used in various fields of technology and, in particular, when drilling and developing oil and gas wells.

Отличительные признаки, отраженные в формуле изобретения, необходимы и достаточны для его осуществления, т.к. обеспечивают решение поставленной задачи - повышение надежности установки в целом за счет устранения отрицательных моментов на коленчатом валу ее приводной части, упрощение конструкции установки - исключение подпорного насоса и его привода. Кроме того, оно позволяет с успехом применять плунжерные насосы, хорошо зарекомендовавшие себя в последнее десятилетие при бурении нефтяных и газовых скважин. Distinctive features reflected in the claims are necessary and sufficient for its implementation, because provide a solution to the problem - increasing the reliability of the installation as a whole by eliminating negative moments on the crankshaft of its drive part, simplifying the design of the installation - eliminating the booster pump and its drive. In addition, it allows the successful use of plunger pumps, which have proven themselves in the last decade in the drilling of oil and gas wells.

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) с дополнительным поршнем, жестко связанным с плунжером указанной секции и размещенным в наставке-удлинителе рабочего цилиндра секции;
фиг. 2 - вариант выполнения изобретения, характеризующийся расположением дополнительного поршня в полости, выполненной в плунжере секции плунжерного насоса и со штоком дополнительного поршня, жестко связанным с рабочим цилиндром секции;
фиг. 3 - вариант выполнения изобретения, характеризующийся выполнением дополнительного клапанного узла, включающего корпус и один клапанный элемент, открывающийся при такте всасывания, и сообщенный с поршневой камерой дополнительного поршня, со всасывающим коллектором установки и с полостью рабочей камеры насосной секции под ее всасывающим клапаном.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 an apparatus for injecting a gas-liquid mixture in accordance with the present invention (one section of a single-acting plunger pump is shown) with an additional piston rigidly connected to the plunger of the indicated section and placed in the extension cylinder extension of the section;
FIG. 2 is an embodiment of the invention, characterized by the location of the additional piston in the cavity made in the plunger of the section of the plunger pump and with the rod of the additional piston rigidly connected to the working cylinder of the section;
FIG. 3 is an embodiment of the invention, characterized by the implementation of an additional valve assembly including a housing and one valve element that opens during the suction stroke, and communicated with the piston chamber of the additional piston, with the suction manifold of the installation and with the cavity of the working chamber of the pump section under its suction valve.

В соответствии с настоящим предполагаемым изобретением установка для нагнетания газожидкостной смеси состоит из нескольких насосных секций возвратно-поступательного действия (на фиг. 1 показана одна секция плунжерного насоса 1 одинарного действия). Каждая секция включает рабочий цилиндр 2 с образованной в нем рабочей камерой 3. В указанной камере размещен поршневой элемент, выполненный в виде плунжера 4. Рабочая камера 3 сообщена с дополнительной (бустерной) камерой 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 непосредственно над нагнетательным клапаном 11 сообщена с нагнетательным коллектором 12, по которому газожидкостная смесь гложет направляться к потребителю. Под нагнетательным клапаном 11 в бустерной камере 5 установлен впускной клапан 13, по которому в камеру 5 от независимого источника (на фиг. не показан) подается под давлением газ или газожидкостная смесь. Плунжер 4 снабжен дополнительным поршнем 14, включающим поршневой элемент со штоком 15. При этом в теле указанного поршневого элемента установлены обратный клапан 16, открывающийся при такте нагнетания, и дроссель 17. In accordance with the present proposed invention, the gas-liquid mixture injection unit consists of several pump sections of reciprocating action (in Fig. 1, one section of a single-acting plunger pump 1 is shown). Each section includes a working cylinder 2 with a working chamber 3 formed therein. A piston element made in the form of a plunger 4 is placed in said chamber. The working chamber 3 is in communication with an additional (booster) chamber 5. Plunger 4 by means of a reciprocating action 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 directly above the discharge valve 11 is in communication with the discharge manifold 12, by 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 an independent source (not shown in Fig.). The plunger 4 is equipped with an additional piston 14, which includes a piston element with a rod 15. At the same time, a check valve 16, which opens during the injection stroke, and a throttle 17 are installed in the body of the specified piston element.

Поршневой элемент дополнительного поршня 14 размещен в дополнительной камере 25, соосной с рабочей камерой насоса. Поршневая полость 27 дополнительной камеры 25 каждой насосной секции 1 сообщена трубопроводом 18 с центральной частью полости 19 дополнительного клапанного узла 20, включающего всасывающий клапан 21 и нагнетательный клапан 22. При этом полость 19 указанного корпуса под всасывающим клапаном 21 сообщена трубопроводом 23 со всасывающим коллектором 9 установки, а полость 19 над нагнетательным клапаном 22 сообщена трубопроводом 24 с нижней частью бустерной камеры 5. Шток 15 дополнительного поршня 14 жестко связан с плунжером 4, а дополнительная камера 25 для размещения дополнительного поршня 14 выполнена в виде полой наставки-удлинителя, жестко скрепленной с рабочим цилиндром 2. В дополнительной камере 25 образованы штоковая 26 и поршневая 27 полости. The piston element of the additional piston 14 is placed in the additional chamber 25, coaxial with the working chamber of the pump. The piston cavity 27 of the additional chamber 25 of each pump section 1 is connected by a pipe 18 to the central part of the cavity 19 of the additional valve assembly 20, including a suction valve 21 and a discharge valve 22. In this case, the cavity 19 of the said housing under the suction valve 21 is communicated by a pipe 23 with a suction manifold 9 and the cavity 19 above the discharge valve 22 is connected by a pipe 24 to the lower part of the booster chamber 5. The rod 15 of the additional piston 14 is rigidly connected to the plunger 4, and the additional chamber 25 for placement of the additional piston 14 is made in the form of a hollow extension extension, rigidly fastened to the working cylinder 2. In the additional chamber 25, a rod 26 and a piston cavity 27 are formed.

Описание работы установки. Description of the installation.

Вначале несколькими возвратно-поступательными движениями плунжера 4 заполняется рабочая камера 3 насосной секции 1 жидкостью через всасывающий клапан 8 из всасывающего коллектора 9, соединенного с резервуаром 10, без подачи газа или газожидкостной смеси через впускной клапан 13. Далее, после подачи газа через впускной клапан 13 работа установки осуществляется следующим образом. При выполнении такта всасывания плунжер 4 перемещается из крайнего левого положения (фиг. 1) в крайнее правое посредством механизма возвратно-поступательного действия 6, 7. Вместе с плунжером 4 вправо в дополнительной камере 25 внутри наставки - удлинителя перемещается дополнительный поршень 14, жестко связанный штоком 15 с плунжером 4. First, a plurality of reciprocating movements of the plunger 4 fills the working chamber 3 of the pump section 1 with liquid through the suction valve 8 from the suction manifold 9 connected to the reservoir 10 without supplying gas or gas-liquid mixture through the inlet valve 13. Then, after the gas has been supplied through the inlet valve 13 the operation of the installation is as follows. When the suction stroke is performed, the plunger 4 is moved from the extreme left position (Fig. 1) to the extreme right by means of the reciprocating mechanism 6, 7. Together with the plunger 4 to the right in the additional chamber 25 inside the extension, an additional piston 14 is rigidly connected by the rod 15 with plunger 4.

Объем, освобождаемый плунжером 4, заполняется жидкостью из бустерной камеры 5, понижая уровень в последней и обеспечивая возможность введения в освободившееся пространство газа или газожидкостной смеси через впускной клапан 13. The volume released by the plunger 4 is filled with liquid from the booster chamber 5, lowering the level in the latter and allowing gas or gas-liquid mixture to be introduced into the vacant space through the inlet valve 13.

При этом находящаяся в штоковой полости 26 жидкость перетекает в поршневую полость 27 через дроссель 17, а обратный клапан 16 в поршне 14 закрыт. Перепад давления на дросселе 17 создает на дополнительном поршне 14 силу, противодействующую ускоренному перемещению плунжера 4 под действием давления газожидкостной смеси, находящейся в бустерной камере 5, за счет чего предотвращается возникновение отрицательного момента на коленчатом валу 7 привода насоса. When this is located in the rod cavity 26, the fluid flows into the piston cavity 27 through the throttle 17, and the check valve 16 in the piston 14 is closed. The pressure drop across the throttle 17 creates a force on the additional piston 14 that counteracts the accelerated movement of the plunger 4 under the pressure of the gas-liquid mixture in the booster chamber 5, thereby preventing the occurrence of a negative moment on the crankshaft 7 of the pump drive.

Таким образом, часть поршневой полости 27 заполняется через дроссель 17 в поршне 14 за счет перетекания в нее жидкости из штоковой полости 26. Остальной объем поршневой полости заполняется жидкостью, поступающей при такте всасывания из всасывающего коллектора 9 через трубопровод 23, всасывающий клапан 21 и трубопровод 18. Нагнетательный клапан 22 дополнительного клапанного узла 20 при этом закрыт давлением газожидкостной смеси, передающимся из бустерной камеры 5 по трубопроводу 24. Thus, a part of the piston cavity 27 is filled through the throttle 17 in the piston 14 due to the flow of liquid from the rod cavity 26 into it. The remaining volume of the piston cavity is filled with liquid entering the suction manifold 9 through the pipe 23, the suction valve 21 and the pipe 18 The discharge valve 22 of the additional valve assembly 20 is thus closed by the pressure of the gas-liquid mixture transmitted from the booster chamber 5 through the pipe 24.

Следовательно, к концу такта всасывания в нижней части бустерной камеры 5 находится некоторое количество жидкости, в верхней части - газожидкостная смесь или газ, а в поршневой полости 27 дополнительной камеры 25 - жидкость, поступившая в нее из всасывающего коллектора 9 и из штоковой полости 26. Therefore, at the end of the suction stroke, there is a certain amount of liquid in the lower part of the booster chamber 5, a gas-liquid mixture or gas in the upper part, and the liquid received in it from the intake manifold 9 and from the rod cavity 26 in the piston cavity 27 of the additional chamber 25.

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 рабочей камеры 3 вытесняется в бустерную камеру 5, сжимая находящуюся в ней газожидкостную смесь (или газ), поступающую через впускной клапан 13 от независимого источника, до давления нагнетания, при котором открывается нагнетательный клапан 11, и указанная смесь поступает по нагнетательному коллектору 12 к потребителю. При этом жидкость, находящаяся в дополнительной камере 25, перетекает из поршневой полости 27 в штоковую полость 26 через обратный клапан 16 в дополнительном поршне 14, не создавая значительного сопротивления перемещению плунжера 4. В то же время жидкость из поршневой полости 27 вытесняется поршнем 14 через трубопровод 18, нагнетательный клапан 22 дополнительного клапанного узла 20 и трубопровод 24 в нижнюю часть бустерной камеры 5, восполняя 5-10% расхода установки, идущего на создание проточного жидкостного поршня. Всасывающий клапан 21 при этом закрыт. Далее цикл работы насосной секции установки повторяется. Таким образом удается осуществить работу установки с плунжерными насосными секциями для нагнетания газожидкостной смеси с использованием бустерного эффекта без отрицательного воздействия на ее приводную часть и без применения отдельного подпорного насоса. 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 working chamber 3 is forced into the booster chamber 5, compressing the gas-liquid mixture (or gas) inside it, which flows through the inlet valve 13 from an independent source, to the discharge pressure at which the discharge valve 11 opens , and the specified mixture enters the discharge manifold 12 to the consumer. In this case, the liquid in the additional chamber 25 flows from the piston cavity 27 into the rod cavity 26 through the check valve 16 in the additional piston 14, without creating significant resistance to the movement of the plunger 4. At the same time, the liquid from the piston cavity 27 is displaced by the piston 14 through the pipeline 18, the discharge valve 22 of the additional valve assembly 20 and the pipe 24 to the lower part of the booster chamber 5, replenishing 5-10% of the flow rate of the installation, which goes to create a flowing fluid piston. The suction valve 21 is thus closed. Next, the cycle of operation of the pump section of the installation is repeated. Thus, it is possible to carry out the operation of the installation with plunger pump sections for pumping a gas-liquid mixture using a booster effect without negatively affecting its drive part and without using a separate booster pump.

Показанный на фиг. 2 вариант выполнения изобретения характеризуется тем, что в плунжере 4 выполнена дополнительная камера в виде полости 28, в которой размещен дополнительный поршень 29 с поршневым элементом 30 и штоком 31. Дополнительный поршень 29 делит полость 28 на две части - поршневую 32 и штоковую 33. В теле поршневого элемента 30 установлены обратный клапан 34 и дроссель 35. Шток 31 дополнительного поршня 29 жестко скреплен с крышкой 36 рабочего цилиндра 2. В штоке 31 выполнен сквозной осевой канал 37, сообщенный трубопроводом 18 с центральной частью полости 19 дополнительного клапанного узла 20. Другой конец осевого канала 37 выведен через поршневой элемент 30 дополнительного поршня 29 в поршневую часть 32 полости 28, выполненной в плунжере 4. Shown in FIG. 2 embodiment of the invention is characterized in that in the plunger 4 there is an additional chamber in the form of a cavity 28, in which an additional piston 29 with a piston element 30 and a rod 31 is placed. An additional piston 29 divides the cavity 28 into two parts - piston 32 and rod 33. B a check valve 34 and a throttle 35 are installed in the body of the piston element 30. The piston rod 31 of the additional piston 29 is rigidly fastened to the cover 36 of the working cylinder 2. In the rod 31 there is a through axial channel 37 communicated by the pipe 18 with the central part of the cavity 19; nogo valve assembly 20. The other end of the axial passage 37 discharged through the piston member 30 of the auxiliary piston 29 into the piston portion 32 of the cavity 28 formed in the plunger 4.

В процессе работы при такте всасывания, осуществляемом насосной секцией 1, плунжер 4 перемещается из крайнего левого положения в крайнее правое, понижая уровень жидкости в бустерной камере 5 и обеспечивая возможность заполнения освободившегося пространства газом или газожидкостной смесью через впускной клапан 13. Одновременно находящаяся в штоковой части 33 полости 28 жидкость перетекает через дроссель 35 в поршневую часть 32 полости 28, чем предотвращается обратный толчок плунжера под действием давления газожидкостной смеси в бустерной камере, который приводит к возникновению отрицательного момента на коленчатом валу 7 приводной части установки в такте всасывания. При всасывании жидкость также поступает из всасывающего коллектора через трубопровод 23, всасывающий клапан 21 дополнительного клапанного узла 20, трубопровод 18 и осевой канал 37 в штоке 31 в поршневую часть 32 полости 28. В процессе нагнетания плунжер 4 движется из крайнего правого положения в крайнее левое, и перекачиваемая жидкость вытесняется из рабочей камеры 3 в бустерную камеру 5, сжимая находящуюся в ней газожидкостную смесь (или газ), поступающую через впускной клапан 13 от независимого источника, до давления, при котором открывается нагнетательный клапан 11, и указанная смесь поступает по нагнетательному коллектору 12 к потребителю. При этом часть жидкости, находящаяся в поршневой части 32 полости 28,перетекает в штоковую часть 33 полости 28 через обратный клапан 34, а остальная жидкость поступает из поршневой части 32 полости 28 через осевой канал 37, трубопровод 18, нагнетательный клапан 22 дополнительного клапанного узла 20 и трубопровод 24 в нижнюю часть бустерной камеры 5 (всасывающий клапан 21 дополнительного клапанного узла 20 при этом закрыт), компенсируя, таким образом, расход жидкости на создание проточного жидкостного поршня (5-10% от производительности установки). Благодаря этому и в этом варианте заявляемой установки не требуется применение отдельного подпорного насоса. In the process, when the suction stroke is carried out by the pump section 1, the plunger 4 moves from the extreme left to the extreme right position, lowering the liquid level in the booster chamber 5 and making it possible to fill the freed space with gas or gas-liquid mixture through the inlet valve 13. Simultaneously located in the rod part 33 of the cavity 28, the fluid flows through the throttle 35 into the piston portion 32 of the cavity 28, thereby preventing the plunger from being pushed back under the influence of the gas-liquid mixture pressure in the booster chamber Here, which leads to a negative moment on the crankshaft 7 of the drive part of the installation in the suction stroke. During suction, the fluid also flows from the suction manifold through the pipe 23, the suction valve 21 of the additional valve assembly 20, the pipe 18 and the axial channel 37 in the rod 31 into the piston portion 32 of the cavity 28. During pumping, the plunger 4 moves from the extreme right to the far left, and the pumped liquid is displaced from the working chamber 3 into the booster chamber 5, compressing the gas-liquid mixture (or gas) contained in it, which flows through the inlet valve 13 from an independent source, to the pressure at which the pump opens the discharge valve 11, and the specified mixture enters through the discharge manifold 12 to the consumer. In this case, the part of the liquid located in the piston part 32 of the cavity 28 flows into the rod part 33 of the cavity 28 through the check valve 34, and the rest of the liquid flows from the piston part 32 of the cavity 28 through the axial channel 37, pipe 18, and the discharge valve 22 of the additional valve assembly 20 and a pipeline 24 to the lower part of the booster chamber 5 (the suction valve 21 of the additional valve assembly 20 is thus closed), thereby compensating for the flow rate of the fluid to create a flowing fluid piston (5-10% of the installation capacity). Due to this, and in this embodiment of the inventive installation, the use of a separate booster pump is not required.

На фиг. 3 показан еще один вариант выполнения изобретения. Этот вариант характеризуется особенностями дополнительного клапанного узла 20, включающего корпус 38 и клапанный элемент 39. Полость корпуса 38 над клапанным элементом 39 сообщена трубопроводом 18 с поршневой камерой 27 дополнительного поршня 17, а полость корпуса 38 под клапанным элементом 39 - трубопроводом 23 - со всасывающим коллектором 9. При этом трубопровод 41 сообщает полость рабочей камеры 3 насоса, находящуюся под всасывающим клапаном 8 насосной секции, с полостью 27 поршневой камеры дополнительного поршня. In FIG. 3 shows yet another embodiment of the invention. This option is characterized by the features of an additional valve assembly 20, including a housing 38 and a valve element 39. The cavity of the housing 38 above the valve element 39 is connected by a pipe 18 with the piston chamber 27 of the additional piston 17, and the cavity of the housing 38 under the valve element 39 - pipe 23 - with an intake manifold 9. In this case, the pipeline 41 communicates the cavity of the working chamber 3 of the pump, located under the suction valve 8 of the pump section, with the cavity 27 of the piston chamber of the additional piston.

В процессе работы при такте всасывания перекачиваемая жидкость поступает из всасывающего коллектора 9 через трубопровод 23, дополнительный клапан 20 и трубопровод 40 в поршневую полость 27. Перепад давления на дросселе 17 создает сопротивление перемещению плунжера 4, препятствуя его ускоренному перемещению под действием давления газожидкостной смеси в бустерной камере 5. Уровень жидкости в камере 5 падает за счет заполнения объема, освобождаемого при такте всасывания плунжером 4, что позволяет ввести в камеру 5 газ через впускной клапан 13. При такте нагнетания плунжер 4 вытесняет жидкость в бустерную камеру 5, сжимая газ или газожидкостную смесь и подавая его через нагнетательный клапан 11 в нагнетательный коллектор 12. При этом часть жидкости из поршневой полости 27 перетекает через обратный клапан 16 в штоковую полость 26, а другая часть жидкости, соответствующая диаметру штока 15, вытесняется через трубопровод 41 в полость рабочей камеры 3 насосной секции 1 под всасывающим клапаном 8. Клапан 8 при этом открывается, пропуская жидкость в бустерную камеру 5, восполняя 5-10% расхода установки, идущего на создание проточного жидкостного поршня. Таким образом, во всех вариантах выполнения изобретения дополнительный поршень выполняет как функцию тормоза поршневого элемента (плунжера) каждой насосной секции, тем самым улучшая условия работы приводной части установки, так и функцию подпорного насоса. During operation, at the suction stroke, the pumped liquid enters from the intake manifold 9 through a conduit 23, an additional valve 20 and a conduit 40 into the piston cavity 27. The pressure differential across the throttle 17 creates resistance to the movement of the plunger 4, preventing it from being accelerated by pressure of the gas-liquid mixture in the booster chamber 5. The liquid level in chamber 5 drops due to the filling of the volume released during the suction stroke by the plunger 4, which allows gas to be introduced into the chamber 5 through the inlet valve 13. When the discharge stroke, the plunger 4 displaces the liquid into the booster chamber 5, compressing the gas or gas-liquid mixture and feeding it through the discharge valve 11 to the discharge manifold 12. At the same time, part of the liquid from the piston cavity 27 flows through the check valve 16 into the rod cavity 26, and the other part of the liquid corresponding to the diameter of the rod 15, is displaced through the pipe 41 into the cavity of the working chamber 3 of the pump section 1 under the suction valve 8. The valve 8 is thus opened, passing fluid into the booster chamber 5, replenishing 5-10% of the flow rate Walking to create a flow of the liquid piston. Thus, in all embodiments of the invention, the additional piston performs both the function of the brake of the piston element (plunger) of each pump section, thereby improving the operating conditions of the drive part of the installation, and the function of the booster pump.

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 the inlet valve is placed for communication of this chamber with an independent source of gas or gas-liquid mixture when performing a suction stroke; a drive part including a crankshaft; the reservoir for the pumped liquid and the suction manifold in communication with the specified reservoir, characterized in that the piston element of each pump section is made in the form of a plunger equipped with an additional piston, including a piston element with a rod, placed in an additional chamber, coaxial with the working chamber of the pump, and the body of the specified piston element has a non-return valve and a throttle that opens during the pumping stroke, and the piston chamber of the additional piston is in communication with the additional valve a node communicated, in turn, with the intake manifold of the installation.

2. Installation for pumping a gas-liquid mixture according to claim 1, characterized in that the additional valve assembly includes a housing with a suction and discharge valves placed in it, the cavity of the housing under the suction valve being in communication with the suction manifold of the installation, and the cavity above the discharge valve with bottom of the booster chamber.

3. Installation for pumping a gas-liquid mixture according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the rod of the additional piston of each pump section is rigidly connected to its corresponding plunger, and the additional chamber is made in the form of extension extensions rigidly attached to the working cylinder of the corresponding pump section.

4. Installation for pumping a gas-liquid mixture according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the additional chamber is made in the plunger of each pump section, and in the rod of the additional piston there is a through axial channel communicated with the central part of the cavity of the housing of the additional valve assembly, moreover, said rod is rigidly fixed to the cover of the working cylinder.

5. Installation for pumping a gas-liquid mixture according to claim 1, characterized in that the additional valve assembly includes a housing and a valve element that opens when the suction stroke, and the cavity of the housing above the valve element is in communication with the piston chamber of the additional piston and with the cavity of the working chamber of the pump section under its suction valve, and the cavity of the body under the valve element with a suction manifold.