RU22204U1 - Дожимающий насос-компрессор - Google Patents

Description

МКИ F04B 19/06 I F04B 23/10

mil/nilll/)n(ini«i«.ir I

Дожимающий насос-компрессор.

Заявляемая полезная модель относится к области нагнетания газожидкостных смесей и, в частности, представляет собой дожимающий насос-компрессор, который может найти применение для нагнетания газожидкостных смесей при бурении и освоении нефтяных и газовых скважин. Способы и оборудование для приготовления и нагнетания газовых и газожидкостных смесей используются в М1фовой нефтегазовой промьппленности более 30 лет. В последнее время указанное оборудование отечественного производства нашло эффективное применение в нефтяной и газовой промьппленности при освоении скважин, при перекачки многофазных средств по одному трубопроводу, а также реализации технологий кустового газлифта с использованием газа низкого давления от соседних скважин. Дожимающие насоскомпрессоры используются как вторая ступень компримирования газов низкого давления от внешнего источника.

Известно устройство для осуществления способа аэрации промьшочной жидкости, преимущественно для бурения и освоения нефтяных и газовых скважин, вьшолненное по авт. св. СССР № 142150, кл. F04B 23/06, 1961г.

Это устройство содержит поршневой насос, имеюпщй рабочий цилиндр, всасывающий и нагнетательный клапаны, подпорный насос и посторонний источник газа под избыточным давлением.

Недостатком известного устройства является значительное снижение коэффициента запо.)шения рабочей камеры насоса в период такта всасьшания, 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.

Это устройство содержит, состоящий из нескольких секций, поршневой насос, имеющий в каждой секции рабочий цилиндр с образованной в нем рабочей камерой, всасьшающий и нагнетательный клапаны, источник газожидкостной смеси и 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 вьшолнения насосом такта всасьшания. При этом обьем дополнительной камеры, по меньшей мере, равен рабочему обьему цилиндра.

В период вьшолнения насосом такта всасывания газожидкостную смесь или газ с заданным избыточным давлением вводят непосредственно в рабочую камеру поршневого насоса, в зону, примьпсающую к нагнетательному клапану, и одновременно через всасьшаюш;ий 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 вьшолнения насосом такта всасьшания) и при соверщении 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.

Недостатком этого устройства, связанным со спецификой кинематику приводной

части при работе в качестве насос-компрессора, является то, что дополнительная камера и полость рабочего щшиндра 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 всасьшания.

Остаточное давление в рабочем цилиндре способствует изменеьшю знака момента вращения на коленчатом валу приводной части насоса.

Происходит это следуюпщм образом.

При этом секции иасоса, находящиеся в такте нагнетания, создают прямой момент на коленчатом валу насоса, а секции, находящиеся в такте всасывания,- цротивомомент.

В некоторых фазах поворота коленвала пасоса, когда сумма противомоментов превыщает сумму прямых моментов, суммарный момент оказывается отрицательным.

Использование трехплунжерных насосов вместо двухпоршневых в насоскомпрессорах, кроме того, что трехплунжерные насосы имеют лучшие удельные показатели по металлоемкости, несколько сглаживает указанный выще недостаток, но не устраняет его полностью. Поэтому трехплунжерные насосы, имея повышенную надежность сравнительно с двухпоршневыми, однако, не свободны от указанного недостатка.

Приводная часть указанных трехплунжерных насосов выполнена по классической кривошипной схеме. Учитывая, что работа трех камер сжатия осуществляется с разфазировкой в 120°, происходит взаимное наложение и компенсация моментов на коленчатом валу приводной части насоса. Но тем не менее при определенных условиях отрицательные значения моментов не удается компенсировать в полной мере.

Для трехплунжерного насоса с дополнительными камерами условия,

способствующие изменению знака момента, 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).

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 триплекснасосах). 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 снижению долговечности насоса и дожимающего насос-компрессора в целом.

эксплуатации: степень повышения давления, давление всасьшания, давление нагнетания, число ходов, остаточное газосодержаш1е),избегая критических областей.

В связи с изложенным основной технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является устранение, указанного вьппе недостатка и создание такого дожимаюш;его насос -компрессора с кривошипной приводной частью, конструкция которого исключала бы возникновение отрицательных значений момента на коленчатом валу его приводной части и позволяла бы расширить диапазон режимов эксплуатации.

Для решения поставленной технической задачи. дожимаюш;ий насос-компрессор включает: насосное устройство объемного типа возвратно-постзшательного действия; бустерное устройство, представляющее собой камеру сжатия, в верхней части которой смонтирован нагнетательный клапан, под которьм размеш;ен всасьшаюш,ий клапан для сообщения этой камеры с независимым источником газа или газожидкостной смеси при вьшолнении такта всасьюания; приводную часть с кривошипно-шатунным механизмом и резервуар для перекачивания жидкости.

Характерной особенностью дожимающего насос-компрессора является то, что его насосное устройство вьшолнено в виде пятиплунжерного насоса, а бустерное устройство состоит из ряда камер сжатия, каждая из которых сообшена с соответствующей рабочей камерой пятиплунжерного насоса для работы с разфазировкой в 72°.

Возможность осуществления заявляемой полезной модели доказьшается использованием в отечественной и зарубежной практике оборудования для нагнетания газожидкостных смесей с использованием поршневых насосов. В частности, приводимые вьппе аналог и прототип реализованы в ряде отечественных установок.

Технические признаки, являющиеся отличительными для заявляемой полезной модели (пятиплзпнмсерный насос, камеры сжатия и т.д.), могут быть реализованы с помощью средств, используемых в различньгх областях техники, в т.ч. при бурении и освоении нефтяных и газовых скважин.

Отличительные признаки, отраженные в формуле полезной модели, необходимы и достаточны для ее осуществления, т.к. обеспечивают решение поставленной задачи создание такого дожимающего насос -компрессора с кривошипной приводной частью, конструкция которого исключила бы возникновение отрицательных значений момента

на коленчатом валу его приводной части и позволяла бы расширить диапазон режимов эксплуатации.

В дальнейшем заявляемая полезная модель поясняется примером ее выполнения, схематически изображенным на прилагаемых чертежах, на которых даны:

Фиг. Г - схематическое изображение заявляемого дожимаюш;его насоскомпрессора, вид сбоку, показываюший одну секцию плунжерного насоса одинарного действия;

Фиг.2 - схематическое изображение заявляемого дожимающего насоскомпрессора, вид в плане, показывающий пятиплунжерный насос, сообщенный с камерами сжатия бустерного устройства.

В соответствии с заявляемым техническим решением дожимающий насоскомпрессор включает (Фиг. 1,2): насосное устройство 1 объемного типа возвратнопоступательного действия и бустерное устройство 2, состоящее из ряда камер сжатия 3. Каждая камера сжатия 3 (Фиг. 1) содержит в своей верхней части нагнетательный клапан 4 и расположенный под ним всасывающий клапан 5. Нагнетательный клапан 4 связывает камеру сжатия 3 с потребителем газожидкостпой смеси высокого давления, а всасывающий клапан 5 - с внешним источником газа. Кроме того, дожимающий насоскомпрессор содержит приводную часть 6 (Фиг.2) с кривошипно-шатунным механизмом, включающим коренной вал 7, щатун 8 и крейцкопф 9 (Фиг.1). Коренной вал опирается на подщипники 10 (Фиг.2). Камера сжатия 3 через всасывающий жидкостной клапан И сообщена с жидкостным коллектором 12, в который питательная жидкость может поступать из резервуара 13 (Фиг.1). Насосное устройство 1 выполнено в виде пятиплунжерного насоса с плунжером 14. Каждая камера сжатия 3 бустерного устройства 2 сообщена с соответствующей рабочей камерой 15 пятиплунжерного насоса 1.

Работа дожимающего насос-компрессора осуществляется следующим образом.

Нриводимый во вращение от отдельного двигателя (не показан) коренной вал 7 обеспечивает возвратно-поступательное движение плунжеров 14. Для лучщего понимания работы дожимающего насос-компрессора далее описывается работа одного плунжера 14 и одной камеры сжатия 3 (Фиг.1). При такте всасывания, показанном на Фиг.1, плунжер 14 движется вправо, и питательная жидкость поступает из резервуара 13 в коллектор 12 и далее через всасывающий клапан 11 в камеру сжатия 3.

Затем через клапан 5 подается газ от внешнего источнвока. При такте нагнетания плунжер 14 движется влево и образовавшаяся в камере 3 газожидкостная смесь жидкостным поршнем с ходом Н сжимается до требуемого давления и через нагнетательный клапан 4 подается к потребителю.

Как уже указьшалось вьшге, специфика кинематики приводной части насосов с кривошипной схемой приводит к тому, что при работе в качестве дожимаюшего компрессора, в отличие от работы насоса, возможны режимы, при которых в период цикла всасьшания на коренном (приводном) валу приводной части возникают отрицательные (с обратным знаком) значения ьфутяшего момента. Это обусловлено тем, что после закрытия нагнетательного клапана 4 газ, оставшийся в мертвом пространстве камеры сжатия 3 и проникший в жидкостной поршень, расширяется в начальной части хода всасьшания плунжера 14. Падение давления от величины нагнетания до всасывания происходит достаточно длительно для оказания влияния на работу насоса 1. Воздействие остаточного давления на плунжер 14 приводит к возникновению на коренном валу 7 момента одного знака с направлением врап1;ения (обратный момент).

При степенях сжатия, больших 10, плунжер 14, находяпщйся в зоне нагнетания, на указанной фазе поворота не достигает еще необходимой степени сжатия газожидкостной смеси для противодействия отрицательному моменту. Это, при определенных угловых положениях коренного вала 7, приводит к его скачкообразному угловому перемещению в направлении вращения с соответствующим смыканием звеньев кинематической цепи привода, имеющей рабочие зазоры для резервирования смазки и нормального функционирования.

Такое ударное смьжание зазоров приводит к ненормальному стуку в приводной части насоса и, безусловно, может сказаться на снижении ресурса приводной части из-за знакопеременного динамического характера нагружения.

В заявляемом техническом решении работа пяти камер сжатия 3 ос5Ш1;ествяяется с разфазировкой в 72°, благодаря наличию пятиплунжерного насоса 1 с кривошипной приводной частью. За счет этого происходит взаимное наложение и компенсация моментов на коренном валу 7, исключающая возникновение отрицательных значений момента на нем и позволяющая расширить диапазон режимов эксплуатации.

Claims (1)

1. Дожимающий насос-компрессор, включающий насосное устройство объемного типа возвратно-поступательного действия, бустерное устройство, представляющее собой камеру сжатия, в верхней части которой смонтирован нагнетательный клапан, под которым размещен всасывающий клапан для сообщения этой камеры с независимым источником газа или газожидкостной смеси при выполнении такта всасывания, приводную часть с кривошипно-шатунным механизмом и резервуар для питательной жидкости, отличающийся тем, что насосное устройство дожимающего насоса-компрессора выполнено в виде пятиплунжерного насоса, а бустерное устройство состоит из ряда камер сжатия, каждая из которых сообщена с соответствующей рабочей камерой пятиплунжерного насоса для работы с разфазировкой в 72^o.