RU9027U1 - Турбогазлифтная насосная установка - Google Patents

Abstract

1. Турбогазлифтная насосная установка, содержащая рабочие органы турбины с входным и выходным патрубками и насос с патрубками подвода и нагнетания перекачиваемой жидкости, а также подъемную трубу, в погружной части которой расположена смесительная камера, при этом рабочая камера насоса сообщена со стороны всасывания или со стороны нагнетания с надповерхностной частью подъемной трубы газлифта, а выходной патрубок турбины сообщен с полостью подъемной трубы, снабженной на выходе отстойником со сливным патрубком, отличающаяся тем, что газлифт снабжен камерой сгорания, предвключенной парогазовой камерой, расположенной за камерой сгорания и сообщенной со сливным патрубком отстойника, вторичной смесительной камерой и компрессором, нагнетательный патрубок последнего снабжен камерой частичного отбора сжатого воздуха, а подъемная труба газлифта снабжена завихрительным устройством, расположенным на входе в ее погружной части, и свободновихревым насосом, установленным в основании ее надповерхностной части непосредственно над уровнем жидкости, при этом выхлопной патрубок турбины сообщен с завихрительным устройством, которое снабжено полым насадком, сообщенным с внутренней стороны с тангенциально установленными диаметрально противоположными соплами, а ее входной патрубок соединен с предвключенной парогазовой камерой.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что сливной патрубок отстойника снабжен регулятором расхода жидкости и/или насосом.3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что предвключенная парогазовая камера сообщена посредством трубопровода с завихрительным устройством газлифта.4. Установка по п.1, отл

Description

-F04F 1/18

Турбога; лифтная насосная установка

Полезная модель относится к области машиностроения, более конкретно к методам и средствам перекачивания и подъема жидкостных смесей и может быть использована при подъеме осадка со дна глубоководных водоемов; д-ця откачки скопления жидкости в забоях шахт; для подъема нефтепродуктов при разработке шельфов на дне морей или океанов, а также при глубоко подземной их добыче.

У р о в е н ь т е X н и к и: заключается в следующем. Известен пневматический насос (см. А.С.СССР Ks 1714215, F 04 F 1/18,1992) содержащий турбину, насос, вап, входной и выходной патрубки турбины, патрубки даадщ-ода и нагнетания перекачиваемой жидкости, при этом патрубок нагнетания снабжен смесительной камерой, сообщенной с выхлопным патрубком турбины. Блш одаря предлагаемому конструктивном выполнению пневмонасоса и его элементов увеличивается энергообмен между приводом и жидкостью, отпадае необходимость применения промежуточной камеры, гго безусловно, величивает экономичность насосной установки.; «

Однако, известная установка не рассчитана на подъем и размыв грунта или осадка с относительно больших глубин, так как г лубина всасывания ограничена безкавитационной работой насоса. Отмеченный фактор существенно ограничивает область фуикгщонального применения пневмонасоса.

Известен эрлифт (см А.С. СССР Х2 1615450,1990), содержащий подъемную трубу, в нджней части которой расположен смеситель с воздухоподводом. подсоеддненный к исгочник - сжатого воздуха, а в верхней части размещен насос, соединенный валом и гидротурбиной. Благодаря утилизащ1И энергии

ваемой жидкости в отстойник подъемной трубы повышается экономичность

во вращение насос, который несколько увеличивает высоту подъема ц.ерскачиваемой жидкости.

Однако, известная насосная установка в стиу своей конструкции не рассчитана на транс11ортиров1су жидкостных смесей на относительно болыщю высоту, так как низкопотенциальная энергия сливаемой в отстойник жидкое ги не позволяет использовать высоконшюрньщ насос, что безусловно снижаег функциональные возможности рассма1риваемой консгрукции эрлифтной насосной установки.

. Признаки п р о т о т и п а, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели, следующие: подъевшая труба; Турбина; насос; входной и выходной патрубки турбины, смесительная камера; патрубки подвода и нагнетания перекачиваемой жидкости.

Причиной препятствующей получению в прототипе требуемого технического результата яаляется невозможность размыва и подъема грунта с относительно больщих глубин, а в эрлифте - отсутствие возможносгн подъема жидкостных смесей на относительно больщую высоту.

Сущность полезной модели. Полезная модель направлена на р е щ е н и е задачи создания компакгной гурбогазлифтной насосной установки с повышенной высотой подъема перекачиваемой жидкостной смеси и увеличенной глубиной её добычи с возмоашостью рыхления донного 1рунта и уменьщения вязкости перекачиваемой жидкости.

Техническим р ез у л ь т а т о м, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключаегся в создании такой насосной установки, которая, обладая высокой эффективностью и надежностью, позволяет осваивать глубиьшые залелш полезных ископаемых, включая и разработку глубокоподводных щельфов, а также извлекать полезные ископаемые из глубокоподземных штолен и шахт, обеспечивая большую глубину забора и/или высот подъема при транспортировке 5кидкостных смесей.

Полезная модель хара1сгеризуетсяследующими существен н ы м и п р и 3 и а к а м и.

Ограничительные признаки: рабочие органы ту|збины с входным и выходным патрубками и насоса с патрубками подвода и нага стан и я перекачиваемой жидкости; пoдъeш aя труба газли41та, в погружной части которой расположена смесительная камера, а надповерхносгная её часть сообщена со стороны всасывания или со стороны нагнетания с рабочей камерой насоса; выходной патрубок турбины сообщен с полостью подъемной трубы на выходе отстойником со сливным патрубком.

Отличительные признаки:

-газлифт снабжен камерой сгорания, вторичной смесительной камерой ii компрессором, при этом нагнетательный патрубок последнего снабжен камерой частичного отбора сжатого воздуха, и предвю1юченной парогазовой камерой, расположенной за камерой сгора1П1я и сообщенной со сливным патрубкеNi отстойника;

-подъемная труба газлифта снабжена завихрительным устройством, расположенным на входе в её пог ужной часгй, и свободновихревым насосом- устано.вленным в основании её надповерхностцой части непосредственно над уровнем жидкости:

-выхлогшой патрубок турбины сообщен с завихрительным устройсгвом, которое снабжено полым насадком, сообщенным с внутренней стороны с Tmiгенциально установленными диаметрштьно противоположными comiaMi-i, а сё входной патрубок соед1П1ен с предвключенной парогазовой камерой;

-сливной патрубок отстоЙ1п ка снабжен регулятором расхода жидкос и и/или насосом;

-прсдвклгочснная парогазовал камера сообщена посредством трубопровода С завихрительным у (Л ОЙСГВОМ газлифта;

-выхлопной патрубок турбины сообщен со вторичной смесительной камерой;

-вторичная смесительная камера вьптолнена в виде полого перфорированного цилиндра, устаноааенного коаксиааьно внутренней поверхности подъемной трубы газлифта.

П р и ч и н н о-с ледственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели и достигаемым техническим результатом заключается в том, что применение камеры сгорания и предвючюченной парогазовой камеры,.расположенной за камерой сгорания и сообщенной со сливным патрубком отстойника в сочетании с погружной и надповерхностной частями подъемной трубы газлифта при использовании в нем как отработанного за трубиной, так и высокотемпературного за камерой сгорания газа или парогазовой смеси, а также часгичного использования в надповерхностной части подъемной трубы слсатого воздуха из компрессора позволяет существенно увеличить высоту подъема и глубину забора транспортируемой жидкостной смеси. Глубокая утилизация затраченной энергии при увеличении высоты подъема жидкости способствует повьпиению эффективности насосной установки. Использование высокотемпературного газа или парогазовой смеси позволяет уменьщить вязкость перекачиваемой ншдкости и её компонентов, что снижает затраты энергии на её подъем, так как уменьщается гидравлическое сопротивление в проточных частях подъемных труб. Применение свободновихревого насоса в качесгве промежу1Очного звена газлифта пойышает надежность установки, так как такой тип насоса отпадает высокой степенью самовсасывания и может перекачивать жидкосга практически с любой концентрацией газа вплоть до режима компрессора, работая на чистом гюе. Кроме этого, свободновихрсвой насос способен перекачивать жидкости, содержащие твердые и абразивные включения. Таким образом, использование свободновихревого насоса с турбоприводом, также повьппает эффективность и надеж11ость установки. При этом характеристики насоса хорошо corjiacyiOTC5i с высокообрротной газовой турбиной, что исключает необходимость использования различного рода передач (редукторов, гидротрансформаторов и т.д.). Использование полой с диаметраиьно противопо.1южйыми соплами создает мощное вихревое течение во всасывающем устройстве газлифта. Такая организация смешения газообразной и жидкой фаз создает условия для образования кавитационных локальных зон... энергия схлопывания которых превращается в мощный динамический импульс, способствующий не только рыхлению, но и разрушению придонных с груктур твердого вещества. Изготовление вторичной смесительной камеры в виде полого перфорированного URUMHдра позволяет уменьшить шдравлическое сопротивление, и существенно увеличить суммарную площадь живого сечения истечения сжатого воздуха относительно больших объемов, не изме11яя режима течения газожидкостной смеси в подъемной трубе.

Заявляемое техническое решение пояснено рисунком. На фиг. 1 схематично показана принщ-птиальная схема т рбогазлифтной насосной

установки.

Установка содерншт турбину 1, насос 2, комщэессорЗ, камеру сгорания 4, объединенных подшипниковым узлом с валом 5, погружную 6 и надповерхностную 7 части подъелгаой трубы газлифта, п огазовую камеру 8, смесительноразрыхлительное устройство 9, вторичную смесительную камеру 10, патрубок сливного устройства 11, нахюрный патрубок компрессора 12, выходной 13 и входной 14 патрубки турбины, отводной парогазовой патрубок 15, коммупикапионную арматуру 16,

I

Турбогазлифтная насосная установка работает следующим образом.

При запуске аурбокомгтрессорного двигателя сжатый воздух из комггрессора 3 поступает по воздучовод 12 в камеру сгорания 4, в которой в процессе горения топлива образуются газообразные продукты сгодания, обладаюгцие высокопотенциальной тепловой энергией, которая частично превращается в турбине вмеханическую энергию вршдения вала 5, и передается рабочим органам колшрессора 3 и свободновихревого насоса 2. Пройдя рабочие органы турбины 1, энергетически активный газ по газоходу 13 направляется к смесительно-завихрителыюму устройству 9, расположенному на входе в погруэкной части 6 подъемной трубы г 1злифта. В придонной области жидкой среды происходит интенсивное завихрение и образование турбулентной газонасыщенной жидкостной смеси, локальная плотность которой значительно меньше платности жидкости за пределами подъемной трубы. Вследствие этого, газожидкостная придонная смесь под воздействием г радиента падростатического давления подымается в канаяе погружной части 6 подъемной трубы, В процессе смесеобразования часть газообразных пузырьков сливается и образуют газообразные объемы, сор1змеримые с живым сечением канала газлифта. Движение газожидкостной смеси приобретает аракгер снарядного режима В .этом случае, кроме градиента гидростатического давления на движущуюся жидкостную смесь оказывает воздействие также и возникающая в э гом случае подъемная Архимедова сила, обусловленная всплытием газообразных снарядов во внутренней полости подъемной трубы. Высота подъема перекачиваемой смеси, таким образом, относительно поверхноа и жидкости значительно возрастает. Повышению высоты способствует также снижение давлешт на выходе из погружной части подъемной трубы вследствие разряжения, создаваемого, свободновихревым насосом 2. Приобретая дополнительную энергию от рабочих органов насоса 2 газо;кидкос1ная смесь нагнеа ается .в напорный патрубок, а за тем во вторичную смесительную камеру 10., где получгзл дополнительный газовый (из турбины I или 8оз;о ушный из колтрессора 3) заряд энергии направляется в надповерхностную чашъ подъемной трубы 7 газлифта. При этом, чем больше насос по1ребляет механической энергии, тем больше напор он создает в подъелшой трубе газлифта. А так как физическая модель движения ЖИДКОС1ИОЙ смеси в надгюверхностной части 7 подъемной трубы тождест зенна модели движения смеси в погружной части б газ.шяфта, то при наличии гравитационного поля высота подъема газожидкосгной смеси теоретически не имеег ограничений, а гфактически (с учетом гидравлических потерь, перетекания жидкости вниз по периметру газлифта., а также слияния газообразных снарядов) высота подъема газожидкостной смеси несколы о снижается., но все же остается на достаточном для эксплуатационных целей высоком уровне. Остаточное теплосодержание газа, направляемое в смесительно-завихрительное устройство 9, способствует повышению температуры газожидкостной смеси и сннясению её вязкости. Последнее способствует уменьшению гидравлического сопротивления и повышению эффективности газлифтной установки.

С целью увеличения расхода газа и снижения его температуры, за камерой сгоранрш предусмотрена возможность образования парогазовой высокоэнергегическЬй смеси. Дня этого из отсгойпика нагнетаемой жидкости, расположенного на выходе газожил костной смеси из подъемной трубы, часть жид,кости по опускной трубе 11, направляеася в предкамеру 8, в которую также поступают продукты сгорания 4- В предкамере жидкость, отбирая часть тегмовой энергии от продуктов сгорангш, превращается в пар. На выходе из предкамеры 8, образуемая парогазовая смесь поступает как в проточную часть турбины, так и по подводящем) патрубку 15 непосредственно в смесительнозавихрительное устройство 9. Увеличение расхода парогазовой смеси способствует по1вышенйю мощности турбины, а также - увели ению тфоизводительностй газлифта и насоса. Использовадие парогазовой смеси в турбогазлифтной насосной установке расширяет её функциональные возможности и повышает производительность установки в целом . .

Благодаря предлагаемому конструктивному варианту турбогазлифтной установки и её элементов повышаегсл энергообмен между турбокомпрессорным агрегатом и перекачиваемой смесью, существенно увеличивается глубина и высота подъема придонных полезных ископаемых при полной.утилизации энергий , что увеутичивает КПД установки, её надежность, а также снижает затраты при подъеме жидкосггной смеси с больших глубин водоемов и подземных разработок.

Claims (5)

1. Турбогазлифтная насосная установка, содержащая рабочие органы турбины с входным и выходным патрубками и насос с патрубками подвода и нагнетания перекачиваемой жидкости, а также подъемную трубу, в погружной части которой расположена смесительная камера, при этом рабочая камера насоса сообщена со стороны всасывания или со стороны нагнетания с надповерхностной частью подъемной трубы газлифта, а выходной патрубок турбины сообщен с полостью подъемной трубы, снабженной на выходе отстойником со сливным патрубком, отличающаяся тем, что газлифт снабжен камерой сгорания, предвключенной парогазовой камерой, расположенной за камерой сгорания и сообщенной со сливным патрубком отстойника, вторичной смесительной камерой и компрессором, нагнетательный патрубок последнего снабжен камерой частичного отбора сжатого воздуха, а подъемная труба газлифта снабжена завихрительным устройством, расположенным на входе в ее погружной части, и свободновихревым насосом, установленным в основании ее надповерхностной части непосредственно над уровнем жидкости, при этом выхлопной патрубок турбины сообщен с завихрительным устройством, которое снабжено полым насадком, сообщенным с внутренней стороны с тангенциально установленными диаметрально противоположными соплами, а ее входной патрубок соединен с предвключенной парогазовой камерой.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что сливной патрубок отстойника снабжен регулятором расхода жидкости и/или насосом.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что предвключенная парогазовая камера сообщена посредством трубопровода с завихрительным устройством газлифта.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выхлопной патрубок турбины сообщен со вторичной смесительной камерой.

5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что вторичная смесительная камера выполнена в виде полого перфорированного цилиндра, установленного коаксиально внутренней поверхности подъемной трубы газлифта.