УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЗИРОВАННОЙ ПОДАЧИ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к гидравлическим устройствам и может быть использовано в качестве стабилизатора расхода при задании требуемого расхода жидкости, в частности, в качестве дозатора для автоматического ввода ингибитора гидратообразования и коррозии в поток газа, например, в газовые скважины или их шлейфы.
На предприятиях газодобывающей промышленности для подачи ингибиторов гидратообразования и коррозии в поток газа используют устройства, которые одновременно являются регуляторами расхода рабочей жидкости, работающими по принципу непрерывной подачи ингибитора с поддержанием постоянного заданного расхода независимо от давления дозируемой среды на входе в устройство, т.е. компенсирующими колебания давления на входе.
Наиболее близким к заявленному по совокупности существенных признаков является устройство для дозированной подачи жидкости, используемое для автоматического ввода ингибитора гидратообразования в газовые скважины и их шлейфы. Устройство для дозированной подачи жидкости, содержит корпус с патрубками подвода и выдачи жидкости и с размещенным в нем регулятором перепада давления в виде подпружиненного поршня, образующего входную и выходную полости, соединенные между собой через дроссельный узел, командный узел с крановым переключателем виде гильзы с отверстиями и установленного в ней с возможностью перекрытия отверстий золотника, соединенного через шток с поршнем регулятора перепада давления, систему каналов. [1]
Недостатком известного устройства является недостаточная точность автоматического поддержания постоянного заданного расхода жидкости, так как имеющаяся узкая кольцевая щель в дросселе приводит к осаждению в ней компонентов ингибитора, что приводит к изменению расхода жидкости. Применение дросселя с кольцевой щелью крайне затрудняет настройку, т.к. площадь сечения щели меняется по квадратичной функции, а не по линейной.
Механическая фиксация золотника приводит к быстрому изнашиванию элементов фиксирующего механизма в связи с большими циклическими нагрузками, в результате чего меняются крайние точки расположения золотника, что приводит к изменению расхода жидкости.
Отсутствие жесткой постоянной связи поршня с золотником вызывает соприкосновение их в момент наивысших скоростей движения поршня и связанные с ним ударные нагрузки на золотник, что приводит к преждевременному выходу устройства из строя. Так же недостатком известного устройства является низкая точность поддержания заданного расхода, что вызывает необходимость частого периодического контроля и настройки устройства.
Кроме того, использование устройства предъявляет повышенные требования к чистоте рабочей жидкости, что в условиях газодобывающих предприятий фактически невозможно.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности и увеличение точности дозирования, упрощение настройки на заданный расход, обеспечение стабильной циклической подачи жидкости заданного расхода.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для дозированной подачи жидкости, содержащем корпус с патрубками подвода и выдачи жидкости с размещенным в нем регулятором перепада давления в виде подпружиненного поршня, образующего входную и выходную полости, соединенные между собой через дроссельный узел, командный узел с крановым переключателем виде гильзы с отверстиями и установленным в ней с возможностью перекрытия отверстий золотником, соединенным через шток с поршнем регулятора перепада давления, систему каналов, согласно заявленному устройству командный узел дополнительно имеет камеру выброса с установленным в ней дифференциальным поршнем, делящим камеру на входную и выходную полости, и дополнительный крановый переключатель, выполненный в виде гильзы с отверстиями и с расположенным в ней с возможностью перекрытия отверстий золотником, жестко соединенным с дифференциальным поршнем, а дроссельный узел выполнен в виде гильзы с отверстием и с размещенным в ней с возможностью регулируемого перекрытия по сечению отверстия подпружиненным поршнем, имеющим регулируемый упор, при этом система каналов в две единые выходные линии соединяет крановые переключатели между собой и через патрубок с входной полостью камеры выброса, и крановые переключатели, гильзу дроссельного узла и выходную полость регулятора перепада давления, соответственно, причем дополнительный крановый переключатель раздельно соединен с гильзой дроссельного узла и с входной полостью регулятора перепада давления, а основной крановый переключатель соединен с выходной полостью камеры выброса, при этом шток поршня регулятора перепада давления кинематически жестко соединен с золотником основного кранового переключателя.
Использование секционного командного узла, дроссельного узла с регулируемым отверстием, жесткое кинематическое соединение штока поршня регулятора перепада давления с золотником основного кранового переключателя и двухлинейной системы каналов обеспечивает работу устройства в двух циклических режимах - в первом режиме происходит заполнение выходной полости и камеры выброса жидкости, во втором режиме происходит выброс жидкости в выходную магистраль, причем продолжительность работы устройства во втором режиме является регулируемой величиной, зависящей от площади проходного сечения дросселя, изменяемой путем вращения упора вручную в момент настройки, в процессе эксплуатации.
Применение в управляющем крановом переключателе золотника переключения жестко связанного с дифференцированным поршнем, который блокируется командным устройством за счет переключения золотником командного устройства каналов позволяет поддерживать постоянный расход жидкости не зависимо от перепада давления на входе и выходе, а так же при изменении вязкости жидкости.
При снятии входного давления устройство останавливается, при подаче давления устройство автоматически запускается, обеспечивая ранее настроенный расход жидкости.
Кроме того, постоянная жесткая связь поршня с золотником приводит к существенному понижению и практически полному отсутствию ударных нагрузок на золотник, что свою очередь ведет к повышению надежности работы устройства в целом.
Такой режим работы более надежен, т.к. не реагирует на загрязненность окружающей среды, обеспечивает более широкий диапазон устанавливаемого расхода и более точное дозирование рабочей жидкости, т.к. исключает влияние колебаний деления на входе и выходе и изменений вязкости жидкости.
Данное изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен общий вид устройства для дозированной подачи жидкости в разрезе, на фиг.2 - узел 1А фиг.1.
Устройство для дозированной подачи жидкости содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами и с соосно размещенными в нем регулятором давления, командным узлом, дроссельным узлом и системой каналов.
Регулятор давления, выполненный в виде подпружиненного пружиной 4 поршня 5, образующего в корпусе входную 6 и выходную 7 полости.
Командный узел имеет основной и дополнительный крановые переключатели и камеру выброса.
Основной переключатель выполнен в виде гильзы 8 с отверстиями и установленного в ней с возможностью перекрытия отверстий золотника 9, кинематически жестко соединенного через шток 10 с поршнем 5 регулятора перепада давления, а дополнительный - в виде гильзы с отверстиями и размещенного в ней с возможностью перекрытия отверстий золотника. Камера выброса выполнена в виде цилиндра с установленным в нем дифференциальным поршнем 11, делящем камеру на входную 12 и выходную 13 полости, при этом входной канал 2 входит во входную полость 12. Дифференциальный поршень 11 кинематически жестко связан с золотником 14.
Дроссельный узел состоит из гильзы 15 с регулируемыми отверстиями 16 и установленного в ней с возможностью регулируемого перекрытия по сечению отверстия подпружиненного пружиной 17 поршня 18, имеющего регулируемый упор 19, который резьбовой частью ввернут в гильзу 15. Фиксированное положение устанавливается вращением упора 19 с затягиванием контргайки 20.
Система каналов в виде двух единых выходных линии соединяет крановые переключатели между собой и через канал с входной полостью камеры выброса и крановые переключатели, гильзу дроссельного узла и выходную полость регулятора перепада давления, соответственно, причем дополнительный крановый переключатель раздельно соединен с гильзой дроссельного узла и с входной полостью регулятора перепада давления, а основной крановый переключатель соединен с выходной полостью камеры выброса.
Устройство работает следующим образом.
Работа устройства дозированной подачи жидкости циклическая, включает в себя два режима.
Первый режим:
Под воздействием пружины 4 золотник 9 основного переключателя командного узла находится в крайне правом положении, соединяя канал 21 через гильзу 8 с полостями 7 и 13 через каналы 22 и 23.
При подаче входного давления через входной канал 2 высокое давление попадает в полость 12, заставляя перемещаться дифференциальный поршень 11 вместе с золотником 14 вправо, при этом золотник 14 дополнительного переключателя соединяет канал 24 с каналом 25, по которому жидкость попадает во входную полость 6, заставляя поршень 5, шток 10 и золотник 9 основного переключателя двигаться влево до положения, при котором золотник 9 соединит канал 24 (входного давления) с каналом 21 и полостью 13. За счет движения поршня 5 регулятора давления влево происходит уменьшение объема выходной полости 7, сжатие пружины 4. Жидкость из полости 7 объемом V(I) через выходной канал 3 выдается потребителю. За счет соединения золотником 9 основного переключателя канала 24 с каналом 21 жидкость попадает в полость 13, происходит быстрое перемещение дифференциального поршня 11, золотника 14 дополнительного переключателя влево до соединения каналов 26 и 25 при этом движение поршня 5 регулятора давления влево прекращается, он останавливается.
Второй режим:
За счет усилия создаваемого пружиной 4 происходит перемещение поршня 5 регулятора давления вправо. Жидкость из полости 6 через канал 25, 26 попадает в гильзу дроссельного узла, где через отверстие 16 попадает в канал 23. При вращении упора 19, который резьбовой частью ввернут в гильзу 15, происходит его линейное перемещение, и при этом происходит перемещение поршня 18, поджатого пружиной 17 к торцу упора 19. В гильзе 15 выполнено отверстие 16. Величина хода поршня 18 такова, что позволяет либо полностью закрыть отверстие 16, либо открыть часть его, или открыть его полностью, то есть площадь проходного сечения отверстия 16 плавно (линейно) регулируется в пределах от 0 до его полного открытия.
Время истечения жидкости из полости 6 через дроссель меняется в зависимости от величины проходного сечения дросселя, которое регулируется положением упора 19.
Перемещение поршня 5 регулятора давления под действием пружины вправо прекратится в момент, когда золотник 9 основного переключателя в правом положении соединит канал 21 через гильзу 8 с полостями 7 и 13 через каналы 22, 23. При этом дифференцированный поршень 11 будет перемещаться вправо, перемещая за собой золотник 14 дополнительного переключателя до соединения каналов 24 и 25 через гильзу 15. Жидкость из полости 13 через канал 21, гильзу 8 канал 22 попадает в канал 23. То есть происходит выброс жидкости объемом V (2) из полости 13 (камеры выброса) потребителю. Объем жидкости выдаваемый потребителю за один цикл является суммой объемов V(1)+V(2).
Устройство готово к следующему циклу. Стабильное количество жидкости, вытесняемой за каждый цикл, и определение количества циклов срабатывания в единицу времени, изменяемых за счет регулируемого дросселя, позволяют определить или установить потребный фактический расход жидкости, проходящей через устройство. Фиксированное положение устанавливается вращением упора 19 с затягиванием контргайки 20, что устанавливает определенную величину площади проходного сечения отверстия 16.
Величина площади проходного сечения отверстия 16 определяет расход жидкости, проходящий через отверстие, который в свою очередь устанавливает определенную скорость перемещения деференцированного поршня 11 камеры выброса, золотника 14 дополнительного переключателя, которая определяет величину времени истечения жидкости из полости 6.
При этом скорость истечения жидкости из полости 6 определяет скорость истечения и дозированную подачу жидкости из полости 13 в полость 7 потребителю объемом V(2) за цикл работы устройства. Скорость истечения объема жидкости V(2) является регулируемой составляющей времени истечения объема вытесняемой жидкости потребителю в цикле работы устройства и определяет количество циклов работы за определенный период времени, т.е. подачу жидкости. Макеты опытных образцов предлагаемого устройства для дозированной подачи жидкости, установленные на технологическом оборудовании Оренбургского газодобывающего управления "Оренбурггазпром", показали следующие результаты:
- вследствие точно заданного в единицу времени количества впрыскиваний фиксированного объема ингибитора (метанола) в шлейф скважины устройство обеспечило адекватную дозированную подачу ингибитора, несмотря на изменение в процессе испытаний давления на входе в устройство и вязкости жидкости вследствие изменений температурных условий окружающей среды;
- на точность дозирования не повлияла загрязненность рабочей среды (метанола) механическими включениями, более того, в результате переключений агрегата системы подачи метанола вследствие переключений командного узла (затвора) устройства в крайние положения происходила очистка от наслоений внутренней поверхности труб, что также не повлияло на работу устройства.
По сравнению со всеми известными аналогами и прототипом данное устройство более надежно, т.к. не реагирует на загрязненность окружающей среды, обеспечивает более широкий диапазон устанавливаемого расхода и более точное дозирование рабочей жидкости, т.к. исключает влияние колебаний деления на входе и выходе и изменений вязкости жидкости.
Таким образом, техническим результатом использования данного устройства является повышение надежности работы и увеличение точности дозирования в широком диапазоне устанавливаемого расхода за счет обеспечения циклической подачи дискретных постоянных доз рабочей жидкости.
Источники информации, в которых содержатся сведения об аналогах изобретения:
1. RU N 2129728 C1, G05D 7/01, 27.04.1999