УСТАНОВКА НАГНЕТАТЕЛЬНАЯ, ОБЪЕМНАЯ, РЕГУЛИРУЕМАЯ

Предложение относится к нефтегазовому машиностроению и найдет применение при нагнетании жидкости в пласт для поддержания пластового давления (ППД) при разработке нефтяных и газовых залежей, а также при перекачивании текучих сред - газожидкостных смесей, растворов, нефти и т.д.
Известен гидроприводной возвратно-поступательный насос двойного действия (см. авторское свидетельство SU №1788318 А1, МПК F04В 9/08, опубл. в Б.И. №2, 1993 г.), содержащий два идентичных рабочих гидроцилиндра, перекачивающих рабочую смесь, каждый из которых имеет шток, нагнетательный и всасывающий клапаны, два приводных гидроцилиндра со штоками и поршневую и штоковую полости, золотниковый трехпозиционный гидрораспределитель, основной насос гидропривода, дополнительный (вспомогательный) насос, напорные клапаны, обратные клапаны, гидравлические датчики крайних положений приводных гидроцилиндров, состоящие из гидроаккумуляторов, обратных клапанов, запорных устройств с уплотнительными втулками, бака, и первичный источник мощности.
Недостатком известной насосной установки является низкая надежность работы из-за неизбежных утечек рабочей жидкости через подвижные элементы и торцевые полости золотникового распределителя, большая металлоемкость, а также низкий коэффициент полезного действия (КПД) возвратно-поступательного насоса.
Известен также гидроприводной возвратно-поступательный насос двойного действия (см. патент RU №2258156 С1, МПК F04В 9/08. Опубл. в Б.И. №22, от 10.09.2005 г.), содержащий два идентичных рабочих гидроцилиндра, каждый из которых имеет шток, нагнетательный и
всасывающий клапаны, два идентичных приводных гидроцилиндра, каждый из которых имеет шток и поршневую и штоковую полости, расположенный в корпусе регулируемый насос, обратные клапаны, вспомогательный насос и первичный источник мощности.
Известный гидроприводной насос двойного действия по технической сущности более близок к предлагаемому и может быть принят в качестве прототипа.
В нем недостатки аналога частично устранены. Однако он тоже не лишен недостатков. Так, например, он сложный по конструкции. В частности гидропривод содержит два насоса - основной и дополнительный, коромысловый механизм и требует наличия сложной системы блока управления и обвязки гидролиниями. Кроме того, горизонтальное расположение рабочих и приводных гидроцилиндров приводит к одностороннему износу их поршней, что является причиной небольшого срока службы, и как следствие это приводит к снижению долговечности и надежности в работе.
Технической задачей настоящей полезной модели является упрощение конструкции, увеличение долговечности и повышение надежности в работе.
Поставленная задача решается описываемой полезной моделью, содержащей рабочие и приводные гидроцилиндры с поршнями, соединенными штоками, всасывающие и нагнетательные клапаны, гидростанцию и блок управления.
Новым является то, что корпуса рабочих и приводных гидроцилиндров отстоят друг от друга на расстоянии хода поршней и соединены между собой жестко металлическими скобами или аналогичными стержнями и образуют два гидроблока, установленные последовательно в вертикальном положении и закрепленные к общей стойке основания, при этом полости рабочих гидроцилиндров тарированы, а в качестве поршней в них использованы скалки, соединенные со штоками поршней приводных гидроцилиндров
шарнирно, подпоршневые полости приводных гидроцилиндров сообщены гидролинией с двумя кранами, которая в свою очередь через дополнительную гидролинию с краном сообщена с одной из гидролиний регулируемой гидростанции, причем соотношение диаметра скалки к ее длине хода выбрано из следующего выражения:
где К - коэффициент, показывающий соотношение диаметра скалки к
ее длине хода;
⌀с - диаметр скалки, мм;
L ск - длина хода скалки, мм
Представленные рисунки поясняют суть полезной модели, где на фиг.1 схематически изображен продольный разрез гидроблоков, где видны гидролинии, гидростанция и блок управления.
На фиг.2 - то же, что на фиг.1, установка нагнетательная, смонтированная к стойке основания, готовая к использованию, где видны основание, стойка, рабочие и приводные гидроцилиндры, скобы, закрепляющие рабочие и приводные гидроцилиндры, вид сзади.
На фиг.3 - то же, что на фиг.2, вид сбоку, где видны рабочий и приводной гидроцилиндры, скобы и гидростанция регулируемая.
На фиг.4 - то же, что на фиг.2, вид сверху, где видны линии всасывания и нагнетания, гидростанция и пульт управления.
На фиг.5 - фотоснимок опытного образца, который находится в эксплуатации для нагнетания жидкости с целью поддержания пластового давления в разрабатываемой нефтяной залежи.
Предлагаемая установка нагнетательная содержит два гидроблока 1 и 2 (см. фиг.1 и 2), установленные последовательно в вертикальном положении и закрепленные к общей стойке 3 основания 4 (см. фиг.2). Каждый гидроблок содержит рабочие и приводные гидроцилиндры 5, 6 и 7, 8 соответственно, которые отстоят друг от друга на расстоянии хода поршней 9 или 10 и
соединены между собой жестко металлическими скобами 11 (см. фиг.2 и 3), или аналогичными стержнями, образуя тем самым длиноходовые насосы. Рабочие гидроцилиндры 5 и 6 тарированы и снабжены всасывающими и нагнетательным клапанами 12, 13 и 14, 15 соответственно, и составляют единый блок 16 и 17 клапанов (см. фиг.1). В упомянутых выше рабочих гидроцилиндрах в качестве поршней использованы скалки 18 и 19. шарнирно соединенные со штоками 20 и 21 поршней 9 и 10 приводных гидроцилиндров 7 и 8, подпоршневые полости 22 и 23 которых сообщены гидролинией 24, с кранами 25 и 26. Гидролиния 24 через дополнительную гидролинию 27 с краном 28 сообщена с одной из гидролинией 29 или 30 регулируемой гидростанцией 31 для предварительного заполнения одной из подпоршневых полостей 22 или 23 рабочей жидкостью перед запуском установки в работу. Экспериментальными исследованиями установлено, что оптимальное соотношение диаметра скалки к ее длине хода может быть выбрано из следующего выражения:
где К - коэффициент, показывающий соотношение диаметра скалки к
ее длине хода;
⌀с - диаметр скалки, мм;
Lск - длина хода скалки, мм
Для повышения надежности герметизации и для смазки к уплотнителю 32 (см. фиг.1) скалок 18 и 19 рабочих гидроцилиндров подведена гидролиния 33 с обратными клапанами 34 и 35, сообщенная с дополнительной гидролинией 27 для подачи технического масла.
Гидростанция 31 установки содержит гидронасос (из-за простоты гидростанции некоторые его конструктивные элементы отдельно на фигурах не показаны), приводимый в работу электродвигателем с регулируемым числом оборотов механически или гидравлически или частотным
преобразователем 36 (см. фиг.1), гидрораспределитель 37, бак с рабочей жидкостью, а также гидравлические линии 29 или 30, снабженные обратными клапанами (обратные клапана и бак на фигурах не изображены), сообщенные с надпоршневыми полостями приводных гидроцилиндров через гидрораспределитель с возможностью сообщения и через штуцера 38 или 39. Установка снабжена также блоком управления 40 с программируемым логическим контроллером 41, электрически связанным с датчиком 42 избыточного давления с унифицированным токовым выходом линии нагнетания, датчиками 43 и 44 концевых положений скалки 18 или 19, датчиком 45 настройки и контроля расхода жидкости, а также датчиками 46 и 47 для настройки и контроля за давлением и уровня масла в баке соответственно гидростанции 31. Для повышения износостойкости и стойкости в агрессивной среде поверхности штоков и скалок гидроцилиндров покрывают антикоррозионным составом одним из известных методов, например, напылением в газовой среде.
Заявляемая установка работает следующим образом.
После окончания монтажных работ установки на основании 4, бак (бак на фиг. не показан) заполняют жидким техническим маслом, проверяют надежность соединений гидролиний, исправность блока управления. По окончании подготовительных операций по команде из блока 40 управления электродвигатель гидронасоса запускают в работу, при этом сначала по дополнительной гидролинии 27 при открытых кранах 25, 26, и 28 заполняют техническим маслом подпоршневые полости 22 или 23 приводных гидроцилиндров 7 и 8. При этом одновременно происходит обжатие уплотнительных элементов 32 скалок 18 и 19 и их смазка техническим маслом, поступающим через гидролинию 33, снабженную обратными клапанами 34 и 35, и соединенную с дополнительной гидролинией 27. После предварительного открытия запорной арматуры 48 и 49 приемной линии 50 и линии нагнетания 51, сообщенные с рабочими гидроцилиндрами 5 и 6,
согласно регламента по команде из блока управления 40 при работе гидронасоса рабочая жидкость, проходя через гидрораспределитель 37 и один из штуцеров 38 или 39 гидролинии 29 или 30, например, через штуцер 38, как это изображено на фиг.1, попадает в надпоршневую полость приводного гидроцилиндра 7. При этом поршень 9 под действием высокого давления начинает перемещаться вместе со штоком 20 в поступательном направлении вниз, перемещая одновременно скалку 18 рабочего гидроцилиндра 5 в поступательном направлении, вытесняя жидкость из него под высоким давлением, которая далее через нагнетательный клапан 14 попадает в линию нагнетания 51. Тем временем с началом перемещения поршня 9, под действием давления перетекающей рабочей жидкости из подпоршневой его полости через открытые краны 25 и 26 по гидролинии 24, в подпоршневую полость 23 второго гидроблока, его поршень 10 одновременно начинает перемещаться с связанным с ним через шток 21 вверх со скалкой 19. При этом через всасывающий клапан 13 начинается заполнение рабочего гидроцилиндра 6 вслед за перемещением скалки. По достижении поршня 10 приводного гидроцилиндра 6 в верхнюю крайнюю точку, нагнетание жидкости первым рабочим гидроцилиндром завершается, и по команде из блока управления гидрораспределитель 37 срабатывает и рабочая жидкость начинает поступать по гидролинии 30 и через штуцер 39 в надпоршневу полость приводного гидроцилиндра 6 второго гидроблока 2. В результате поршень 10 гидроцилиндра 8 перемещаясь вытесняет под ним находящуюся жидкость в подпоршневую полость 22 под давлением, в результате поршень 9 начинает перемещаться вверх, т.е. обратно, вместе со скалкой 18, при котором происходит всасывание жидкости из приемной линии 50 и постепенное заполнение полости рабочего гидроцилиндра через обратный клапан 12. А тем временем рабочая жидкость, находящаяся над поршнем 9 по гидролиниям, клапан 52, гидрораспределитель 37, гидролинии 29 возвращается в бак. Далее цикл повторяется. Как видно из описанного
подача жидкости под высоким давлением в нагнетательную линию 51 осуществляется беспрерывно то одним, то другим гидроблоком. При необходимости объем нагнетаемой жидкости в нагнетательную линию можно изменить в широком диапазоне, например, увеличив обороты электродвигателя через преобразователь частоты 36 и выбрав соответствующий объем рабочих гидроцилиндров 5 и 6, что дает возможность использовать установку в качестве счетчика жидкости (воды). Гидронасос постоянно работает в среде жидкого технического масла. За счет замкнутой круговой его циркуляции, обеспечивается его долговечность работы и гидросистемы, следовательно, всей установки.
Технико-экономическое преимущество предложения заключается в следующем.
Она значительно проще по конструкции в сравнении с известными, а установка ее в вертикальном положении за счет равномерного износа поршней гидроцилиндров обеспечивает увеличение долговечности работы. Кроме того, в увеличении долговечности и надежности ее работы немаловажную роль играет и возможность круговой циркуляции рабочей жидкости, в качестве которой выбрано жидкое техническое масло, при котором работа гидронасоса осуществляется в среде технического масла.
На дату подачи заявки изготовлен опытный образец и находится в эксплуатации в одном из нефтяных промыслов Татарстана.