СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК НАСОСНО-ЭЖЕКТОРНЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ
STAND FOR STUDYING THE CHARACTERISTICS OF PUMP AND EJECTOR SYSTEMS USING EXHAUST GASES

Изобретение относится к конструкциям экспериментальных стендов для испытания электроцентробежных насосов, струйных аппаратов, а также различных компоновок их совместной работы, и может быть использовано для получения рабочих характеристик перечисленного оборудования при моделировании закачки газожидкостный смесей, в частности для повышения нефтеотдачи путем водогазового воздействия на пласт.
Известна конструкция стенда для исследования газосепараторов [1], имеющего в качестве основных элементов бак для накопления жидкости, насос для нагнетания жидкости и систему создания газожидкостной смеси с использованием эжектора, гравитационный сепаратор для разделения газожидкостной смеси, контрольно-измерительную аппаратуру и регулирующие элементы. Недостатком указанного стенда является ограничение возможности совместного исследования характеристик работы эжектора и многоступенчатых электроцентробежных насосов.
Для испытания гидравлических машин и электродвигателей к ним известна конструкция экспериментального стенда [2], включающая в себя емкость для накопления жидкости, насос для ее нагнетания, струйный аппарат для эжектирования газа, нагнетательные линии, блок моделирования внутрискважинных условий, линии обратного поступления жидкости в накопительную емкость, устройства контроля и регулирования параметров расходов и давлений жидкости, газа и газожидкостной смеси, а также устройства для регулирования пенообразующих свойств, вязкости рабочей жидкости и теплообменник для охлаждения жидкости. С целью расширения функциональных возможностей в указанном стенде используются компрессор для нагнетания газа от источника или воздуха из атмосферы, второй насос для увеличения расходов и давлений потоков, а также блок моделирования внутрискважинных условий. Недостатком указанного стенда является невозможность проведения исследований с выхлопными газами.
Известен стенд-макет насосно-эжекторной системы, описанный в работе [3] и на котором возможно исследовать работу струйных аппаратов и многоступенчатых электроцентробежных насосов при замкнутой системе циркуляции жидкости. В указанном стенде-макете жидкость нагнетается силовым насосом из бака, накапливающего жидкость, в рабочее сопло эжектора, после чего созданная в эжекторе газожидкостная смесь подается на прием многоступенчатого насоса, далее газожидкостная смесь возвращается в бак, где происходит сепарация газа.
Недостатком всех указанных стендов является то, что они имеют ограниченную область применения, поскольку не предназначены для работы с высокотемпературными выхлопными газами, причем при замкнутой системе циркуляции жидкости будет происходить растворение диоксида углерода в жидкости, накапливаемой в баке/емкости, что не соответствует реальным условиям при закачке газожидкостной смеси в скважину.
Задачей изобретения является расширение области применения для обеспечения возможности проведения исследований электроцентробежных насосов, струйных аппаратов, а также различных компоновок их совместной работы при использовании выхлопных газов для создания газожидкостной смеси.
Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств для исследования характеристик насосно-эжекторных систем.
Технический результат достигается тем, что стенд, содержащий бак-резервуар, силовой насос, эжектор, дожимной насос, измерительные, регулирующиеся элементы, при этом к приемной камере эжектора подключен выхлопной коллектор двигателя внутреннего сгорания посредством трубопровода, соединенного с газо-жидкостным теплообменником, причем жидкостная линия теплообменника на входе сообщена с выходной линией силового насоса, а на выходе с рабочим соплом эжектора, при этом газовая линия теплообменника на входе соединена с трубопроводом от выхлопного коллектора двигателя внутреннего сгорания, а на выходе с ресивером, соединенным с приемной камерой эжектора, причем на выходе из дожимного насоса установлен дополнительный бак-сепаратор с выходными жидкостной и газовой линиями, кроме того, выходная жидкостная линия дополнительного бака-сепаратора сообщена со сливом в канализацию, а выходная газовая линия соединена со сбросом в атмосферу, причем, бак-резервуар подключен к линии подачи воды из водопровода.
Изобретение поясняется чертежом, где представлена принципиальная схема стенда.
Стенд для исследования содержит следующие основные элементы бак-резервуар 1 для накопления жидкости, силовой насос 2 для нагнетания жидкости, эжектор 3, дожимной насос 4, двигатель внутреннего сгорания 5, теплообменник 6, предназначенный для охлаждения выхлопных газов, ресивер 7, бак-сепаратор 8.
Другими составными элементами, входящими в схему стенда являются: 9 - расходомер жидкости, 10 - расходомер выхлопных газов, 11 и 12 - мановакуумметры, 13 - фильтр ¾", 14-22 - манометры, 23-29 - термометры, 30 - всасывающая линия силового насоса, 31 - нагнетательная линия силового насоса, 32 - всасывающая линия дожимного насоса, 33 - нагнетательная линия дожимного насоса, 34 - перепускная линия, 35-44 - краны шаровые ¾", 45-51 - регулируемые задвижки и вентили ¾", 52 - обратный клапан ¾", 53-54 - краны шаровые 1", 55 - регулируемая задвижка 1", 56 - обратный клапан 1", 57-63 - краны шаровые ½", 64-68 - регулируемые задвижки и вентили ½", 69 - гофрированная нержавеющая стальная труба 1" для отвода выхлопных газов в атмосферу, 70-71 - предохранительные клапаны ¾", 72-73 - водомерное стекло бака с запорными вентилями, 74 - гибкая подводка 3/4" для наполнения бака-резервуара, 75-78 - гибкие подводки ½" для подсоединения водомерного стекла, 79 - гибкая подводка ½" для отбора проб жидкости, 80-82 - гофрированные нержавеющие стальные трубы для подвода газа.
Бак-резервуар 1 соединен с водопроводом через линию 30, гибкую подводку 74 и шаровые краны 35-36. К баку-резервуару 1 для определения уровня в баке присоединено водомерное стекло с запорными вентилями 72 с помощью гибких подводок 75-76 и шаровых кранов 58-59. Дополнительно на баке-резервуаре установлены манометр 22, предохранительный клапан 70, регулируемая задвижка 64 и шаровой кран 39.
Силовой насос 2 соединен с баком-резервуаром 1 через всасывающую линию 30 с установленным обратным клапаном 52 и регулируемой задвижкой 38.
Установленные шаровые краны 40, 41 и 42 позволяют изменять направление течения жидкости от силового насоса 2: через теплообменник 6 или напрямую - в нагнетательную линию 31 с установленными фильтром 13 и регулируемой задвижкой 45.
Теплообменник 6 соединен по газовой линии на входе с выхлопным коллектором двигателя внутреннего сгорания 5 через трубопровод для подвода газа 80 с установленным шаровым краном 53 и обратным клапаном 56, на выходе с приемной камерой эжектора 3 через трубопроводы для подвода газа 81 и 82 с установленными шаровыми кранами 54, 63, регулируемыми задвижками 55, 67, вентилем 68 и ресивер 7, по жидкостной линии на входе - с силовым насосом 2, на выходе - через нагнетательную линию 31 с рабочим соплом эжектора 3.
В стенде имеется перепускная линия 34 с установленными регулируемыми вентилями 46-49, что позволяет изменять направление течения жидкости или газожидкостной смеси для исследования работы отдельных элементов стенда - эжектора, силового и дожимного электроцентробежных насосов.
Выход эжектора 3 соединен с приемом дожимного насоса 4 через всасывающую линию дожимного насоса 32 с установленными регулируемыми задвижками 47, 50.
Выход дожимного насоса 4 соединен с баком-сепаратором 8 через нагнетательную линию дожимного насоса 33 с установленными регулируемой задвижкой 51 и шаровым краном 43.
С целью анализа газожидкостной смеси устанавливают шаровой кран 44 с гибкой подводкой 79, предназначенную для отбора проб.
Жидкостная линия бак-сепаратора 8 соединена со сливом в канализацию через установленный шаровой кран 37 и сливной шланг 83, а газовая линия через установленный шаровой кран 60 с трубой 69 для отвода выхлопных газов в атмосферу.
К баку-сепаратору 8 для определения уровня в баке присоединено водомерное стекло с запорными вентилями 73 с помощью гибких подводок 77 и 78, на которых установлены шаровые краны 61 и 62. Дополнительно на баке-сепараторе установлен манометр 21, предохранительный клапан 71, регулируемая задвижка 65.
Для обеспечения безопасности проведения исследований на стенде-макете с использованием выхлопных газов в помещении предусмотрена вытяжная система (не показана).
Стенд для исследования характеристик насосно-эжекторных систем с использованием выхлопных газов работает следующим способом.
Силовой насос 2 подает жидкость из бака-резервуара 1 сквозь теплообменник 6 и далее по нагнетательной линии 31 в рабочее сопло эжектора 3, при этом краны 40, 42 и 43, регулируемые задвижки 45 и 47, вентили 48 и 49 открыты, а краны 41 и 44, регулируемые задвижки 50, 51 и регулируемый вентиль 46 закрыты.
Дополнительно к баку-резервуару 1 (к линии 30) подключается емкость для увеличения запаса жидкости и соответственно времени проведения исследования (на фиг. 1 не показано), при этом во время эксперимента через гибкую подводку 74 производится подача воды из водопровода в систему стенда.
От выхлопного коллектора двигателя внутреннего сгорания 5 газ нагнетается сквозь теплообменник 6 в ресивер 7, при этом установленный обратный клапан 56 предотвращает обратную циркуляцию выхлопных газов к источнику 5, краны 53, 54, 63 и регулируемая задвижка 55 открыты, регулируемые задвижки 66, 67, и вентиль 68 закрыты.
В теплообменнике 6 происходит теплообмен между двумя несмешивающимися потоками: рабочим - жидкостью из бака-резервуара 1 и водопровода, инжектируемым - выхлопными газами от двигателя внутреннего сгорания 5.
После включения силового насоса 2 и создания вакуума в приемной камере эжектора 3 открывается регулируемая задвижка 67 и вентиль 68, газ из ресивера 7 направляется для создания жидкостно-газовой смеси в приемную камеру эжектора 3.
В эжекторе 3 происходит смешение рабочего и инжектируемого потоков.
Режим работы струйного аппарата устанавливается изменением степени открытия регулируемой задвижки 47.
Полученная жидкостно-газовая смесь нагнетается в бак-сепаратор 8, при этом регулируемые задвижки 47, вентили 48, 49 и кран 43 открыты, а регулируемые задвижки 50, 51 и кран 44 закрыты. Отсепарированный выхлопной газ отделяется в баке-сепараторе 8 и отводится через кран 60 в вытяжную систему и далее в атмосферу. Жидкость из бака-сепаратора 8 сливается в канализацию через открытый кран 37 и сливной шланг 83.
Для получения характеристики насоса 4 проводят запуск силового насоса 2 и эжектора 3, при этом циркуляция жидкости осуществляется по перепускной линии 34 при открытых регулируемых вентилях 46 и 48, при этом краны 40, 42 и 43, регулируемые задвижки 45, 47, 50, 51 открыты, а краны 41 и 44, регулируемый вентиль 49 закрыты.
После чего запускается дожимной насос 4, вентили 46 и 48 постепенно закрываются. Требуемое давление у входа в дожимной насос 4 устанавливается с помощью регулируемой задвижки 51.
Запускается двигатель внутреннего сгорания 5, газ подается сквозь теплообменник 6, в ресивер 7. Открывается задвижка 67 и частично приоткрывается вентиль 68, газ из ресивера 7 направляется в приемную камеру струйного аппарата 3. В эжекторе 3 происходит смешение рабочего и инжектируемого потоков. Содержание газа в смеси регулируется вентилем 68.
После эжектора 3 полученная жидкостно-газовая смесь сначала подается на прием дожимного насоса 4, при этом для установления ранее выбранного требуемого давления у входа в насос 4 приоткрывается задвижка 51. Расход газа устанавливается изменением степени открытия регулируемого вентиля 68.
В стенде установлены контрольно-измерительные приборы. Манометры 11 и 14 расположены для замера давления на входе и выходе силового насоса 2, соответственно. На нагнетательной линии силового насоса 31 устанавливается расходомер жидкости 9 и манометры 17 и 18 на входе в рабочее сопло и выходе из диффузора эжектора 3.
На газовой линии теплообменника устанавливаются термометры 23 и 24, а на жидкостной линии - термометры 25 и 28, которые регистрируют изменение температуры соответственно выхлопных газов и рабочей жидкости в теплообменнике.
После ресивера 7 устанавливаются для контроля давления и температуры выхлопных газов манометр 16 и термометр 26, соответственно, а также расходомер выхлопных газов 10. На входе в приемную камеру эжектора 3 устанавливаются термометр 27 и манометр 12.
Для замера давления на входе и выходе в дожимной насос 4 на линии 32 устанавливается манометр 19, а на линии 33 - манометр 22, соответственно.
Установленный термометр 29 определяет температуру газожидкостной смеси.
Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает расширение арсенала технических средств для исследования характеристик насосно-эжекторных систем.
Источники информации
1. Авторское свидетельство SU 1521918 А1 МПК F04D 15/00 опубл. 15.11.1989.
2. Патент RU 2075654 МПК F04D 13/10, F04F 5/54, F04B 51/00, опубл. 20.03.1997.
3. Дроздов, А.Н. Увеличение КИН: водогазовое воздействие на пласт Опыт эксплуатации насосно-эжекторной системы и пути совершенствования технологии ВГВ / А.Н. Дроздов, Н.А. Дроздов // Деловой журнал Neftegaz.RU. - 2017. - №7(67). - С. 70-77.