НАСОС ПЛУНЖЕРНЫЙ ДЛЯ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ

Предложение относится к машиностроительной промышленности, в частности к насосостроению и может быть использовано в различных отраслях, в том числе и нефтедобывающей для перекачивания жидких вязких продуктов, содержащих механические примеси.
Известен «Скважинный плунжерный насос» (патент RU №2243412 от 10.07.2003 г., МПК F04B 47/00, 53/14, опубл. БИ №36 за 2004 г.), содержащий заглушенный снизу цилиндр, с расположенными сбоку всасывающим и нагнетательным клапанами, плунжер, при этом плунжер имеет кольцевые проточки, подплунжерная область сообщается с надплунжерной областью всасывающими и нагнетательными клапанами через дополнительный клапан, расположенный между всасывающим и нагнетательным клапанами, при этом дополнительный клапан образован взаимодействием кольцевых проточек плунжера с боковыми каналами цилиндра, образованными всасывающими и нагнетательными клапанами, а всасывающий и нагнетательный клапаны образованы взаимодействием боковых отверстий цилиндра с плунжером, причем всасывающие и нагнетательные каналы выполнены с возможностью перекрытия в верхней и нижней точках хода плунжера.
Насос позволяет перекачивать продукцию скважины независимо от содержания в ней газа.
Недостатками данной конструкции являются большие металлоемкость, габариты и, как следствие, высокая стоимость, так как для обеспечения нормальной работы и высокого коэффициента полезного действия (КПД) необходимо наличие длинного плунжера с большим количеством кольцевых проточек, что требует длинного корпуса, как минимум, в два раза большей длины, чем длины плунжера, а также использование длиноходного привода, обеспечивающего ход плунжера в пределах корпуса.
Известен также «Плунжерный насос» (патент RU №2202050 от 18.08.2000 г., F04B 15/02, опубл. 10.04.2003 г.), содержащий корпус с окнами для всасывания и нагнетания, поворотный затвор в виде полого цилиндра с боковым окном, расположенный в корпусе с возможностью периодического совмещения своего бокового окна с окном всасывания корпуса, и вытеснительный элемент, установленный в затворе, причем окно для всасывания в корпусе и боковое окно в затворе имеют длину, соизмеримую длине рабочего хода вытеснительного элемента, причем вытеснительный элемент выполнен в виде гидроцилиндра, шток которого соединен с корпусом, а цилиндр установлен соосно с поворотным затвором с возможностью совершать возвратно-поступательные движения, окно нагнетания выполнено в боковой поверхности корпуса под углом от окна всасывания не менее угла поворота поворотного затвора, при котором его боковое окно перекрывает окно нагнетания в корпусе, а боковая поверхность закрывает окно всасывания в корпусе, и наоборот, а в корпусе над окном для всасывания установлен ворошитель, выполненный в виде гребенки, с возможностью синхронного вращения с вращением затвора.
Недостатками данной конструкции являются низкая надежность, сложность в изготовлении и применении, так как это устройство выполнено из большого количества точно и герметично сопрягаемых деталей, при этом возвратно-поступательного перемещения привода, длина хода которого в два раза больше рабочего хода вытеснительного элемента, должны быть точно согласованы с вращательным движением поворотного затвора, которое обеспечивается отдельным приводом поворота, для чего требуется точная настройка и постоянный приборный или визуальный контроль.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является «Насос дозировочный плунжерный для перекачивания жидкости» (патент RU №2195578 от 08.08.2000 г., МПК F04B 13/00, опубл. БИ №36 за 2002 г.), содержащий привод с устройством возвратно-поступательного и вращательного движения пролзуна и связанного с ним плунжера, гидравлическую часть, состоящую из цилиндра, плунжера, комплекта уплотнений плунжера, каналов линии всасывания и линии нагнетания перекачиваемой жидкости, при этом плунжер насоса соединен, с возможностью относительного перемещения вдоль общей оси и совместного вращения, с шибером цилиндрической формы, имеющим
основания различного диаметра, большее из которых своей плоскостью примыкает к плоскости головки насоса, перпендикулярной оси плунжера, имеющей каналы, расположенные симметрично относительно оси, соединенные с линиями всасывания и нагнетания жидкости, имеющим канал, один конец которого постоянно соединен с камерой насоса, а второй в начале такта всасывания соединяется с каналом линии всасывания, а в конце такта всасывания, после поворота плунжера с шибером вокруг оси, - с каналом линии нагнетания, имеющим уплотнение меньшего диаметра, размещенное в цилиндре с образованием кольцеобразной камеры между головкой насоса, цилиндром и шибером, соединенной открытым каналом с линией нагнетания.
Недостатками данной конструкции являются:
- большое сопротивление потоку всасываемой и нагнетаемой жидкости из-за большой разницы в сечения плунжера и линий всасывания и нагнетания, что приводит к снижению КПД;
- низкая надежность и сложность в изготовлении, так как это устройство выполнено из большого количества точно и герметично сопрягаемых мелких деталей.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является упрощение конструкции, повышение надежности и снижение материальных затрат за счет простых изготовлении и не мелких сопрягаемых элементов конструкции, а так же увеличение КПД за счет уменьшения сопротивления потоку всасываемой и нагнетаемой жидкости.
Техническая задача решается насосом плунжерным для перекачивания жидкостей, состоящим из цилиндра, плунжера, соединенного с ползуном привода устройства возвратно-поступательного и вращательного движения, каналов линии всасывания и линии нагнетания перекачиваемой жидкости и шибера, оснащенного каналами, поочередно сообщающими полость цилиндра с каналами линии всасывания и линиями нагнетания при соответствующих циклах всасывания и нагнетания, при этом плунжер насоса соединен с возможностью относительного перемещения вдоль общей оси и совместного вращения с шибером, изготовленным в виде полого цилиндра.
Новым является то, что цилиндр дополнительно оснащен кожухом, установленным снаружи с кольцевым пространством между ними, разделенным герметично кольцевым разобщителем, образуя разделенные линии всасывания и нагнетания, а каналы линии всасывания и линии нагнетания выполнены в боковых стенках цилиндра, сообщены снаружи соответственно с линиями всасывания и нагнетания, а изнутри перекрыты шибером, оснащенным в боковых стенках каналами всасывания и нагнетания с разнесением по длине.
Новым также является то, что в цилиндре количество каналов линий всасывания и нагнетания равно и больше одного с равномерным распределением по диаметру, причем смещение каналов линий всасывания и нагнетания выполнено на половину угла смещения близлежащих каналов любой линии, при этом количество и расположение каналов всасывания и нагнетания шибера соответствует количеству каналов линий всасывания и нагнетания соответственно.
Новым также является то, что в цилиндре количество каналов линий всасывания и нагнетания, разнесенных по длине, больше одного, а длина каналов всасывания и нагнетания шибера выполнена с возможностью перекрытия и открытия всех соответствующих каналов линий всасывания и нагнетания.
На Фиг.1 показано устройство с осевым разрезом с двумя каналами линий впуска и выпуска цилиндра.
На Фиг.2 показан разрез А-А.
На Фиг.3 показан разрез Б-Б.
Насос плунжерный для перекачивания жидкостей состоит из цилиндра 1 (см. Фиг.1), заглушенного с торца, плунжера 2, соединенного с ползуном 3 привода устройства возвратно-поступательного и вращательного движения (на Фиг. не показан), каналов 4 и 5 (см. Фиг.3) соответственно линии всасывания 6 (см. Фиг.1) и линии нагнетания 7 перекачиваемой жидкости и шибера 8, оснащенного каналами 9 и 10, поочередно сообщающими полость цилиндра 1 с соответствующими каналами 4 и 5 (см. Фиг.3) линиями всасывания 6 (см. Фиг.1) и нагнетания 7 при соответствующих циклах всасывания и нагнетания. При этом плунжер 2 насоса соединен с возможностью относительного перемещения вдоль общей оси и совместного вращения с шибером 8 цилиндрической формы благодаря наконечнику 11 (см. Фиг.1, 2 и 3) плунжера 2 (см. Фиг.1) вставленному в пазы 12 (см. Фиг.2 и 3)
шибера 8 с возможностью продольного перемещения. Цилиндр 1 (см. Фиг.1) дополнительно оснащен кожухом 13, установленным снаружи с кольцевым пространством 14 между ними, разделенным герметично кольцевым разобщителем 15, образуя разделенные линии всасывания 6 справа и нагнетания 7 слева. Каналы 4 и 5 (см. Фиг.3) линии всасывания 6 (см. Фиг.1) и линии нагнетания 7 выполнены в боковых стенках цилиндра 1 сообщены снаружи соответственно с линиями всасывания 6 и нагнетания 7, а изнутри перекрыты шибером 8, оснащенным в боковых стенках каналами 9 и 10 соотвественно всасывания и нагнетания с разнесением по длине.
В цилиндре 1 количество каналов 4 (см. Фиг.2) и 5 (см. Фиг.3) может быть равно и больше одного с равномерным распределением по диаметру на угол α:
где α - угол между осями каналов 4 или 5;
n - количество каналов 4 или 5.
Для двух каналов 4 (см. Фиг.2) или 5 (см. Фиг.3) α=180°.
Смещение каналов 4 (см. Фиг.2) и 5 (см. Фиг.3) друг относительно друга составляет половину угла α (см. Фиг.2) и равно α/2 (см. Фиг.3). Для предлагаемого случая, когда количество каналов 4 (см. Фиг.2) и 5 (см. Фиг.3) равно 2-α/2=90°. Количество и расположение каналов 9 (см. Фиг.1) и 10 шибера 8 соответствует количеству каналов 4 и 5 (см. Фиг.3) соответственно. В предложенном случае количество каналов 9 (см. Фиг.1) и 10 по два.
В цилиндре 1 количество каналов 4 (см. Фиг.2) и 5 (см. Фиг.3), разнесенных по длине (на Фиг. не показано), может быть больше одного, а длина каналов 9 (см. Фиг.1) и 10 шибера 8 с возможностью перекрытия и открытия всех соответствующих каналов 4 (см. Фиг.2) и 5 (см. Фиг.3).
Для исключения несанкционированных перетоков жидкости использованы уплотнения 16 (см. Фиг.1) и 17.
Принцип работы устройства разделяется на два постоянно чередующихся во время работы цикла:
во-первых, цикл всасывания;
во-вторых, цикл нагнетания.
Цикл всасывания.
При полном входе плунжера 1 (см. Фиг.1) из цилиндра 2 за счет вращения ползуна 3 и плунжера 1 с наконечником 11, размещенным в пазах 12 (см. Фиг.2 и 3), шибер 8 (см. Фиг.2) поворачивается так, что его канал 9 всасывания совмещается с каналом 4 цилиндра 1 и линией всасывания 6, а канал 5 (см. Фиг.3) цилиндра 1 перекрыт шибером 8. При вращении и выдвижении плунжера 2 (см. Фиг.1) из цилиндра 1 жидкость из линии всасывания 6 через канал 4 цилиндра 1 и канал 9 шибера 8 поступает в полость цилиндра 1 и так до максимального выдвижения плунжера 2 из цилиндра 1. После чего наступает цикл нагнетания.
Цикл нагнетания.
При полном выходе плунжера 1 (см. Фиг.1) из цилиндра 2 за счет вращения ползуна 3 и плунжера 1 с наконечником 11, размещенным в пазах 12 (см. Фиг.2 и 3), шибер 8 (см. Фиг.2) поворачивается так, что его канал 10 всасывания совмещается с каналом 5 (см. Фиг.3) цилиндра 1 и линией нагнетания 7, а канал 4 (см. Фиг.2) цилиндра 1 перекрыт шибером 8. При вращении и вводу плунжера 2 (см. Фиг.1) в цилиндр 1 жидкость из цилиндра 1 через канал 10 шибера 8 и канал 5 (см. Фиг.3) выталкивается в линию нагнетания 7 и так до максимального ввода плунжера 2 (см. Фиг.1) в цилиндр 1.
Причем поворот шибера составляет за этот цикл α/2.
Далее циклы всасывания и нагнетания повторяются, а несанкционированные перетоки жидкости исключаются благодаря уплотнениям 16 и 17. Так как ход плунжера 2 остается постоянным во время работы предлагаемого устройства, то и объем жидкости закачиваемой в цилиндр 1 и выталкиваемой из цилиндра 1 постоянен, поэтому данный насос можно использовать для дозированной подачи жидкости.
Причем поворот в любом направлении шибера 8 составляет за каждый отдельный цикл всасывания или нагнетания составляет α/2, а за полный суммарный цикл - α.
Площадь сечения кольцевого пространства 14 между кожухом 13 и цилиндром 1 подбирают примерно равным площади сечения внутренней полости цилиндра 1, а так как линии всасывания 6 и нагнетания 7 образованы разделением разобщителем 15 кольцевого пространства 13, то и их площадь сечения равна между
собой и равна площади внутреннего сечения цилиндра 1. Количество каналов 4 и 5 (см. Фиг.3) цилиндра 1 (см. Фиг.1) распределением по периметру и/или по длине подбирают так, чтобы суммарная площадь каналов 4 линии всасывания 6 была примерно равна суммарной площади сечения каналов 5 (см. Фиг.3) линии нагнетания 7 и площади сечения внутренней полости цилиндра 1 (см. Фиг.1). Все это в совокупности снижает сопротивление потоку всасываемой и нагнетаемой жидкости при работе насоса, что повышает КПД данного насоса, исключая потери напора жидкости.
Использование предлагаемой конструкции насоса плунжерного для перекачивания жидкостей упрощает конструкцию и повышает надежность за счет просто изготавливаемых и не мелких сопрягаемых элементов конструкции, что в результате снижает стоимость изготовления и обслуживания, а также увеличивает КПД за счет уменьшения сопротивления потоку всасываемой и нагнетаемой насосом жидкости.