МОБИЛЬНАЯ ВАКУУМНАЯ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
MOBILE VACUUM PUMP-COMPRESSOR PLANT OF CONTINUOUS ACTION

Изобретение относится к энергетической промышленности, предназначено для откачивания жидкой среды посредством создания вакуума и может быть использовано при эксплуатации нефтяных и газовых скважин, а также подъема воды из скважин водоснабжения.
Известны скважинные насосные установки, содержащие несколько насосных секций, размещенных в скважине (см., например, SU №1101583, кл. F04B 47/02, опубл. 20.04.1983). К их недостаткам следует отнести небольшую производительность.
Известна также установка для эксплуатации обводняющейся газовой скважины, содержащая концентрично установленные колонны обсадных и подъемных труб, выкидную линию, связанную с межтрубным пространством посредством отвода с задвижкой, рабочую камеру, выполненную в виде последовательно установленных и гидравлически связанных между собой секций, газопровод, выполненный в виде двух трубопроводов с переключателем, попеременно сообщающим секции рабочей камеры с межтрубным пространством и выкидной линией, обратный шаровой и поплавковый клапаны, которые установлены в каждой секции рабочей камеры (см. SU №1209831, кл. F04B 47/12, опубл. 12.04.1983). Эта установка служит для отвода жидкости при добыче газа и не может быть использована для добычи вязкой нефти.
По принципу действия наиболее близкими являются вакуумные машины следующих типов: а) вакуумные машины; б) илососные машины; в) каналопромывочные машины. Недостатками существующих машин являются: откачка с близкого расстояния, малой глубины и возможность всего лишь транспортировки откаченной жидкости до места назначения и ее слива самотеком. Что не позволяет решать многие требуемые жизненными условиями задачи или ведет к существенному удорожанию решения этих задач.
В качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения выбрана мобильная вакуумная насосно-компрессорная система непрерывного действия, известная из патента RU 2511328, кл. F04F 3/00, опубл. 2014 г., в котором запатентован «Способ безнасосного откачивания жидкости».
Известная система содержит основную емкость, расположенную на транспортном средстве, на котором также установлены вакуумный насос и трубопроводная арматура для сообщения насоса с емкостями. К недостаткам известной системы относятся ограниченные технические возможности.
Формула изобретения составлена без разделения на отличительную и ограничительную части.
Решаемая изобретением задача - создание вакуумной насосно-компрессорной установки с расширенными технико-эксплуатационными и функциональными возможностями.
Технический результат, который получен при выполнении заявленной задачи, - повышение производительности и надежности, обеспечение возможности сбора и перекачки смесей высокой вязкости с повышенным содержанием механических примесей с дальних расстояний, большой глубины и непрерывной подачи на дальние расстояния с использованием вакуума.
Изобретение относится к сервисным машинам для обслуживания трубопроводов, резервуарного парка, ликвидации аварийных розливов нефти, очистки канализационных колодцев в системе водоснабжения городского хозяйства, для обеспечения водой штатной пожарной техники при тушении пожаров, в том числе лесных, а также может быть использована непосредственно в качестве пожарной машины.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что мобильная вакуумная насосно-компрессорная установка непрерывного действия содержит по меньшей мере одну основную емкость и три дополнительные емкости, расположенные на транспортном средстве, на котором также установлены компрессор, вакуумный и шламовый насосы с приводом от энергетической установки транспортного средства, трубопроводную арматуру для сообщения упомянутых насосов с емкостями, и компрессором, при этом основная емкость выполнена с двумя входами, первый из которых через блок управления сообщен с вакуумным насосом, а второй вход выполнен с возможностью сообщения с жидкой средой, и с одним выходом - для сообщения со шламовым насосом, а дополнительные емкости выполнены с двумя входами, первый из которых через блок управления сообщен или с вакуумным насосом, или компрессором, а второй вход - с засасываемой жидкой средой), и с одним выходом - для опорожнения емкости от жидкой среды, упомянутые входы и выходы основной и дополнительных емкостей оборудованы обратными клапанами с возможностью исключения обратного движения жидкой среды, при этом блок управления для каждой из упомянутых емкостей имеет датчики минимального и максимального уровня засасываемой жидкой среды, расположенные в этих емкостях, а также для основной емкости блок управления содержит первый управляемый клапан для сообщения основной емкости с вакуумным насосом, второй управляемый клапан для сообщения основной емкости и вакуумного насоса с атмосферой и третий управляемый клапан для сообщения этой емкости со шламовым насосом для откачивания находящейся внутри основной емкости жидкой среды, причем упомянутые краны связаны с датчиками уровня с возможностью управления ими в зависимости от состояния уровня жидкой среды, кроме этого, для управления режимами заполнения и опорожнения дополнительных емкостей блок управления оборудован четверым, пятым и шестым управляемыми клапанами для сообщения дополнительных емкостей с вакуумным насосом с возможностью заполнения их жидкой средой, а также седьмым, восьмым и девятым управляемыми клапанами для сообщения дополнительных емкостей с компрессором с возможностью вытеснения из них жидкой среды, при этом упомянутые четвертый, пятый и шестой управляемые клапаны переведены в режим «закрыто».
Возможны и другие варианты выполнения изобретения, согласно которым необходимо, чтобы
- все клапаны были бы выполнены с электромагнитными,
- в качестве первой, второй и третьей дополнительных емкостей были бы применены соответственно погружной снаряд, первый бортовой снаряд и второй бортовой снаряд, последние два из которых стационарно установлены вместе с основной емкостью на транспортном средстве, а погружной снаряд расположен на транспортном средстве с возможностью его погружения на глубину посредством тросовой лебедки,
- основная емкость и погружной снаряд были бы оборудованы фильтрами грубой очистки, расположенными на вторых входах и выполненными сетчатыми,
- установка была бы оборудована четвертой дополнительной емкостью, предназначенной для чистой воды.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для достижения технического результата, а именно расширение технических средств и увеличение срока эксплуатации установки; повышение производительности и надежности; обеспечение возможности сбора и перекачки смесей высокой вязкости с повышенным содержанием механических примесей с дальних расстояний, большой глубины и непрерывной подачи на дальние расстояния.
Сущность изобретения поясняется чертежами и схемами.
На фиг. 1 изображена общая функциональная схема мобильной вакуумной насосно-компрессорной установки непрерывного действия.
На фиг. 2 изображен погружной наряд установки.
На фиг. 3 изображены бортовые наряды установки.
На фиг. 4 изображена схема перекачки гидросмесей из дренажных накопителей, подъем воды из водоемов с отвесной береговой линией.
На фиг. 5 изображена схема непрерывной откачки воды при ликвидации прорывов трубопроводов.
На фиг. 6 изображена схема забора и перекачки воды со сложной береговой линией.
На фиг. 7 изображена схема тушения пожаров.
На фиг. 8 изображена схема откачки и раскачки донных осадков РВС.
На фиг. 9 изображена схема откачки из ж/д цистерн вязких и застывающих нефтепродуктов.
На фиг. 10 изображена схема сбора и перекачки нефти (нефтешламов) и нефтепродуктов.
На представленных иллюстрациях конструктивные элементы установки имеют следующие обозначения:
Поз. 1 - жесткие трубопроводы, изображены толстой линией
Поз. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 - гибкие трубопроводы
Поз 17 - шламовый насос
Поз. 18 - привод
Поз. 19 - вакуумный насос
Поз. 20 - компрессор
Поз. 21 - основная емкость - накопительная, транспортная
Поз. 22 - емкость для чистой воды
Поз. 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31 - управляемые клапаны, выполненные электромагнитными
Поз. 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50 - краны, управляемые вручную и дублирующие управляемые клапана
Поз. 51, 52, - манометры
Поз. 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60 - датчики уровня жидкой среды
Поз. 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67 - обратные клапаны;
Поз. 68 - фильтр грубой очистки, выполненный в виде приемной сетки
Поз. 69 - тросовая лебедка с электроприводом
Поз. 70 - погружной снаряд
Поз. 71, 72 - бортовые снаряды
Поз. 73 - блок управления
Поз. 74 - трос для лебедки 69
Поз. 75 - транспортное средство
Изобретение поясняется конкретным примером выполнения вакуумной насосно-компрессорной установки непрерывного действия, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.
Согласно изобретению мобильная вакуумная насосно-компрессорная установка непрерывного действия содержит по меньшей мере одну основную емкость 21 и три дополнительные емкости, расположенные на транспортном средстве 75, при этом в качестве первой, второй и третьей дополнительных емкостей применены соответственно погружной снаряд 70, первый бортовой снаряд 71 и второй бортовой снаряд 72, последние два из которых стационарно установлены вместе с основной емкостью 21 на транспортном средстве, а погружной снаряд 70 расположен на транспортном средстве с возможностью его погружения на глубину посредством тросовой лебедки 69. Кроме этого, на транспортном средстве установлены компрессор 20, вакуумный и шламовый насосы 19 и 18, соответственно, с приводом от энергетической установки транспортного средства 75.
Для сообщения упомянутых насосов 18, 19 и компрессора 20 с емкостями 21, 70, 71, 72 установка оборудована трубопроводной арматурой, выполненной в виде жестких 1 и гибких 2 трубопроводов.
Основная емкость 21 выполнена с двумя входами, первый из которых через блок управления 73 сообщен с вакуумным насосом 19, а второй вход выполнен с возможностью сообщения с жидкой средой, и с одним выходом - для сообщения со шламовым насосом 17. Дополнительные емкости, соответственно, погружной снаряд 70, первый бортовой снаряд 71 и второй бортовой снаряд 72, выполнены с двумя входами, первый из которых по командам блока управления 73 сообщен или с вакуумным насосом 19 или с компрессором 20, а второй вход - с засасываемой жидкой средой в процессе заполнения, и с одним выходом - для опорожнения емкости от жидкой среды. Упомянутые входы и выходы основной 21 и дополнительных емкостей оборудованы обратными клапанами 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67 с возможностью исключения обратного движения жидкой среды.
Блок управления 73 процессами наполнения и опорожнения упомянутых емкостей снабжен датчиками максимального и минимального уровня 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, соответственно максимального и минимального уровня засасываемой жидкой среды, причем указанные датчики расположены в упомянутых емкостях, т.е. в каждой емкости по два датчика уровня.
Кроме этого, для управления наполнением и опорожнением основной емкости 21 блок управления 73 содержит первый, второй и третий управляемые клапаны, выполненные электромагнитными, а именно 23, 24, 27, а также краны 32, 33, 34, 35, 36, 37, управляемые вручную и дублирующие электромагнитные клапаны, причем упомянутые клапаны и краны предназначены: для сообщения основной емкости 21 с вакуумным насосом 19, для сообщения основной емкости 21 и вакуумного насоса 19 с атмосферой и для сообщения основной емкости 21 со шламовым насосом 17 в режиме откачивания находящейся внутри основной емкости 21 жидкой среды. При этом упомянутые управляемые клапаны 23, 24 и 27 связаны с датчиками уровня 53 и 54 с возможностью управления режимами заполнения и опорожнения жидкой среды в зависимости от состояния уровня жидкой среды в основной емкости 21.
Для управления режимами заполнения и опорожнения дополнительных емкостей, в качестве которых выступают: погружной снаряд 70 и бортовые снаряды 71, 72, блок управления 73 содержит четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый управляемые клапаны, выполненные электромагнитными, а именно электромагнитными клапаны 25, 26, 28, 29, 30, 31, а также краны 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, управляемые вручную и дублирующие электромагнитные клапаны, причем упомянутые клапаны и краны предназначены: для сообщения дополнительных емкостей с вакуумным насосом 19 и создания в них высокого вакуума с возможностью заполнения их жидкой средой, а также для сообщения этих емкостей с компрессором 20 с возможностью вытеснения из них жидкой среды, при этом упомянутые управляемые краны переводятся в режим «закрыто».
Для эффективности функционирования основная емкость 21 и погружной снаряд 70 оборудованы фильтрами грубой очистки 68, расположенными на вторых входах и выполнены сетчатыми.
С целью расширения функциональных возможностей, мобильная вакуумная насосно-компрессорная установка оборудована еще одной дополнительной емкостью 22 для чистой воды, используемой, в частности, для снабжения населения питьевой водой, заполнение и опорожнение которой осуществляется аналогично другим дополнительным емкостям.
Установка работает следующим образом.
По командам блока управления 73 включается привод 18 (фиг. 1, 2, 3, 4-10), кинематически связанный с двигателем транспортного средства, приводится в действие вакуумный насос 19 и шламовый насос 17. Далее, включается в работу блок управления 73, срабатывают в соответствующем режиме работы первый, второй и третий управляемые клапаны, а именно электромагнитные клапаны 23, 24, 27. Так, например, через гибкий трубопровод 3, электромагнитный клапан 23, кран 33 и гибкий трубопровод 2 в основной емкости 21 создается разрежение до формирования глубокого вакуума. Через краны 47, 50 и фильтр грубой очистки 68, выполненный в виде приемной сетки, происходит наполнение емкости 21, по мере ее заполнения до максимального уровня включается датчик уровня 54 и происходит отключение электромагнитного клапана 23 и включение электромагнитных клапанов 24 и 27. При этом вакуумный насос 19 сообщается с атмосферой, а основная емкость 21 - разгерметизируется. Шламовый насос 17 начинает откачку жидкой среды из емкости 21 через кран 38. После опорожнения емкости 21 по команде датчика уровня 28 электромагнитные клапаны 24 и 27 отключаются, а электромагнитный клапан 23 - включается, начинается следующий этап наполнения основной емкости 21 с использованием вакуума. Этот принцип заполнения и опорожнения емкости положен в основу функционирования установки.
Для подъема с глубины жидкой среды используется погружной снаряд 70, который опускается на глубину, например в дренажную яму (или колодец и т.п.). В блоке управления 73 срабатывают четвертый и пятый управляемые клапаны, а именно электромагнитные клапанами 25 и 26. При этом гибкие трубопроводы 4 и 10, сообщенные через блок управления 73 - первый с вакуумным насосом 19 и компрессором 20, а второй - с внешней средой, подсоединяются посредством разъемного соединения, например штекера, к погружному снаряду 70. По команде блока управления 73 включается привод 18 и начинается откачка воздуха из погружного снаряда 70 и его наполнение откачиваемой жидкой средой. По мере заполнения погружного снаряда 70 до максимальной отметки включается датчик уровня 55, отключается электромагнитный клапан 25 и включается электромагнитный клапан 26, сжатый воздух от компрессора 20 устремляется в погружной снаряд 70 и вытесняет под высоким давлением жидкую среду через трубопровод 11. После опорожнения погружного снаряда 70 датчик 56 формирует сигнал на отключение электромагнитного клапана 26 и цикл повторяется.
При непрерывном сборе и подаче жидкой среды включаются в работу дополнительные емкости, а именно бортовые снаряды 71 и 72. Для этого по команде блока управления 73 закрывается кран 50, открывается кран 40, включается привод 18 и далее срабатывают шестой, седьмой, восьмой и девятый управляемые клапаны, а именно электромагнитные клапаны 28, 29, 30, 31. Начинается откачка воздуха из бортовых снарядов 71 и 72 (фиг. 3) и формирование глубокого вакуума, за счет которого происходит их заполнение жидкой средой через кран 45. Бортовые снаряды 71 и 72 работают аналогично погружному снаряду 70, только установлены они стационарно на общей платформе транспортного средства 75, подача жидкой среды осуществляется посредством гибкого трубопровода 5 и кран 40. Бортовые снаряды 71 и 72 функционируют независимо друг от друга, поэтому непрерывность подачи обеспечивается подбором сечения и длины трубопроводов.
Использование настоящего изобретения позволяет существенно расширить технические возможности использования мобильной вакуумной насосно-компрессорной установки, в частности, для:
- перекачки гидросмесей из дренажных накопителей, подъем воды из водоемов с отвесной береговой линией;
- непрерывной откачки воды при ликвидации прорывов трубопроводов;
- забора и перекачки воды со сложной береговой линией;
- тушения пожаров;
- откачки и раскачки донных осадков РВС;
- откачки из ж/д цистерн вязких и застывающих нефтепродуктов;
- сбора и перекачки нефти (нефтешламов) и нефтепродуктов;
- сбора и перекачки смесей высокой вязкости с повышенным содержанием механических примесей с дальних расстояний, большой глубины и непрерывной подачи на дальние расстояния.