СТРУЙНАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к насосостроению, в частности, к струйным насосным установкам, и может быть использована в нефтяной, газовой и других отраслях промышленности для перекачки жидкостей, газов и газожидкостных смесей, в том числе и для закачки водогазовых смесей в технологиях водогазового воздействия на нефтяные пласты.
Известна струйная насосная установка, имеющая вход и выход для перекачиваемой среды, струйный аппарат, содержащий рабочую камеру с входом и выходом, приемный канал перекачиваемой среды и сопло, гидравлически связанное с выходом силового насоса, дополнительный силовой насос, имеющий вход и выход, а выход дополнительного силового насоса гидравлически связан, через дополнительный приемный канал и дополнительное сопло в струйном аппарате, с приемным каналом перекачиваемой среды (Патент на изобретение №2100659, F04F 5/02. Струйная насосная установка. Опубликовано: 27.12.1997.).
Недостатком известной струйной насосной установки является относительно узкая область применения, так как обеспечивается относительно невысокое давление перекачиваемой среды на выходе, что обусловлено техническими возможностями струйного аппарата. При этом объемный расход рабочей жидкости на выходе насосной установки равен объемному расходу рабочей жидкости через сопла струйного аппарата, что в ряде случаев ухудшает эффективность применения струйной насосной установки. Это случаи, где требуется уменьшить расход жидкости на выходе при неизменном расходе газа, а данное техническое решение не предусматривает проведение подобных операций в связи с узким диапазоном регулирования рабочих параметров.
Задачей, на решение которой направлено настоящее техническое решение, является расширение диапазона регулирования рабочих параметров и расширение области применения струйной насосной установки.
Технический результат заключается в обеспечении возможностей для повышения давления на выходе установки, а также уменьшения объемного расхода жидкости на выходе установки, при одновременном увеличении объемного расхода жидкости через сопла струйного аппарата.
Указанный технический результат достигается тем, что струйная насосная установка имеет вход и выход для перекачиваемой среды, струйный аппарат, содержащий рабочую камеру с входом и выходом, приемный канал перекачиваемой среды и сопло, гидравлически связанное с выходом силового насоса. Установка оснащена дополнительным силовым насосом, который имеет вход и выход, а выход этого дополнительного силового насоса гидравлически связан с приемным каналом перекачиваемой среды, через дополнительный приемный канал и дополнительное сопло в струйном аппарате. Выход рабочей камеры гидравлически связан с входом дополнительного силового насоса, а выход дополнительного силового насоса сообщается с входом сепаратора. Один из выходных каналов сепаратора сообщается с дополнительным приемным каналом и дополнительным соплом. Другой выходной канал сепаратора выполнен в виде выхода для перекачиваемой среды.
На фигуре 1 изображена схема предлагаемой струйной насосной установки.
Струйная насосная установка, по фигуре 1, имеет вход 1 и выход 2 для перекачиваемой среды, струйный аппарат, содержащий рабочую камеру 3 с входом 4 и выходом 5, приемный канал 6 перекачиваемой среды и сопло 7, гидравлически связанное с выходом 8 силового насоса 9, дополнительный силовой насос 10, имеющий вход 11 и выход 12. Выход 12 дополнительного силового насоса 10 гидравлически связан через дополнительный приемный канал 13 и дополнительное сопло 14 в струйном аппарате с приемным каналом 6 перекачиваемой среды. Выход рабочей камеры 5 гидравлически связан с входом 11 дополнительного силового насоса 10. Выход 12 дополнительного силового насоса 10 сообщается с входом 15 сепаратора 16. Первый выходной канал 17 сепаратора 16 сообщается с дополнительным приемным каналом 13 и дополнительным соплом 14. Второй выходной канал 18 сепаратора 16 выполнен в виде выхода 2 для перекачиваемой среды, то есть выход 2 струйной насосной установки может являться продолжением выходного канала 18 сепаратора 16. Струйная насосная установка может быть оснащена задвижками 19-21 и подпорным компрессором 22.
Предлагаемая установка работает следующим образом.
Силовой насос 9 обеспечивает подачу рабочей среды через выход 8 в сопло 7. Сформированная в сопле 7 рабочая струя через отверстие дополнительного сопла 14 попадает в рабочую камеру 3, обеспечивая снижение давления в приемном канале 6, и входе 1. Перекачиваемая среда через вход 1 направляется на вход 4 рабочей камеры 3. В рабочей камере 3 осуществляется перемешивание рабочей и перекачиваемой сред, снижение скорости и повышение давления в диффузорной части рабочей камеры 3. Рабочей и перекачиваемой средой может быть жидкость или газ, или газожидкостная смесь с различными соотношениями компонентов. С выхода 5 рабочей камеры 3 смесь рабочей среды и перекачиваемой среды поступает на вход 11 дополнительного силового насоса 10. В качестве дополнительного силового насоса 10 может быть использован динамический насос, например центробежный насос (одноступенчатый или многоступенчатый), объемный насос, например двухвинтовой или поршневой.
Дополнительный силовой насос 10 подает смесь рабочей среды и перекачиваемой среды в сепаратор 16, с выхода 12 на вход 15. В сепараторе 16 осуществляется разделение сред, через выход 18 сепаратора 16 перекачиваемая среда поступает на выход 2 струйной насосной установки. Через выход 17 часть потока (рабочая среда для дополнительного сопла 14) отводится в дополнительный приемный канал 13 и далее в дополнительное сопло 14. Процесс истечения рабочей среды через сопло 14 влияет на параметры струи на входе 4 рабочей камеры 3. При истечении рабочей среды через сопло 7 и через сопло 14 могут изменяться значения коэффициентов Кориолиса, Буссинеска и коэффициент сжатия струи рабочей среды. Соответственно изменяется параметр количества движения рабочего потока и эпюра скоростей в поперечном сечении рабочей струи. Регулируя расход рабочей среды через сопло 7 и сопло 14 (меняя положения сопла или геометрию каналов внутри сопла), можно управлять работой струйной насосной установки, поскольку режим ее работы зависит от значений названных коэффициентов. Таким образом, часть рабочей среды циркулирует по замкнутому контуру, начиная с дополнительного приемного канала 13 и далее через сопло 14, рабочую камеру 3, дополнительный насос 10, в сепаратор 16, и через выход 17 сепаратора 16 возвращаясь в дополнительный приемный канал 13. При этом обеспечивается возможность для уменьшения объемного расхода жидкости на выходе 2 установки, при одновременном увеличении суммарного объемного расхода жидкости через сопла 7 и 14 в самом струйном аппарате. В струйной насосной установке одна часть мощности дополнительного насоса 10 направлена на перекачку среды, которая выходит из установки через выход 2, другая часть мощности дополнительного насоса 10 используется для подачи рабочей среды в сопло 14. Подобное двойное назначение дополнительного насоса 10 позволяет повысить давление на выходе установки, с обеспечением возможностей для уменьшения объемного расхода жидкости на выходе 2 установки, при одновременном увеличении объемного расхода жидкости через сопло 14 струйного аппарата. Таким образом, решается задача по расширению диапазона регулирования рабочих параметров и расширению области применения струйной насосной установки. При перекачке газов и газожидкостных смесей представленное техническое решение позволяет регулировать параметры в более широком диапазоне, и легко выводить на оптимальный режим работы струйный аппарат и насосы 9, 10 при заданных значениях расхода и давлении на выходе 2. Также удается уменьшить количество различных гидравлических машин в технологической системе, что способствует повышению надежности установки и расширению области применения такого оборудования.
Как известно, на вход 1 перекачиваемая среда может поступать прямо по трубопроводу (через открытую задвижку 20) или же после предварительного сжатия с применением подпорного компрессора (или подпорного насоса) 22. При работе компрессора (насоса) 22 задвижки 19, 22 открыты, а задвижка 20 закрыта.
Сопло 7 и сопло 14 могут иметь различные исполнений, известны, например, конструкции конического или диафрагменного сопла. Может быть использовано также известное исполнение сопла с несколькими рабочими отверстиями (например, семь или десять отверстий), где поток рабочей среды делится на параллельные потоки в таких рабочих отверстиях.