УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ ТЕКУЧИХ СРЕД (ВАРИАНТА)

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к средствам для перекачки текучих сред, в том числе газожидкостных смесей и может применяться в нефтяной промышленности, для перекачки нефтеводогазовых смесей, в системе поддержания пластового давления, для закачки в скважины сточных вод, газоводяных смесей, полимеров, ингибиторов.
Известен диафрагменный насосный агрегат, содержащий рабочий насос с гидроприводной цилиндрической диафрагмой и установленными на входном и выходном концах цилиндрической диафрагмы всасывающим и нагнетательным клапанами, диафрагма установлена в корпусе, заполненном рабочей жидкостью и соединенном трубопроводом с гидроцилиндром гидропривода, включающего маслонасос, электродвигатель для привода маслонасоса, маслобак, фильтр, предохранительный клапан, теплообменник, гидрораспределитель, причем гидрораспределитель и маслонасос расположены в маслобаке, в гидроцилиндре установлены два поршня, соединенные между собой штоком, гидроцилиндр разделен перегородкой на две полости, шток проходит через перегородку, поршни расположены по обе стороны от перегородки, каждая из полостей сообщена с гидрораспределителем и снабжена подключенными к последнему датчиками крайнего положения поршней в гидроцилиндре, гидрораспределитель соединен входом с маслонасосом, кроме того, агрегат снабжен вторым рабочим насосом аналогичным первому, при этом маслобак расположен между рабочими насосами, одна из полостей гидроцилиндра подключена трубопроводом к корпусу первого рабочего насоса, а вторая полость гидроцилиндра подключена трубопроводом к корпусу второго рабочего насоса, оба рабочих насоса входом со стороны всасывающего клапана подключены к общему всасывающему трубопроводу и выходом со стороны нагнетательного клапана - к общему нагнетательному трубопроводу, на входе всасывающего трубопровода установлен подпитывающий насос с электроприводом, диафрагмы снабжены датчиком электропроводности рабочей жидкости, а всасывающий и нагнетательный клапаны выполнены золотникового типа (патент RU №92915, МПК F04B 43/06, опубл. 10.04.2010).
Недостатком известного технического решения является сложность конструкции.
Известна диафрагменная насосная установка, содержащая трубчатый корпус с всасывающим и нагнетательным клапанами, цилиндрические упругодеформируемые диафрагмы, приводные камеры, гидропривод с приводным гидроцилиндром с размещенным внутри поршнем, гидролинию, сообщенную с гидроприводом, для подачи жидкости в корпус, приемную и нагнетательную линии, полость корпуса разделена на две равные части перегородкой с центральным отверстием с вмонтированным в нем седлом для промежуточного клапана, а в указанных частях корпуса размещены диафрагмы, выполненные из неметаллического материала типа эластомера, одними концами закрепленными кольцами к перегородке, а другими -аналогичными кольцами к торцам переходников, с которыми соединены приемная и нагнетательная линии, а также направляющие конусы с перфорированными отверстиями, конусными частями, выступающими в полости диафрагм, и направленными в сторону всасывающего и промежуточного клапанов, один из которых основанием закреплен к перегородке, а другой - основанием к переходнику корпуса, с которым соединена нагнетательная линия, при этом поршень гидроцилиндра выполнен двухстороннего действия, надпоршневые камеры которых сообщены с приводными камерами гидролиниями для попеременной подачи жидкости под давлением для деформирования диафрагм (патент RU №2422675, МПК F04B 43/10, опубл. 27.06.2011).
Известная установка не обеспечивает возможность перекачивания мультифазных, сильно загазованных жидкостей или смесей, из-за горизонтального расположения насосных камер в одном корпусе.
1
2
3
1
2
3
5
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков является гидроприводной насос, содержащий две камеры с внутренними опорными поверхностями и приводными и рабочими полостями переменного объема, напорную линию, гидрораспределители и источник давления с входом и выходом, соединенным с приводными полостями при помощи напорной линии, насос содержит сливную линию, соединенную с входом источника давления через регулятор расхода, напорная линия снабжена запорным органом и камерами-диафрагмами, разделяющими приводные и рабочие полости и контактирующие с внутренними опорными поверхностями камер, гидрораспределители выполнены в виде штоков, жестко соединенных с диафрагмами и снабженных хвостовиками с торцевыми и промежуточными толкателями, и гидроцилиндров с установленными в них с образованием надпоршневых и подпоршневых полостей поршнями, имеющими центральные и периферийные отверстия, соединяющие полости, при этом надпоршневые полости соединены с приводными полостями камер, хвостовики штоков установлены в центральных отверстиях поршней с возможностью осевого перемещения относительно последних, торцевые толкатели расположены по отношению к поршням со стороны подпоршневых полостей, а промежуточные толкатели - со стороны надпоршневых полостей выполнены напорные каналы, со стороны подпоршневых полостей - сливные каналы, соединенные соответственно с напорной и сливной линиями, а ход диафрагм, ход поршней и расстояние между толкателями связаны соотношением S=S+S, где S - ход диафрагм; S - ход поршней; S - расстояние между толкателями (а.с. SU №1636593, Мкл. F04B 35/02, 43/06, опубл. 23.03.1991).
К недостаткам известного насоса относятся:
- недолговечность его конструкции, обусловленная тем, что штоки расположены в перекачивающей среде и подвергаются воздействию перекачиваемой жидкости, что приводит к коррозии деталей, засорению проходных отверстий, а также тем, что при высоких давлениях может выйти из строя диафрагма, так как она не разместится в насосной камере без складок, если площадь диафрагмы будет больше площади опорной поверхности камеры;
- насос не может работать в качестве дожимного, так как давление поступающей жидкости на приеме и от источника давления не суммируются;
- большие габариты установки, обусловленные расположением на одной оси насосной и направляющих камер гидрораспределителя, что, кроме того, повышает требования к точности изготовления и усложняет обслуживание установки, особенно при замене диафрагм.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение является повышение эксплуатационных характеристик установки.
Поставленная задача решается за счет того, что по первому варианту в установке для перекачки текучих сред содержащей, по меньшей мере, две насосные камеры с диафрагмами, разделяющими их на наддиафрагменные и поддиафрагменные полости переменного объема, и с направляющими камерами, напорный трубопровод, гидрораспределитель, источник давления и гидроцилиндр с установленными в нем, с образованием надпоршневых и подпоршневых полостей, поршнями, при этом надпоршневые полости соединены с поддиафрагменными полостями насосных камер, каждая надпоршневая полость гидроцилиндра соединена с поддиафрагменной полостью через направляющую камеру, при этом диафрагма герметично закреплена в насосной камере и размещена в ней с зазором, к диафрагме прикреплена скалка, кроме того, установка снабжена датчиками положения поршня и/или скалки.
По второму варианту в установке для перекачки текучих сред содержащей, по меньшей мере, две насосные камеры с диафрагмами, разделяющими их на наддиафрагменные и поддиафрагменные полости переменного объема, и с направляющими камерами, напорный трубопровод, по меньшей мере, один гидрораспределитель, источник давления и, по меньшей мере, один гидроцилиндр с установленными в нем, с образованием надпоршневых и подпоршневых полостей, поршнями, при этом верхняя надпоршневая полость соединена с поддиафрагменной полостью насосных камер, верхняя надпоршневая полость гидроцилиндра соединена с поддиафрагменной полостью через направляющую камеру, а нижняя надпоршневая полость соединена с гидрораспределителем, нижние подпоршневые полости гидроцилиндров заполнены гидрожидкостью, объединены трубопроводом и соединены с гидроаккумулятором, а верхние подпоршневые полости соединены с атмосферой, диафрагма герметично закреплена в насосной камере и размещена в ней с зазором, к диафрагме прикреплена скалка, кроме того, установка снабжена датчиками положения поршня и/или скалки.
По третьему варианту в установке для перекачки текучих сред содержащей, по меньшей мере, две насосные камеры с диафрагмами, разделяющими их на наддиафрагменные и поддиафрагменные полости переменного объема, и с направляющими камерами, напорный трубопровод, по меньшей мере, один гидрораспределитель, источник давления и, по меньшей мере, один гидроцилиндр с установленными в нем, с образованием надпоршневых и подпоршневых полостей, поршнями, при этом верхняя надпоршневая полость соединена с поддиафрагменной полостью насосных камер, верхняя надпоршневая полость гидроцилиндра заполнена приводной жидкостью и соединена с поддиафрагменной полостью через направляющую камеру, а нижняя надпоршневая полость соединена с атмосферой, верхние и нижние подпоршневые полости гидроцилиндров соединены с гидрораспределителем, диафрагма герметично закреплена в насосной камере и размещена в ней с зазором, к диафрагме прикреплена скалка, кроме того, установка снабжена датчиками положения поршня и/или скалки.
Кроме того, по всем вариантам направляющая камера снабжена втулкой с каналами для подвода приводной жидкости. Скалка закреплена по центру диафрагмы с ее наружной стороны и расположена с возможностью перемещения в центральном отверстии упомянутой втулки. Насосная камера снабжена крышкой с приемным и нагнетательным клапанами. Диафрагма может быть закреплена между крышкой и насосной камерой. Объем диафрагмы может быть больше объема надпоршневой полости. Диафрагма может иметь форму сильфона гофрированного. Установка может быть снабжена пневмокомпенсатором.
По первому варианту гидроцилиндр расположен горизонтально. По первому и третьему вариантам источник давления соединен с подпоршневыми полостями через гидрораспределитель.
По второму варианту верхняя подпоршневая полость снабжена воздушным фильтром.
По третьему варианту нижняя надпоршневая полость снабжена воздушным фильтром.
По первому варианту отличительные признаки, заключающиеся в том, что каждая надпоршневая полость гидроцилиндра соединена с поддиафрагменной полостью через направляющую камеру позволили расположить гидроцилиндр горизонтально и подсоединить к нему две насосные камеры, что делает установку более компактной и экономичной, повышая эксплуатационные характеристики установки.
По второму варианту отличительные признаки, заключающиеся в том, что верхняя надпоршневая полость гидроцилиндра соединена с поддиафрагменной полостью через направляющую камеру, а нижняя надпоршневая полость соединена с гидрораспределителем, нижние подпоршневые полости гидроцилиндров заполнены гидрожидкостью, объединены трубопроводом и соединены с гидроаккумулятором, а верхние подпоршневые полости соединены с атмосферой, позволяют повысить кпд установки и, как следствие, повысить эксплуатационные характеристики установки.
По третьему варианту отличительные признаки, заключающиеся в том, что верхняя надпоршневая полость гидроцилиндра заполнена приводной жидкостью и соединена с поддиафрагменной полостью через направляющую камеру, а нижняя надпоршневая полость соединена с атмосферой, верхние и нижние подпоршневые полости гидроцилиндров соединены с гидрораспределителем, позволяют повысить кпд установки и, как следствие, повысить эксплуатационные характеристики установки.
По всем вариантам закрепление диафрагмы в насосной камере герметично, позволяет предотвратить попадание перекачиваемой жидкости в насосную камеру, обеспечивая долговечность камеры. Размещение диафрагмы в насосной камере с зазором позволяет исключить контакт диафрагмы со стенками насосной камеры, предотвращая ее повреждение.
Отличительный признак, заключающийся в том, что к диафрагме прикреплена скалка, а также то, что скалка закреплена по центру диафрагмы с ее наружной стороны с возможностью перемещения в центральном отверстии втулки с каналами для подвода приводной жидкости, установленной в направляющей камере, позволяют исключить заклинивание скалки, обеспечивая надежность работы насоса и предотвратить повреждение диафрагмы от складкообразования, увеличивая ее долговечность. В совокупности вышеперечисленные существенные признаки позволяют повысить эксплуатационные характеристики установки.
Наличие в установке датчиков положения поршня и/или скалки позволяет обеспечить надежную работу установки, и, как следствие, повысить эксплуатационные характеристики установки.
По всем вариантам наличие в насосной камере крышки с приемным и нагнетательным клапанами, позволяет закрепить диафрагму в насосной камере герметично. Выполнение объема диафрагмы больше объема поршневой полости, позволяет перекачивать газожидкостные смеси с большим содержанием газа, так как остаточная жидкость в диафрагме будет заполнять недеформирующийся объем, выполняя роль поршня, который выдавливает газ через нагнетательный клапан, в результате чего повышаются эксплуатационные характеристики установки. Наличие пневмокомпенсатора обеспечивает надежность работы установки за счет исключения пульсации перекачиваемой жидкости. В совокупности указанные признаки направлены на повышение эксплуатационных характеристик установки.
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что заявляемое техническое решение имеет признаки, которые отсутствуют в аналогах, а их использование в заявляемой совокупности существенных признаков позволяет получить новый технический результат, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условиям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:
фиг.1 - установка для перекачки текучих сред, общий вид (вариант 1);
фиг.2 - установка для перекачки текучих сред, общий вид (вариант 2);
фиг.3 - установка для перекачки текучих сред, общий вид (вариант 3).
Установка для перекачки текучих сред содержит две насосные камеры 1 и 2 (по первому варианту) и три насосные камеры 1, 2 и 3 (по второму и третьему вариантам), снабженные крышками 4 с приемным клапаном 5 и нагнетательным клапаном 6. В каждой насосной камере 1, 2 и 3 размещена с зазором диафрагма 7, герметично закрепленная между крышкой 4 и горловиной насосных камер 1, 2 и 3. Форма диафрагмы 7 может быть эквидистантна форме камер 1, 2 и 3. Диафрагма 7 может иметь форму сильфона гофрированного. Диафрагма 7 может быть выполнена из эластомера. В случае сильфонного исполнения диафрагмы 7 она может быть выполнена из металла, или эластомера, или комбинированной из разных материалов.
Диафрагма 7 делит камеры 1, 2 и 3 на наддиафрагменную полость 8 и поддиафрагменную полость 9 переменного объема. В нижней части каждой насосной камеры 1, 2 и 3 расположена направляющая камера 10. Направляющая камера 10 снабжена втулкой 11 с каналами для подвода приводной жидкости. По центру к нижней наружной стороне каждой из диафрагм 7 прикреплена скалка 12, перемещающаяся в центральном отверстии втулки 11.
По первому варианту установка содержит соединенный с двумя насосными камерами 1 и 2 гидроцилиндр, расположенный горизонтально и разделенный герметичной перегородкой 13 с установленными в нем двумя поршнями 14 и 15, соединенными штоком, проходящим через отверстие в перегородке 13, с образованием надпоршневых полостей 16 и 17 и подпоршневых полостей 18 и 19. Надпоршневые полости 16 и 17 соединены с поддиафрагменными полостями 9 насосных камер 1 и 2 напорным трубопроводом через направляющую камеру 10, а подпоршневые полости 18 и 19 соединены через гидрораспределитель 20 с гидросистемой гидростанции.
По второму и третьему вариантам к каждой насосной камере 1, 2 и 3 подключен свой гидроцилиндр и свой гидрораспределитель 20. Верхняя надпоршневая полость 16 каждого гидроцилиндра соединена с поддиафрагменной полостью 9 насосных камер 1, 2 и 3 через направляющую камеру 10.
По второму варианту нижняя надпоршневая полость 17 соединена с гидрораспределителем 20. Нижняя подпоршневая полость 18 заполнена гидрожидкостью, а верхняя подпоршневая полость 19 сообщается с атмосферой.
Нижние подпоршневые полости 18 всех гидроцилиндров объединены гидравлическим трубопроводом и соединены с гидроаккумулятором 21. Верхние подпоршневые полости 19 всех гидроцилиндров снабжены воздушным фильтром.
По третьему варианту нижняя надпоршневая полость 17 соединена с атмосферой и снабжена воздушным фильтром. Верхние подпоршневые полости 19 и нижние подпоршневые полости 18 гидроцилиндров соединены с гидрораспределителем 20.
Объем диафрагм 7 больше объема надпоршневых полостей 16 и 17.
Приемный клапан 5 и нагнетательный клапан 6 соединен с приемным трубопроводом 22 и нагнетательным трубопроводом 23 соответственно.
На нагнетательном трубопроводе 23 может быть расположен пневмокомпенсатор (на чертеже не показан), сглаживающий пульсацию перекачиваемой среды.
Установка снабжена датчиками положения поршней 14 и 15 или датчиками положения скалки 12, соединенными с блоком управления.
Установка работает следующим образом.
По первому варианту гидрожидкость под давлением и заданным расходом от гидростанции через гидрораспределитель 20 поступает в подпоршневую полость 18 и начинает передвигать поршень 15. При этом в надпоршневой полости 17 приводная жидкость через напорный трубопровод поступает в направляющую камеру 10 и переходит в поддиафрагменную полость 9 насосной камеры 1 и, создавая давление, начинает воздействовать на диафрагму 7, заставляя ее деформироваться, уменьшая, тем самым, объем наддиафрагменной полости 8, вытесняя через нагнетательный клапан 6 в трубопровод 23 перекачиваемую жидкость. Скалка 12, перемещаясь во втулке 11 вместе с диафрагмой 7, предохраняет ее от складкообразования. Поршень 14 начинает двигаться в обратном направлении, вытесняя гидрожидкость из подпоршневой полости 19 в гидростанцию. За счет создаваемого разрежения, одновременно приводная жидкость поступает из поддиафрагменной полости 9 насосной камеры 2 через направляющую камеру 10 в надпоршневую полость 16. Диафрагма 7 в насосной камере 2 перемещается вниз, создавая разрежение в наддиафрагменной полости 8, которая наполняется через приемный клапан 5 перекачиваемой жидкостью из приемного трубопровода 22. Когда поршень 15 достигает крайнего положения в гидроцилиндре, срабатывает датчик положения SA1 (поршня) или SA2 (скалки) и по команде от блока управления происходит переключение гидрораспределителя и поток гидрожидкости направляется в подпоршневую полость 19 и далее процесс повторяется.
По второму и третьему вариантам в поддиафрагменную полость 9 каждой насосной камеры 1, 2 и 3 приводная жидкость подводится от отдельного гидроцилиндра, работа которого по времени смещена равномерно на 120 градусов от общего цикла работы трех гидроцилиндров, имеющих каждый свой гидрораспределитель, переключаемый блоком управления по состоянию датчиков положения.
По второму варианту при подаче гидрожидкости от источника давления через гидрораспределитель 20 в надпоршневую полость 17 происходит движение поршней 14 и 15 вверх и выдавливание жидкости из подпоршневой полости 18 в гидроаккумулятор 21, а из надпоршневой полости 16 в поддиафрагменную полость 9 и одновременно происходит разряжение в подпоршневой полости 19, куда из атмосферы поступает воздух. При достижении поршнем 14 крайнего верхнего положения срабатывает датчик положения поршня или скалки и подается команда от блока управления на гидрораспределитель 20, из гидроаккумулятора 21 гидрожидкость под действием аккумулированной энергии поступает в полость 18, перемещая поршни 15 и 14 вниз. В надпоршневой полости 16 создается разряжение и она заполняется приводной жидкостью из поддиафрагменной полости 9, из подпоршневой полости 19 воздух вытесняется в атмосферу, а из надпоршневой полости 17 гидрожидкость вытесняется через гидрораспределитель 20 на слив. При достижении поршнем 15 крайнего нижнего положения срабатывает датчик положения поршня и цикл повторяется.
По третьему варианту при подаче гидрожидкости от источника давления через гидрораспределитель 20 в подпоршневую полость 19 происходит движение поршней 14 и 15 вверх и выдавливание приводной жидкости из надпоршневой полости 16 в поддиафрагменную полость 9 и одновременно происходит разряжение в надпоршневой полости 17, куда из атмосферы поступает воздух. При достижении поршнем 14 крайнего верхнего положения срабатывает датчик положения поршня и гидрожидкость от источника давления через гидрораспределитель 20 поступает в подпоршневую полость 18, в результате чего происходит движение поршней 14 и 15 вниз. В надпоршневой полости 16 происходит разряжение, и она заполняется приводной жидкостью из поддиафрагменной полости 9, из надпоршневой полости 17 воздух вытесняется в атмосферу. При достижении поршнем 15 крайнего нижнего положения срабатывает датчик положения поршня и цикл повторяется.
Работа насосных камер по второму и третьему вариантам происходит также как и по первому варианту.
Установка может работать в качестве дожимного насоса. При этом давление, поступающее через приемный трубопровод 22, будет суммироваться с давлением, созданным в насосной камере.
Заявляемое техническое решение позволяет повысить эксплуатационные характеристики установки.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании с использованием известных технологий.