Устройство для ввода жидких реагентов в трубопровод
DEVICE FOR INTRODUCING LIQUID REAGENTS INTO PIPELINE

Изобретение относится к устройствам для ввода жидких реагентов (например, ингибиторов коррозии или парафиноотложения, противотурбулентных присадок, деэмульгаторов и т.д.) в трубопровод, по которому осуществляется перекачка жидкости и может быть использовано в нефтегазовой и других отраслях промышленности.
Известен дозировочный насос [1], который состоит из основного корпуса, во внутренней полости которого размещены всасывающий и нагнетательный клапаны, и полого упругого корпуса, закрепленного снаружи основного корпуса. Основание полого упругого корпуса установлено на упоре спиральной пружины, охватывающей этот корпус. На боковой поверхности упругого корпуса выполнена кольцевая канавка, в которой размещено упорное кольцо. Внутренние полости обоих корпусов образуют общую рабочую камеру.
Основными недостатками известного технического решения являются сложность регулирования расхода перекачиваемого жидкого реагента, а также отсутствие конкретной конструкции приводного механизма, которая обеспечивала возможность его эксплуатации, применительно к трубопроводу.
Известна установка для дозированной подачи жидкости [2], которая содержит корпус, плунжерный насос, проточная часть которого гидравлически сообщена посредством всасывающего клапана с баком для жидкости и посредством нагнетательного клапана с нагнетательной магистралью, привод возвратно-поступательного действия, взаимодействующий с плунжером насоса, и систему отвода утечек жидкости через зазор между корпусом насоса и плунжером, включающую диафрагменную камеру, присоединенную к корпусу насоса, и шток, выполненный заодно с плунжером.
Недостатки известной установки заключаются в необходимости высокой точности изготовления деталей плунжерного насоса и малой приспособленности всей конструкции для закачки жидких реагентов в трубопровод.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по совокупности существенных признаков является дозатор подачи реагента в трубопровод [3], который может быть предложен в качестве прототипа. Известный дозатор подачи реагента в трубопровод содержит полый цилиндрический кожух с двумя осевыми фланцами для присоединения к трубопроводу, суживающее устройство, которое размещено внутри кожуха, линейный гидромотор в виде гидроцилиндра двойного действия с золотниковым распределителем, резервуар для реагента, дозирующий гидроцилиндр двойного действия, у которого рабочие полости соединены через подпружиненные шаровые обратные клапаны с резервуаром для жидкого реагента и с рассекателем, размещенным внутри кожуха. Шток гидромотора соединен с плунжером дозирующего гидроцилиндра, а золотниковый распределитель посредством патрубков гидравлически связан с гидромотором, внутренними каналами суживающего устройства и трубопровода, а также снабжен регулятором производительности дозатора в виде регулируемого дросселя.
К основным недостаткам известного дозатора можно отнести сравнительно низкую надежность используемого в нем гидравлического оборудования, а также сложность перенастройки режима его работы при изменении скорости потока в трубопроводе.
Задачей изобретения является получение технического результата, который выражается в создании простой и надежной конструкции устройства для ввода жидких реагентов в трубопровод, получающего энергию для работы от потока жидкости, протекающей по трубопроводу.
Задача решается и технический результат достигается за счет того, что устройство для ввода жидкого реагента в трубопровод, включающее полый цилиндрический кожух с присоединительными фланцами для его врезки в трубопровод, емкость для жидкого реагента, нагнетательный узел с выполненным в его корпусе ступенчатым осевым каналом, в котором установлен плунжер и который посредством всасывающего и нагнетательного обратных клапанов с подпружиненными запорными элементами гидравлически связан с емкостью для жидкого реагента и с внутренней полостью трубопровода, приводной механизм со штоком, который имеет возможность осевого возвратно-поступательного перемещения относительно ступенчатого осевого канала в корпусе нагнетательного узла и соосно присоединен к плунжеру, снабжено опорными втулками, распорками, уплотнительной манжетой и переходным штуцером, причем снаружи кожуха выполнен радиально расположенный боковой прилив в виде фланца для присоединения к нему нагнетательного узла, при этом опорные втулки посредством распорок соосно размещены внутри кожуха, причем приводной механизм выполнен в виде вала, на котором закреплены два ротора с лопатками и эксцентрик с обоймой, плунжер - в виде патрубка, шток - в виде толкателя цилиндрической формы, к торцам которого соосно присоединены соответственно патрубок и фигурный кулачок, а обойма - с наружной ступенчатой кольцевой проточкой для размещения в ней фигурного кулачка, при этом в ступенчатом осевом канале нагнетательного узла, в направлении от периферии к центральной оси кожуха, соосно и последовательно размещены переходный штуцер, всасывающий обратный клапан, уплотнительная манжета и толкатель, причем вал посредством опорных втулок установлен внутри кожуха с возможностью вращения относительно него, роторы симметрично размещены на валу между опорными втулками, а эксцентрик - между роторами, при этом обойма установлена снаружи эксцентрика с возможностью осевого вращения относительно него, а фигурный кулачок размещен в наружной ступенчатой кольцевой проточке обоймы, причем в толкателе выполнены сквозные радиальные и глухой осевой каналы, последний из которых оканчивается внутренней кольцевой расточкой, в которой установлен нагнетательный обратный клапан и которая гидравлически связана со сквозными радиальными каналами, при этом запорный элемент всасывающего обратного клапана имеет возможность перекрытия проходного канала переходного штуцера, а запорный элемент нагнетательного обратного клапана - глухого осевого канала, причем уплотнительная манжета взаимодействует с внутренней поверхностью ступенчатого осевого канала и с наружной поверхностью патрубка. В частном случае, устройство для ввода жидкого реагента в трубопровод может быть снабжено обтекателями, которые соосно прикреплены к каждой опорной втулке со стороны торца вала.
Конструкция устройства для ввода жидких реагентов в трубопровод поясняется чертежами, где: на фиг. 1 показан общий вид устройства (продольный разрез); на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 и 4 - укрупненное изображение взаимодействующих деталей нагнетательного узла соответственно при верхнем и нижнем положениях эксцентрика.
Устройство для ввода жидких реагентов в трубопровод состоит из полого цилиндрического кожуха 1 с двумя осевыми фланцами 2 и боковым приливом 3 в виде присоединительного фланца, который расположен радиально по отношению к центральной оси кожуха 1.
Во внутренней полости кожуха 1 соосно размещены вал 4 и опорные втулки 5, которые закреплены внутри кожуха 1 посредством распорных планок 6. Вал 4 установлен в опорных втулках 5 с помощью подшипников 7 и имеет возможность осевого вращения относительно кожуха 1. К каждой опорной втулке 5, со стороны торца вала 4, соосно прикреплен обтекатель 8.
На валу 4 симметрично закреплены два ротора 9, на боковой поверхности каждого из которых равномерно по окружности размещены лопатки 10.
В средней части вала 4, между роторами 9, жестко закреплен эксцентрик 11, имеющий цилиндрическую форму. Эксцентрик 11 с помощью подшипника 12 установлен внутри обоймы 13, за счет чего обеспечивается возможность ее свободного вращения относительно эксцентрика 11. Обойма 13 выполнена с внутренней кольцевой проточкой для размещения в ней подшипника 12, а также с наружной ступенчатой кольцевой проточкой.
К боковому приливу 3 соосно присоединен нагнетательный узел 14, в котором выполнен ступенчатый осевой канал 15. В этом канале, в направлении от периферии к центральной оси кожуха 1, последовательно и соосно установлены переходный штуцер 16, всасывающий обратный клапан 17 с подпружиненным запорным элементом, уплотнительная манжета 18 и толкатель 19. Запорный элемент всасывающего клапана 17 имеет возможность перекрытия проходного канала переходного штуцера 16.
В цилиндрическом корпусе толкателя 19 выполнены глухой осевой 20 и сквозные радиальные 21 каналы, которые пересекаются между собой. Глухой осевой канал 20 заканчивается внутренней кольцевой расточкой, гидравлически связанной со сквозными радиальными каналами 21. В упомянутой внутренней кольцевой расточке установлен нагнетательный обратный клапан 22 с подпружиненным запорным элементом, который имеет возможность перекрытия глухого осевого канала 20.
К торцу толкателя 19, со стороны глухого осевого канала 20, соосно присоединен патрубок 23, а к противоположному торцу толкателя 19 - фигурный кулачок 24.
Герметизация наружной поверхности патрубка 23 относительно внутренней поверхности ступенчатого осевого канала 15 обеспечивается посредством уплотнительной манжеты 18. Толкатель 19 установлен в ступенчатом осевом канале 15 с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения. Фигурный кулачок 24 размещен в наружной ступенчатой кольцевой проточке обоймы 13, что обеспечивает гибкую связь между последней и толкателем 19.
Снаружи на кожухе 1 установлен счетчик 25 оборотов вала 4, приводимый в действие с помощью возвратно-поступательных перемещений штока 26. На конце штока 26 выполнен фигурный кулачок 27, который аналогичен по форме фигурному кулачку 24 и также имеет возможность размещения внутри наружной ступенчатой кольцевой проточки в обойме 13. В кожухе 1, предпочтительно со стороны, противоположной месту размещения бокового прилива 3, выполнен сквозной радиальный канал для размещения в нем штока 26. Герметизация штока 26 в сквозном радиальном канале обеспечивается с помощью уплотнительных колец (на чертежах не показаны).
Устройство для ввода жидких реагентов в трубопровод может быть дополнительно оборудовано манометрами 28 и 29, с помощью которых осуществляется контроль за величиной давления в трубопроводе на входе и выходе из кожуха 1.
Устройство для ввода жидких реагентов в трубопровод действует следующим образом.
Кожух 1 посредством фланцев 2 подключают к трубопроводу, по которому осуществляется перекачка жидкости. К переходному штуцеру 16 присоединяют емкость с жидким реагентом (находящимся под атмосферным давлением), который требуется ввести в трубопровод, после чего возобновляют циркуляцию жидкости через внутреннюю полость кожуха 1. За счет взаимодействия лопаток 10 с потоком жидкости обеспечивается вращение роторов 9 и вала 4. Обтекатели 8 способствуют снижению турбулентности потока жидкости, что стабилизирует частоту вращения роторов 9 и вала 4.
Вместе с валом 4 вращается и эксцентрик 11, осевое вращение которого обеспечивает возвратно-поступательное перемещение обоймы 13. Последняя посредством кулачков 24 и 27 сообщает указанное перемещение соответственно толкателю 19 с патрубком 23 и штоку 26.
В нижнем положении эксцентрика 11 (относительно оси вращения вала 4) толкатель 19 с патрубком 23 оказываются максимально выдвинутыми из ступенчатого осевого канала 15, из-за чего под всасывающим клапаном 17 создается некоторое разрежение. Поскольку в этот момент нагнетательный клапан 22 находится в закрытом положении, происходит открытие всасывающего клапана 17 и жидкий реагент через переходный штуцер 16 поступает внутрь ступенчатого осевого канала 15 в нагнетательном узле 14.
В верхнем положении эксцентрика 11 наблюдается обратная картина - толкатель 19 с патрубком 23 оказываются максимально втянутыми внутрь ступенчатого осевого канала 15, из-за чего разрежение под всасывающим клапаном 17 сменяется избыточным давлением. Происходит закрытие всасывающего клапана 17, при этом жидкий реагент, преодолевая сопротивление пружины, открывает нагнетательный клапан 22 и через патрубок 23 перетекает внутрь глухого осевого канала 20 в толкателе 19.
В процессе дальнейших возвратно-поступательных перемещений обоймы 13 величина давления жидкого реагента внутри глухого канала 20 постепенно увеличивается. Как только она превысит величину давления жидкости в трубопроводе, жидкий реагент начнет поступать через радиальные каналы 21 из глухого канала 20 в толкателе 19 во внутреннюю полость кожуха 1. В ней жидкий реагент будет смешиваться с потоком жидкости, протекающей по трубопроводу.
С помощью счетчика 25 оборотов вала 4 можно контролировать объем жидкого реагента, вводимого в трубопровод.
Источники информации
1. Патент РФ №2340791, МПК F04B 13/00, опубл. 10.12.2008.
2. Патент РФ №2293881, МПК F04B 13/00, опубл. 20.01.2006.
3. Патент РФ №2442020, МПК F04B 13/00, F17D 3/12, опубл. 10.02.2012.