СТАБИЛИЗАТОР ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F16L55/04 

Изобретение относится к средствам пневмогидравлической техники и может быть использовано в нефтяной, газовой и других отраслях промышленности для гашения колебаний давления в насосно-компрессоных трубах при перекачивании рабочей среды скважинными насосами (нефтяные и газовые скважины, артезианские колодцы и т.д.), гидроударов, возникающих при закрытии обратных клапанов, падения столба нефти в сторону насоса при попадании обильного количества газа в насосно-компрессорную трубу.

Известны устройства, предназначенные для уменьшения интенсивности гидроударов и пульсации давления рабочей среды в трубах, в частности, для предотвращения аварийных ситуаций в резонансных частотах [1] которые используют три основных способа снижения частот собственных колебаний рабочей среды: понижение распределенной упругости жидкости путем вдува в магистраль газа; понижение распределенной упругости трубы путем замены материала трубы на другой, с меньшим модулем упругости; введение сосредоточенной упругости установкой специальных устройств гидравлических и газовых демпферов различных типов [2] Наибольшая эффективность присуща демпферам - стабилизаторам давления [3] действие которых основано на диссипации энергии волновых процессов при прохождении рабочей среды через перфорационные отверстия в сочетании с упругим демпфированием колебаний.

Недостатком этих устройств является ограниченная область применения, что обусловлено особенностями конструктивного исполнения, в частности, невозможностью их размещения в полости обсадной трубы скважины малого диаметра.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является выбранный в качестве прототипа гаситель пульсации давления, включающий кожух, охватывающий соосный с ним центральный перфорированный трубопровод с образованием расширительной полости, и равномерно установленные вокруг центрального трубопровода демпфирующие элементы в виде упругих труб эллиптического поперечного сечения [4]
Недостатком такого устройства является то, что при использовании в качестве рабочей среды вязких жидкостей (нефть) эффективность демпфирующего элемента, работающего на растяжение от внутреннего давления, будет снижаться ввиду большого гидравлического сопротивления системы сообщения демпфирующих элементов с центральным трубопроводом. Снизить гидравлическое сопротивление за счет увеличения проходных сечений системы сообщения невозможно, поскольку это требует увеличения размеров стабилизатора, а они не должны превышать внутреннего диаметра обсадной трубы. Кроме того, в указанном устройстве ограничен диапазон гасимых частот, поскольку увеличение длины демпфирующих элементов ограничено параметрами жесткости конструкции стабилизатора.

Технической задачей является повышение эффективности функционирования путем расширения диапазона гасимых частот и уменьшение габаритных размеров стабилизатора. Поставленная задача решается таким образом, что в стабилизаторе, содержащем присоединительные патрубки, кожух, охватывающий соосный с ним центральный перфорированный трубопровод с образованием расширительной полости, и равномерно установленные вокруг центрального трубопровода демпфирующие элементы в виде упругих труб эллиптического сечения, согласно изобретению, упругие трубы размещены в расширительной полости и выполнены в виде секций, которые заглушены с торцов жесткими кольцами, последовательно установленными на центральном трубопроводе. Кроме того, полости упругих труб могут быть заполнены упруго-демпфирующим материалом, дополнительное улучшение демпфирующих свойств обеспечивается также за счет того, что при установке упругих труб они ориентируются малой полуосью по радиусам, соединяющим продольную ось центрального трубопровода с продольными осями упругих труб.

На фиг. 1 изображен стабилизатор давления (общий вид); на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Стабилизатор давления состоит из кожуха 1, связанного с присоединительными патрубками 2 посредством сварки, резьбового соединения и т.д. Для обеспечения герметичности кожуха могут быть предусмотрены уплотнительные кольца 3. В кожухе 1 по продольной оси установлен центральный трубопровод 4 с перфорационными отверстиями 5 для протекания рабочей среды в расширительную полость между внутренней поверхностью кожуха и наружной поверхностью центрального трубопровода. Суммарная площадь перфорационных отверстий не менее 90-100% площади поперечного сечения трубопровода 4. Кожух 1 охватывает демпфирующие элементы, выполненные в виде секционных упругих труб 6 эллиптического поперечного сечения. Торцы упругих труб имеют круговое сечение и устанавливаются в жестких кольцах 7, которые одновременно выполняют роль заглушек упругих труб. Во избежание протечки рабочей среды в полости упругих труб кольца 7 могут быть снабжены уплотнительными прокладками 8. Кольца 7 неподвижно устанавливаются на центральном трубопроводе. Внутренняя полость упругих труб может быть заполнена упругодемпфирующим материалом 9 в виде металлической стружки, нефтестойкой резины и т.д.

Стабилизатор давления работает следующим образом. В исходном состоянии при поступлении рабочей среды из трубопроводной системы через присоединительный патрубок 2, она проходит по центральному трубопроводу 4 и кроме того через перфорационные отверстия 5 в расширительную полость. При возникновении пульсации давления (положительная волна) происходит дополнительное перетекание рабочей среды через отверстия 5 в расширительную полость. Поскольку давление в расширительной полости оказывается больше, чем в полостях упругих труб 6 и упругодемпфирующей набивке 9, происходит упругое перемещение их стенок, причем с поджатием поперечного сечения по малой оси эллипса и с удлинением по большей оси, за счет чего обеспечивается увеличение объема пространства расширительной полости между упругими трубами, то есть необходимая степень податливости.

Наряду с упругим демпфированием колебаний за счет податливости расширительной полости, происходит диссипация энергии колебаний на перфорированных отверстиях 5.

Регулирование диапазона гасимых частот достигается варьированием таких параметров, как длина и количество секций 6 демпфирующих элементов, размеры перфорационных отверстий 5 и суммарная площадь перфорации, податливость упругодемпфирующего материала 9, заполняющего полости упругих труб. Кроме того, упругие трубы могут устанавливаться в расширительной полости с ориентацией малой полуоси по радиусам, соединяющим продольную ось центрального трубопровода с продольными осями упругих труб. При этом происходит рациональное нагружение стенок упругих труб, создаваемое затопленными струями рабочей среды, истекающими из перфорационных отверстий, за счет чего достигается повышение степени сжатия упругих труб и соответствующее увеличение податливости расширительной полости.

Использование предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с существующими аналогами следующие преимущества:
1. Установка депфирующих элементов непосредственно в расширительной полости и их работа на сжатие от внешнего давления рабочей среды обеспечивает снижение гидравлического сопротивления системы сообщения демпфирующих элементов с центральным трубопроводом и уменьшение поперечных размеров стабилизатора.

2. Секционирование демпфирующих элементов и введение связей посредством промежуточных колец, соединенных с центральным трубопроводом, позволяет наращивать длину демпфирующих элементов с одновременным исключением их изгибных колебаний. Это обстоятельство обеспечивает расширение диапазона регулирования податливости расширительной полости, особенно в конструкциях, характеризующихся малыми поперечными размерами и большими длинами (стабилизаторы давления в насоснокомпрессорных скважинных трубах).

3. Заполнение полостей упругих труб упругодемпфирующим материалом и их рациональная ориентация относительно центрального трубопровода дают возможность регулировать нагружение стенок упругих труб внешним давлением, что также улучшает характеристики податливости, расширяет диапазон гасимых частот.

Таким образом, использование заявляемого устройства позволяет улучшить динамические характеристики стабилизатора, оптимизировать режимы его работы в условиях жестких ограничений на поперечные габаритные размеры.

Использование: в нефтяной, газовой и других отраслях промышленности для гашения колебаний давления и гидроударов в насоснокомпрессорных трубах при перекачивании рабочей среды скважинными насосами. Сущность: в стабилизаторе давления, состоящим из кожуха 1 с присоединительными патрубками 2, гереметизированного с помощью уплотнительных колец 3. Кожух охватывает центральный трубопровод 4 с перфорационными отверстиями 5 с образованием расширительной полости, в которой расположены демпфирующие элементы, выполненные в виде секционных упругих труб 6 эллиптического поперечного сечения. Упругие трубы заглушены с торцов жесткими кольцами 7 с использованием уплотнительных прокладок 8, а полость упругих труб заполнены упругодемпфирующим материалом 9 в виде металлической стружки, нефтестойкой резины. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Стабилизатор давления, содержащий присоединительные патрубки, кожух, охватывающий соосный с ним центральный трубопровод с образованием расширительной полости, и равномерно установленные вокруг центрального трубопровода демпфирующие элементы в виде упругих труб эллиптического сечения, отличающийся тем, что упругие трубы размещены в расширительной полости и выполнены в виде секций, которые заглушены с торцов жесткими кольцами, последовательно установленными на центральном трубопроводе. 2. Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что полости упругих труб заполнены упругодемпфирующим материалом. 3. Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что упругие трубы ориентированы малой полуосью по радиусам, соединяющим продольную ось центрального трубопровода с продольными осями упругих труб.