СТАБИЛИЗАТОР ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ СКВАЖИННЫХ НАСОСОВ Российский патент 1997 года по МПК F16L55/04 

Изобретение относится к средствам пневмогидравлической техники и может быть использовано в нефтяной промышленности, водоснабжении и других отраслях техники и коммунального хозяйства для гашения колебаний давления в насоснокомпрессорных трубах при перекачивании рабочей среды скважинными насосами, предотвращения гидроударов при закрытии обратных клапанов, выключении насоса, которое сопровождается падением столба рабочей среды в направлении насоса, что может повлечь за собой его отрыв от насосно-компрессорной трубы.

В известных устройствах, предназначенных для уменьшения интенсивности гидроударов и пульсации давления рабочей среды в трубопроводах, используются, главным образом, различные способы изменения упругих характеристик системы "трубопровод + рабочая среда" [1] в том числе, за счет введения сосредоточенной упругости в виде газовой подушки и сосредоточенного диссипативного элемента типа дроссельной шайбы [2] а также диссипативных и демпфирующих элементов с распределенными характеристиками типа рассредоточенных по длине трубопровода перфорационных отверстий и упругих камер некругового поперечного сечения, сильфонов и т.д. [3]
Область применения этих устройств ограничена. В условиях жесткого ограничения на поперечные размеры стабилизатора (диаметр стабилизатора должен быть меньше диаметра обсадной трубы скважины) в указанных устройствах не обеспечивается требуемая степень податливости упругих элементов.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является выбранный в качестве прототипа стабилизатор, содержащий присоединительные патрубки, кожух и предкамеры в виде переходников, примыкающих к торцам кожуха и сообщенных с присоединительными патрубками и секционированными демпфирующими элементами, размещенными в полости кожуха и имеющими упругие трубы эллиптического поперечного сечения и соосные им перфорированные трубопроводы кругового сечения [4]
Недостатком такого устройства является то, что при уменьшении поперечных размеров будет снижаться его пропускная способность, поскольку центральная его часть занята заглушенным трубопроводом. Кроме того, диссипативные свойства такого стабилизатора недостаточны для энергии падающего столба рабочей среды.

Технической задачей является повышение эффективности функционирования путем расширения диапазона гасимых частот и уменьшение габаритных размеров стабилизатора.

Указанная задача решается таким образом, что стабилизатор, содержащий присоединительные патрубки, кожух и предкамеры в виде переходников, примыкающих к торцам кожуха и сообщенных с присоединительными патрубками и демпфирующими элементами, размещенными в полости кожуха и имеющими упругие трубы эллиптического сечения и соосно им перфорированные трубы кругового сечения, согласно изобретению, снабжен размещенными в полостях предкамер внутренними перфорированными круглоцилиндрическими насадками, имеющими перфорированные заглушки со стороны предкамер и обращенные открытыми концами к присоединительным патрубкам, торцы упругих труб выполнены круглоцилиндрицескими, демпфирующие элементы снабжены перфорированными торцевыми насадками конической формы, сообщающими полости упругих труб и предкамеры и скрепляющими перфорированные трубопроводы с торцами упругих труб, и выполнены в виде секций, закрепленных в области торцов упругих труб в отверстиях поперечных перегородок полости кожуха, установленных последовательно на его внутренней поверхности. Внутренний насадок со стороны патрубка, обращенного в противоположном направлении от скважинного насоса, может быть выполнен в виде расходящегося к патрубку усеченного конуса с открытыми концами.

На чертеже изображен предлагаемый стабилизатор давления (общий вид).

Стабилизатор давления состоит из кожуха 1, связанного с присоединительными патрубками 2 посредством предкамер-переходников 3. Соединение кожуха и предкамер может быть сварным, по резьбе и т.д. В предкамерах по продольной оси установлены круглоцилиндрические насадки 4 с перфорационными отверстиями 5. Со стороны предкамер насадки снабжены перфорированными заглушками 6. Суммарная площадь перфорационных отверстий каждого насадка не менее 90 100 площади поперечного сечения насосно-компрессорной трубы. Насадок 7 со стороны патрубка, обращенного в противоположном направлении от скважинного насоса, может иметь усеченную коническую форму, причем меньшее отверстие обеспечивает пропускание до 70 расхода рабочей среды. Демпфирующие элементы, состоящие из секций упругих труб 8 эллиптического поперечного сечения и круглоцилиндрическими торцами, а также из размещенных соосно упругим трубам круглоцилиндрических труб 9 с перфорацией 10, снабжены коническими перфорированными насадками 11, скрепляющими перфорированные трубы 9 с упругими трубами 8, и кроме того, закрепляющими круглоцилиндрические торцы упругих труб в отверстиях поперечных перегородок 12, установленных последовательно на внутренней поверхности кожуха. Секции упругих труб могут устанавливаться относительно друг друга с зазором.

Стабилизатор давления работает следующим образом. В исходном состоянии при поступлении рабочей среды из трубопроводной системы через присоединительный патрубок 2, она проходит через насадок 4 в предкамеру 3, откуда попадает в перфорированные трубы 9 демпфирующих элементов и через перфорацию 10 в полости упругих труб 8. Перфорированные насадки 11 обеспечивают протекание рабочей среды по упругим трубам, что позволяет увеличить расход рабочей среды в сечении стабилизатора. При возникновении пульсаций давления (положительная волна) происходит дополнительное перетекание рабочей среды через перфорационные отверстия 10 в полости упругих труб 8, что приводит к упругим перемещениям их стенок и изменению внутреннего объема. При этом происходит диссипация энергии колебаний на перфорационных отверстиях насадков 4, конических насадков 11 и центральных круглоцилиндрических труб 9 демпфирующих элементов. Кроме того, обеспечивается упругое демпфирование колебаний за счет деформации стенок упругих труб 8.

Регулирование диапазона гасимых частот достигается варьированием таких параметров, как длина и количество секций демпфирующих элементов, размеры перфорационных отверстий и суммарная площадь перфорации. Кроме того, конические насадки 11 могут устанавливаться посредством резьбового соединения с соответствующим растяжением упругих труб 8 за счет их смещения относительно отверстий перегородок 12. При этом обеспечивается возможность изменения податливости демпфирующих элементов и, соответственно, частотных характеристик стабилизатора.

Использование предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с существующими аналогами следующие преимущества:
1. Установка перфорированных конических насадков на упругих трубах позволяет увеличить пропускную способность стабилизатора при ограничениях на его поперечные размеры без повышения рабочего давления. Увеличению пропускной способности стабилизатора способствует также применение в предкамере со стороны, обращенной в противоположном направлении от насоса, перфорированного насадка в виде усеченного конуса с открытыми концами.

2. Установка в предкамерах перфорированных насадков усиливает диссипативные свойства стабилизатора.

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

Использование: в нефтяной промышленности, водоснабжения для гашения колебаний давления, предотвращения гидроударов. Сущность: в стабилизаторе давления, состоящим из кожуха 1, связанного с присоединительными патрубками 2 посредством предкамер-переходников 3. В предкамерах по продольной оси установлены круглоцилиндрицеские насадки 4 с перфорационными отверстиями 5. Со стороны предкамер насадки снабжены перфорированными заглушками 6. Насадок 7 со стороны патрубка, обращенного в противоположном направлении от скважинного насоса, может иметь усеченную коническую форму. Демпфирующие элементы, состоящие из секции упругих труб 8 эллиптического поперечного сечения и круглоцилиндрическими торцами, а также из размещенных соосно упругим трубам круглоцилиндрических труб 9 с перфорацией 10, снабжены коническими перфорированными насадками 11, скрепляющими перфорированные трубы 9 с упругими трубами 8, и кроме того, закрепляющими круглоцилиндрицеские торцы упругих труб в отверстиях поперечных перегородок 12, установленных последовательно на внутренней поверхности кожуха, 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Стабилизатор давления для защиты скважинных насосов, содержащий присоединительные патрубки, кожух и предкамеры в виде переходников, примыкающих к торцам кожуха и сообщенных с присоединительными патрубками и демпфирующими элементами, размещенными в полости кожуха и имеющими упругие трубы эллиптического поперечного сечения и соосные им перфорированные трубопроводы кругового сечения, отличающийся тем, что он снабжен размещенными в полостях предкамер внутренними перфорированными круглоцилиндрическими насадками, имеющими перфорированные заглушки со стороны предкамер и обращенные открытыми концами к присоединительным патрубкам, торцы упругих труб выполнены круглоцилиндрическими, демпфирующие элементы снабжены перфорированными торцевыми насадками конической формы, сообщающими полости упругих труб с предкамерами и скрепляющими перфорированные трубопроводы с торцами упругих труб, и выполнены в виде секций, закрепленных в области торцов упругих труб в отверстиях поперечных перегородок полости кожуха, установленных последовательно на его внутренней поверхности. 2. Стабилизатор по п. 1, отличающийся тем, что внутренний насадок со стороны патрубка, обращенного в противоположном направлении от скважинного насоса, выполнен в виде расходящегося к патрубку усеченного конуса с открытыми концами.