ГИДРОПРИВОДНАЯ ДИАФРАГМЕННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК F04B43/10 

Изобретение относится к области насосостроения, в частности к гидроприводным диафрагменным насосным установкам для откачивания жидкости из глубоких скважин, и может найти применение в нефтяной, горной и других промышленностях.

Известна гидроприводная диафрагменная насосная установка, содержащая расположенный на поверхности гидропульсатор (источник колебаний) и по меньшей мере две эластичные трубчатые диафрагмы, обхватывающие с натягом перфорированные трубчатые сердечники и отделяющие их внутренние полости от полостей, образованных каждой диафрагмой и корпусом, и по меньшей мере одна из полостей является насосной (разделитель) и снабжена всасывающим и нагнетательным клапаном. Диафрагмы установлены последовательно между гидропульсатором и насосной полостью, а внутренняя полость сердечника каждой последующей диафрагмы подключена соединительным каналом к полости, расположенной между предшествующей диафрагмой и корпусом.

Недостатком такой установки является ограниченная глубина погружения (до 10 м) в следствии того, что гидропульсатор, находящийся на поверхности, не способен создавать колебания приводной среды на большой глубине. Диафрагма имеет относительно небольшой ход, длину которого ограничивают две цилиндрические поверхности. Это является причиной неэффективности использования внутреннего объема разделителя. При вытеснении перекачиваемой среды не исключена возможность выдавливания диафрагмы в подклапанное пространство с последующим ее порывом.

Технической задачей изобретения является увеличение глубины добычи жидкой среды и повышение надежности работы насосной установки.

Это достигается тем, что в известной гидроприводной диафрагменной насосной установке, содержащей источник колебаний приводной жидкости, установленный в скважине и связанный с источником колебаний приводной жидкости разделитель, представляющий собой корпус, внутри которого размещена эластичная трубчатая диафрагма с расположенным в ней опорным элементом, всасывающий и нагнетательный клапаны и трубопровод для транспортирования перекачиваемой среды, в качестве источника колебаний приводной жидкости использованы установленные в скважине гидроаккумулятор и насос его зарядки, который связан с гидроаккумулятором со стороны нагнетания, а со стороны всасывания с разделителем, при этом опорный элемент диафрагмы выполнен в виде трех ребер, жестко соединенных между собой в одной точке и образующих каркас, в котором выполнена проточка и в ней размещен обтекатель, а над проточкой установлен посадочный элемент для обтекателя.

При этом гидроаккумулятор выполнен в виде корпуса представляющего собой трубу в трубе, внутри которого размещена эластичная диафрагма, один конец которой закреплен в корпусе герметично и неподвижно при помощи заглушки, а на другом подвижном конце герметично закреплен подпружиненный клапан со штоком, на свободном конце которого укреплен упорный элемент, ограничивающий перемещение мембраны в продольном направлении, при этом шток клапана размещен внутри направляющей втулки седла, которое закреплено в корпусе напротив заглушки. Кроме того на краях корпуса имеются стыковочные узлы для присоединения других составных частей насосной установки.

Расположение источника колебаний в скважине позволяет перекачивать добываемую жидкость практически с любой глубины. Ограничение глубины добычи связано с рабочим давлением насоса зарядки гидроаккумулятора и температурным режимом, ограничивающим использование эластичных уплотнительных элементов и диафрагм.

Конструкция разделителя предусматривает отклонение диафрагмы за счет перепада давления между приводной и перекачиваемой жидкостями.

Каркас, обтекатель и заглушки задают форму деформации эластичной диафрагмы с минимально возможными напряжениями. Это создает условия для долговечной работы диафрагмы при погружении на любую глубину.

В принципе работы диафрагм разделителя и гидроаккумулятора предусмотрена максимальная эффективность использования внутреннего объема корпусов, что позволяет уменьшить габариты установки.

Всасывающий и нагнетательный клапаны выполнены в отдельном корпусе, что позволяет увеличить их габариты, а тем самым и срок службы.

Использование в качестве составной части колебаний гидроаккумулятора с эластичной диафрагмой позволяет герметично отделить среду от жидкой и исключить использование пар трения (втулка-поршень), а в качестве защиты диафрагмы от разрыва использовать в гидроаккумуляторе клапан.

На фиг. 1 схематично показана описываемая гидроприводная диафрагменная насосная установка, установленная в скважине; на фиг. 2 схематично изображен гидроаккумулятор; на фиг. 3 диафрагменный разделитель; на фиг. 4 - поперечный разрез диафрагменного разделителя по линии А-А.

Гидроприводная диафрагменная насосная установка (см. фиг. 1) содержит установленные в скважине 1 источник колебаний приводной жидкости, включающий гидроаккумулятор 2 и насос 3 его зарядки, который посредством канала 4 соединен со стороны нагнетания с гидроаккумулятором 2, а со стороны всасывания посредством канала 5 с диафрагменным разделителем 6, к которому присоединены всасывающий 7 и нагнетательный 8 клапаны. Они в свою очередь соединены с трубопроводом 9 для транспортирования перекачиваемой среды в резервуар 10 для хранения добытой жидкости. В качестве привода насоса 3 зарядки гидроаккумулятора 2 может использоваться любой существующий привод, например электродвигатель 11, который соединен с источником электропитания 12 кабелем 13.

Гидроаккумулятор 2 (см. фиг. 2) представляет собой корпус 14, выполненный в виде труба в трубе. Внутри корпуса 14 расположена эластичная диафрагма 15. Один конец диафрагмы 15 закреплен герметично и неподвижно относительно корпуса 14 с помощью заглушки 16, а на другом подвижном конце герметично закреплен клапан 17 со штоком 18, на свободном конце которого укреплен упорный элемент 19. Клапан 17 имеет седло 20 с направляющей втулкой 21, которое закреплено в корпусе 14 напротив заглушки 16, и подпружинен пружиной 22.

Корпус 14 гидроаккумулятора с обеих сторон снабжен стыковочными элементами 23 и 24.

Диафрагменный разделитель 6 (см. фиг. 3 и 4) состоит из корпуса 25, внутри которого размещены эластичная трубчатая диафрагма 26 с заглушками 27 и 28 по краям. Заглушка 27 выполняет роль негерметичного седла обтекателя 29. Обтекатель 29 представляет собой металлический шар. Внутри диафрагмы 26 между заглушками 27 и 28, упираясь в них, установлен опорный элемент, выполненный в виде трех ребер, жестко соединенных между собой в одной точке и образующих каркас 30. В каркасе 30 выполнена проточка 31 для размещения обтекателя 29. Заглушка 28 установлена с возможностью перемещения относительно корпуса 25 и по периферии имеет отверстия (на рис. не показано) для перетока приводной жидкости. Ход заглушки 28 ограничивает упор 32. С обеих сторон корпус 25 имеет стыковочные элементы 33 и 34.

Работа насосной диафрагменной установки осуществляется следующим образом.

Перед сборкой насосной установки гидроаккумулятор 2 заливают приводной жидкостью с наружной стороны диафрагмы 15. Во внутреннюю полость диафрагмы 15 подают сжатый газ. При этом приводная жидкость будет выдавливаться между корпусом 14 и наружной поверхностью диафрагмы 15 вместе с воздухом. Газ закачивают до давления равного рабочему давлению сопротивления трубопровода 9. По мере вытеснения приводной жидкости из гидроаккумулятора 2, диафрагма 15 в радиальном направлении расширяется до соприкосновения со стенками корпуса 14, а в продольном пока его клапан 17 не сядет в седло 20 и герметично перекроет внутреннюю полость с приводной средой. Пружина 22 обеспечивает закрытие клапана 17 в момент касания боковой поверхности диафрагмы 15 поверхности корпуса 14. Это необходимо для предотвращения разрыва диафрагмы 15. После этого насосную установку собирают, приводной контур заливают приводной жидкостью, и опускают в скважину 1.

При подаче от источника питания 12 напряжения на электродвигатель 11 начинает работать насос 3. По каналу 5 он забирает приводную жидкость из разделителя 6 и нагнетает ее по каналу 4 в гидроаккумулятор 2. В этот момент в диафрагменном разделителе 6 происходит процесс всасывания за счет разряжения, создаваемого насосом 3. Диафрагма 26, которая была сжата приводной жидкостью начинает расправляться под действием разряжения со стороны насоса 3 и статического напора (если он есть) перекачиваемой среды, поступающей внутрь диафрагменного разделителя 6 через всасывающий клапан 7. Когда давление приводной жидкости станет большим давления сжатого газа в гидроаккумуляторе 2 его клапан откроется, перемещаясь вверх. Шток 18 клапана 17 скользит по направляющей втулке 21 седла 20 до тех пор, пока упорный элемент 19 не упрется в направляющую втулку 21, пружина 22 разжимается. Приводная среда начнет заполнять гидроаккумулятор 2, сжимая через диафрагму 15 сжатый газ, давление которого будет увеличиваться до номинального рабочего давления насоса 3. При достижении такого давления электродвигатель 11 автоматически отключается, насос 3 останавливается. Процесс всасывания на этом завершен.

После остановки насоса 3 диафрагма 15 в гидроаккумуляторе 2 начинает расширяться, выдавливая приводную жидкость за счет энергии сжатого газа. Приводная жидкость, проходя через отверстие седла клапана 20 и по каналу 4, поступает в насос 3, который в данном случае играет роль гидравлического сопротивления, вращаясь в сторону обратную рабочей стороне вращения. От насоса 3 приводная жидкость по каналу 5 поступает в диафрагменный разделитель 6, сжимая диафрагму 26, а через нее и перекачиваемую среду. Когда давление перекачиваемой среды внутри разделителя 6 превысит давление столба перекачиваемой среды в трубопроводе 9 нагнетательный клапан 8 откроется и перекачиваемая среда из разделителя 6 начнет поступать по трубопроводу 9 в резервуар для хранения 10.

Сжимаясь, диафрагма 26 облегает каркас 30. Объем внутри диафрагмы 26 уменьшается. Когда внутренние стенки диафрагмы 26 приблизятся к обтекателю 29, который лежит в проточке 31 каркаса 30, то под действием потока перекачиваемой среды, а затем и за счет давления на обтекатель 29 внутренних стенок диафрагмы 26 он начнет перемещаться к седлу 27. Если перекачиваемая среда будет полностью вытеснена из разделителя 6, то диафрагма 26 будет плавно облегать ребра каркаса 30 и поверхность заглушки 28. Обтекатель 29 сядет в седло заглушки27, перекрыв выходное отверстие, но при этом между седлом и обтекателем 29 будет иметь место зазор, позволяющий проходить через него перекачиваемой среде и безопасный для целостности рабочей поверхности диафрагмы 26 из-за малой его величины.

Использование: в насосных установках для откачивания жидкости из глубоких скважин в нефтяной, горной и других промышленностях. Сущность изобретения: содержит источник колебаний приводной жидкости, установленный в скважине. Связанный с источником колебаний приводной жидкости разделитель, представляющий собой корпус, внутри которого размещена эластичная трубчатая диафрагма с расположенным в ней опорным элементом, всасывающий и нагнетательный клапаны и трубопровод для транспортирования перекачиваемой среды. В качестве источника колебаний приводной жидкости использованы установленные в скважине гидроаккумулятор и насос его зарядки, который связан с гидроаккумулятором со стороны нагнетания, а со стороны всасывания - с разделителем. Опорный элемент диафрагмы выполнен в виде трех ребер, жестко соединенных между собой в одной точке и образующих каркас. В нем выполнена проточка и в ней размещен обтекатель. Над проточкой установлен посадочный элемент для обтекателя. Гидроаккумулятор выполнен в виде корпуса, представляющего собой трубу в трубе, внутри которого размещена эластичная диафрагма. Один конец диафрагмы закреплен в корпусе герметично и неподвижно при помощи заглушки. На другом - подвижном конце - герметично закреплен подпружиненный клапан со штоком, на свободном конце которого укреплен упорный элемент, ограничивающий перемещение мембраны в продольных направлениях. Шток клапана размещен внутри направляющей втулки седла, которое закреплено в корпусе напротив заглушки. На краях корпуса имеются стыковочные узлы для присоединения других составных частей насосной установки. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Гидроприводная диафрагменная насосная установка, содержащая источник колебаний приводной жидкости, установленный в скважине и связанный с ним посредством каналов разделитель, представляющий собой корпус, внутри которого размещена эластичная трубчатая диафрагма с расположенным в ней опорным элементом, всасывающий и нагнетательный клапаны и трубопровод для транспортирования перекачиваемой среды, отличающаяся тем, что в качестве источника колебаний приводной жидкости использованы установленные в скважине гидроаккумулятор и насос его зарядки, который связан с гидроаккумулятором со стороны нагнетания, а со стороны всасывания с разделителем, при этом опорный элемент диафрагмы выполнен в виде трех ребер, жестко соединенных между собой в одной точке и образующих каркас, в котором выполнена проточка и в ней размещен обтекатель, а над проточкой установлен посадочный элемент для обтекателя. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что гидроаккумулятор выполнен в виде корпуса, представляющего собой трубу в трубе, внутри которого размещена эластичная диафрагма, один конец которой закреплен в корпусе герметично и неподвижно при помощи заглушки, а на другом подвижном конце герметично закреплен подпружиненный клапан со штоком, на свободном конце которого укреплен упорный элемент, ограничивающий перемещение мембраны в продольном направлении, при этом шток клапана размещен внутри направляющей втулки седла, которое закреплено в корпусе напротив заглушки.