СПОСОБ ПЕРЕКАЧКИ ГАЗОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F04F11/00 

Изобретение относится к способам перекачки газов с помощью роторных насосов и может быть использовано для бурения, освоения скважин и добычи нефти и газа.

Известен способ перекачки газа путем его ввода через всасывающее окно роторной машины в рабочие камеры между лопастями вращающегося ротора и последующего вытеснения газа из рабочих камер через нагнетательное окно за счет периодического заполнения рабочих камер жидкостью [авт. свид. СССР N 1707247, кл. F 04 C 7/00, 19/00, 23.01.92, бюл. N 3]. Недостатком известного способа является узкий диапазон рабочих давлений газа, при которых возможна практическая реализация способа. Всасывающее и нагнетательное окна имеют постоянное сообщение между собой через полость в корпусе, в которой по кольцевой траектории циркулирует жидкость. В связи с этим выходное давление газа ограничено. Кроме того, данному способу свойственна низкая эффективность, так как сжатие газа в рабочей камере осуществляется за счет обратного перетока газа высокого давления из нагнетательного окна в рабочую камеру.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ перекачки газа и уствойство для реализации способа по патенту США N 4316703, кл. F 04 F 11/00, 23.02.82. В известном способе перекачку газа осуществляют путем его ввода через всасывающее окно роторной машины в камеры между лопастями вращающегося ротора и последующего вытеснения газа через нагнетательное окно за счет периодического заполнения камер жидкостью, подачу жидкости осуществляют с помощью дополнительного насоса, а при вводе газа в камеры жидкость из них отводят на вход дополнительного насоса. Известное устройство содержит корпус с всасывающим и нагнетательным газовыми окнами и лопастной ротор с камерами, при этом корпус оснащен одним входным и одним выходным жидкостными окнами, устройство снабжено дополнительным насосом, причем вход насоса гидравлически связан с выходным жидкостным окном, а выход насоса гидравлически связан с входным жидкостным окном.

Решаемая изобретением задача - увеличение выходного давления газа, повышение эффективности способа перекачки газа и расширение области его применения (включая и перекачку газожидкостных смесей).

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявленного способа - снижение потерь энергии, повышение эффективности процесса перекачки газа за счет исключения обратного перетока газа из нагнетательного окна в рабочую камеру.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявленного устройства - повышение КПД перекачки газа (газожидкостных смесей) и расширение области применения.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного результата в известном способе перекачки газа путем его ввода через всасывающее окно роторной машины в рабочие камеры между лопастями вращающегося ротора и последующего вытеснения газа из рабочих камер через нагнетательное окно за счет периодического заполнения рабочих камер жидкостью, подачу жидкости в рабочие камеры осуществляют с помощью дополнительного насоса, а при вводе газа в рабочие камеры жидкость из них отводят на вход дополнительного насоса, согласно изобретению после закрытия всасывающего окна в каждой рабочей камере осуществляют предварительное сжатие газа до давления газа в нагнетательном окне и после этого обеспечивают сообщение рабочей камеры с нагнетательным окном.

Возможен дополнительный вариант осуществления заявленного способа - вращение ротора было осуществлено за счет силового воздействия струи жидкости, подаваемой в рабочие камеры.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном устройстве для перекачки газа, содержащем корпус с всасывающим и нагнетательным газовыми окнами и лопастной ротор, образующие рабочие камеры, при этом корпус оснащен одним входным и одним выходным жидкостными окнами, а также дополнительный насос, причем вход насоса гидравлически связан с выходным жидкостным окном, а выход насоса гидравлически связан с входным жидкостным окном, согласно изобретению часть рабочих камер, сообщающихся одновременно с нагнетательным газовым окном и с входным жидкостным окном, отделена щелевым уплотнением от части рабочих камер, сообщающихся одновременно с всасывающим газовым окном и с выходным жидкостным окном.

Возможен дополнительный вариант выполнения устройства для перекачки газа - газовое нагнетательное окно было выполнено в виде группы отверстий, расположенных на дуге окружности, а каждое отверстие было оснащено клапаном.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего способа для перекачки газа станут понятными при рассмотрении лучшего варианта его осуществления.

Через всасывающее окно роторной машины в рабочие камеры между лопастями вращающегося ротора подают газ. Реализуется такт всасывания. При дальнейшем повороте ротора заполненная газом рабочая камера перемещается в зону, где осуществляется подача жидкости под избыточным давлением. В этот момент уже отсутствует сообщение рабочей камеры с всасывающим окном. Давление газа увеличивается за счет заполнения рабочей камеры жидкостью. Осуществляется такт сжатия газа до давления, равного давлению в нагнетательном окне. Далее сжатый газ вытесняется из рабочей камеры через нагнетательное окно (при перекачке газожидкостной смеси в нагнетательное окно вытесняется и часть жидкости), реализуется такт нагнетания. Заполненная жидкостью рабочая камера смещается в зону расположения всасывающего окна. Жидкость удаляют из рабочей камеры и отводят на вход дополнительного насоса. Рабочая камера заполняется газом. Дополнительный насос обеспечивает подачу жидкости в рабочие камеры роторной машины. Струя жидкости воздействует на лопасти ротора, заставляя его вращаться. Рабочий цикл повторяется. В каждой рабочей камере, ограниченной двумя соседними лопастями ротора, осуществляется аналогичный рабочий цикл.

Предварительное сжатие газа в рабочей камере, такт сжатия осуществляют только за счет подачи жидкости. При этом исключается обратный переток газа из нагнетательного окна в рабочую камеру.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего устройства для перекачки газа станут понятными при рассмотрении лучших вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 показано устройство для реализации заявляемого способа перекачки газа, на фиг.2 - разрез по А-А, на фиг.3 - разрез по Б-Б, на фиг.4 - разрез по В-В фиг.1.

Устройство для осуществления заявляемого способа перекачки газа содержит корпус 1 с всасывающим 2 и нагнетательным 3 газовыми окнами и ротор 4, на цилиндрической поверхности которого выполнены продольные равноудаленные друг от друга пазы, являющиеся рабочими камерами 5, а перемычки между пазами выполняют роль лопастей 6. Корпус 1 оснащен, по крайней мере, одним входным 7 и одним выходным 8 жидкостными окнами. На роторе 4 часть рабочих камер 5, сообщающихся одновременно с нагнетательным газовым окном 3 и с входным жидкостным окном 7, отделена щелевым уплотнением 9 от части рабочих камер, сообщающихся одновременно с всасывающим газовым окном 2 и с выходным жидкостным окном 8.

Устройство оснащено дополнительным насосом 10, причем вход насоса 11 гидравлически связан с выходным жидкостным окном 8, а выход насоса 12 гидравлически связан с входным жидкостным окном 7. Газовое нагнетательное окно 3 выполнено в виде группы отверстий 13, расположенных на дуге окружности, а каждое отверстие 13 оснащено клапаном 14.

Устройство работает следующим образом. Через всасывающее окно 2 в корпусе 1 роторной машины в рабочие камеры между лопастями вращающегося ротора 4 подают газ. Реализуется такт всасывания. При дальнейшем повороте ротора 4 заполненная газом рабочая камера 5 перемещается в зону входного жидкостного окна 7, где осуществляется подача жидкости под избыточным давлением. В этот момент уже отсутствует сообщение рабочей камеры 5 с всасывающим окном 2. Давление газа увеличивается за счет заполнения рабочей камеры жидкостью. Осуществляется такт сжатия газа, сопровождающийся ростом давления до значения, равного давлению в нагнетательном окне 3. Далее сжатый газ вытесняется из рабочей камеры 5 через нагнетательное окно 3, через отверстие 13 и клапан 14, реализуется такт нагнетания. Обратный клапан 14 открывается при давлении газа в рабочей камере 5, равном давлению в нагнетательном окне 3, и закрывается при такте сжатия, т.е. когда давление в рабочей камере 5 еще не достигло давления в нагнетательном окне 3. Наличие обратного клапана 14 исключает перетоки газа и жидкости из нагнетательного окна 3 в рабочую камеру 5 в такте сжатия. Заполненная жидкостью рабочая камера 5 смещается в зону расположения выходного жидкостного окна 8 и всасывающего окна 2. Жидкость за счет центробежных сил удаляется из рабочей камеры и отводится на вход 11 дополнительного насоса 10. Рабочая камера на роторе 4 заполняется газом. Дополнительный насос 10 обеспечивает подачу жидкости в рабочие камеры 5 роторной машины. Струя жидкости воздействует на лопасти ротора 4, заставляя его вращаться. Рабочий цикл повторяется. В каждой рабочей камере, ограниченной двумя соседними лопастями ротора 4, осуществляется аналогичный рабочий цикл.

Предварительное сжатие газа в рабочей камере 5, такт сжатия осуществляют только за счет подачи жидкости с выхода насоса 12. При этом исключается обратный переток газа из нагнетательного окна 3 в рабочую камеру 5.

Для вращения ротора 4 может быть также использован механический или иной привод вращательного движения.

Изобретение относится к способам перекачки газа с помощью роторных насосов и может быть использовано для бурения, освоения скважин и добычи нефти и газа. В способе перекачки газа после закрытия всасывающего окна в каждой рабочей камере осуществляют предварительное сжатие газа до давления газа в нагнетательном окне и после этого обеспечивают сообщение рабочей камеры с нагнетательным окном. В устройстве для перекачки газа часть рабочих камер, сообщающихся одновременно с нагнетательным газовым окном и с входным жидкостным окном, отделена щелевым уплотнением от части рабочих камер, сообщающихся одновременно с всасывающим газовым окном и с выходным жидкостным окном. Увеличивается выходное давление газа, повышается эффективность способа перекачки газа и расширяется область применения. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Способ перекачки газа путем его ввода через всасывающее окно роторной машины в рабочие камеры между лопастями вращающегося ротора и последующего вытеснения газа из рабочих камер через нагнетательное окно за счет периодического заполнения рабочих камер жидкостью, подачу жидкости в рабочие камеры осуществляют с помощью дополнительного насоса, а при вводе газа в рабочие камеры жидкость из них отводят на вход дополнительного насоса, отличающийся тем, что после закрытия всасывающего окна в каждой рабочей камере осуществляют предварительное сжатие газа до давления газа в нагнетательном окне и после этого обеспечивают сообщение рабочей камеры с нагнетательным окном. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вращение ротора осуществляют за счет силового воздействия струи жидкости, подаваемой в рабочие камеры. 3. Устройство для перекачки газа, содержащее корпус с всасывающим и нагнетательным газовыми окнами и лопастной ротор, образующие рабочие камеры, при этом корпус оснащен одним входным и одним выходным жидкостными окнами, а также дополнительный насос, причем вход насоса гидравлически связан с выходным жидкостным окном, а выход насоса гидравлически связан с входным жидкостным окном, отличающееся тем, что часть рабочих камер, сообщающихся одновременно с нагнетательным газовым окном и с входным жидкостным окном, отделена щелевым уплотнением от части рабочих камер, сообщающихся одновременно с всасывающим газовым окном и с выходным жидкостным окном. 4. Устройство для перекачки газа по п.3, отличающееся тем, что газовое нагнетательное окно выполнено в виде группы отверстий, расположенных на дуге окружности, а каждое отверстие оснащено клапаном.