ДЕМПФЕР ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УДАРА Российский патент 2002 года по МПК F16L55/05 

Изобретение относится к гидравлике и может быть использовано для преобразования водонефтяных смесей и улучшения фракционного состава нефти.

Известен демпфер гидравлического удара, содержащий выполненную в виде полого усеченного конуса с малыми и большим основаниями, при этом большее основание направлено навстречу потоку, поперечно - гофрированную эластичную оболочку, установленную внутри поперечно - гофрированной проставки, размещенной в корпусе, установленном на трубопроводе (1).

Основной недостаток такого демпфера заключается в том, что он обладает низкими диссипативными характеристиками по отношению к высокочастотным волнам, возникающим в трубопроводах в результате гидроударов, либо искусственно вводимых в потоки жидкости, как в волноводы с целью создания диссипативных процессов, ориентированных на изменение физико-химических параметров жидкости.

Наиболее близким по технической сущности к патентуемому устройству является демпфер гидравлического удара, содержащий низкочастотный демпфирующий элемент, выполненный в виде установленной между торцовыми поверхностями трубопроводов поперечно-гофрированной оболочки из эластичного материала, герметично закрепленной концами к трубопроводам, и высокочастотные демпфирующие элементы, выполненные в виде акустических трансформаторов с внутренней поверхностью экспоненциальной формы из того же материала, что и трубопровод, и закрепленными на торцовых поверхностях трубопроводов (2).

Основные недостатки известного устройства состоят в том, что оно вследствие использования для гашения высокочастотных волн гидромеханического принципа, не в состоянии разделять стойкие смеси, связи между глобулами нефти и воды, в которых формируются не только силами вязкости, но и частично химическими реакциями гидратации, что особенно характерно для высокосернистых нефтей. Кроме того, известное устройство малоэффективно при изменении состава водонефтяной смеси, поскольку не содержит каких-либо параметров регулирования процесса разделения. Демпфер пассивен также по отношению к процессам, действующим в залежи, и не улучшает показателей технологии в направлении повышения нефтедобычи и улучшения нефтеотдачи, а также улучшения фракционного состава высоковязких нефтей и остатков залежей.

Цель изобретения - повышение эффективности гашения высокочастотных волн и расширение области применения демпфера.

Поставленная цель достигается тем, что в демпфере гидравлического удара, содержащем низкочастотный демпфирующий элемент, выполненный в виде оболочки, и высокочастотные демпфирующие элементы, выполненные в виде волновых акустических трансформаторов, оболочка выполнена в виде корпуса тороидальной формы из того же материала, что и трубопровод, и содержит патрубок, разделенный перемычкой на приемную и выходную части, к которым со стороны боковых поверхностей патрубка жестко прикреплены направляющие с установленными внутри них трубами из немагнитного материала, герметизирующие направляющие от внутренней полости патрубка, а волновые акустические трансформаторы выполнены в виде стержней, размещенных на изоляторах внутри статоров электродвигателей встречно по отношению к патрубку с возможностью перемещения вдоль направляющих и установленных в них трубах, причем стержни изготовлены из сплава железо - углерод, а к их свободным торцам подключены через емкостные связи силовые кабели статорных обмоток статоров электродвигателей.

Отличительные признаки устройства позволяют генерировать в стержнях, размещенных в статорах электродвигателей, торсионные волны, с помощью которых создаются эффекты замещения карбонильной группы кетонов циклоалканами, чем диссипируются высокочастотные волны, с одновременным образованием молекул воды, за счет чего производится гашение энергии низкочастотных волн.

Схема демпфера гидравлического удара представлена на чертеже.

Устройство содержит корпус 1 тороидальной формы с патрубком 2, разделенным перемычкой 3 на приемную "а" и выходную "б" части, к которым со стороны боковых поверхностей патрубка 2 жестко прикреплены направляющие 4 с размещенными внутри стержнями 5, проходящими через полости статоров электродвигателей 6. К торцовым концам стержней 5 подключены через емкостные связи 7 силовые провода статорных обмоток статоров 6. Стержни 5 имеют возможность перемещаться вдоль продольных осей статоров 6 и направляющих 4. Внутри направляющих 4 стержни 5 размещены в трубах 8, герметизирующих их от потока жидкости в патрубке 2, в статорах 6 стержни 5 уложены в изолятор. В верхней части корпуса 1 смонтированы трубопроводы отвода газа 9 и отвода пластовой воды 10.

Устройство работает следующим образом. Продукцию залежи подают в приемную часть "а" патрубка 2, корпус 1 и выходную часть "б" патрубка 2. На торцы стрежней 5 через емкостные связи 7 подают импульсы емкостного тока с прямым фронтом, обеспечиваемым взаимодействием стержней 5 с вращающимся электромагнитным полем статоров электродвигателей 6. Статоры электродвигателей 6 запитывают переменным током промышленной частоты, при этом вращающееся магнитное поле статоров электродвигателей 6 в стержнях 5 преобразуется в импульсное поле, параметры и вид которого определяются материалом последних. В том случае, когда в качестве материала стержней 5 применяются немагнитные материалы, импульсное поле представляет собой непрерывную последовательность импульсов, а каждый импульс в результате действия пондеромоторных сил представляет собой торсионную волну. Поскольку в качестве систем материала, из которого изготавливают стержни 5, обладающие нелинейным волновым сопротивлением по отношению к торсионным волнам, выступают эвтектоидные состояния, то линеаризация нелинейных волновых сопротивлений торсионными волнами приводит к восстановлению всех эвтектоидных состояний, предшествующих составу материала (или сплава), из которого изготовлены стержни 5 в направлении уменьшения того компонента сплава, который растворяется в компоненте - основе. В частности, если стержни 5 изготавливают из цементита, то описанный процесс позволяет сформировать в торсионной волне состояния цементит - ледебурит, цементит - перлит, цементит - феррит. В целом характеристика торсионной волны в этом случае определяется всей совокупностью названных состояний, и отображается в материале по признакам его перехода из жидкого агрегатного состояния в твердое. Если стержни 5 изготовлены из сплава железо - углерод, то все перечисленные состояния формируются в кристаллах - центрах кристаллизации, то есть дендридах Чернова. При подаче электрического тока на статоры электродвигателей 6, дендриды Чернова при каждом импульсе, формируемом в стержнях 5, стремятся ориентироваться вдоль продольных осей последних, но поскольку собственно дендриды врощены в структуру сплава и обладают по отношению к импульсам очень высокой инерционностью, вдоль продольных осей стержней 5 ориентируются первые производные перемещений кристаллов, которые количественно могут быть определены как тангенсы углов, выражаемых процентными отношениями содержания углерода в указанных выше состояниях цементит - ледебурит, цементит - перлит, цементит - феррит. В общем случае ионизация кристалла вызывает в соответствии с описанным процессом, формирование в торсионной волне пространства из трех векторов электрических токов с различными углами наклона по отношению к продольной оси стержня 5. Поскольку последние размещены в статорах электродвигателей 6, направляющих 4 и трубах 8 встречно, то при полной идентичности характеристик статоров электродвигателей 6, а также материала и геометрических параметров стержней 5, сводимые к поверхностям соприкосновения стержней 5 торсионные волны, векторами электрических токов формируют точечный источник с разницей потенциалов, определяемых как сумма результирующих по всем трем группам векторов каждой пары встречно направленных стержней 5. А так как векторы токов в торсионной волне размещены пространственно, каждый результирующий вектор прецессирует с формированием годографа в виде "восьмерки". В итоге на точечном источнике образуется стоячая торсионная волна, вызывающая импульсное сжатие - расширение потоков жидкости, находящихся в частях "а" и "б" патрубка 2.

Поскольку торсионные волны распространяются по стержням 5 не только в сторону патрубка 2, но и к их свободным торцам, на последних образуются отраженные волны, а так как торсионные волны однонаправленны, и при включении статоров электродвигателей 6 устанавливаются только на торцах стержней 5, то в последних формируется диссипативный процесс, имеющий интегральную характеристику по отношению к первым производным перемещений кристаллов, результатом которого является разрушение кристалл-гидратов, входящих в состав сплава. Вследствие этого процесса стержни 5 испускают волны, адекватные по форме фронтообразования волнам, формируемым при электролизе воды, но обладающие явно выраженными упругими свойствами. Вместе с этим, торсионные волны, устанавливающиеся на соприкасающихся торцах стержней 5, генерируют в последних поперечную упругую волну, подобную по признакам формообразования и длине молекуле кетона, диссипация которой по этой молекуле, содержащейся в нефти, приводит к возбуждению связей карбонильной группы с углеводородными радикалами. Поскольку оба типа волн, генерируемых на стержнях 5, вызваны единым процессом перекристаллизации сплава, из которого они изготовлены, и реализуются только в области упругих деформаций стержней 5, стабилизация сплава вызывает протекание диссипативной реакции по восстановлению кристаллгидрата, что выражается в возбуждении карбонильной группы молекул кетона и присоединением к ней такого количества молекул водорода, которое определяется коэффициентом при кристаллгидрате, с дальнейшим отщеплением в результате интегрирования первых производных перемещений кристаллгидрата, вызванных его стабилизацией, молекулы водорода и образованием в составе кетона взамен карбонильной группы молекулы циклоалкана, а также получением в ходе реакции молекулы воды.

Таким образом, в составе кетона вместо карбонильной группы формируется радикал ароматического углеводорода, улучшающий состав нефти в целом. В целях организации непрерывного процесса и формирования жестких обратных связей по управлению описанными процессами, к свободным торцам стрежней 5 подключаются емкостные связи 7, формируемые на силовых проводах электропитания статоров электродвигателей 6. При этом описанные процессы организуются не только в патрубке 2 и корпусе 1, но и в магистралях подачи продукции залежи, собственно в залежи и в магистрали отвода нефти. Поскольку получаемая в результате реакции вода формируется в процессе интегрирования первых производных перемещений кристаллгидратов, образуемых как при дестабилизации, и стабилизации последних, скопление конденсата происходит в верхней части корпуса 1, откуда вода совместно с сепарируемым газом отводится соответственно по магистралям 10 и 9.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1278536, кл. F 16 L 55/02, 1985 г.

2. Авторское свидетельство СССР 1756726, кл. F 16 L 55/055, 1992 г. - прототип.

Демпфер предназначен для гашения высокочастотных волн. Демпфер содержит низкочастотный демпфирующий элемент, выполненный в виде оболочки, и высокочастотные демпфирующие элементы, выполненные в виде волновых акустических трансформаторов. При этом оболочка выполнена в виде корпуса тороидальной формы из того же материала, что и трубопровод, и содержит патрубок, разделенный перемычкой на приемную и выходную части, к которым со стороны боковых поверхностей патрубка жестко прикреплены направляющие с установленными внутри них трубами из немагнитного материала, герметизирующие направляющие от внутренней полости патрубка. Волновые акустические трансформаторы выполнены в виде стержней, размещенных на изоляторах внутри статоров электродвигателей встречно по отношению к патрубку с возможностью перемещения вдоль направляющих и установленных в них трубах, причем стержни изготовлены из сплава железо - углерод, а к их свободным торцам подключены через емкостные связи силовые кабели статорных обмоток статоров электродвигателей. Технический результат - улучшение фракционного состава нефти. 1 ил.

Демпфер гидравлического удара, содержащий низкочастотный демпфирующий элемент, выполненный в виде оболочки, и высокочастотные демпфирующие элементы, выполненные в виде волновых акустических трансформаторов, отличающийся тем, что оболочка выполнена в виде корпуса тороидальной формы из того же материала, что и трубопровод, и содержит патрубок, разделенный перемычкой на приемную и выходную части, к которым со стороны боковых поверхностей патрубка жестко прикреплены направляющие с установленными внутри них трубами из немагнитного материала, герметизирующие направляющие от внутренней полости патрубка, а волновые акустические трансформаторы выполнены в виде стержней, размещенных на изоляторах внутри статоров электродвигателей встречно по отношению к патрубку с возможностью перемещения вдоль направляющих и установленных в них трубах, причем стержни изготовлены из сплава железо - углерод, а к их свободным торцам подключены через емкостные связи силовые кабели статорных обмоток статоров электродвигателей.