Гидрокомпрессионный бустерный насос
Насос предназначен для использования в области газонефтяной промышленности для перекачки газов и газожидкостных смесей. Насос включает гидравлический блок, каждая рабочая полость которого состоит из вытеснительной части, содержащей вытеснительный элемент и всасывающий клапан для жидкости. Компрессионная часть содержит нагнетательный клапан и размещенный под ним впускной клапан для газа. Разделительный узел установлен между вытеснительной и компрессионной частями и содержит поршень. Разделительный узел выполнен в виде обратного клапана, седло которого размещено между вытеснительной и компрессионной частями рабочей полости. Тарель клапана подвешена к поршню, совершающему возвратно-поступательное перемещение в компрессионной части в такт с перемещением вытеснительного элемента в вытеснительной части рабочей полости. Причем подвеска тарели к поршню выполнена с возможностью регулирования длины подвески, а место установки седла - с возможностью изменения его высоты размещения. Обеспечивается дожим газа или газожидкостной смеси при минимальном расходе жидкости без дополнительного подпорного питательного насоса. 1 ил.
Изобретение относится к технике перекачки газов и газожидкостных смесей, в частности к их дожиму (бустированию) от имеющегося избыточного давления до давления нагнетания, например, в газонефтяной промышленности.
Известно устройство для перекачки газожидкостной смеси поршневым насосом, имеющем в гидравлической части рабочие полости, каждая из которых включает дополнительную камеру, снабженную впускным клапаном для газа. (SU 714044 A. 05.02.1980).
Для осуществления процесса дожима газожидкостной смеси с использованием этого устройства необходимо включение в его состав, кроме источника газа, подающего его с избыточным давлением в насос, и подпорного питательного насоса, который с величиной давления, равной давлению приема газа, подавал бы в основной насос и жидкость. Это усложняет как само устройство, так и процесс дожима газожидкостной смеси. Кроме того, в дополнительной камере происходит перемешивание газа с жидкостью, а с увеличением числа ходов поршня насоса увеличивается объем перемешанной части, что требует увеличения процентного расхода жидкости и, тем самым, снижения содержания в перемешиваемой смеси газовой составляющей при использовании быстроходных насосов.
Известен также гидрокомпрессионный бустерный насос, включающий гидравлический блок, каждая рабочая полость которого состоит из вытеснительной части, содержащей вытеснительный элемент и всасывающий клапан для жидкости, компрессионной части, содержащей нагнетательный клапан и размещенный под ним впускной клапан для газа, и разделительного узла между вытеснительной и компрессионной частями, содержащего поршень. (RU 1280734 С, 19.06.1995).
Недостатком этого устройства является то, что разделитель в виде поплавка из-за большой инерционности в современных быстроходных насосах не обеспечивает закрытие клапана на такте хода всасывания поршня насоса, что приводит к срыву процесса компримирования газа, а использование поршня в качестве обратного клапана приводит к быстрой потере его герметичности как клапана и, как следствие, прекращению процесса компримирования.
Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении является устранение указанных недостатков, т.е. создание гидрокомпрессионного бустерного насоса, обеспечивающего дожим газа или газожидкостной смеси при минимальном расходе жидкости без дополнительного подпорного питательного насоса.
Эта задача достигается тем, что в гидрокомпрессионном бустерном насосе, включающем гидравлический блок, каждая рабочая полость которого состоит из вытеснительной части, содержащей вытеснительный элемент и всасывающий клапан для жидкости, компрессионной части, содержащей нагнетательный клапан и размещенный под ним впускной клапан для газа, и разделительного узла между вытеснительной и компрессионной частями, содержащего поршень, разделительный узел выполнен в виде обратного клапана, седло которого размещено между вытеснительной и компрессионными частями рабочей полости, а тарель подвешена к поршню, совершающему возвратно-поступательное перемещение в компрессионной камере в такт с перемещением вытеснительного элемента в вытеснительной части рабочей полости, причем подвеска тарели к поршню выполнена с возможностью регулирования длины подвески, а место установки седла - с возможностью изменения его высоты размещения.
На чертеже изображен гидравлический блок гидрокомпрессионного бустерного насоса.
Насос содержит соединенные между собой вытеснительную 1 и компрессионную 2 части блока, рабочая полость которого состоит из находящейся в вытеснительной части 1 блока вытеснительной полости 3 и, соответственно, в компрессионной части 2 - компрессионной полости 4. В вытеснительной части 1 в цилиндре 5 размещен вытеснительный элемент (поршень, плунжер) 6, а также всасывающий клапан 7 для жидкости, а в компрессионной части 2 - впускной клапан 8 для газа и нагнетательный клапан 9. Между вытеснительной 3 и компрессионной 4 полостями имеется разделительный узел 10, содержащий седло 11 обратного клапана, тарели 12 клапана, подвешенной с возможностью регулирования длины подвески к разделительному поршню 13 с пружиной 14, установленного в цилиндре 15 разделительного узла 10, а также регулирующих положение седла 11, относительно места его установки при помощи регулировочных шайб 16.
К вытеснительной части 1 присоединены приемный коллектор 17 для жидкости, а к компрессионной части 2 - впускной коллектор 18 для газа и нагнетательный коллектор 19 гидравлического блока.
Работа гидрокомпрессионного бустерного насоса осуществляется следующим образом.
При заполненных жидкостью вытеснительной 3 и компрессионной 4 частей рабочей полости гидравлического блока во время выполнения вытеснительным элементом (поршнем) 6 всасывающего хода увеличивается объем вытеснительной части 3 и газ от его источника, например компрессора низкого давления, (не показан) поступает в компрессионную часть 4 рабочей полости по впускному коллектору 18 через впускной клапан 8, перемещая при этом в части 4 поршень 13 разделительного узла 10 и вытесняя жидкость из компрессионной части 4 в вытеснительную 3. В этот период осуществления всасывающего хода поршня 6 величина давления в вытеснительной части 3 меньше давления газа в компрессионной части 4 только на перепад давления на поршне 13 (из-за потерь на трение поршня 13 в цилиндре 14).
В продолжении всасывающего хода поршня 6 тарель 12 разделительного узла 10, подвешенная к поршню 13, опускающаяся вместе с ним, достигает установленного на расчетном уровне седла 11 узла 10 и садится в него, отсекая тем самым вытеснительную часть 3 рабочей полости от компрессионной 4. При этом всасывающий ход поршня 6 продолжается, давление в вытеснительной части 3 снижается до атмосферного, открывается всасывающий клапан 7, и в часть 3 рабочей полости по приемному коллектору 17 через всасывающий клапан 7 из резервуара для жидкости (не показан) поступает жидкость до окончания всасывающего хода.
При нагнетательном ходе поршня 6 всасывающий клапан 7 закрывается, жидкость через открытый отсечной клапан разделительного узла 10 из вытеснительной части 3 вытесняется в компрессионную часть 4 под поднимающийся вместе с тарелью 12 поршень 13. Поступивший в компрессионную часть 4 над поршнем 13 (во время всасывающего хода) газ сжимается перемещающимся под действием поступающей жидкости поршнем 13. Давление в рабочей полости гидравлического блока при этом повышается и при достижении им величины давления нагнетания (подачи перекачиваемой среды потребителю) открывается нагнетательный клапан 9, и через него сжатый газ поступает в нагнетательный коллектор 19 и далее - в трубопровод (не показан) подачи к месту потребления. К концу продолжающегося нагнетательного хода поступающей из вытеснительной части 3 жидкостью поршень 13 передвигается в крайнее верхнее положение. При этом перекрывающая часть поршня 13 выходит из цилиндра 15, и жидкость из-под поршня 13 вытесняется выше него и через открытый нагнетательный клапан 9 поступает вслед за вытесняемым газом в нагнетательный коллектор 19 в объеме, равном поступившей в вытеснительную часть 3 жидкости из резервуара в конце всасывающего хода поршня 6. По окончании нагнетательного хода и с началом хода всасывания весь объем рабочей полости (части 3 и 4) гидравлического блока и область нагнетательного клапана 9 заполнены жидкостью, а перекрывающая часть разделительного поршня 13 под действием пружины 14 и собственного веса опускается в цилиндр 15.
Отсутствие в начале всасывающего хода в рабочей полости газа (сжатого до давления нагнетания) обеспечивает открытие впускного клапана 8 и поступление газа от его источника в компрессионную часть 4 с началом всасывающего хода поршня 6 в вытеснительной части 3 рабочей полости, а разделительный поршень 13 предотвращает перемешивание газа с жидкостью и образование объема газожидкостной смеси в рабочей полости гидроблока, ограничивающего содержание газа в перекачиваемой смеси.
В последующем процесс поступления газа и всасывание жидкости при всасывающем ходе как и процесс сжатия газа и вытеснения его и жидкости в нагнетательный коллектор 19 при нагнетательном ходе в бустерном насосе осуществляются аналогично описанным.
Количество жидкости, попадающее в вытеснительную часть 3 во время всасывающего хода поршня 6 и поступающее с газом в нагнетательный коллектор 19, регулируют путем изменения длины подвески тарели 12 к поршню 13 или же высоты размещения седла 11 установкой регулировочных шайб 16.
Предложенное конструктивное исполнение гидравлического блока бустерного насоса исключает перемешивание газа и жидкости в рабочей полости и, таким образом, позволяет перекачивать с дожимом газожидкостные смеси с большим газосодержанием и возможностью его регулирования во всем диапазоне числа ходов поршней (плунжеров) насоса без привлечения подпорных питательных насосов.
Гидрокомпрессионный бустерный насос, включающий гидравлический блок, каждая рабочая полость которого состоит из вытеснительной части, содержащей вытеснительный элемент и всасывающий клапан для жидкости, компрессионной части, содержащей нагнетательный клапан и размещенный под ним впускной клапан для газа, и разделительного узла между вытеснительной и компрессионной частями, содержащего поршень, отличающийся тем, что разделительный узел выполнен в виде обратного клапана, седло которого размещено между вытеснительной и компрессионной частями рабочей полости, а тарель подвешена к поршню, совершающему возвратно-поступательное перемещение в компрессионной части в такт с перемещением вытеснительного элемента в вытеснительной части рабочей полости, причем подвеска тарели к поршню выполнена с возможностью регулирования длины подвески, а место установки седла - с возможностью изменения его высоты размещения.
