устройство для гашения гидравлических ударов в трубопроводе

Формула изобретения

Устройство для гашения гидравлических ударов в трубопроводе, включающее насосную установку, всасывающий, нагнетательный и обводной трубопроводы, пусковой и отсечный клапаны, отличающееся тем, что оно снабжено автоматическим переключателем потока, установленным после насоса, соединяющим нагнетательный и обводные трубопроводы и выполненным в виде тройника, по главной оси которого расположены зеркально друг другу седла, проходные каналы которых сообщены соответственно с полостями обводного трубопровода и нагнетательного патрубка насоса, и в котором размещены запорные элементы, посаженные зеркально друг другу на шток со степенью свободы вдоль главной оси, причем запорный элемент со стороны насоса подпружинен, а обводной трубопровод наклонен к всасывающему трубопроводу под острым углом, расходящимся в сторону автоматического переключателя потока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к вспомогательному оборудованию для трубопроводных сетей, а именно к устройствам для гашения пульсаций давления в трубопроводах, и может быть использовано в системе ППД и в сетях водоснабжения и мелиорации.

Известен гаситель гидравлических ударов, содержащий центробежный насос, всасывающий и нагнетательный трубопроводы, поворотное устройство, сливной трубопровод, обратный клапан, клапан сброса с приводом и телескопические цилиндры с упорами (1).

К недостаткам конструкции относятся:

- неудовлетворительная надежность в эксплуатации, обусловленная наличием большого количества подвижных деталей, в особенности привода, кинематически связывающего поворотное устройство с клапаном сброса;

- незащищенность окружающей среды от загрязнения при транспортировке пластовой жидкости вследствие необходимости слива воды прямо на землю. Строительство же накопительных емкостей - мероприятие дорогостоящее;

- сложность конструкции, обусловленная наличием телескопических цилиндров и привода.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для гашения гидроудара, содержащее центробежный насос, всасывающий, нагнетательный и обводной трубопроводы, коллектор с соплами на всасывающей линии, пусковой и отсечной клапаны (2).

К основным недостаткам устройства относятся:

- ненадежность в эксплуатации, обусловленная тем, что оно рассчитано для защиты трубопровода при штатном отключении насоса, при аварийном же отключении оно не сможет выполнить своих функций;

- сложность конструкции, обусловленная наличием в нем большого количества подвижных деталей и узлов, что приводит к повышению трудоемкости изготовления устройства.

Задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности, упрощение конструкции и снижение трудоемкости изготовления.

Указанная задача решается предлагаемым устройством, включающим насосную установку, всасывающий, нагнетательный и обводной трубопроводы, пусковой и отсечной клапаны.

Новым является то, что оно снабжено автоматическим переключателем потока, установленным после насоса и соединяющим нагнетательный и обводной трубопроводы и выполненным в виде тройника, по главной оси которого расположены зеркально друг другу седла, проходные каналы которых сообщены соответственно с полостями обводного трубопровода и нагнетательного патрубка насоса, и в котором размещены запорные элементы, насаженые зеркально друг другу на шток со степенью свободы вдоль главной оси, причем запорный элемент со стороны насоса подпружинен, а обводной трубопровод наклонен к всасывающему трубопроводу под острым углом, расходящимся в сторону переключателя потока.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема водоподачи и закачки воды в нефтяные пласты с применением предлагаемого устройства.

На фиг. 2 - продольный разрез предлагаемого устройства.

Устройство входит в систему водоподачи и закачки ее в нефтяные пласты, включающую магистральные трубопроводы низкого 1 и высокого 2 давлений (фиг. 1), центробежные насосы 3, обводные трубопроводы 4, соединяющие между собой трубопроводы низкого 1 и высокого 2 давления, штуцеры 5, скважины 6, редукционные клапаны 7, установленные на обводных трубопроводах 4, и автоматические переключатели потока 8. Последние включают в себя корпус 9 (фиг. 2) в виде тройника, по главной оси которого расположены зеркально друг другу седла 10 и 11, проходные каналы которых сообщены соответственно с полостями обводного трубопровода 4 и нагнетательного патрубка 12 центробежного насоса 3. В корпусе 9 размещены запорные элементы 13 и 14, посаженные зеркально друг другу на шток 15 со степенью свободы вдоль главной оси корпуса, причем запорный элемент 14, расположенный со стороны центробежного насоса, имеет пружину 16. Редукционный клапан 7, в свою очередь, состоит из корпуса 17, запорного органа 18 и пружины 19, которая рассчитана на определенное усилие.

Система водоподачи и закачки включает в себя также накопительную емкость 20 (фиг.1), низконапорный насос 21 и всасывающий трубопровод 22.

Устройство работает следующим образом.

Из накопительной емкости 20 перекачиваемая вода по всасывающему трубопроводу 22 направляется в полость низконапорного насоса 21 (фиг.1). Последний нагнетает ее по магистральным трубопроводам низкого давления 1 в полости центробежных насосов 3, которые, в свою очередь, нагнетают ее в скважины 6 через штуцеры 5. При этом все редукционные клапаны 7 закрыты, запорные элементы 13 автоматического переключателя потока 8 прижаты к своим седлам 11, а запорные элементы 14 открыты для прохода нагнетаемой жидкости.

При остановке одного из центробежных насосов 3 масса жидкости, находящаяся в магистральном трубопроводе высокого давления 2, по инерции двигается вперед в замедленном темпе. При этом масса жидкости, расположенная ближе к центробежному насосу 3, имеет более замедленное движение по сравнению с массой, находящейся ближе к скважине 6. За короткий промежуток времени эта масса жидкости прекращает свое движение вперед. После остановки центробежного насоса 3 запорный элемент 14 под действием пружины 16 прижимается к седлу 10, а запорный элемент 13 с седлом 11 образует кольцевой зазор для прохода жидкости. В этот момент масса жидкости в магистральном трубопроводе высокого давления 2 представляет собой как бы сжатую пружину, приведенную в это состояние давлением пласта, упругими силами трубопровода, перекачиваемого флюида и т.п. Эта сила создает волновой импульс, направленный в сторону центробежного насоса 3, и, достигнув полости "а" (фиг.2) автоматического переключателя потока 8, направляется через кольцевую щель "б" в полость обводного трубопровода 4 и, открыв запорный орган 18, попадает в полость магистральных трубопроводов низкого давления 1.

Следует подчеркнуть, что в начальный момент от удара волны запорный орган 18 резко открывается, а после постепенно перемещается в направлении исходного положения, уравновешивая усилия потока. Здесь она сталкивается со встречной волной, исходящей от низконапорного насоса 21. В результате происходит некоторое повышение давления, которое распространяется на все ветви магистральных трубопроводов низкого давления 1. Повышение давления в последних автоматически вызывает снижение производительности низконапорного насоса 21 и повышение давления подпора для центробежных насосов 3. В итоге волновой импульс, образованный давлением пласта и упругими силами трубопровода и направленный в сторону центробежного насоса 3, постепенно затухает.

При остановке низконапорного насоса 21 автоматически отключаются все центробежные насосы 3. В этом случае волна, направленная в сторону низконапорного насоса 21, проходит через автоматический переключатель потока 8, обводной трубопровод 4 и уносит с собой какой-то объем жидкости в накопительную емкость 20, количество жидкости регулируется редукционным клапаном 7.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства создается благодаря тому, что частичный выпуск жидкости (без больших сопротивлений) из полости нагнетания насоса в полость ее всасывания и отвод ее по обводному трубопроводу способствует рассасыванию энергии волны по всем ветвям трубопроводов, которое сопровождается некоторым повышением давления в низконапорном трубопроводе и снижением производительности низконапорного насоса. Применение автоматического переключателя потока позволяет при работе насоса отсечь обводной трубопровод, а при его остановке - отсечь магистральный трубопровод, что упрощает конструкцию и снижает трудоемкость изготовления.

Использованная информация

1. А.С. 1645784, MПК F 16 L 55/02, 1991.

2. А.С. 1177585, МПК F 16 L 55/02, 1985 (прототип).