глубинный парожидкостный насос

Формула изобретения

Глубинный парожидкостный насос, содержащий камеру с всасывающим и нагнетательным клапанами, разделенную на две сообщающиеся между собой полости, патрубки и нагревательные элементы, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной емкостью, расположенной соосно с камерой, причем камера выполнена в виде двух коаксиально расположенных цилиндрических труб, всасывающий и нагнетательный клапаны размещены по торцам центральной трубы, а патрубки установлены в нижней части камеры для соединения полостей камеры с дополнительной емкостью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей, горно-химической и другим отраслям промышленности и может быть использовано при добыче воды, водно-нефтяных эмульсий, выкачивании из скважин водных растворов, например при подземном выщелачивании руд.

Известно устройство, содержащее резервуар, паровой котел и рабочий цилиндр с клапанами [1] Изобретение относится к использованию солнечной энергии для подъема воды из колодцев, скважин, каналов и рек. Недостатком этого устройства является малая глубина подъема жидкости из скважины (до 10 м) и периодичность работы, которая зависит от мощности концентратора солнечной энергии и ее наличия.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является преобразователь энергии, состоящий из камер, каждая из которых разделена вертикальной перегородкой на две сообщающиеся полости неравного объема, при этом в каждой полости меньшего объема установлены нагревательные элементы, подключенные к источнику тока через переключатели, а большая по объему полость сообщена с обратными клапанами [2]

Недостатком данного устройства является невозможность изменения такого параметра, как температура перекачиваемой жидкости при постоянной установленной мощности преобразователя энергии, длительный цикл срабатывания устройства при выключении нагревательных элементов, невозможность использования устройства при больших давлениях.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено дополнительной емкостью, установленной соосно с камерой, а камера выполнена в виде двух коаксиально расположенных цилиндрических труб, из которых центральная снабжена по торцам всасывающим и нагнетательным клапанами, причем в нижней части камеры установлены патрубки, соединяющие полости камеры и дополнительной емкости.

На чертеже изображен глубинный парожидкостный насос.

Насос состоит из камеры, которая выполнена в виде двух коаксиально расположенных цилиндрических труб 1 и 2, которые образуют между собой полость парогенератора, и дополнительной емкости 3, которая расположена соосно с камерой. В насосе имеются также входная труба 4 со всасывающим клапаном 5, выходная труба 6 с нагнетательным клапаном 7, патрубки 8, которые установлены в нижней части камеры, электрические нагреватели 9, защитный кожух 10 с теплоизоляцией, датчик 11 системы включения-отключения нагревателей 9, кабель 12 электропитания нагревателей 9 и напорная труба 13. Клапаны 5 и 7 размещены по торцам центральной трубы 1.

Насос работает следующим образом.

Перед началом работы полости насоса (дополнительная емкость 3, парогенератор, полость центральной трубы 1) заполняются перекачиваемой жидкостью, причем дополнительная емкость 3 заполняется жидкостью лишь частично, а образовавшееся герметичное пространство над жидкостью занято газом (воздухом или другим инертным газом).

Насос опускается в откачиваемую жидкость, после чего включается электропитание нагревателей 9 с помощью блока управления (на чертеже не показана). Нагревательные элементы 9 передают тепло находящейся в объеме парогенератора жидкости, за счет чего происходит изменение агрегатного состояния жидкости вскипание. Образующийся в полости парогенератора пар скапливается в верхней части парогенератора и центральной трубы 1.

По мере выделения тепловой энергии давление пара повышается, пока не превысит сопротивление нагнетательного клапана 7 и уровня столба жидкости за нагнетательным клапаном 7. При этом тепловая энергия преобразуется частично в механическую энергию нагнетаемой жидкости, и она вытесняется из полости центральной трубы 1 через выходную трубу 6 и нагнетательный клапан 7 в напорную трубу 13. Во время процесса вытеснения жидкости часть тепловой энергии затрачивается на нагрев жидкости в центральной трубе 1 за счет конденсации пара, находящегося над поверхностью жидкости, а также на сжатие газа, находящегося в верхней части дополнительной емкости, за счет поступления жидкости из полости центральной трубы 1 через патрубки 8 в нижней части камеры.

Изменение объема, давления и температуры в верхней части дополнительной емкости 3, выполненной газом, подчиняется закону Бойля-Мариотта и Гей-Люссака

P₀V₀/T₀ P₁V₁/T₁

где Р₀, V₀, Т₀ параметры состояния газа в объеме до начала рабочего цикла;

Р₁, V₁, Т₁ параметры состояния газа в объеме после завершения рабочего цикла вытеснения жидкости из центральной трубы 1.

Как только нагретая жидкость будет вытеснена паром из пространства центральной трубы 1, сработает датчик 11, и с помощью управляемого им блока управления произойдет отключение электрических нагревателей 9. Поступление тепловой энергии прекращается, давление пара снижается, нагнетательный клапан 7 закрывается, продолжается снижение давления пара во всех полостях насоса. При этом из дополнительной емкости 3 в полость центральной трубы 1 через патрубки 8 под действием энергии сжатого газа под давлением Р₁ выбрасывается часть жидкости в виде струй, вызывая тем самым конденсацию пара в центральной трубе и дальнейшее снижение давления в полостях камеры.

При снижении давления в центральной трубе 1 ниже давления динамического уровня жидкости в обсадной трубе клапан 5 открывается, и процесс конденсации пара еще более ускоряется на холодных порциях жидкости, поступающей во все полости.

После заполнения объема камеры включаются электрические нагреватели 9, и повторяется цикл нагрева, испарения и вытеснения жидкости паром в напорную трубу 13 через нагнетательный клапан 7.

Преимуществом предлагаемого насоса является возможность нагрева и регулирования температуры перекачиваемой среды (жидкости), что в свою очередь снижает потери давления на все виды сопротивлений за счет снижения вязкости. За счет дополнительного нагрева жидкости устройство позволяет ликвидировать пробки в скважине, возникающие в результате выпадения нафталина из нефти в зоне вечной мерзлоты.

Трубчатая конструкция обеспечивает размещение насоса в скважине, ограниченной обсадной трубой, наиболее распространенные размеры которой находятся в диапазоне 133.219 мм.

Снабжение насоса дополнительной емкостью 3, часть объема которой заполнена газом, позволяет сокращать рабочий цикл за счет впрыска охлажденной жидкости в центральную трубу 1 и ускорения конденсации пара, а также изменять его за счет изменения соотношения объемов газ-жидкость в дополнительной емкости 3.

При фиксированной высоте подъема перекачиваемой жидкости из скважины путем изменения регулируемой мощности нагревательных элементов 9, времени рабочего цикла, изменения геометрических размеров элементов насоса можно достичь заданной производительности насоса и температуры перекачиваемой жидкости.

Создана и испытана действующая модель парожидкостного насоса с установленной мощностью нагревательных элементов 8 кВт, которая обеспечила производительность по воде 3 м³/сут при энергозатратах 1,0-1,2 кВт/м³ перекачиваемой жидкости.