КОМПРЕССОР С ГИДРОЗАТВОРОМ

КОМПРЕССОР С ГИДРОЗАТВОРОМ


RU (11) 2316673 (13) C1

(51) МПК
F04B 35/00 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 27.05.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2006123784/06 
(22) Дата подачи заявки: 2006.07.05 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2006.07.05 
(45) Опубликовано: 2008.02.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2259498 C1, 27.08.2005. RU 2259499 C1, 27.08.2005. RU 2238426 C1, 20.10.2004. SU 1307085 A1, 30.04.1987. 
(72) Автор(ы): Мартынов Владимир Николаевич (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная Компания "РАНКО" (RU) 
Адрес для переписки: 109316, Москва, Остаповский пр-д, 13, В.Н. Мартынову 

(54) КОМПРЕССОР С ГИДРОЗАТВОРОМ

Устройство предназначено для использования в области нагнетания неосушенных газов и газовых смесей машинами объемного вытеснения в ряде технологических процессов при добыче углеводородов. Компрессор с гидрозатвором содержит приводную часть возвратно-поступательного действия, нагнетатель плунжерного или поршневого типа, компрессионную камеру с всасывающим жидкостным и газовым клапанами, нагнетательный клапан, насос для подачи жидкости гидрозатвора. Компрессионная камера образована из центрального цилиндрического участка и двух усеченных конусных участков - верхнего и нижнего. Для согласования кинематики приводной части с оптимальными условиями движения гидрозатвора за счет профилирования компрессионной камеры приведены зависимости соотношения геометрических размеров участков компрессионной камеры (максимальный диаметр компрессионной камеры, высоты ее цилиндрического и конусных участков, меньший диаметр конусного участка). Верхняя конусная часть компрессионной камеры непосредственно сопрягается с седлом нагнетательного клапана. Минимальный диаметр конусного участка равен внутреннему диаметру седла нагнетательного клапана, а внутренняя поверхность седла выполнена в виде торовой поверхности, выпуклой в сторону от клапана, с радиусом, большим высоты седла. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Настоящее предлагаемое изобретение относится к области нагнетания неосушенных газов и газовых смесей машинами объемного вытеснения и может найти применение в области добычи углеводородов в ряде технологических процессов, связанных с нагнетанием газов и газожидкостных смесей при высоком давлении (до 40 МПа).

В частности, оно реализует предложенный заявителем способ дожимания и перекачки неосушенного газа (патент РФ №2238426, кл. F04B 35/02, 39/06, опубл. 20.10.2004 г. в БИ №29 за 2004 г.).

Указанный способ в настоящее время применен в дожимающих мобильных насосно-компрессорных установках типа УБ, выпускаемых НПК «РАНКО».

За прототип заявляемого компрессора с гидрозатвором может быть принято устройство для нагнетания неосушенного газа в соответствии с пат. РФ №2259498, кл. F04B 35/02, 39/06, опубл. 27.08.2005 г., в БИ № 24 за 2005 г.

Это устройство содержит приводной блок возвратно-поступательного действия, нагнетатель, компрессионную камеру с всасывающим жидкостным и газовым клапанами, нагнетательный клапан, насос для подачи жидкости гидрозатвора.

Промышленная реализация данного технического решения может быть осуществлена на базе нефтепромысловых плунжерных насосов с кривошипно-шатунным приводом.

Идеальная работа компрессора с гидрозатвором в упрощенном виде описывается следующими условиями:

- в процессе всего цикла «всасывания-нагнетания» сохраняется четкая граница раздела «жидкость - компримируемый газ» и проникновение последнего в гидрозатвор не происходит;

- после завершения такта нагнетания в компрессионной камере отсутствует свободный газ, наличие которого могло бы привести к снижению объемного КПД насос-компрессора, т.е. происходит 100 % вытеснение газа, поступившего в камеру в такте всасывания.

Одним из основополагающих факторов устойчивой работы компрессора с гидрозатвором является стабильное, без возмущений движение гидрозатвора.

Реализация данных условий предполагает низкие скорости и малоинерционное движение гидрозатвора, а также низкие скорости ввода газа в камеру.

Следует отметить, что вместе с тем основным направлением совершенствования компрессоров с гидрозатвором является увеличение числа ходов нагнетателя, что позволяет существенно повысить эффективность их использования.

Инженерная задача совершенствования компрессоров с гидрозатвором заключается в нахождении технического компромисса между этими взаимопротивоположными факторами и сводится к оптимизации конструкции и выбору оптимальных режимов работы.

Для кривошипно-шатунного вида привода, принятого, в основном, для нефтепромысловых насосов, как известно, характерен синусоидальный характер изменения скорости нагнетателя в течение цикла работы, а следовательно, и ускорения перемещения гидрозатвора в компрессионной камере.

В то же время предпочтительным с точки зрения обеспечения устойчивости поверхности гидрозатвора является условие сохранения постоянства скорости (нулевого ускорения) поверхности гидрозатвора, что может быть обеспечено только согласованием профиля компрессионной камеры с кинематикой кривошипно-шатунного привода нагнетателя.

Теоретический профиль компрессионной камеры в продольном сечении, отвечающий данному условию, приведен на фиг.1 и описывается следующей формулой (горизонтальные сечения компрессионной камеры в любом месте по высоте представляют круг):



где Dкам - диаметр компрессионной камеры;

Нк.к. - высота компрессионной камеры;

Dн - диаметр нагнетателя.

Практическая реализация данного профиля в компрессионных камерах создает определенные технологические сложности и в реальных условиях, с большой степенью приближения, теоретический профиль может быть заменен на упрощенный, состоящий из прямолинейных поверхностей.

В связи с изложенным, основной технической задачей заявляемого технического решения является устранение указанного недостатка и создание такого компрессора с гидрозатвором, геометрия профиля компрессионной камеры в продольном сечении которого была бы выполнена из условия согласования с кинематикой приводной части для обеспечения постоянной скорости перемещения поверхности гидрозатвора при такте нагнетания и всасывания газа.

Решение поставленной технической задачи представляет собой устройство, содержащее приводную часть возвратно-поступательного действия, нагнетатель плунжерного или поршневого типа, компрессионную камеру с всасывающим жидкостным и газовым клапанами, нагнетательный клапан, насос для подачи жидкости гидрозатвора (фиг.2). Компрессионная камера образована из центрального цилиндрического участка и двух усеченных конусных участков - верхнего и нижнего. При этом соотношения геометрических размеров этих участков определяются следующими зависимостями:

Высота цилиндрического участка: 

Диаметр цилиндрического участка: 

Высота конусного участка: 

Меньший диаметр конусного участка: 

где Dн - диаметр нагнетателя;

r - плечо кривошипа приводной части компрессора;

L - длина шатуна приводной части компрессора;



g - ускорение свободного падения.

При этом эмпирические коэффициенты, определяющие соотношения базовых размеров компрессионной камеры, имеют следующие значения:



где Нк.к. - общая высота компрессионной камеры;

hк - высота конусного участка компрессионной камеры;

hц - высота цилиндрического участка компрессионной камеры.

Верхняя конусная часть компрессионной камеры непосредственно сопрягается с седлом нагнетательного клапана, при этом минимальный диаметр конусного участка равен внутреннему диаметру седла нагнетательного клапана, а внутренняя поверхность седла выполнена в виде торовой поверхности, выпуклой в сторону оси клапана, с радиусом, большим высоты седла rседл.>h седл. (фиг.3).

Технические признаки заявляемого компрессора с гидрозатвором могут быть реализованы с помощью средств, используемых в области нагнетания газов машинами объемного вытеснения.

Отличительные признаки, отраженные в формуле изобретения, необходимы и достаточны для его осуществления, поскольку обеспечивают решение поставленной выше технической задачи - выполнение профиля компрессионной камеры в продольном сечении из условия согласования с кинематикой приводной части для обеспечения постоянной скорости перемещения поверхности гидрозатвора при такте нагнетания и всасывания газа.

В дальнейшем настоящее предлагаемое изобретение поясняется примером его выполнения, схематически изображенным на прилагаемых чертежах, на которых:

фиг.1- продольный теоретический профиль компрессионной камеры, согласованный с кинематикой кривошипно-шатунного профиля компрессора с гидрозатвором;

фиг.2 - принципиальная схема заявляемого компрессора с гидрозатвором;

фиг.3 - конструктивное решение сопряжения профилированной части компрессионной камеры заявляемого компрессора с гидрозатвором с зоной нагнетательного клапана.

В соответствии с заявленным техническим решением компрессор с гидрозатвором включает приводную часть 1 (фиг.2), состоящую из кривошипа 2 (в реальных конструкциях приводов - коренной эксцентриковый вал), шатуна 3, крейцкопфа 4; нагнетатель 5 (плунжер или поршень); компрессионную камеру 6; всасывающий жидкостной клапан 7; насос 8 подачи нагнетательной воды для формирования гидрозатвора; газовый клапан 9; нагнетательный клапан 10 (фиг.3). Верхняя корпусная зона 11 непосредственно сопрягается с проходным отверстием 11 седла 12, выполненного в виде торовой поверхности 13, выпуклой в сторону оси нагнетательного клапана 10.

Соотношение основных размеров компрессионных камер выбирается из вышеприведенных зависимостей.

Работа описанного устройства осуществляется следующим образом.

Перед началом работы устройства компрессионная камера 6 полностью заполняется жидкостью, подаваемой в нее через узел ввода жидкости насосом. При этом нагнетатель 5 расположен в крайнем правом положении в нижней части компрессионной камеры. При выполнении первого такта нагнетания нагнетатель 5 перемещается влево до крайнего левого положения, вытесняя через нагнетательный клапан 10 объем жидкости, равный объему, описываемому нагнетателем 5. Оставшаяся жидкость образует в компрессионной камере 6 гидравлический затвор. При выполнении первого такта всасывания нагнетатель 5 движется вправо вниз, и жидкость гидравлического затвора опускается в соответствии с вытесненным объемом. Во время выполнения такта всасывания в компрессионную камеру 6 через узел ввода газа 9 подается газ от независимого источника.

При следующем ходе нагнетания жидкость гидрозатвора перемещается под действием нагнетателя 5 вверх и сжимает газ до требуемого потребителем давления, после чего газ выходит через нагнетательный клапан 10 и подается потребителю.

При сжатии газа в компрессионной камере 6 газ охлаждается жидкостью гидрозатвора.

Указанные выше соотношения, полученные из длительного эмпирического опыта и экспериментальных исследований, основываются на необходимости защиты от газопроникновения в гидрозатвор и базируется на физической закономерности условий всплытия пузырька газа в жидкости гидрозатвора, совершающей движение. В этом случае сила всплытия сообщает пузырьку газа ускорение, большее, чем ускорение жидкости гидрозатвора, отслеживающего движение нагнетателя, перемещающегося по синусоидальному закону. В противном случае пузырьки газа будут увлекаться в глубь гидрозатвора, что приведет к газонасыщению жидкости гидрозатвора и, в итоге, к снижению объемного КПД компрессора.

Также важным условием, снижающим газопроникновение в гидрозатвор, является правильное конструктивное оформление зоны нагнетательного клапана.

В заявляемой конструкции, верхняя конусная часть компрессионной камеры непосредственно сопрягается с внутренней поверхностью проходного отверстия седла нагнетательного клапана.

В этом случае в момент начала открытия нагнетательного клапана «зеркало» (поверхность) гидрозатвора находится в конической зоне компрессионной камеры, что определяет конфузорное течение нагнетаемой среды, минимизирующее возможные газодинамические воздействия на гидрозатвор, приводящие к насыщению его газом за счет волновых явлений и «захлестывания» отдельных областей газа жидкостью гидрозатвора.

Кроме того, для лучшей гидродинамики потока газожидкостной смеси, поступающей в открывающийся в конце такта нагнетания компрессора нагнетательный клапан, внутренняя часть проходного отверстия седла клапана, после зоны сопряжения с конусной частью компрессионной камеры, выполнена в виде торовой поверхности, выпуклой в сторону оси клапана с радиусом r седл. больше высоты седла hседд.:

rседл.>hседл. (фиг.3).




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Компрессор с гидрозатвором, содержащий приводную часть возвратно-поступательного действия кривошипно-шатунного типа, нагнетатель плунжерного или поршневого типа, компрессионную камеру с всасывающими жидкостным и газовым клапанами, имеющую один цилиндрический и два - в форме усеченных конусов участка, нагнетательный клапан и насос для подачи жидкости гидрозатвора, отличающийся тем, что для условия согласования с кинематикой приводной части, обеспечивающего постоянную скорость перемещения поверхности гидрозатвора при такте нагнетания и всасывания газа, соотношение геометрических размеров указанных участков компрессионной камеры определяются следующими зависимостями:

высота цилиндрического участка 

диаметр цилиндрического участка 

высота конусного участка 

меньший диаметр конусного участка 

где Dн - диаметр нагнетателя;

r - плечо кривошипа приводной части компрессора;

L - длина шатуна приводной части компрессора;



g - ускорение свободного падения,

а эмпирические коэффициенты, определяющие соотношения базовых размеров компрессионной камеры, имеют следующие значения:



где Нк.к. - общая высота компрессионной камеры;

hк - высота конусного участка компрессионной камеры;

hц - высота цилиндрического участка компрессионной камеры. 

2. Компрессор с гидрозатвором по п.1, отличающийся тем, что верхняя конусная часть компрессионной камеры непосредственно сопрягается с седлом нагнетательного клапана, при этом минимальный диаметр конусного участка равен внутреннему диаметру седла нагнетательного клапана, а внутренняя поверхность седла выполнена в виде торовой поверхности, выпуклой в сторону оси клапана с радиусом, большим высоты седла rседл.>hседл..





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Насосы и компрессорное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+центробежный -насос".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "насос" будут найдены слова "насосы", "насосом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("насос!").



Рейтинг@Mail.ru