насосная установка

Формула изобретения

НАСОСНАЯ УСТАНОВКА, содержащая центробежный насос с приводом от регулируемого электродвигателя, напорную магистраль насоса с установленным в ней пускоотсечным клапаном, имеющим управляемый привод, блок управления, вход которого электрически связан с измерительной аппаратурой, а выход с приводами насоса и пускоотсечного клапана, отличающаяся тем, что она снабжена трубопроводом, шунтирующим пускоотсечной клапан в напорной магистрали, в котором установлен сопловой насадок с конфузорным и диффузорным участками, причем наименьшее сечение соплового насадка сообщено дополнительным трубопроводом с входной магистралью насоса, в дополнительном трубопроводе установлен дополнительный пускоотсечной клапан, привод которого электрически связан с выходом блока управления, а измерительная аппаратура выполнена в виде датчика расхода и датчика числа оборотов ротора электродвигателя насоса.

Описание изобретения к патенту

Насосная установка может быть использована для закачки сжиженного газа в нефтяные пласты при эксплуатации нефтяных скважин.

Одной из задач, которые необходимо решить при проектировании и отработке конструкции насосных установок, является задача обеспечения оптимальных режимов работы насоса при его эксплуатации на промысле. Необходимость этого диктуется условием обеспечения работоспособности насоса при его работе как на установившемся, так и, особенно, на переходных режимах работы.

Из теории насосов известно, что для выполнения этого условия необходимо прежде всего обеспечить эксплуатацию насосов на оптимальном режиме, который может быть охарактеризован обобщенным показателем Q/n, т.е. отношением расхода рабочего тела Q, в качестве которого используется широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ), к числу оборотов ротора насоса n (Калицун В.И. Дроздов Е.В. Основы гидравлики и аэродинамики. М. Стройиздат, 1980, с. 140. 147).

При эксплуатации на промысле насос может обеспечивать закачку ШФЛУ либо в одну нефтяную скважину, либо сразу в несколько скважин, при этом величина давления в скважинах может изменяться в широких пределах, т.е. изменяться величина противодавления в напорной магистрали насоса. В зависимости от величины противодавления до напорной характеристики насоса изменяется расход рабочего тела. Изменение выходных характеристик насоса (напор, расход) может также происходить при изменении числа оборотов (частоты вращения) ротора насоса, которое обеспечивается регулируемым электродвигателем. Особенно значительные изменения параметров насоса происходят при запуске насоса, в процессе которого число оборотов ротора насоса в течение определенного времени изменяется от нуля до номинального значения на режиме.

Работа насоса на неоптимальных режимах по показателю Q/n приводит к снижению его КПД, т.е. экономичности установки. Изменение в широких пределах напора насоса приводит к появлению нерасчетных силовых нагрузок на элементы конструкции ротора насоса, что может привести к их разрушению.

Известна насосная установка, содержащая центробежный насос с приводом от регулируемого электродвигателя, напорную магистраль насоса с установленным в ней пускоотсечным клапаном, имеющим управляемый привод, блок управления, вход которого электрически связан с измерительной аппаратурой, а выходы с приводами насоса и пускоотсечного клапана.

Указанная насосная установка обеспечивает плавное (аналоговое) регулирование в некотором диапазоне режима работы насоса для получения значений его основных параметров, близких к оптимальным, но при расширении диапазона значений внешних воздействий оптимальное значение основных параметров насоса не обеспечивается.

Для устранения этого недостатка согласно изобретению насосная установка снабжена трубопроводом, шунтирующим пускоотсечной клапан в напорной магистрали, в котором установлен сопловый насадок с конфузорным и диффузорным участками, причем наименьшее сечение соплового насадка сообщено дополнительным трубопроводом с входной магистралью насоса, в дополнительном трубопроводе установлен дополнительный пускоотсечной клапан, привод которого электрически связан с выходом блока управления, а измерительная аппаратура выполнена в виде датчика расхода и датчика числа оборотов ротора электродвигателя насоса.

Такое конструктивное исполнение насосной установки решает следующие задачи. Обеспечивается расширение диапазона регулирования насоса по величине основных параметров за счет дополнения плавного (аналогового) регулирования дискретным регулированием. Обеспечивается работа насоса на режимах, близких к оптимальному по показателю Q/n в более широком диапазоне значений противодавления насоса, что повышает энергетические характеристики насоса. Исключается воздействие больших нерасчетных нагрузок осевых сил на элементы конструкции ротора насоса, что повышает его надежность. За счет установки в напорной магистрали вместо дроссельной шайбы соплового насадка с конфузорным и диффузорным участками обеспечиваются минимальные потери напора насоса. При запуске насоса с низким противодавлением создается за счет включения соплового насадка величина противодавления, обеспечивающая значение показателя Q/n, близкое к расчетному. Обеспечивается бескавитационный режим работы насоса при значительном изменении внешних параметров.

На чертеже представлена заявляемая насосная установка.

Она содержит центробежный насос 1 с приводом от регулируемого электродвигателя 2, напорную магистраль 3 насоса с установленным в нем пускоотсечным клапаном 4, имеющим управляемый привод 20, блок 5 управления, входы 6, 7 которого электрически связаны с измерительной аппаратурой 8, 9, а выходы 10, 19 с приводами насоса и пускоотсечного клапана, трубопровод 11, шунтирующий пускоотсечной клапан в напорной магистрали, в котором установлен сопловый насадок 12 с конфузорным 13 и диффузорным 14 участками, причем наименьшее сечение 15 соплового насадка сообщено дополнительным трубопроводом 16 с входной магистралью 18 насоса. В дополнительном трубопроводе установлен дополнительный пускоотсечной клапан 17, привод 21 которого электрически связан с выходом 19 блока управления. Измерительная аппаратура выполнена в виде датчика 8 расхода и датчика 9 числа оборотов ротора электродвигателя насоса.

Перед запуском насосной установки пускоотсечной клапан 22 открывается. По входной магистрали 18 рабочее тело (ШФЛУ) через открытый клапан 22 заполняет полости насоса 1. По команде блока 5 управления закрывается клапан 4 и открывается клапан 17, подается напряжение на обмотку электродвигателя 2. Ротор электродвигателя 2 и жестко связанный с ним ротор насоса 1 начинают раскручиваться. Давление рабочего тела за насосом 1 повышается. Рабочее тело после насоса через сопловый насадок 12 начинает заполнять трубопроводы через гребенку 23 до запорных элементов на входе в напорные скважины и далее поступает в скважины (скважину). Часть рабочего тела через отверстия в наименьшем сечении 15 соплового насадка 12 в открытый клапан 17 поступает на вход в насос 1, что обеспечивает значение показателя Q/n, близкое к номинальному.

После выхода насоса на заданное число оборотов блок 5 управления приводит операции по установлению требуемого режима работы. С этой целью он определяет расход рабочего тела (Q) в скважины по показаниям датчика 8 расхода и число оборотов ротора насоса (n) по показаниям датчика 9 числа оборотов ротора электродвигателя насоса, отношение этих величин (Q/n) и сравнивает полученное отношение заданным. При выходе полученного значения показателя Q/n из диапазона заданных значений блок 5 управления может дать команду на проведение следующих операций: изменить число оборотов ротора электродвигателя, закрыть клапан 17 и открыть клапан 4, при необходимости снова изменить число оборотов ротора двигателя 2.

При работе на установившемся режиме блок 5 управления через входы 6, 7 получает постоянную информацию с датчика 8 расхода и датчика 9 числа оборотов и при необходимости дает соответствующие команды на электродвигатель 2, клапаны 4, 17 для проведения указанных выше операций. Причинами проведения этих операций могут быть изменение давления в скважине (увеличение давления после закачки определенного количества ШФЛУ или уменьшение давления при увеличении объема полости в скважине), изменение числа скважин, в которые закачивается рабочее тело.