форсуночное устройство для впрыска жидкости в газопровод

Формула изобретения

1. Форсуночное устройство для впрыска жидкости в газопровод, содержащее установленный на отводе трубопровода шлюз, включающий запорный клапан и шлюзовую камеру с уплотнением, цилиндр с уплотнением, полый плунжер с форсункой на нижнем конце и штоком на верхнем конце, отличающееся тем, что шток выполнен полым, а к его верхнему концу подведен гибкий трубопровод с клапаном, подключенный к напорной линии насоса, при этом внутренняя полость цилиндра соединена с напорной линией насоса через регулирующий вентиль.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено емкостью с разделителем сред внутри, причем полость емкости с одной стороны разделителя сред заполнена гидравлической жидкостью и соединена с внутренней полостью цилиндра, а полость емкости с другой стороны разделителя сред подключена через регулирующий вентиль к напорной линии насоса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области эксплуатации оборудования для сжатых газов и может найти применение в газовой, нефтяной и других отраслях промышленности.

Известно форсуночное устройство для впрыска ингибитора коррозии в газопровод, содержащее установленный на газопроводе форсуночный узел, включающий корпус с уплотнением и установленный в нем с возможностью осевого перемещения полый шток с форсункой, гидравлически связанной с насосом (Оболенцев Н. В. Технологические аспекты ингибиторной защиты трубопроводов большого диаметра, транспортирующих неочищенный сероводородсодержащий газ. - Дис. на соискание уч. степ. канд. техн. наук, М., 1980). Данное устройство снабжено механизмом осевого перемещения штока, содержащим три стойки, цепную передачу со звездочками, червячный редуктор с рукояткой, служащей для ручного перемещения полого штока с форсункой на нижнем конце в рабочее положение.

К недостаткам известного устройства относятся большая металлоемкость, громоздкость привода осевого перемещения штока, а также сложность и трудоемкость технологических операций, требующих присутствия человека.

Также известно устройство аэрозольного ингибирования газопровода, снабженное узлом вертикального перемещения форсунки, выполненным в виде цилиндрического корпуса, внутрь которого помещен полый шток. Верхняя резьбовая часть полого штока соединена с маховиком, а нижняя часть с установленной на ее конце форсункой подсоединена гибким трубопроводом к насосу-дозатору (RU, Свидетельство на полезную модель 13916, кл. F 17 D 1/05, 2000).

Недостаток известного устройства состоит в трудоемкости выполнения операций ввода и вывода форсунки из газопровода, а также в возможных утечках газа через уплотнение полого штока в окружающую среду.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для впрыска жидкости в сжатый газ, содержащее форсуночный узел, включающий корпус с уплотнением, цилиндр и плунжер с осевым каналом и отверстием в стенке для соединения канала с полостью цилиндра, подключенной к наcocy (RU, Патент на изобретение 2068304, кл. 6 В 05 В 9/03, 1996). К нижнему концу плунжера подсоединена форсунка, а на верхнем конце закреплен цельный шток, пропущенный через уплотнение в верхнем торце цилиндра. Ввод форсунки в газопровод происходит автоматически после пуска насоса, а вывод ее из газопровода происходит после прекращения подачи насосом жидкости под действием давления газа на форсунку и плунжер.

К недостаткам известного устройства относятся ограниченность режимов его работы, так как ввод форсунки в газопровод и удержание ее в рабочем положении происходит лишь при определенной подаче насоса, наименьшее значение которой зависит от соотношения диаметров плунжера и штока, давления газа в газопроводе и пропускной способности форсунки; нерегулируемая глубина и скорость ввода-вывода форсунки внутрь газопровода; высокая гидравлическая нагрузка на уплотнения плунжера и фальштока во время впрыска жидкости.

В основу настоящего изобретения положена задача создания форсуночного устройства для впрыска жидкости в газопровод, конструктивные особенности которого позволили бы расширить область применения устройства и рабочий диапазон по перепаду давления на форсунке, по ее производительности и по минимальной подаче насоса; обеспечить ввод и вывод форсунки как в автоматическом неуправляемом режиме, так и в управляемом режимах, в результате чего можно было бы изменять скорость перемещения форсунки или даже останавливать ввод-вывод форсунки в любом промежуточном положении; повысить надежность устройства за счет снижения перепада давления на подвижных уплотнениях и обеспечения более благоприятных условий работы трущихся пар.

Указанная задача решается тем, что согласно изобретению шток выполнен полым, а к его верхнему концу подведен гибкий трубопровод с клапаном, подключенный к напорной линии насоса, при этом внутренняя полость цилиндра соединена с напорной линией насоса через регулирующий вентиль.

Кроме того, отличие устройства состоит в том, что оно может быть снабжено емкостью с разделителем сред внутри, причем полость емкости с одной стороны разделителя сред заполнена гидравлической жидкостью и соединена с внутренней полостью цилиндра, а полость емкости с другой стороны разделителя сред подключена через регулирующий вентиль к напорной линии насоса.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид устройства, а на фиг.2 - вариант исполнения устройства с дополнительной емкостью.

Устройство содержит установленный на отводе 1 газопровода 2 шлюз 3, включающий запорный клапан 4 и шлюзовую камеру 5 с уплотнением 6. На шлюзовой камере 5 закреплен цилиндр 7, в верхнем торце которого выполнено центральное отверстие 8 с уплотнением 9. Внутри шлюза 3 и цилиндра 7 с возможностью осевого перемещения установлен полый плунжер 10, именуемый в дальнейшем "плунжер", на верхнем конце которого закреплен полый шток 11, именуемый в дальнейшем "шток", пропущенный через отверстие 8, а на нижнем конце закреплена форсунка 12 с обратным клапаном 13, соединенная с полостью плунжера 10. Шток 11 посредством гибкого трубопровода 14 и клапана 15, а цилиндр 7 через регулирующий вентиль 16 соединены с напорной линией 17 насоса 18, подключенного к расходной емкости 19 и имеющего байпасную линию 20.

Кроме того, устройство может быть снабжено емкостью 21 с разделителем сред 22 внутри, причем полость 23 емкости 21 с одной стороны разделителя сред 22 заполнена гидравлической жидкостью и подключена к цилиндру 7, а полость 24 емкости 21 с другой стороны разделителя сред 22 подсоединена через регулирующий вентиль 16 к напорной линии 17 насоса 18.

Работает устройство следующим образом.

Ввод форсунки 12 в газопровод и пуск ее в работу может производиться двумя способами.

При первом способе ввода открывают регулирующий вентиль 16 и пускают насос 18. При этом жидкость поступает в цилиндр 7 и, воздействуя на плунжер 10, выталкивает его вместе с форсункой 12 в газопровод 2. Нижняя часть штока 11 при этом входит внутрь цилиндра 7. Этот способ ввода может осуществляться при любой подаче насоса 18, при любом соотношении диаметров плунжера 10 и штока 11 и не зависит от гидравлического сопротивления форсунки 12.

После окончания ввода форсунки 12 в газопровод 2 регулирующий вентиль 16 закрывают, а клапан 15 открывают, и через гибкий трубопровод 14 жидкость поступает по штоку 11 и плунжеру 10 к форсунке 12.

При втором способе ввода открывают регулирующий вентиль 16 и клапан 15. При этом жидкость подается насосом 18 одновременно в цилиндр 7 и через трубопровод 14, шток 11 и плунжер 10 в форсунку 12.

В результате гидравлического сопротивления при истечении жидкости из форсунки 12 на ней создается перепад давления, поэтому давление жидкости в цилиндре 7 превысит давление газа в газопроводе 2, что приведет к перемещению вниз плунжера 10, штока 11 и форсунки 12. При этом жидкость, поступающая от насоса 18 по напорной линии 17, будет разделяться на два потока.

Управляя регулирующим вентилем 16, можно снизить расход жидкости, поступающей в цилиндр 7, и скорость перемещения форсунки 12, а закрыв регулирующий вентиль 16, прекратить перемещение форсунки 12 в любом промежуточном положении.

После окончания перемещения форсунки 12, которое контролируется визуально по перемещению штока 11, регулирующий вентиль 16 закрывают. При этом расход жидкости через форсунку 12 увеличится и сравняется с подачей насоса 18, вследствие чего перепад давления на форсунке 12 возрастет и она выйдет на установившийся режим впрыска. Тогда давление в полости цилиндра 7, которое зависит от давления газа в газопроводе 2 и от соотношения диаметров плунжера 10 и штока 11, будет меньше давления в напорной линии 17 во время установившегося режима впрыска, следовательно, и перепады давления на уплотнительных элементах плунжера 10 штока 11 и будут меньшими, чем соответственно давление впрыска и перепад давления на форсунке 12.

В случае необходимости можно прекратить впрыск и оставить форсунку 12 в газопроводе 2, для чего закрывают клапан 15 при закрытом регулирующем вентиле 16.

Вывод форсунки 12 из газопровода 2 может производиться двумя способами: с перепуском жидкости из цилиндра 7 в газопровод 2 или в расходную емкость 19.

При первом способе вывода форсунки 12 из газопровода 2 прекращают подачу жидкости по напорной линии 17 (останавливают насос 18) и открывают регулирующий вентиль 16. В результате совместного действия на плунжер 10 силы давления газа, стремящейся вытолкнуть его из газопровода 2, и силы давления жидкости в цилиндре 7, препятствующей этому, форсунка 12 будет перемещаться вверх, а часть жидкости, вытесняемая из цилиндра 7 входящим в него плунжером 10, будет перетекать по трубопроводу 14 и штоку 11 в полость плунжера 10 и истекать из форсунки 12 в газопровод 2. Так как выталкивающая сила газа определяется произведением давления в газопроводе 2 на площадь сечения плунжера 10 в уплотнении, а сила давления жидкости - произведением давления в цилиндре 7 на площадь кольца, наружный диаметр которого равен диаметру плунжера 10, а внутренний - диаметру штока 11, то процесс вывода форсунки 12 из газопровода 2 этим способом происходит лишь при определенных соотношениях диаметров плунжера и штока, сил трения в уплотнениях и давлении газа в газопроводе 2, описанных в литературе (см. Патент на изобретение, RU 2068304, кл. 6 В 05 В 9/03, 1996).

С помощью регулирующего вентиля 16 можно управлять процессом вывода форсунки 12 из газопровода 2: приостанавливать его в любом промежуточном положении, а также уменьшать при необходимости скорость подъема форсунки 12.

Второй способ вывода форсунки 12 применяется в случае увеличенного сопротивления перемещению плунжера 10 и штока 11 вследствие трения в уплотнениях или при низком давлении газа в газопроводе 2, недостаточном для автоматического подъема форсунки 12 после остановки насоса 18. Для этого закрывают клапан 15, открывают регулирующий вентиль 16 и клапан байпасной линии 20 и пропускают жидкость из цилиндра 7 в расходную емкость 19. Обратный клапан 13 при этом препятствует попаданию газа из газопровода 2 во внутренние полости плунжера 10, штока 11 и трубопровода 14. Даже при негерметичном закрытом обратном клапане 13 клапан 15 предотвращает попадание газа в напорную линию 17, насос 18 и расходную емкость 19.

В случае, когда устройство снабжено дополнительной емкостью 21 c разделителем сред 22 внутри, оно работает аналогично описанному выше. Но при этом уплотнения штока 11 и плунжера 10 работают в более благоприятных условиях, так как гидравлическая жидкость, заполняющая полость 23 емкости 21 и внутреннюю полость цилиндра 7, может обладать более высокой смазывающей способностью и большей вязкостью, чем впрыскиваемая жидкость. В случае впрыска токсичных или агрессивных жидкостей улучшаются также условия труда персонала, так как устраняется возможность утечек вредной жидкости через уплотнение штока 11 и последующего ее испарения.

Техническим результатом, получаемым при осуществлении изобретения, является:

расширение области применения устройства по рабочему диапазону перепада давления на форсунке, по соотношению гидравлического сопротивления форсунки и подачи насоса;

обеспечение ввода и вывода форсунки как в автоматическом неуправляемом, так и в управляемом режимах, в результате чего можно изменять скорость перемещения форсунки и останавливать ввод-вывод форсунки в любом промежуточном положении;

повышение надежности устройства за счет снижения перепада давления на подвижных уплотнениях, предотвращения попадания газа из газопровода в напорную линию насоса и расходную емкость при негерметичном обратном клапане, обеспечения более благоприятных условий работы трущихся пар (в случае, когда устройство снабжено емкостью с гидравлической жидкостью).