Струйная насосная установка
Владельцы патента RU 2778961:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" (RU)
Изобретение относится к области струйной техники, включая струйные насосы и компрессоры, струйные системы управления и струйные реактивные движители для систем динамического позиционирования. В частности, заявляемое техническое решение может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности для повышения эффективности технологий при добыче и переработке углеводородов, в том числе в условиях разработки морских месторождений. Струйная насосная установка, содержащая рабочую камеру, сопло и диафрагму, размещенную между соплом и рабочей камерой, отличающаяся тем, что она снабжена, по крайней мере, двумя дополнительными рабочими камерами, сопло выполнено многоканальным с одним входным каналом и с несколькими выходными каналами, а между соплом и диафрагмой размещена дополнительная диафрагма с возможностью их независимого радиального смещения для частичного или полного перекрытия выходных каналов сопла, при этом каждый выходной канал сопла гидравлически связан с одной из рабочих камер. 9 ил.
Изобретение относится к области струйной техники, включая струйные насосы и компрессоры, струйные системы управления и струйные реактивные движители для систем динамического позиционирования. В частности, заявляемое техническое решение может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности для повышения эффективности технологий при добыче и переработке углеводородов, в том числе в условиях разработки морских месторождений.
Известна струйная насосная установка, содержащая источник рабочей жидкости, источник перекачиваемой среды, сопло, размещенное перед входом в рабочую камеру с образованием кольцевого канала между соплом и входом рабочей камеры, и диафрагму, размещенную между соплом и входом в рабочую камеру (RU 116190, 2012).
Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому решению является струйная насосная установка, содержащая источник рабочей среды, рабочую камеру, сопло и диафрагму, размещенную между соплом и рабочей камерой (RU 2100659, 1997).
Недостатком известных технических решений является относительно узкий диапазон регулирования рабочих параметров потока на выходе сопла, что ограничивает область применения насосной установки при создании энергосберегающих безопасных технологий. И это также связано с тем, что преобразование энергии осуществляется в одной рабочей камере, жестко связанной с одним потребителем энергии.
Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение диапазона рабочих параметров потока на выходе рабочей камеры.
Указанная проблема решается тем, что струйная насосная установка, содержащая рабочую камеру, сопло и диафрагму, размещенную между соплом и рабочей камерой, согласно изобретению, снабжена, по крайней мере, двумя дополнительными рабочими камерами, сопло выполнено многоканальным с одним входным каналом и с несколькими выходными каналами, а между соплом и диафрагмой размещена дополнительная диафрагма с возможностью их независимого радиального смещения для частичного или полного перекрытия выходных каналов сопла, при этом каждый выходной канал сопла гидравлически связан с одной из рабочих камер.
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении контролируемого перераспределения энергии потока по отдельным выходным каналам сопла с обеспечением регулирования параметров количества движения потоков в поперечном сечении на выходе сопла и возможности полного отключения одной или нескольких рабочих камер, например при экстренных ситуациях, в частности, при внезапном отключении потребителей энергии
Сущность описываемой полезной модели поясняется чертежами: на фиг.1 показана схема струйной насосной установки; на фиг.2 показано сопло с двумя диафрагмами; на фиг.3 представлено сечение А-А, для соосного положения двух диафрагм, когда все выходные каналы открыты; фиг.4 представлено сечение А-А, при радиальном смещении диафрагм, когда все выходные каналы закрыты;фиг.5 представлено сечение А-А, для соосного положения дополнительной диафрагмы и центрального тела, при этом один выходной канал открыт; фиг.6 представлено сечение А-А, для соосного положения дополнительной диафрагмы и центрального тела, при этом два выходных канала открыты; на фиг.7 показано центральное тело; на фиг.8 показана диафрагма; на фиг.9 показано сопло без центрального тела.
Предлагаемая струйная насосная установка содержит рабочую камеру 1, сопло 2 и диафрагму 3, размещенную между соплом 2 и рабочей камерой 1, сопло 2 выполнено многоканальным с одним входным каналом 4 и с несколькими выходными каналами 5.
Между соплом 2 и диафрагмой 3 размещена дополнительная диафрагма 6 с возможностью независимого радиального смещения диафрагмы 3 и дополнительной диафрагмы 6 для частичного или полного перекрытия выходных каналов 5 сопла 2, а каждый выходной канал 5 сопла 2 гидравлически связан с рабочей камерой 1 или с дополнительными рабочими камерами 7. Сопл о 2 может быть оснащено центральным телом 8, которое обеспечивает разделение потока по нескольким выходным каналам 5. В рассмотренном примере показано исполнение с тремя выходными каналами 5. Но количество выходных каналов 5 может быть увеличено, при этом такие проточные каналы могут сформировать сетчатую структуру.
По крайней мере, одна дополнительная рабочая камера 7 может быть выполнена с возможностью осуществления в ней турбинного рабочего процесса по подобию с импульсными турбинами.
Диафрагма 3 и дополнительная диафрагма 6 могут иметь различные исполнения и формы отверстия. В представленном примере показано отверстие в виде треугольника. Возможно использование и других геометрических форм для выполнения отверстия в диафрагме, включая различные варианты с многоугольниками (четырехугольник, пятиугольник или другие формы). Размеры и форма отверстий в диафрагмах 3 и 6 могут совпадать, но могут и быть различными.
Струйная насосная установка работает следующим образом.
В сопло 2 подается рабочая среда (жидкость, газ или газожидкостная смесь). Источник рабочей среды на фигурах не показан. Поток рабочей среды разделяется на несколько потоков, которые проходят через выходные каналы 5 и направляются в рабочие камеры 1 и 7. В рабочей камере 1 осуществляется перемешивание рабочей среды с перекачиваемой средой и реализуется эжекционный рабочий процесс, при котором часть энергии от потока рабочей среды передается потоку перекачиваемой среды. После прохода через рабочую камеру 1, смесь рабочей и перекачиваемой среды направляется далее в технологическую систему, которая на фигурах не показана. Часть рабочей среды направляется через выходные каналы 5 в рабочие камеры 7, в которых осуществляется известный турбинный рабочий процесс. Кинетическая энергия рабочей среды преобразуется в механическую энергию, передаваемую потребителю через ротор и вал турбины в рабочей камере 7. Для эффективной и безопасной работы турбины необходимо предусмотреть возможность для регулирования массового расхода рабочей среды, поступающей из сопла 2 в рабочую камеру 7.
Для регулирования массового расхода рабочей среды в выходных каналах 5 сопло 2 выполнено многоканальным с одним входным каналом 4 и с несколькими выходными каналами 5. Между соплом 2 и диафрагмой 3 размещена дополнительная диафрагма 6 с возможностью независимого радиального смещения диафрагмы 3 и дополнительной диафрагмы 6 для частичного или полного перекрытия выходных каналов 5 сопла 2, как показано на фигурах 3-6.
Для радиального смещения диафрагм 3 и 6 могут быть использованы различные известные системы привода, например электромагнитный привод (на фигурах не показан).
При радиальном смещении диафрагмы 3 и дополнительной диафрагмы 6 помимо возможности полного перекрытия выходных каналов 5,такжедостигается возможность для частичного перекрытия выходных каналов 5 сопла 2, с обеспечением бесступенчатого регулирования массового расхода рабочей среды в выходных каналах 5.
Использование несколько рабочих камер, подключенных к одному общему источнику энергии или источнику рабочей среды позволяет расширить диапазон регулирования с возможностью полного отключения одной или нескольких рабочих камер, например при экстренных ситуациях - при внезапном отключении потребителей энергии.
Таким образом, предлагаемое изобретение решает проблему повышения контроля распределения энергии в потоке по площади выходного канала сопла с обеспечением контролируемого перераспределения энергии потока по отдельным выходным каналам сопла и с возможностью регулирования параметров количества движения потоков в поперечном сечении на выходе сопла и в отдельных рабочих камерах, соответственно.
Струйная насосная установка, содержащая рабочую камеру, сопло и диафрагму, размещенную между соплом и рабочей камерой, отличающаяся тем, что она снабжена, по крайней мере, двумя дополнительными рабочими камерами, сопло выполнено многоканальным с одним входным каналом и с несколькими выходными каналами, а между соплом и диафрагмой размещена дополнительная диафрагма с возможностью их независимого радиального смещения для частичного или полного перекрытия выходных каналов сопла, при этом каждый выходной канал сопла гидравлически связан с одной из рабочих камер.
