Устройство для дожимания газа

Изобретение относится к энергетике, а именно к области сжатия и перекачки газа, и может быть использовано при бурении, освоении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, а также для заправки автомобильного транспорта сжиженным газом.

Известно устройство для нагнетания газов и газожидкостных смесей, включающее гидравлический нагнетатель объемного типа, состоящий из ряда секций, компрессионные камеры, сообщенные с нагнетателем, каждая из которых содержит всасывающий клапан для подачи в камеру газа или газожидкостной смеси от независимого источника. Над всасывающим клапаном размещен нагнетательный клапан, сообщенный с потребителем. Насос для подачи питательной жидкости через всасывающий клапан нагнетателя установлен для создания в компрессионных камерах гидрозатвора. Компрессионные камеры выполнены в виде отдельного модуля компремирования, соединенного трубопроводами с гидравлической частью нагнетателя (RU 2282749, МПК F04B 19/06, F04B 35/00, опубл. 27.08.2006).

Недостатками известного устройства являются большие затраты энергии на привод кривошипно-шатунного механизма, а также относительно большие потери энергии на трение. Кроме того, при дожимании газа он растворяется в воде, что требует последующего разделения газожидкостной смеси на газ и жидкость, что приводит к усложнению технологического процесса.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является таран гидравлический, содержащий водоподъемную ступень, включающую подводящую трубу с ударным клапаном, напорный колпак, содержащий штуцер с золотником и размещенным внутри него полым демпфером, выполненным в виде полой резиновой камеры, впускной и перепускной клапаны, а также трубу, соединяющую напорный колпак с водонапорной емкостью. Полый демпфер включен между впускным и перепускным клапанами с возможностью заполнения его внутренней полости рабочей средой, при этом наружная сторона демпфера обращена во внутреннюю полость напорного колпака, которая посредством штуцера сообщена с атмосферой (RU 144214, МПК F04F 7/02, опубл. 10.08.2014).

Работоспособность устройства обеспечивается использованием эффекта гидравлического удара. Повышение давления ΔР (Па) в жидкости, достигаемое при гидравлическом ударе, достигает значительных величин и может быть определено по формуле:

ΔP=100γν,

где γ - удельный вес жидкости, Н/м³;

ν - скорость установившегося движения жидкости, м/с (Овсепян В.М. Гидравлический таран и таранные установки. / В.М. Овсепян. - М.: Машиностроение, 1968. - 124 с. ).

Недостатком описанного выше технического решения является то, что слив рабочей среды (жидкости) происходит за пределы гидравлической системы. Известное устройство не предназначено для сжатия и перекачки газа, но оно выбрано за прототип, так как эффект повышения давления при гидравлическом ударе в жидкости использован для повышения давления газа.

Технический результат заключается в повышении надежности и эффективности работы устройства для дожимания газа, которые достигаются повышением давления сжимаемого газа и отсутствием необходимости разделения газожидкостной смеси при упрощении конструкции.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для дожимания газа, включающее подводящую трубу с ударным клапаном, напорный колпак с размещенным внутри него полым демпфером, выполненным в виде полой эластичной камеры, наружная сторона которого обращена во внутреннюю полость напорного колпака, подключенного к подводящей трубе, а также впускной и перепускной клапаны. Подводящая труба выполнена в виде замкнутого гидравлического контура, впускной и перепускной клапаны включены во внутреннюю полость напорного колпака. Дополнительно содержится регулировочный вентиль, насос, расширительная емкость, теплообменник и регулятор давления. Регулировочный вентиль установлен между напорным колпаком и подводящей трубой рабочей среды, в которую последовательно включены теплообменник и насос, вход которого соединен с расширительной емкостью, а регулятор давления установлен на выходе перепускного клапана.

На чертеже изображено устройство для дожимания газа.

Устройство для дожимания газа содержит подводящую трубу 1 в виде замкнутого гидравлического контура с ударным клапаном 2. Напорный колпак 3, с размещенным внутри него полым демпфером 4, выполненным в виде полой эластичной камеры, наружная сторона которого обращена во внутреннюю полость напорного колпака 3. Полый демпфер 4 подключен к подводящей трубе 1 с возможностью заполнения его внутренней полости рабочей средой. Впускной 5 и перепускной 6 клапаны включены во внутреннюю полость напорного колпака 3. Между напорным колпаком 3 и подводящей трубой 1 установлен регулировочный вентиль 7. Теплообменник 8 и насос 9 последовательно включены в подводящую трубу 1. Вход насоса 9 соединен с расширительной емкостью 10. Регулятор давления 11 установлен на выходе перепускного клапана 6.

Устройство для дожимания газа работает следующим образом. Сначала подводящая труба 1 через расширительную емкость 10 заполняется рабочей средой (например, водой). Затем осуществляют ее циркуляцию при помощи насоса 9. При этом ударный клапан 2 автоматически открывает и закрывает проходное сечение подводящей трубы 1, что обеспечивает увеличение при положительной волне гидравлического удара и уменьшение при отрицательной волне гидравлического удара объема полого демпфера 4 во внутренней полости напорного колпака 3. Газ, подаваемый с начальным давлением через впускной клапан 5 во внутреннюю полость напорного колпака 3, под действием положительной волны гидравлического удара сжимается в нем и поступает через перепускной клапан 6 и регулятор давления 11 к потребителю (на рисунке не указан). Регулировочный вентиль 7 при изменении проходного сечения позволяет изменять величину степени сжатия газа в напорном колпаке 3 от воздействия положительной волны гидравлического удара, часть которой гасится в расширительной емкости 10. При сжатии газа полым демпфером 4 напорный колпак 3 нагревается. Отвод тепла обеспечивается циркулирующей через него рабочей средой, которая, возвращаясь каждый раз в момент действия отрицательной волны гидравлического удара в подводящую трубу 1, охлаждается в теплообменнике 8. Тепловыделение можно использовать для повышения энергетической эффективности устройства.

По сравнению с известным техническим решением предлагаемое обеспечивает повышение надежности и эффективности работы устройства для дожимания газа, которые достигаются повышением давления сжимаемого газа, отсутствием необходимости разделения газожидкостной смеси и упрощением конструкции.