Результат интеллектуальной деятельности: СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ВИНТОВЫХ НАСОСОВ

Изобретение относится к области механизированной добычи нефти: к исследованию процессов, происходящих в скважинных винтовых насосах, непосредственно в процессе их работы и при влиянии на их работу газа и механических примесей.

Известен стенд для испытаний гидравлических забойных двигателей, содержащий тормозной вал, установленный в опорах вращения, рычажный корпус с радиально расположенным относительно оси вращения вала рычагом. Вал размещен внутри тормозного устройства и рычажного корпуса. Стенд содержит собственный датчик силы, предназначенный для измерения тангенциальной силы от действия вращающего момента вала двигателя. Стенд снабжен устройством для вращения вала и блоком управления (Патент РФ №2460055, G01M 15/00, F01C 1/107, F04B 51/00, Е21В 4/02, 20.12.2010).

Недостатком данного стенда является его предназначение лишь для измерения тангенциальной силы от вращающего момента вала двигателя.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является установка для испытания винтовых насосов, содержащая привод насоса, раму, расходомер, датчики давления, линию всасывания, линию нагнетания с регулятором давления нагнетания. Привод выполнен с регулируемой частотой вращения (Патент РФ №2302553 F04C 2/107, F04B 51/00, 10.12.2005).

Недостатком данной установки является невозможность исследования работы винтового насоса в природных условиях, т.е. условиях наличия газа и механических примесей в рабочей жидкости.

Задачей изобретения является совершенствование конструкции установки, расширение границ ее использования возможностью применения рабочей жидкости, в составе которой имеются газ и механические примеси.

Поставленная задача решается тем, что стенд для испытания штанговых насосов, содержит приводную часть, блок контроля и регулирования параметров работы винтового насоса, станцию управления, датчики расхода, температуры, давления и торсиометр, блок подготовки, смешения и подачи жидкости, блок подготовки газа, блок подготовки рабочей жидкости, блок очистки рабочей жидкости, при этом блок подготовки, смешения и подачи жидкости содержит металлическую емкость, подключенную к выкидным линиям блоков подготовки газа и блока подготовки рабочей жидкости и имеющую выкидную линию для нагнетания газа, причем металлическая емкость содержит патрубок для засыпания механических примесей и приводной шнек для смешивания жидкости и механических примесей; блок подготовки газа содержит компрессор, баллон с газом, выкидную линию с регулирующей арматурой, причем вышеупомянутая выкидная линия подключена к блоку подготовки, смешения и подачи жидкости; блок подготовки рабочей жидкости содержит емкость с рабочей жидкостью, центробежный насос с частотным регулированием, подключенный к станции управления, выкидную линию, подключенную к блоку подготовки, смешения и подачи жидкости; блок очистки рабочей жидкости представляет собой металлическую емкость с выкидной линией, снабженной фильтром механических примесей, причем, выкидная линия соединена с емкостью блока подготовки рабочей жидкости.

На фигуре представлен общий вид стенда для испытания винтовых насосов.

Стенд для испытания винтовых насосов содержит приводную часть (мотор-редуктор) 1, блок 2 контроля и регулирования параметров работы винтового насоса, блок 3 подготовки, смешения и подачи жидкости, блок 4 подготовки газа, блок 5 подготовки рабочей жидкости, блок 6 очистки рабочей жидкости и станцию 7 управления. Станция 7 управления регулирует частоту вращения мотор-редуктора 1 и консолидирует информацию, поступающую с датчиков расхода, температуры, давления, торсиометра и тензодатчика. осевой нагрузки, расположенных в различных блоках стенда. Для обеспечения изменения частоты вращения мотор-редуктор 1 подключен к станции 7 управления. Выходной вал мотор-редуктора 1 закреплен муфтовым соединением с входным валом 8 корпуса блока 2 контроля и регулирования параметров работы винтового насоса. Блок 2 контроля и регулирования параметров работы винтового насоса содержит винтовой насос 9, содержащий ротор 10 и статор 11. Ротор 10 через шарнирное соединение, совмещенное с датчиком 12 осевых усилий соединен с входным валом 8. На входном валу 8 установлен торсиометр 13 для измерения крутящего момента, необходимого для вращения винтового насоса 9. Входной вал 8 содержит сальниковое уплотнение 14, для исключения утечек между входным валом 8 и корпусом блока 2 контроля и регулирования параметров работы винтового насоса. Блок 2 контроля и регулирования параметров работы винтового насоса, содержит датчики 15 давления и температуры на входе и датчики 16 давления и температуры на выходе, а также блок 17 датчиков давления и температуры и вибрации, устанавливаемых в отверстия статора 11. Блок 2 контроля и регулирования параметров работы винтового насоса содержит байпасную линию 18, и выкидную линию 19, снабженные запорно-регулирующей арматурой -задвижками 20, 21 и предохранительным клапаном 22. Блок 4 подготовки газа содержит компрессор 23, рабочим агентом которого может являться атмосферный воздух или газ, находящийся в баллоне 24. Выкидная линия 25 блока 4 подготовки газа, содержащая регулирующую арматуру 26, подключена к блоку 3 подготовки, смешения и подачи жидкости. Блок 5 подготовки рабочей жидкости содержит емкость 27 с рабочей жидкостью, центробежный насос 28 с частотным регулированием, подключенный к станции 7 управления. Выкидная линия 29 блока 5 подготовки рабочей жидкости подключена к блоку 3 подготовки, смешения и подачи жидкости. Блок 3 подготовки, смешения и подачи жидкости представляет из себя буферную металлическую емкость 30, подключенную к выкидной линии 25 блока 4 подготовки газа и выкидной линии 29 блока 5 подготовки рабочей жидкости и имеющую выкидную линию 31 для нагнетания газа и выкидную линию 32 для нагнетания смешанной жидкости на вход блока 2 контроля и регулирования параметров. работы винтового насоса. Металлическая буферная емкость 30 содержит патрубок 33 для засыпания механических примесей, приводной шнек 34 для смешивания жидкости и механических примесей и манометр 35. Выкидная линия 31 содержит массовый расходомер 36. Выкидная линия 32 содержит массовый расходомер 37. Блок 6 очистки рабочей жидкости представляет из себя металлическую емкость в которую подается жидкость из выкидной линии 19 блока 2 контроля и регулирования параметров работы винтового насоса. Металлическая емкость блока 6 соединена с выкидной линией 38 и снабжена фильтром 39 механических примесей для очистки жидкости поступающей в выкидную линию 38. Выкидная линия 38 соединена с емкостью 27 блока 5 подготовки рабочей жидкости. При необходимости выдержать эластомер статора под воздействием газа под давлением, стенд содержит камеру 40, подсоединенную к блоку 4 подготовки газа. Для направления газа в камеру 40, от выкидной линии 25 имеется отвод с запорной арматурой 41. Камера 40 для отвода газа соединена с баллоном 24, через отвод с запорной арматурой 42.

Стенд работает следующим образом.

На станции управления 7 выбирается режим работы из следующего, перечня: исследование влияния газа на работу винтового насоса, исследование влияния механических примесей на работу винтового насоса, обычный режим.

На обычном режиме, на станции 7 управления запускается в работу центробежный насос 28 до достижения необходимого давления на приеме винтового насоса 9. Винтовой насос 9, предварительно установленный в блок 2 контроля и регулирования параметров работы винтового насоса, запускается в работу мотором-редуктором 1. Жидкость из винтового насоса 9 поступает в выкидную линию 19 и через блок 6 очистки поступает обратно в емкость 27 с рабочей жидкостью. Информация о значениях с датчиков давления, температуры и вибрации 15, 16, 17, а также крутящего момента и осевой силы с датчика 12 и торсиометра 13 поступает на станцию управления.

На режиме исследования влияния газа на работу винтового насоса, на станции управления 7 запускается в работу центробежный насос 28 до достижения необходимого давления на приеме, а также компрессор 23. Компрессор 23 нагнетает воздух из атмосферы или газ из баллона 24 в буферную емкость 30, откуда газ через выкидную линию емкости 32, расположенную в верхней части емкости поступает на вход блока контроля и регулирования параметров работы винтового насоса 2. Жидкость, нагнетаемая под давлением из буферной емкости 30 через выкидную линию 31, расположенную в нижней части емкости, поступает на вход блока 2 контроля и регулирования параметров работы винтового насоса, смешиваясь с газом, поступающим по выкидной линии 32 буферной емкости 30. Винтовой насос 9, предварительно установленный в блок контроля и регулирования параметров работы винтового насоса, запускается в.работу мотор-редуктором 1. Жидкость из винтового насоса 9 поступает в выкидную линию 19 и через блок 6 очистки поступает обратно в емкость 27 с рабочей жидкостью. При этом информация о значениях давления, температуры и вибрации с датчиков 15, 16, 17, крутящего момента и осевой силы с датчика 12 и торсиометра 13, а также расхода жидкости и газа с расходомеров 36 и 37, поступает на станцию управления.

На режиме исследования влияния механических примесей на работу винтового насоса на станции 7 управления запускается в работу центробежный насос 28 до заполнения необходимого уровня буферной емкости 30. В емкость 30 через патрубок 33 помещаются механические примеси. Для достижения однородной концентрации механических примесей, запускается в работу приводной шнек 34. Винтовой насос 9, предварительно установленный в блок 2 контроля и регулирования параметров работы винтового насоса, запускается в работу мотор-редуктором 1. Жидкость из винтового насоса 9 поступает в байпасную линию 18 и обратно на вход насоса (задвижка 21 закрыта, 20 открыта). Информация о значениях давления, температуры и вибрации с датчиков 15, 16, 17, крутящего момента и осевой силы с датчика 12 и торсиометра 13, а также расхода жидкости и газа с расходомеров 36 и 37 поступает на станцию 7 управления. После окончания эксперимента открывается задвижка 21, закрывается задвижка 20. Жидкость сливается в блок 6 очистки рабочей жидкости и далее через фильтр 39 в емкость 27 хранения рабочей жидкости. Механические примеси после отстоя удаляются из отстойника.

Таким образом, данный стенд позволяет исследовать не только влияние осложняющих факторов на состояние эластомера винтового насоса, но и на энергоэффективность винтового насоса. Так наличие механических примесей увеличивает силы трения контактных поверхностей, а повышенное содержание газа может привести к насыщению эластомера газом, его набуханию и увеличению прижимающей силы на ротор, что также сказывается на силе трения ротора о статор. Экспериментальные исследования позволят установить зависимость момента трения ротора о статор в зависимости от осложняющих факторов, что позволит оценить энергоэффективность его работы. Установив зависимость набухания эластомера при различных газосодержаниях, можно более точно подобрать натяг винтового насоса и другие характеристики, что позволит повысить эффективность работы винтовых насосных установок.