Магнитогидродинамический насос

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно магнитогидродинамическим насосам, и может быть использовано в качестве насоса для перемещения токопроводящей жидкости.

В настоящее время растет доля высокообводненных нефтяных скважин, добыча нефтесодержащей жидкости в которых в основном осуществляется установками электроцентробежных насосов [1, 2]. Тем не менее, данные установки имеют низкую надежность (наработка на отказ в среднем составляет 560 суток), это связано с износом вращающихся частей электроцентробежного насоса и выходом из строя погружного электродвигателя в связи с электрическим пробоем изоляции при импульсных перенапряжениях. Данную проблему можно решить применением магнитогидродинамических насосов, так как в конструкции данных типов насосов отсутствуют вращающиеся части.

Известен электромагнитный движитель [RU 92647 U1 МПК В63Н 11/00, опубликованная 27.03.2010], содержащий корпус с каналами для впуска и выпуска воды, в котором установлены основные электроды для генерирования тока в электрическом поле, охватывающем сечение указанного канала, устройства для генерирования магнитного поля, ориентированного перпендикулярно электрическому полю, для создания основной Лоренцовой силы, и одна пара дополнительных электродов, изолированных от основных электродов, с возможностью обеспечения электрического пробоя воды и создания дополнительной Лоренцовой силы, совпадающей по направлению с основной, отличающийся тем, что движитель выполнен в виде набора модулей, каждый из которых содержит корпус, в котором установлены упомянутые основной и дополнительной электроды и устройство для генерирования магнитного поля, при этом в каждом модуле канал для впуска выполнен в виде диффузора, канал для выпуска - в виде конфузора с выходной сопловой частью.

Недостатком данного устройства является невозможность получения высокой мощности устройства без существенного увеличения массогабаритных показателей (длина, масса и т.д.). Так как с увеличением мощности электромагнитного движителя существенно увеличивается длина.

Известен магнитогидродинамический насос [RU 2363088 С2 МПК Н02К 44/02, опубликованная 10.04.2009], создающий электромагнитные силы для продвижения жидкого металла от взаимодействия магнитного потока, вызванного системой возбуждения, с током, пропускаемым через канал с металлом, в насосе от внешнего источника напряжения, отличающийся тем, что он выполнен с числом каналов больше двух, суживающих от периферии к центру насоса, а система возбуждения выполнена в виде постоянных магнитов, расположенных между каналами и создающими в каналах магнитные потоки, векторы индукции которых направлены по концентрическим окружностям относительно продольной оси.

Недостатком данного устройства является зависимость его производительности от заполнения внутреннего объема между наружным и внутренним участками труб токопроводящей жидкостью, применительно к условиям с изменяющимся уровнем высоты перекачиваемой жидкости относительно насоса в вертикальном положении.

Задачей изобретения является создание магнитогидродинамического насоса, при осуществлении которого достигается технический результат, заключающийся в снижении зависимости производительности насоса от изменения уровня высоты перекачиваемой жидкости внутри насоса в вертикальном положении и достижении приемлемых массогабаритных показателей.

Указанный технический результат достигается тем, что магнитогидродинамический насос содержит источники постоянного магнитного поля, электроды, отличается тем, что включает, по меньшей мере, один модуль, в цилиндрическом корпусе которого установлены постоянные магниты, которые равномерно распределены по окружности, причем два соседних постоянных магнита направлены разноименными полюсами, между постоянными магнитами установлены электроды, образующие каналы, сужающиеся от центра к периферии в радиальном направлении, между постоянными магнитами, установленными в нижней части модуля, и корпусе имеется отверстие, между постоянными магнитами, установленными в верхней части модуля, и корпусом имеется воздушный зазор.

На фиг. 1 - изображен магнитогидродинамический насос, вид сверху в разрезе по Б-Б, стрелками показано направление движения жидкости.

На фиг. 2 - изображен магнитогидродинамический насос, разрез по А-А, стрелками показано направление движения жидкости.

Магнитогидродинамический насос включает, по меньшей мере, один модуль 1 (фиг. 2). Модуль 1 состоит из цилиндрического корпуса 2, в котором установлены постоянные магниты 3 и электроды 4, которые равномерно распределены по окружности. Причем два соседних постоянных магнита направлены разноименными полюсами (фиг. 1, 2). Между постоянными магнитами 3, установленными в нижней части модуля 1, и корпусе 2, имеется отверстие d, для перемещения токопроводящей жидкости. Между постоянными магнитами 3, установленными в верхней части модуля 1, и корпусом 2 имеется воздушный зазор L. Электроды 4 установлены между магнитами 3, образуя каналы для перемещения жидкости, сужающиеся от центра к периферии в радиальном направлении.

Магнитогидродинамический насос работает следующим образом.

При подаче постоянного напряжения на электроды 4 в жидкости, представляющей раствор солей, кислот, нефти и т.д., происходит диссоциация солей на ионы (как правило, хлорида натрия NaCl). Под действием напряженности электрического поля, отрицательно заряженные анионы хлора Cl^- двигаются в сторону положительно заряженного электрода 4 (анода), а положительно заряженные катионы натрия Na⁺ в сторону отрицательно заряженного электрода 4 (катода). Подвижность анионов хлора выше, чем катионов натрия, поэтому для дальнейшего описания принципа работы рассмотрим только анионы хлора.

При движении анионов хлора к положительному заряженному электроду 4 (аноду) на анионы действует сила Лоренца, направленная перпендикулярно линиям магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами 3. Под воздействием силы Лоренца траектория движения анионов хлора изменяется, и они движутся вдоль канала, увлекая за собой жидкость, как показано стрелками (фиг. 1). Жидкость, втягиваемая через отверстие d, перемещается по каналу и ударяется о стенки корпуса 2. Затем жидкость через воздушный зазор L движется к отверстию d следующего модуля магнитогидродинамического насоса. Далее цикл повторяется.

Таким образом, за счет того что для работы предлагаемого магнитогидродинамического насоса требуется жидкость только в первом модуле 1, зависимость производительности насоса от изменения уровня высоты перекачиваемой жидкости снижается. Массогабаритные показатели по сравнению с электромагнитным движителем [RU 92647 U1 МПК В63Н 11/00, опубликованная 27.03.2010] ниже за счет более эффективного использования пространства, то есть если сложить длину всех каналов и разместить их последовательно как в аналоге, то получившийся магнитогидродинамический насос будет длинее.

Список литературы:

1. Ивановский В.Н., Сабиров А.А., Деговцов А.В. [и др.]. Вопросы энергоэффективности установок электроприводных центробежных насосов // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2016. №4. С. 25-30.

2. Шевченко С.Д., Якимов С.Б., Ивановский В.Н. [и др.]. Разработка алгоритма расчета дебита нефтяных скважин при их эксплуатации УЭЦН // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2013. №6. С. 90-91.