ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД ПОДЪЕМНОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 1996 года по МПК F15B1/02 

Изобретение относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, точнее к природным устройствам, включающим гидравлические или пневматические средства, и может быть использовано в гидравлических приводах насосов, предназначенных для подъема жидкостей с больших глубин.

Известны штанговые глубинонасосные установки с балансирным приводом (станки-качалки, см. например кн. А.Г. Молчанов, Гидроприводные штанговые скважинные насосные установки, М. Недра, с.с. 7-8 рис. 11, 1982г.).

Недостатком балансирных приводов глубинонасосных установок (станков-качалок) является их ограниченная производительность, увеличение которой сдерживается нецелесообразным увеличением габаритов и металлоемкости установок.

Известны также гидрофированные приводы штанговых глубинонасосных установок, имеющих меньшие габариты и металлоемкость и не требующие для своей установки больших фундаментов (см. кн. А.Г. Молчанов Гидроприводные штанговые скважинные установки М. Недра, 1982г. с.18-20, рис. 1.6.). Эти установки содержат силовой орган, уравновешивающее устройство, силовой насос с блоком привода (насосную станцию), систему реверсирования и систему компенсаций утечек рабочей жидкости.

Среди установок этого типа известен гидравлический привод подъемного устройства, реализованный в установке с пневматическим уравновешиванием колонны штанг и гидроприводом, выполненным по комбинированной схеме, т.е. имеющим как замкнутый гидравлический контур, так и открытый гидравлический контур (см. вышеназванную книгу, с.с. 25-26, рис. 1.9) Данный привод содержит силовой рабочий цилиндр и вспомогательный тандемный цилиндр, через отверстие в перемычке которого проходит шток с поршнями на концах, аккумулятор давления с жидкостной и газовой полостями, устройство компенсации утечек рабочей жидкости из замкнутого гидравлического контура системы привода, имеющее соединенный с ним (с замкнутым гидравлическим контуром) узел подпитки рабочей жидкости и узел слива рабочей жидкости из замкнутого гидравлического контура системы, имеющий перепускной обратный) клапан, вход которого соединен с жидкостной полостью аккумулятора, и узел соединения гидравлической системы с насосной станцией или сливом.

Данный гидравлический привод по технической сущности наиболее близок к заявляемому приводу и принят за прототип.

Известный гидравлический привод имеет два замкнутых гидравлических контура, что предполагает наличие двух узлов подпитки рабочей жидкости с соответствующими золотниками и трубопроводами, увеличивающими металлоемкость и усложняющими конструкцию привода. Наряду с этим при необходимости изменения величины хода поршня силового цилиндра необходимо изменять объем жидкости в замкнутом гидравлическом контуре, для чего требуется перенастройка узлов подпитки и слива рабочей жидкости, усложняющая эксплуатацию привода.

Кроме того, наличие двух отдельных цилиндров (тандемного цилиндра и цилиндра для аккумулятора давления) также повышает металлоемкость привода и усложняет его конструкцию.

Задачей изобретения является разработка гидравлического привода подъемного устройства, имеющего пневмогидравлический аккумулятор давления, обеспечивающий уравновешивание поднимаемого груза (в данном случае колонны штанг скважинного насоса), но более простого по конструкции и имеющего меньшую металлоемкость.

Указанная задача решается усовершенствованием известного привода, содержащего рабочий цилиндр и вспомогательный тандемный цилиндр, через отверстие в перемычке которого проходит шток с поршнями на концах, аккумулятор давления с жидкостной и газовой плостями, устройство компенсации утечек рабочей жидкости из замкнутого гидравлического контура системы привода, имеющее соединенный с ним (замкнутым гидравлическим контуром) узел подпитки рабочей жидкости и узел слива рабочей жидкости из замкнутого контура системы, имеющий перепускной (обратный) клапан, вход которого соединен с жидкостной полостью аккумулятора, и узел соединения гидравлической системы с насосной станцией или сливом.

Это усовершенствование заключается в том, что в известном гидравлическом приводе одна поршневая полость тандемного цилиндра, выполненная пневматической, сообщена с емкостью со сжатым газом, вторая штоковая полость тандемного цилиндра связана со штоковой полостью рабочего цилиндра, поршневая полость которого соединена с гидрораспределителем.

Узел подпитки может быть выполнен в виде установленного в поршне рабочего цилиндра управляемого обратного клапана, полость управления которого выполнена с возможностью взаимодействия его с плунжером, закрепленным на крышке цилиндра, а перепускной клапан может быть установлен в перемычке тандемного цилиндра, вход которого сообщен со второй штоковой полостью, запорный элемент клапана может иметь узел кинематической связи с одним из поршней тандемного цилиндра.

Конструктивное исполнение привода, при котором одна поршневая полость тандемного цилиндра, выполненная пневматической, сообщена с емкостью со сжатым газом, вторая штоковая полость тандемного цилиндра связана со штоковой полостью рабочего цилиндра, поршневая полость которого соединена с гидрораспределителем, позволяет получить работоспособный привод с одним замкнутым гидравлическим контуром, исключив из его конструкции второй замкнутый гидравлический контур. Это позволяет использовать в приводе только одно устройство компенсации утечек рабочей жидкости из замкнутого гидравлического контура, что в свою очередь упрощает конструкцию и уменьшает металлоемкость всего привода.

Выполнение узла подпитки в виде установленного в поршне рабочего цилиндра управляемого обратного клапана, полость управления которого выполнена с возможностью взаимодействия его с плунжером, закрепленным на крышке цилидра, а также установка перепускного клапана в перемычке тандемного цилиндра, вход которого сообщен со второй штоковой полостью, и снабжение запорного элемента этого клапана узлом кинематической связи с одним из поршней тандемного цилиндра позволяет обеспечить возможность компенсации утечек рабочей жидкости из замкнутого гидравлического контура при ее недостаточном количестве или наоборот, слива при образовании избытка жидкости, т.е. автоматическое поддерживание постоянного необходимого объема жидкости в замкнутом гидравлическом контуре без дополнительных трубопроводов и элементов, управляющих работой системы компенсации утечек.

На фиг.1 показан общий вид заявляемого гидравлического привода; на фиг.2 в увеличенном масштабе показан установленный в перемычке тандемного цилиндра перепускной (обратный) клапан.

Привод содержит разделенный поршнем 1 на бесштоковую 2 и штоковую 3 полости рабочий цилиндр 4 и вспомогательный тандемный цилиндр 5 с перемычкой 6. Сквозь отверстие в перемычке 6 проходит шток 7 с поршнями 8 и 9 на его концах. Привод имеет также аккумулятор давления с жидкостной 10 и газовой 11 полостями. Жидкостная полость 10 расположена в штоковой, а газовая 11 в бесштоковой полости одной из частей (в данном варианте обращенной к основанию привода) тандемного цилиндра 5. Привод снабжен устройством компенсации утечек рабочей жидкости в замкнутом гидравлическом контуре его гидросистемы. Это устройство содержит узел подпитки, выполненный в виде закрепленного на крышке 12 силового цилиндра 4 плунжера 13 и выполненных в поршне 1 рабочего цилиндра 4 обращенной к крышке 12 полости 14 и канала 15 с обратным клапаном 16, соединяющим этот узел со штоковой полостью 3 рабочего цилиндра 4.

Устройство компенсации утечек содержит также узел слива рабочей жидкости из замкнутого гидравлического контура, выполненный в виде установленного в перемычке 6 перепускного (обратного) клапана, который сдержит корпус 17 и запорный элемент 18, снабженный узлом кинематической связи (выполненным в описанном варианте исполнения в виде штока 19). Замкнутый гидравлический контур привода образован штоковый полостью 3 рабочего цилиндра 4 и полостью 10 тандемного цилиндра 5 (одновременно являющейся жидкостной полостью аккумулятора давления), соединенных трубопроводом 20. Привод имеет трубопроводы 21-25.

Гидрораспределитель 26 в положении, показанном на фиг.1, обеспечивает соединение штоковой полости 27 тандемного цилиндра 5 с насосной станцией 28, а полость рабочего цилиндра 4-со сливом 24 в бак 29.

Другое положение гидрораспределителя 26 (на чертеже не показано), наоборот, обеспечивает соединение полости 2 рабочего цилиндра с насосной станцией 28, а штоковую полость 27 тандемного цилиндра со сливом 24.

Работа гидравлического привода происходит в следующем порядке.

Перед началом работы поршень 1 силового цилиндра 4 и поршни 8 и 9 тандемного цилиндра 5 находятся в нижнем (по чертежу) положении, при этом полости 10 и 27 тандемного цилиндра 5 заполнены жидкостью, а полость 11 и емкость 30 соединенные трубопроводом 31, сжатым газом. Давление этого газа передается на поршень 9, затем на жидкость в полости 10 тандемного цилиндра 5 через трубопровод 20, жидкость в полости 3 силового цилиндра 4 на поршень 1 этого цилиндра 4, уравновешивая вес самого поршня 1, штока 32 устьевого штока 33 и колонны штанг скважинного насоса (на чертеже не показано).

При подаче жидкости от насосной станции 28 через распределитель 26 (находящийся в положении, показанном на фиг.1) по трубопроводу 23 в полость 27 поршень 8 поднимается и через шток 7 тянет за собой поршень 9, который по трубопроводу 20 вытесняет жидкость из полости 10 тандемного цилиндра и в полость 3 силового цилиндра 4. Под давлением этой жидкости поршень 1 силового цилиндра 4 поднимается и тянет за собой шток 32 который связан муфтой 34 с устьевым штоком 33, в свою очередь соединенным с колонной штанг скважинного насоса. При подходе поршня 1 силового цилиндра 4 к крышке 12 срабатывает узел подпитки устройства компенсации утечек из замкнутого гидравлического контура, т. к. плунжер 13 входит в полость и вытесняет из нее жидкость, которая, открывая клапан 16, по каналу 15 поступает в полость 3 замкнутого контура.

При достижении поршнем 1 крайнего верхнего положения срабатывает переключатель (на чертеже не показан), переводя гидрораспределитель 26 в левое (по чертежу) положение, при этом в работу включается правая половина гидрораспределителя 26. Жидкость от насосной станции 28 по трубопроводу поступает в полость 2 силового цилиндра 4, вследствие чего поршень 1 двигается вниз вместе со штоком 32, устьевым штоком 33 и колонной штанг скважинного насоса. Жидкость из полости 3 силового цилиндра 4 по трубопроводу 20 перетекает в полости 10 тандемного цилиндра 5, оказывая давление на поршень 9, который движется вниз и тянет за собой поршень 8, который в свою очередь вытесняет жидкость из полости 27 тандемного цилиндра 5 по трубпроводу 23 через распределитель 26 на слив.

Как описывалось выше, при каждом ходе поршня 1 силового цилиндра 4 вверх происходит пополнение жидкостью полости 3 силового цилиндра 4 и полости 10 тандемного цилиндра 5, увеличивая oбьем жидкости в замкнутом контуре гидравлической системы, что приводит к увеличению хода поршня 9 и связанного с ним поршня 8. При избытке жидкости в замкнутом контуре поршень 8 в нижнем положении нажимает на шток 19, связанный с запорным элементом 18 обратного клапана, и открывает последний. Через открытый клапан избыток жидкости из полости 10 перетекает в полость 27, из которой по трубопроводу 23 через распределителя 26 сливается в емкость 29. Таким образом, в процессе работы привода автоматически происходят подпитка и слив излишков жидкости из замкнутого контура гидравлической системы привода прм любой величине хода поршня 1 силового цилиндра 4.

Предложенная конструкция гидравлического привода подъемного устройства за счет того, что он имеет только один замкнутый гидравлический контур (полость 3 силового цилиндра 4 и полость 10 тандемного цилиндра 5, соединенные трубопроводом 20), позволяет обходиться только одним узлом подпитки жидкости в замкнутом гидравлическом контуре. Это уменьшает металлоемкость привода и упрощает его конструкцию.

Сущность изобретения: закрепленные на концах штока тандемного цилиндра поршни установлены с образованием четырех полостей. Насос и слив подключены с одной стороны к баку, с другой - к гидрораспределителю, соединенному с одной из штоковых полостей тандемного цилиндра. Одна поршневая полость выполнена пневматической, сообщена с емкостью сжатого газа, вторая штоковая полость связана с штоковой полостью рабочего цилиндра, поршневая полость которого соединена с гидрораспределителем. Узел подпитки выполнен в виде установленного в поршне рабочего цилиндра управляемого обратного клапана, полость управления которого выполнена с возможностью взаимодействия его с плунжером, закрепленным на крышке цилиндра. Перепускной клапан установлен в перемычке тандемного цилиндра, вход которого сообщен с второй штоковой полостью. Запорный элемент клапана имеет узел кинематической связи с одним поршнем тандемного цилиндра. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гидравлический привод подъемного устройства, содержащий рабочий цилиндр и вспомогательный тандемный цилиндр со штоком с закрепленными на его концах поршнями, установленными с образованием четырех полостей, насос и слив, подключенные с одной стороны к баку, а с другой к гидрораспределителю, сообщенному с одной из штоковых полостей тандемного цилиндра, емкость со сжатым газом, узел подпитки и перепускной клапан системы компенсации утечек, отличающийся тем, что одна поршневая полость тандемного цилиндра, выполненная пневматической, сообщена с емкостью со сжатым газом, вторая штоковая полость тандемного цилиндра связана со штоковой полостью рабочего цилиндра, поршневая полость которого соединена с гидрораспределителем. 2. Гидравлический привод по п.1, отличающийся тем, что узел подпитки выполнен в виде установленного в поршне рабочего цилиндра управляемого обратного клапана, полость управления которого выполнена с возможностью взаимодействия его с плунжером, закрепленным на крышке цилиндра. 3. Гидравлический привод по п.1, отличающийся тем, что перепускной клапан установлен в перемычке тандемного цилиндра, вход которого сообщен со второй штоковой полостью, а запорный элемент клапана имеет узел кинематической связи с одним из поршней тандемного цилиндра.