ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД ПОДЪЕМНОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 1999 года по МПК F04B47/04 

Изобретение относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, точнее - к приводным устройствам, включающим гидравлические или пневматические средства, и может быть использовано в качестве привода насоса, предназначенного для подъема жидкостей с больших глубин.

Известен гидрофицированный привод штанговой глубинной насосной установки, содержащей рабочий цилиндр, уравновешивающее устройство, силовой насос, систему реверсирования и систему компенсации утечек рабочей жидкости (см.кн. А. Г. Молчанов "Гидроприводные штанговые скважинные установки", М.: Недра, 1982 г., с.25 - 26, рис.19). Такой привод имеет два замкнутых гидравлических контура, что предполагает наличие двух систем компенсации утечек жидкости из этих контуров, увеличивающих металлоемкость, усложняющих конструкцию и снижающих надежность привода.

Известен также гидравлический привод подъемного устройства, содержащий рабочий цилиндр и уравновешивающий тандемный цилиндр со штоком с поршнями на его концах, установленными с образованием четырех полостей, одна из штоковых полостей которого образует со штоковой полостью рабочего цилиндра замкнутый гидравлический контур, и систему компенсации утечек из этого контура, содержащую поршневой насос и два обратных клапана, один из которых установлен в канале, соединяющем штоковые полости тандемного цилиндра. Такой привод содержит один замкнутый гидравлический контур и соответственно одну систему компенсации утечек жидкости из этого контура, что упрощает конструкцию и снижает металлоемкость привода.

Однако, при работе такого привода происходит постоянная подпитка жидкости в замкнутый гидравлический контур, независимо от ее утечек, что вынуждает постоянно срабатывать второй обратный клапан, через который происходит слив излишков жидкости из замкнутого гидравлического контура.

Постоянное срабатывание клапанов приводит к их повышенному износу, а следовательно - к снижению надежности привода.

Задачей изобретения является разработка гидравлического привода подъемного устройства, имеющего более надежную конструкцию.

Эта задача решается усовершенствованием известного привода подъемного устройства, содержащего рабочий цилиндр и уравновешивающий тандемный цилиндр со штоком с поршнями на его концах, установленными с образованием четырех полостей, одна из штоковых полостей которого образует со штоковой полостью рабочего цилиндра замкнутый гидравлический контур, и систему компенсации утечек из этого контура, содержащую плунжерный насос и два обратных клапана, один из которых установлен в канале, соединяющем штоковые полости тандемного цилиндра.

Усовершенствование заключается в том, что канал, соединяющий штоковые полости тандемного цилиндра, выполнен в виде полости в его штоке, в которой расположены последовательно первому второй обратный клапан и плунжерный насос, плунжер которого снабжен штоком, установленным с возможностью взаимодействия с упором, расположенным в бесштоковой полости тандемного цилиндра.

Кроме этого, в плунжере насоса может быть выполнен канал, соединяющий полости штока тандемного цилиндра, расположенные по обе стороны плунжера, а первый обратный клапан расположен в канале плунжера.

Выполнение канала, соединяющего штоковые полости, в виде полости в штоке тандемного цилиндра и расположение в ней обратного клапана, плунжерного насоса и второго обратного клапана позволяет обеспечить компенсацию утечек жидкости из замкнутого гидравлического контура за счет подачи жидкости из одной гидравлической полости цилиндра в другую, принадлежащую замкнутому гидравлическому контуру.

Снабжение плунжера насоса штоком, установленным с возможностью взаимодействия с упором, расположенным в бесштоковой полости тандемного цилиндра, позволяет обеспечить движение плунжера насоса, а следовательно и подачу жидкости в замкнутый гидравлический контур при взаимодействии штока с упором, которое происходит только при нехватке жидкости в полости тандемного цилиндра, входящей в замкнутый гидравлический контур.

Выполнение в плунжере насоса канала, соединяющего полости штока тандемного цилиндра, расположенные по обе стороны плунжера, и расположение первого обратного клапана в канале плунжера позволяет рационально использовать объем плунжера, повысить технологичность привода и его эксплуатационные характеристики (удобство сборки и ремонта).

Таким образом, в предлагаемом приводе происходит подача жидкости из открытого гидравлического контура в замкнутый только при ее нехватке в последнем, при этом к клапану необходимо приложить усилие, достаточное только для преодоления усилия пружин клапанов, а перепад давлений при компенсации утечек из замкнутого гидравлического контура определяется перепадом давлений в гидравлических полостях тандемного цилиндра.

Изобретение объясняется чертежом, где на фиг. 1 показан общий вид заявляемого гидравлического привода, на фиг.2 - уравновешивающий тандемный цилиндр с системой компенсации утечек, в плунжере которой расположен клапан.

Привод содержит рабочий цилиндр 1, разделенный поршнем 2 на бесштоковую 3 и штоковую 4 полости, и уравновешивающий тандемный цилиндр 5 со штоком 6, с закрепленными на его концах поршнями 7 и 8, расположенными по обе стороны перемычки 9. Перемычка 9 и поршни 7 и 8 делят тандемный цилиндр 5 на четыре полости 10, 11, 12, 13. Штоковые полости 10 и 11 заполнены жидкостью, при этом полость 10 входит в открытый гидравлический контур, т.к. трубопроводом 14 через гидрораспределитель 15 (в положении, показанном на фиг.1) соединена с насосной станцией 16. Другое положение гидрораспределителя 15 (на чертеже не показано) обеспечивает соединение полости 10 со сливом 17. Штоковая полость 11 трубопроводом 18 соединена со штоком полостью 4 рабочего цилиндра 1 и образует замкнутый гидравлический контур привода.

Канал, соединяющий штоковые полости 10 и 11 тандемного цилиндра 5, выполнен в виде полости 19 в штоке 6, соединенной сверлениями 19' и 19'' соответственно с полостями 10 и 11. В полости 19 расположена система компенсации утечек жидкости из замкнутого гидравлического контура (полость 4, трубопровод 18, полость 11). Эта система содержит обратный клапан 20, плунжерный насос (плунжер 21, цилиндр насоса в приведенном варианте образован полостью 19 в штоке 6) и второй обратный клапан 22. Плунжер 21 снабжен штоком 23, установленным с возможностью взаимодействия с упором (в приведенном варианте упором служит крышка 24 цилиндра 5), расположенным в бесштоковой полости 13 тандемного цилиндра 5. Полость 12 цилиндра 5 трубопроводом 25 соединена с емкостью 26 со сжатым газом. Шток 27 цилиндра 1 муфтой 28 связан с устьевым штоком 29.

Поршневая полость 3 цилиндра 1 трубопроводом 30 через гидрораспределитель 15 соединена с насосной станцией 16 или трубопроводом 17 на слив в емкость 31. Насосная станция 16 соединена с гидрораспределителем 15 трубопроводом 32.

В варианте на фиг.2 в плунжере 21 выполнен канал 33, соединяющий полости 19а и 19б штока, расположенные по обе стороны плунжера 21. В канале 33 расположен клапан 20.

Работа гидропровода происходит следующим образом.

Перед началом работы поршень 2 рабочего цилиндра 1 и поршни 7 и 8 тандемного цилиндра 5 находятся в нижнем (по чертежу) положении, при этом полости 10 и 11 тандемного цилиндра 5 заполнены жидкостью, а полость 12 и емкость 26 - сжиженным газом. Давление этого газа передается на поршень 8, затем - на жидкость в полости 11 и через трубопровод 18 - на жидкость в полости 4 рабочего цилиндра 1 и на поршень 2 этого цилиндра, уравновешивая вес самого поршня 2, штока 27, устьевого штока 29 и колонны штанг скважинного насоса (на чертеже не показано).

При подаче жидкости от насосной станции 16 по трубопроводу 32 через гидрораспределитель 15 (находящийся в положении, указанном на чертеже) по трубопроводу 14 в полость 10, поршень 7 поднимается и через шток 6 тянет за собой поршень 8, который по трубопроводу 18 вытесняет жидкость из полости 11 тандемного цилиндра 5 в полость 4 рабочего цилиндра 1. Под давлением этой жидкости поршень 2 рабочего цилиндра 1 поднимается и тянет за собой шток 27, который муфтой 28 связан с устьем штоком 29, соединенным с колонной штанг скважинного насоса. При достижении поршнем 2 крайнего верхнего положения срабатывает переключатель (на чертеже не показан), переводя гидрораспределитель 15 в левое (по чертежу) положение, при этом в работу включается правая (по чертежу) половина гидрораспределителя 15. Жидкость от насосной станции 16 по трубопроводу 32 через гидрораспределитель 15 и трубопровод 30 поступает в полость 3 рабочего цилиндра 1, вследствие чего поршень 2 двигается вниз вместе со штоком 27, устьевым штоком 29 и колонной штанг скважинного насоса. Жидкость из полости 4 рабочего цилиндра по трубопроводу 18 перетекает в полость 1 тандемного цилиндра 5, оказывая давление на поршень 8, который движется вниз и тянет за собой поршень 7, который в свою очередь вытесняет жидкость из полости 10 тандемного цилиндра 5 по трубопроводу 14 через гидрораспределитель 15 и трубопровод 17 на слив в емкость 31. При движении штока 6 с поршнями 7 и 8 вверх (при подаче жидкости от насосной станции 16 в полость 10) жидкость воздействует на клапан 20 и, преодолевая усилие его пружины 34, открывает клапан 20 и поступает в полость штока 6 между плунжером 21 и вторым обратным клапаном 22. При нехватке жидкости в замкнутом гидравлическом контуре, а следовательно и в полости 11, величина хода (вверх по чертежу) поршня 8, а следовательно и поршня 7 и штока 6 увеличивается, и шток 23 плунжера 21 упирается в крышку 24 и останавливается. При дальнейшем движении вверх штока 6 последний перемещается относительно плунжера 21, создавая давление в полости 19а между плунжером 21 и клапаном 22. Под действием этого давления закрывается клапан 20 и открывается клапан 22, преодолевая усилие пружины 35. Жидкость через сверления 19'' поступает в полость 11 замкнутого гидравлического контура. При заполненном замкнутом гидравлическом контуре и ходе вверх штока 6 с поршнями 7 и 8 шток 23 не упирается в крышку 24, плунжер 21 не перемещается относительно штока 6 и подпитки жидкости не происходит.

Таким образом система компенсации утечек срабатывает только в случае необходимости подпитки жидкости в замкнутый гидравлический контур, а подпитку осуществляют из одной полости 10 тандемного цилиндра 5, принадлежащей открытому гидравлическому контуру, в другую 11, принадлежащую замкнутому гидравлическому контуру.

Гидравлический привод предназначен для использования в качестве привода насоса для подъема жидкостей с больших глубин. Привод содержит рабочий цилиндр 1 и уравновешивающий тандемный цилиндр 5 с штоком 6 и поршнем 7 и 8 на его концах, установленными с образованием четырех полостей 10 - 13. Штоковая полость 11 образует с штоковой полостью 4 рабочего цилиндра 1 замкнутый гидравлический контур. Система компенсации утечек жидкости из этого контура содержит плунжерный насос с плунжером 21 и два обратных клапана 20 и 22 и расположена в полости 19 штока 6 тандемного цилиндра 5. Плунжер 21 насоса снабжен штоком 23, установленным с возможностью взаимодействия с упором (крышкой 24). Система компенсации утечек срабатывает только при необходимости подпитки жидкости в замкнутый гидравлический контур. Существенно повышается технологичность привода и его эксплутационные характеристики. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гидравлический привод подъемного устройства, содержащий рабочий цилиндр и уравновешивающий тандемный цилиндр с штоком с поршнями на его концах, установленными с образованием четырех полостей, одна из которых образует с штоковой полостью рабочего цилиндра замкнутый гидравлический контур, и систему компенсации утечек из этого контура, содержащую плунжерный насос и два обратных клапана, один из которых установлен в канале, соединяющем штоковые полости тандемного цилиндра, отличающийся тем, что канал, соединяющий штоковые полости тандемного цилиндра, выполнен в виде полости в его штоке, в которой расположен последовательно с первым второй обратный клапан и плунжерный насос, плунжер которого снабжен штоком, установленным с возможностью взаимодействия с упором, расположенным в бесштоковой полости тандемного цилиндра. 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что в плунжере насоса выполнен канал, соединяющий полости штока тандемного цилиндра, расположенные по обе стороны плунжера, а первый обратный клапан расположен в канале плунжера.