ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД СКВАЖИННОГО НАСОСА Российский патент 2002 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 насосов, предназначенных для подъема жидкостей с больших глубин.

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

Недостатком балансирных приводов глубиннонасосных установок являются большие габариты и металлоемкость конструкции. Кроме того, при работе таких установок в случае увеличения сопротивления движению плунжера насоса (из-за искривления скважины, запарафинивания скважины, заклинивания плунжера скважинного насоса и др.) происходит провисание троса, соединяющего балансир с колонной штанг, при этом тросовая подвеска соскальзывает с головки балансира или с траверсы подвески устьевого штока, что может привести к выходу из строя редуктора или двигателя станка-качалки из-за разбалансирования установки или изгибу устьевого штока.

Известны также гидрофицированные приводы штанговых глубиннонасосных установок, имеющие меньшие габариты и металлоемкость и не требующие для установки фундаментов.

Гидрофицированный привод (А.Г. Молчанов. Гидроприводные штанговые скважинные насосные установки. М.: Недра, 1982, с. 25-26, рис. 1.9) содержит рабочий цилиндр и вспомогательный тандемный цилиндр, имеющий шток с поршнями на концах, аккумулятор давления с жидкостной и газовой полостями.

Такой привод имеет сложную гидравлическую схему, что объясняется наличием двух замкнутых гидравлических контуров, а следовательно, наличием двух узлов компенсации утечек рабочей жидкости из замкнутых гидравлических контуров.

Наиболее близким к заявляемому и принятым за прототип является гидравлический привод подъемного устройства, содержащий рабочий цилиндр и вспомогательный тандемный цилиндр со штоком с закрепленными на его концах поршнями, установленными с образованием четырех полостей - двух поршневых, одна из которых соединена с источником сжатого газа, и двух штоковых, одна из которых соединена через гидрораспределитель с насосом и сливом, а вторая - со штоковой полостью рабочего цилиндра (патент РФ 2134360, МПК⁶ F 04 B 47/04).

Такой привод имеет более простую гидравлическую схему, так как содержит один замкнутый гидравлический контур с одним узлом компенсации утечек рабочей жидкости.

Однако при работе установки с такими приводом в случае увеличения сопротивления движению плунжера насоса на шток поршня рабочего цилиндра и связанную с ним колонну штанг действует сжимающее усилие, вызывающее их изгиб и снижающее надежность работы всей установки.

Задачей изобретения является повышение надежности работы насосной установки за счет уменьшения сжимающего усилия, действующего на шток поршня рабочего цилиндра и связанную с ним колонну штанг в случае увеличения сопротивления движению плунжера насоса.

Поставленная задача достигается за счет усовершенствования гидравлического привода скважинного насоса, содержащего рабочий цилиндр и вспомогательный тандемный цилиндр со штоком с закрепленными на его концах поршнями, установленными с образованием четырех полостей - двух поршневых, первая из которых соединена с источником сжатого газа, и двух штоковых, первая из которых соединена через гидрораспределитель с насосом и сливом, а вторая - со штоковой полостью рабочего цилиндра.

Это усовершенствование заключается в том, что вторая поршневая полость тандемного цилиндра соединена через гидрораспределитель с насосом и сливом.

Кроме того, поршневая полость рабочего цилиндра может быть соединена со сливом трубопроводом с обратным клапаном.

Кроме того, первая поршневая и смежная с ней штоковая полости тандемного цилиндра могут иметь диаметр, больший диаметра второй поршневой и смежной с ней штоковой полости тандемного цилиндра.

Соединение второй поршневой полости тандемного цилиндра через гидрораспределитель с насосом обеспечивает подачу рабочей жидкости во вторую поршневую полость тандемного цилиндра для перемещения поршня рабочего цилиндра вниз под действием собственного веса и веса штока поршня рабочего цилиндра и связанной с ним колонны штанг, что уменьшает сжимающие усилия, действующие на шток поршня рабочего цилиндра и связанную с ним колонну штанг, вызывающее их изгиб в случае увеличения сопротивления движению плунжера насоса.

Соединение второй поршневой полости тандемного цилиндра через гидрораспределитель со сливом обеспечивает перемещение поршня рабочего цилиндра вверх при подаче рабочей жидкости в штоковую полость тандемного цилиндра.

Выполнение первой поршневой и смежной с ней штоковой полости тандемного цилиндра диаметром большим, чем диаметр второй поршневой и смежной с ней штоковой полости тандемного цилиндра, обеспечивает возможность работы привода при меньшем давлении в штоковой полости рабочего цилиндра, что повышает ресурс его работы за счет уменьшения износа элементов уплотнения поршня рабочего цилиндра. За счет того что работа привода происходит при поочередной подаче рабочей жидкости от насоса во вторую поршневую или смежную с ней штоковую полости тандемного цилиндра, имеющие меньший объем, можно использовать насос с небольшим рабочим объемом.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена гидравлическая схема предлагаемого привода, на фиг.2 - тандемный цилиндр с первой поршневой и смежной с ней штоковой полостью, имеющими диаметр, больший диаметра второй поршневой и смежной с ней штоковой полости.

Гидравлический привод скважинного насоса содержит рабочий цилиндр 1, разделенный поршнем 2 на поршневую 3 и штоковую 4 полости, и вспомогательный тандемный цилиндр 5 со штоком 6 с расположенными на его концах поршнями 7 и 8, установленными по обе стороны перемычки 9. Перемычка 9 и поршни 7 и 8 образуют четыре полости - две поршневые 10 и 11 и две штоковые 12 и 13. Полость 10 соединена с источником сжатого газа - емкостью 14, штоковая полость 12 соединена через гидрораспределитель 15 с насосом 16 и сливом 17, а вторая штоковая полость 13 соединена трубопроводом 18 со штоковой полостью 4 рабочего цилиндра 1, образуя замкнутый гидравлический контур. Вторая поршневая полость 11 тандемного цилиндра 5 соединена трубопроводом 19 через гидрораспределитель 15 с насосом 16 и сливом 17. В варианте (фиг.2) первая поршневая 10 и смежная с ней штоковая 13 полости тандемного цилиндра 5 имеют диаметр больше (в ~1,3 раза), чем диаметр второй поршневой 11 и смежной с ней штоковой 12 полостей тандемного цилиндра 5. Поршень 2 рабочего цилиндра 1 штоком 20 соединен с колонной штанг 21, связанной с поршнем скважинного насоса. Поршневая полость 3 рабочего цилиндра 1 соединена со сливом 17 трубопроводом 22 с обратным клапаном 23. Система компенсации утечек из замкнутого гидравлического контура (полость 13, трубопровод 18, полость 4) содержит обратный клапан 24, плунжерный насос (плунжер 25, цилиндр насоса в приведенном варианте образован полостью 26 в штоке 6) и второй обратный клапан 27.

Работа гидропривода 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. Штоковые полости 12 и 13 тандемного цилиндра 5 заполнены жидкостью, а полость 10 и емкость 14 - сжиженным газом. Давление этого газа передается через поршень 8 на жидкость в полости 13 и через трубопровод 18 на жидкость в полости 4 рабочего цилиндра 1 и на поршень 2 этого цилиндра, уравновешивая вес самого поршня 2, штока 20 и колонны штанг 21 скважинного насоса (не показан).

При подаче жидкости от насоса 16 через гидрораспределитель 15 (находящийся в положении, показанном на чертеже) в полость 12 поршень 7 поднимается и через шток 6 тянет за собой поршень 8, который по трубопроводу 18 вытесняет жидкость из полости 13 тандемного цилиндра 5 в полость 4 рабочего цилиндра 1. Под давлением этой жидкости поршень 2 рабочего цилиндра 1 поднимается и тянет за собой шток 20, связанный с колонной штанг 21. При достижении поршнем 2 крайнего верхнего положения срабатывает переключатель (не показан), переводя гидрораспределитель 15 в левое (по чертежу) положение. Рабочая жидкость от насоса 16 через гидрораспределитель 15 по трубопроводу 19 поступает в поршневую полость 11 тандемного цилиндра 5, перемещая поршень 7 и связанный с ним поршень 8 вниз. При движении вниз поршня 8 жидкость из полости 4 рабочего цилиндра 1 по трубопроводу 18 перетекает в штоковую полость 13 тандемного цилиндра 5, не препятствуя поршню 2 перемещаться вниз под действием собственного веса и веса штока 20 поршня 2 рабочего цилиндра 1 и связанной с ним колонны штанг 21. В случае увеличения сопротивления движению плунжера насоса (не показан) на шток 20 поршня 2 рабочего цилиндра 1 и связанную с ним колонну штанг 21 действует сжимающее усилие, определяемое только весом поршня 2, штока 20 рабочего цилиндра 1 и связанной с ним колонны штанг 21.

В процессе работы в поршневой полости 3 рабочего цилиндра 1 из-за возможных утечек в уплотнении поршня 2 накапливается рабочая жидкость, под давлением которой открывается обратный клапан 23, и эта жидкость по трубопроводу 22 поступает на слив 17.

При нехватке рабочей жидкости из-за возможных утечек в замкнутом гидравлическом контуре (полость 13, трубопровод 18, полость 4) величина хода поршней 7 и 8 (вверх по чертежу) увеличивается. При движении вверх поршней 7 и 8 рабочая жидкость открывает клапан 27 и поступает в полость 26 в штоке 6. При дальнейшем движении вверх поршня 8 плунжер 25 погружается в полость 26, создавая давление, закрывающее клапан 27 и открывающее клапан 24, через который жидкость из полости 26 поступает в полость 13 замкнутого контура.

В варианте (фиг.2) при поочередной подаче рабочей жидкости от насоса 16 в первую 10 поршневую или смежную с ней штоковую 13 полости тандемного цилиндра 5, имеющие больший объем, чем полости 10 и 13, можно использовать насос 16 с небольшим рабочим объемом, при этом обеспечивается требуемое параметрами скважинного насоса перемещение поршня 2 рабочего цилиндра 1. Работа привода происходит при меньшем давлении в штоковой 4 полости рабочего цилиндра 1, что повышает ресурс его работы за счет уменьшения износа элементов уплотнения поршня 2 рабочего цилиндра 1.

Таким образом, предлагаемый привод позволяет повысить надежность работы насосной установки за счет уменьшения сжимающего усилия, действующего на шток 20 поршня 2 рабочего цилиндра 1 и связанную с ним колонну штанг 21 в случае увеличения сопротивления движению плунжера скважинного насоса.

Изобретение предназначено для использования в гидравлических машинах объемного вытеснения, точнее в приводных устройствах, включающих гидравлические или пневматические средства, предназначенных для подъема жидкостей с больших глубин. Привод содержит рабочий цилиндр 1, разделенный поршнем 2 на поршневую 3 и штоковую 4 полости, вспомогательный тандемный цилиндр 5 со штоком 6 с расположенными на его концах поршнями 7 и 8, установленными по обе стороны перемычки 9. Вторая поршневая полость 11 тандемного цилиндра 5 соединена трубопроводом 19 через гидрораспределитель 15 с насосом 16 и сливом 17. Повышается надежность работы насосной установки за счет уменьшения сжимающего усилия, действующего на шток поршня рабочего цилиндра и связанную с ним колонну штанг в случае увеличения сопротивления движению плунжера насоса. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гидравлический привод скважинного насоса, содержащий рабочий цилиндр и вспомогательный тандемный цилиндр со штоком с закрепленными на его концах поршнями, установленными с образованием четырех полостей - двух поршневых, первая из которых соединена с источником сжатого газа, и двух штоковых, первая из которых соединена через гидрораспределитель с насосом и сливом, а вторая - со штоковой полостью рабочего цилиндра, отличающийся тем, что вторая поршневая полость тандемного цилиндра соединена через гидрораспределитель с насосом и сливом. 2. Гидравлический привод по п. 1, отличающийся тем, что поршневая полость рабочего цилиндра соединена со сливом трубопроводом с обратным клапаном. 3. Гидравлический привод по п. 1 или 2, отличающийся тем, что первая поршневая и смежная с ней штоковая полости тандемного цилиндра имеют диаметр, больший диаметра второй поршневой и смежной с ней штоковой полости тандемного цилиндра.