ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД ПОДЪЕМНОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2005 года по МПК F04B47/04 

Изобретение относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, включающим гидравлические или пневматические средства, и может быть использовано для приведения в действие скважинного штангового насоса, предназначенного для подъема жидкостей с больших глубин.

Известны гидравлические приводы подъемного устройства (пат. RU №2061913, МПК⁶ F 15 B 1/02, опубл. 10.06.96 г., пат. RU №2134360, МПК⁶ F 04 B 47/04, опубл.10.08.99 г.), содержащие рабочий цилиндр, поршень которого имеет узел соединения с подъемным устройством и делит рабочий цилиндр на две полости, одна из которых основным трубопроводом через основной распределитель соединена с регулируемым насосом и сливом.

Такие гидравлические приводы имеют ограниченные возможности регулирования скорости перемещения поршня рабочего цилиндра и сложную конструкцию, что объясняется необходимостью использования регулируемого насоса. Кроме того, при работе таких приводов возможен гидравлический удар при крайних положениях поршня рабочего цилиндра.

Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является гидравлический привод подъемного устройства (пат. US №5647208, МПК F 16 В 31/02, опубл. 1997 г.), содержащий рабочий цилиндр, поршень которого имеет узел соединения с подъемным устройством и делит рабочий цилиндр на две полости, одна из которых основным трубопроводом через основной распределитель соединена с насосом и сливом, а также узел регулирования скорости перемещения поршня и два управляющих элемента, каждый из которых имеет возможность соединения с поршнем в соответствующем его крайнем положении. Узел регулирования скорости перемещения поршня имеет заслонку, изменение угла наклона которой может быть отрегулировано вручную регулировочными гайками и винтами или электрически с помощью шагового электродвигателя, получаемого электрические импульсы от микрокомпьютера. Привод перемещения заслонки представляет собой вспомогательный насос и гидроцилиндр, шток которого соединен с заслонкой.

Такой привод обеспечивает возможность настройки и регулирования скорости перемещения поршня рабочего цилиндра в зависимости от изменяющихся условий нефтяной скважины за счет изменения угла наклона заслонки.

Однако такой привод также имеет сложную конструкцию и низкую надежность, что объясняется сложностью конструкции узла регулирования и настройки угла наклона заслонки.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности гидравлического привода подъемного устройства за счет обеспечения регулирования скорости перемещения поршня рабочего цилиндра с помощью простых надежных средств.

Поставленная задача достигается усовершенствованием гидравлического привода подъемного устройства, содержащего рабочий цилиндр, поршень которого имеет узел соединения с подъемным устройством и делит рабочий цилиндр на две полости, одна из которых основным трубопроводом через основной распределитель соединена с насосом и сливом, а также узел регулирования скорости перемещения поршня и два управляющих элемента, каждый из которых имеет возможность соединения с поршнем в соответствующем его крайнем положении.

Это усовершенствование заключается в том, что узел регулирования скорости перемещения поршня выполнен в виде дополнительных трубопроводов подачи и слива рабочей жидкости из полости рабочего цилиндра с дополнительными распределителями, при этом основной и дополнительные распределители соединены с управляющими элементами, выполненными в виде реле времени.

Кроме того, на дополнительных трубопроводах подачи и слива рабочей жидкости могут быть установлены регулируемые вентили.

Выполнение узла регулирования скорости перемещения поршня в виде дополнительных трубопроводов подачи и слива рабочей жидкости из полости рабочего цилиндра позволяет изменять расход рабочей жидкости, поступающей в рабочий цилиндр и истекающей из него, подачей и сливом рабочей жидкости по основному и вспомогательному трубопроводам для обеспечения большой скорости перемещения поршня рабочего цилиндра и уменьшения скорости перемещения поршня при перекрытом основном трубопроводе.

Снабжение дополнительных трубопроводов дополнительными распределителями, соединенными с управляющими элементами, выполненными в виде реле времени, обеспечивает возможность управления потоком рабочей жидкости, поступающей в рабочий цилиндр по этим трубопроводам и истекающей из него, в зависимости от положения поршня рабочего цилиндра.

Установка регулируемых вентилей на дополнительных трубопроводах подачи и слива рабочей жидкости обеспечивает возможность дополнительной предварительной настройки расхода рабочей жидкости, поступающей в рабочий цилиндр и истекающей из него.

Таким образом, предлагаемая конструкция обеспечивает возможность управления потоком рабочей жидкости, поступающей в рабочий цилиндр и истекающей из него, с помощью простых и надежных средств - трубопроводов, распределителей, реле времени.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена принципиальная гидравлическая схема привода (распределители в первом положении - при движении поршня рабочего цилиндра вверх), на фиг.2 - фрагмент гидравлической схемы во втором положении распределителей (при окончании движения поршня рабочего цилиндра вверх), на фиг.3 - фрагмент гидравлической схемы в третьем положении распределителей (при движении поршня рабочего цилиндра вниз), на фиг.4 - фрагмент гидравлической схемы в четвертом положении распределителей (при окончании движения поршня рабочего цилиндра вниз).

Гидравлический привод подъемного устройства содержит рабочий цилиндр 1, поршень 2 которого имеет узел соединения (в приведенном варианте шток 3 и муфту 4) с подъемным устройством (не показано, например, со скважинным штанговым насосом). Поршень делит рабочий цилиндр 1 на две полости 5 и 6, одна из которых - полость 5 основным трубопроводом 7 подачи через распределители 8 и 9 соединена с насосом 10, а основным трубопроводом 11 слива через распределители 9 и 12 соединена с гидробаком 13. Насос 10 механически посредством выключаемой муфты 14 соединен с электродвигателем 15, а гидравлически - с герметичным гидробаком 13. В приведенном варианте привод содержит узел аккумулирования энергии - маховик 16, соединенный с валом электродвигателя 15, и пневмоаккумулятор 17, соединенный трубопроводом 18 с гидробаком 13. Привод также содержит узел регулирования скорости перемещения поршня 2, выполненный в виде дополнительных трубопроводов 19 и 20 соответственно подачи и слива рабочей жидкости из полости 5 рабочего цилиндра 1. Дополнительные трубопроводы 19 и 20 управляются дополнительным распределителем 21. Узел управления распределителями 8, 9, 12 и 21 содержит два управляющих элемента - реле времени 22 и 23, каждое из которых имеет возможность соединения (в приведенном варианте посредством штока 3 и муфты 4) с поршнем 2 в соответствующем его крайнем положении. На дополнительных трубопроводах 19 и 20 установлены регулируемые вентили 24 и 25 соответственно. Выключаемая муфта 14 связана с реле времени 22 и 23. В приведенном варианте пневмоаккумулятор 17 соединен с компрессором 26, а насос 10 расположен внутри гидробака 13.

При подготовке к работе необходимо с помощью реле времени 22 и 23 настроить время переключения распределителей 8, 9, 12 и 21, с помощью регулируемых вентилей 24 и 25 задать расход рабочей жидкости в трубопроводах 19 и 20. При нижнем положении поршня 2 заполнить гидробак 13 рабочей жидкостью, герметизировать его и соединить с пневмоаккумулятором 17, в котором находится сжатый газ (например, воздух). Разогнать маховик 16 электродвигателем 15 или дополнительным, переносным электродвигателем (не показан).

Работа привода происходит следующим образом.

При нижнем положении поршня 2 включается реле времени 22 и распределители 8, 9, 12 и 21 переводятся в положение, показанное на фиг.1, при котором от насоса 10 рабочая жидкость поступает в полость 5 рабочего цилиндра 1 по основному трубопроводу 7 через распределители 8 и 9 и дополнительному трубопроводу 19 через распределитель 21. Одновременно включается муфта 14, соединяя насос 10 с электродвигателем 15 и маховиком 16. Насос 10 получает энергию, создаваемую электродвигателем 15 и запасенную маховиком 16, и увеличивает давление рабочей жидкости, находящейся в гидробаке 13 под давлением, создаваемым пневмоаккумулятором 17. Давление рабочей жидкости, создаваемое насосом 10, через распределители 8 и 9 по основному трубопроводу 7 и через распределитель 21 по дополнительному трубопроводу 19 передается в полость 5, и поршень 2 с заданной большой скоростью перемещается вверх, перемещая шток 3 и связанный с ним узел подъемного устройства (не показан). При нахождении поршня 2 на расстоянии h₁ от крайнего верхнего положения включается реле времени 22, переводя распределитель 8 в положение, показанное на фиг.2, при котором поток рабочей жидкости основного трубопровода 7 направляется в гидробак 13. В полость 5 поступает поток только по дополнительному трубопроводу 19 через распределитель 21, замедляя движение поршня 2 вверх и исключая возможность гидравлического удара при достижении поршнем 2 крайнего верхнего положения. После достижения поршнем 2 крайнего верхнего положения включается реле 23, при этом распределители 9 и 21 переводятся в положение, показанное на фиг.3, при котором полость 5 рабочего цилиндра 1 соединяется с гидробаком 13 как основным трубопроводом 11, так и дополнительным трубопроводом 20 слива. Происходит реверс привода, выключение муфты 14, которая отключает насос 10 от электродвигателя 15. Электродвигатель 11 продолжает работать, разгоняя маховик 16 и запасая энергию. Поршень 2 движется вниз под действием веса штока 3 и соединенных с ним узлов подъемного устройства. Рабочая жидкость из полости 5 по основному трубопроводу 11 слива через распределители 9 и 12 и дополнительному трубопроводу 20 слива через распределитель 21 поступает в гидробак 13, сжимая газ в пневмоаккумуляторе 17. Таким образом, при движении поршня 2 вниз происходит аккумулирование энергии как маховиком 16, так и пневмоаккумулятором 17. При этом пневмоаккумулятор 17 позволяет за счет изменения давления газа регулировать величину запасенной энергии, что необходимо для выбора оптимального режима работы привода с конкретным подъемным устройством. При нахождении поршня 2 на расстоянии h₂ от крайнего нижнего положения включается реле времени 23, переводя распределитель 12 в положение, показанное на фиг 4, перекрывая поток основного трубопровода 11 слива. Из полости 5 происходит слив рабочей жидкости только по дополнительному трубопроводу 20, при котором замедляется движение поршня 2 в конце его хода вниз. При достижении поршнем 2 крайнего нижнего положения включается реле времени 22, распределители 8, 9, 12 и 21 переводятся в положение, показанное на фиг.1, при котором от насоса 10 рабочая жидкость поступает в полость 5 рабочего цилиндра 1 через распределители 8 и 9 по основному трубопроводу 7 и через распределитель 21 по дополнительному трубопроводу 19. Происходит реверс привода. Утечки рабочей жидкости, возникающие из-за износа уплотняющих элементов, можно компенсировать подкачкой газа в пневмоаккумулятор 17 компрессором 26 до требуемого оптимального давления.

Таким образом, применение предлагаемого привода позволяет обеспечить возможность управления потоком рабочей жидкости, поступающей в рабочий цилиндр и истекающей из него, с помощью простых и надежных средств - трубопроводов, распределителителей, реле времени, что упрощает конструкцию и повышает надежность гидравлического привода подъемного устройства.

Устройство предназначено для использования в области гидравлических машин объемного вытеснения, включающих гидравлические или пневматические средства для приведения в действие скважинного штангового насоса, предназначенного для подъема жидкостей с больших глубин. Гидравлический привод подъемного устройства содержит рабочий цилиндр, поршень которого имеет узел соединения с подъемным устройством и делит рабочий цилиндр на две полости. Одна из полостей основным трубопроводом через основной распределитель соединена с насосом и сливом. Узел регулирования скорости перемещения поршня и два управляющих элемента имеют возможность соединения с поршнем в соответствующем его крайнем положении. Узел регулирования скорости перемещения поршня выполнен в виде дополнительных трубопроводов подачи и слива рабочей жидкости из полости рабочего цилиндра с дополнительными распределителями. Основной и дополнительные распределители соединены с управляющими элементами, выполненными в виде реле времени. Обеспечивается регулирование скорости перемещения поршня рабочего цилиндра с помощью простых надежных средств. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Гидравлический привод подъемного устройства, содержащий рабочий цилиндр, поршень которого имеет узел соединения с подъемным устройством и делит рабочий цилиндр на две полости, одна из которых основным трубопроводом через основной распределитель соединена с насосом и сливом, а также узел регулирования скорости перемещения поршня и два управляющих элемента, каждый из которых имеет возможность соединения с поршнем в соответствующем его крайнем положении, отличающийся тем, что узел регулирования скорости перемещения поршня выполнен в виде дополнительных трубопроводов подачи и слива рабочей жидкости из полости рабочего цилиндра с дополнительными распределителями, при этом основной и дополнительные распределители соединены с управляющими элементами, выполненными в виде реле времени.2. Гидравлический привод по п.1, отличающийся тем, что на дополнительных трубопроводах подачи и слива рабочей жидкости установлены регулируемые вентили.