ГИДРОПРИВОД ГЛУБИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА Российский патент 2006 года по МПК F04B47/04 

Изобретение относится к насосному оборудованию, применяемому для добычи нефти из буровых скважин.

Известна гидроприводная глубинно-насосная установка, гидропривод которой содержит коаксиально и вертикально установленные, жестко соединенные между собой гидроприводной и пневмоуравновешивающий цилиндры с поршнями и полость, подключенную к пневмоуравновешивающему цилиндру и сообщающуюся с источником сжатого воздуха. Гидроприводной цилиндр через распределитель связан с силовым насосом и линией сброса. Кольцевая полость уплотнения полого поршня пневмоуравновешивающего цилиндра подключена к пневмогидроаккумулятору и сообщена с напорным маслопроводом [1. авторское свидетельство СССР №1367620, МКИ⁷ F 04 B 47/02, 1987].

Основными недостатками известного гидропривода являются его сложная конструкция, обусловленная коаксиальным расположением поршней и снижающая его надежность, громоздкая система компенсации с источником сжатого воздуха, и значительные утечки рабочей жидкости через уплотнения между цилиндрами.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является гидропривод глубинного штангового насоса, содержащий гидроприводной цилиндр с поршнем и штоком для соединения с колонной штанг глубинного насоса, емкость для рабочей жидкости, пневмогидроаккумулятор, силовой насос, трубопроводы, распределитель для попеременной подачи силовым насосом рабочей жидкости из емкости в надпоршневую и подпоршневую полости гидроприводного цилиндра и для возврата рабочей жидкости в емкость, систему реверсирования для изменения направления хода поршня, мультипликатор, у которого полость низкого давления через распределитель подключена к подпоршневой полости гидроприводного цилиндра для сообщения с ней при ходе поршня вниз, а полость высокого давления через обратный клапан подключена к пневмогидроаккумулятору и через второй обратный клапан и распределитель к надпоршневой полости гидроприводного цилиндра для сообщения с ней при ходе поршня вверх, и отсекатели потока, один из которых установлен в трубопроводе, сообщающем подпоршневую полость цилиндра с пневмогидроаккумулятором, а второй - в трубопроводе, сообщающем полость высокого давления мультипликатора с линией слива [2. патент РФ №2241854, МКИ⁷ F 04 B 47/04, 2004].

Недостатком известного гидропривода является то, что он не уравновешен. Нет баланса нагрузок при ходе поршня вверх и ходе вниз. В связи с этим в гидроприводе используется насос повышенной мощности. Не исключена возможность утечки рабочей жидкости.

Технической задачей, стоящей перед изобретением, является повышение надежности привода, упрощение системы компенсации нагрузок, исключение утечек рабочей жидкости и увеличение КПД глубинно-насосного оборудования.

Для решения поставленной технической задачи гидропривод глубинного штангового насоса, содержащий гидроцилиндр с поршнем и штоком для соединения с колонной штанг глубинного насоса, емкость для рабочей жидкости, подключенный к емкости через отсекатель пневмогидроаккумулятор, силовой насос с гидрораспределителем для подачи силовым насосом рабочей жидкости из емкости в подпоршневую полость гидроцилиндра или возврата рабочей жидкости в емкость, трубопроводы и систему реверсирования для изменения направления хода поршня гидроцилиндра, включающую взаимодействующие со штоком верхний и нижний выключатели и управляемый ими электромагнитный гидравлический переключатель, подающий рабочую жидкость для переключения гидрораспределителя и отсекателя, дополнительно снабжен установленным на одном приводе с силовым насосом дополнительным насосом и управляемым от электромагнитного гидравлического переключателя дополнительным гидрораспределителем для попеременной подачи жидкости от дополнительного насоса в пневмогидроаккумулятор или возврата в емкость.

Гидропривод глубинного штангового насоса снабжен системой сброса избыточного давления, включающей предохранительные клапаны, установленные в трубопроводах, сообщающих с линией возврата рабочей жидкости трубопровод подачи рабочей жидкости от силового насоса в гидрораспределитель, и трубопровод подачи рабочей жидкости от дополнительного насоса в дополнительный гидрораспределитель.

Для обеспечения пускового режима работы силового насоса гидрораспределитель силового насоса, электромагнитный гидравлический переключатель и предохранительный клапан, установленный в трубопроводе, сообщающем с линией возврата рабочей жидкости трубопровод подачи рабочей жидкости от силового насоса в гидрораспределитель, выполнены с наличием нейтрального положения рабочих органов, когда поток рабочей жидкости через гидрораспределитель и электромагнитный гидравлический переключатель перекрывается, а через предохранительный клапан свободен.

На чертеже изображена схема описываемого гидропривода.

Гидропривод глубинного штангового насоса состоит из гидроцилиндра 1 с поршнем 2 и штоком 3, емкости 4 для рабочей жидкости, пневмогидроаккумулятора 5, основного силового насоса 6 и дополнительного насоса 7 меньшей производительности. Валы насосов приводятся во вращение общим для них приводным электродвигателем 8. Емкость 4 оборудована заливной горловиной, воздушным фильтром и датчиками уровня и температуры для контроля работы системы.

Силовой насос 6 трубопроводами через гидрораспределитель 9 подключен к емкости 4, а дополнительный насос 7 через дополнительный гидрораспределитель 10 подключен к пневмогидроаккумулятору 5, который в свою очередь через дополнительный гидрораспределитель 10, регулятор расхода 11 и отсекатель 12 потока рабочей жидкости подключен к емкости 4.

В систему реверсирования (изменения направления) хода поршня и штока гидроприводного цилиндра входят индуктивные бесконтактные выключатели 13 (верхние) и 14 (нижние), сигналы с которых поступают к электромагнитному гидравлическому переключателю 15, подающему рабочую жидкость (поступающую к нему от насосов 6 или 7 через обратные клапаны 16 или 17) для переключения гидрораспределителей 9 и 10 и отсекатетя 12. В систему реверсирования входит дроссель 18.

Для сброса избыточного давления в трубопроводе 19, сообщающем линию 20 возврата рабочей жидкости с трубопроводом 21, служащим для подачи рабочей жидкости от силового насоса 6 в гидрораспределитель 9, установлен предохранительный клапан 22, а в трубопроводе 23, сообщающем линию 20 возврата рабочей жидкости с трубопроводом 24, служащим для подачи рабочей жидкости от дополнительного насоса 7 в дополнительный гидрораспределитель 10, установлен предохранительный клапан 25.

Гидроаспределитель 9 (силового насоса 6) и электромагнитный гидравлический переключатель 15, а также предохранительный клапан 22 конструктивно выполнены с наличием нейтрального положения рабочих органов (золотников), в котором поток рабочей жидкости через гидрораспределитель 9 и переключатель 15 перекрывается (работают как отсекатели), а через предохранительный клапан 22 - свободен.

Краны 26, 27 и 37 обеспечивают сохранность рабочей жидкости при замене элементов гидросистемы, а краны 28 и 29 обеспечивают спуск давления из пневмогидроаккумулятора 5.

Для поддержания температуры в допустимых пределах служат воздушный теплообменник 30 и расположенный в баке 4 электронагреватель 31.

Очистка рабочей жидкости, подаваемой насосами 6 и 7, осуществляется напорными фильтрами 32 и 33.

Датчики давления 34 и 35 предназначены для настройки и регулировки параметров системы, а также для контроля за работой системы.

В исходном состоянии (чертеж) поршень 2 гидроцилиндра 1 находится в нижнем положении (датчики 14 нижнего положения включены, а датчики 13 верхнего положения выключены). Все электромагниты выключены (рабочие органы гидрораспределителя 9 и электромагнитного гидравлического переключателя 15 находятся в нейтральном положение, когда переключатель 15 и гидрораспределитель 9 перекрыты, а клапан 22 свободен), открыты краны 26, 27 и 29 и обратный клапан 36, а отсекатель 12 и кран 28 перекрыты.

При пуске электродвигателя 8 одновременно подается сигнал на электромагнит 39 предохранительного клапана 22. Нагнетательная магистраль насоса 6 соединяется через открытый (выполняющий функцию разгрузочного клапана) клапан 22, теплообменник 30 и кран 37 с емкостью 4. Нагнетательная магистраль насоса 7 через гидрораспределитель 10 также соединяется с емкостью 4. Такой пуск необходим для плавного включения электродвигателя и прогрева рабочей жидкости.

При подаче сигнала на электромагнит 38 электромагнитного гидравлического переключателя 15 его золотник занимает крайнее правое положение, одновременно включается электромагнит 39 разгрузочно-предохранительного клапана 22, который с этого момента выполняет только предохранительную функцию. Рабочая жидкость от силового насоса 6 через фильтр 32 и обратный клапан 16 поступает в линию управления к электромагнитному гидравлическому переключателю 15. Рабочие органы (золотники) гидрораспределителя 9 и отсекателя 12 перемещаются в крайнее левое положение. При этом рабочая жидкость от насоса 6 через гидрораспределитель 9, отсекатель 12, регулятор расхода 11 и гидрораспределитель 10 поступает в пневмогидроаккумулятор 5 до тех пор, пока давление жидкости в аккумуляторе не достигнет давления, обеспечивающего усилие, необходимое для подъема колонны насосных штанг. Затем рабочая жидкость через гидрораспределитель 9 поступает в штоковую полсть гидроцилиндра 1 под поршень 2, что обеспечивает подъем колонны насосных штанг (не показана), присоединенных к штоку 3. Как только поршень 2 гидроцилиндра 1 достигнет крайнего верхнего положения, включаются датчики положения 13. Произошел первый ход поршня гидроцилиндра, который является подготовительным.

Сигнал с датчиков положения 13 дает команду на отключение электромагнита 38 и включение электромагнита 40 электромагнитного гидравлического переключателя 15, золотник которого занимает крайнее левое положение. При этом рабочая жидкость в линии управления перемещает рабочие органы (золотники) гидрораспределителей 9 и 10 и отсекателя 12 в крайние правые положения. Штоковая полость гидроцилиндра 1 через гидрораспределитель 9 и трубопровод 41 соединяется с входом насоса 6, который на данном этапе работы выполняет функцию гидромотора. Поршень 2 гидроцилиндра 1 под весом колонны насосных штанг движется вниз, вытесняя рабочую жидкость из штоковой полости гидроцилиндра. Обратный клапан 36 закрывается давлением рабочей жидкости. Слив рабочей жидкости с гидромотора (насоса 6) осуществляется через гидрораспределитель 9, теплообменник 30 и кран 37 в емкость 4.

Вал насоса 7 приводится в движение гидромотором (насосом 6) и электродвигателем 8. Рабочая жидкость от насоса 7 через фильтр 33 и гидрораспределитель 10 поступает в пневмогидроаккумулятор 5. Максимальное давление в пневмогидроаккумуляторе ограничивается настройкой предохранительного клапана 25. Давление в линии управления поддерживается насосм 7.

Как только поршень 2 гидроцилиндра 1 достигает крайнего нижнего положения, включаются датчики положения 14. Сигнал с датчиков дает команду на отключение электромагнита 40 и включение электромагнита 38. Рабочий орган (золотник) электромагнитного гидравлического переключателя 15 занимает крайнее правое положение. При этом рабочая жидкость в линии управления перемещает золотники гидрораспределителей 9 и 10 и отсекателя 12 в крайние левые положения. Напорная магистраль насоса 7 через фильтр 33, гидрораспределитель 10, теплообменник 30 и кран 37 соединяется с емкостью 4. Насос 7 разгружен.

Движение поршня 2 гидроцилиндра 1 вверх осуществляется за счет суммарного расхода насоса 6 (через фильтр 32 и гидрораспределитель 9) и пневмогидроаккумулятора 5 (через гидрораспределитель 10, регулятор расхода 11 и отсекатель 12). При этом обратный клапан 36 открывается. Давление в линии управления поддерживается насосом 6. Как только поршень 2 гидроцилиндра 1 достигает крайнего верхнего положения, включаются датчики положения 13. Цикл повторяется.

В работе гидропривода используется рекуперация энергии движения колонны насосных штанг вниз под действием силы тяжести в энергию сжатого газа в пневмогидроаккумуляторе. Величина рекуперации регулируется с помощью предохранительного клапана 25.

Устройство предназначено для использования в насосном оборудовании для добычи нефти из буровых скважин. Гидропривод глубинного штангового насоса содержит гидроцилиндр с поршнем и штоком для соединения с колонной штанг глубинного насоса. К емкости для рабочей жидкости через отсекатель подключен пневмогидроаккумулятор. Гидрораспределитель служит для подачи силовым насосом рабочей жидкости из емкости в подпоршневую полость гидроцилиндра или для возврата рабочей жидкости в емкость. Система реверсирования хода поршня включает взаимодействующие со штоком верхний и нижний выключатели и управляемый ими электромагнитный гидравлический переключатель, подающий рабочую жидкость для переключения гидрораспределителя и отсекателя. Гидропривод снабжен дополнительным насосом и управляемым от электромагнитного гидравлического переключателя дополнительным гидрораспределителем для попеременной подачи жидкости от дополнительного насоса в пневмогидроаккумулятор или возврата в емкость. Дополнительный насос установлен на одном приводе с силовым насосом. Система сброса избыточного давления включает предохранительные клапаны. Гидрораспределитель силового насоса, электромагнитный гидравлический переключатель и предохранительный клапан выполнены с наличием нейтрального положения рабочих органов золотников для обеспечения пускового режима работы силового насоса. Повышается надежность привода, упрощается система компенсации нагрузок, исключаются утечки рабочей жидкости, повышается КПД системы. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гидропривод глубинного штангового насоса, содержащий гидроцилиндр с поршнем и штоком для соединения с колонной штанг глубинного насоса, емкость для рабочей жидкости, подключенный к емкости через отсекатель пневмогидроаккумулятор, силовой насос с гидрораспределителем для подачи силовым насосом рабочей жидкости из емкости в подпоршневую полость гидроцилиндра или возврата рабочей жидкости в емкость, трубопроводы и систему реверсирования для изменения направления хода поршня гидроцилиндра, включающую взаимодействующие со штоком верхний и нижний выключатели и управляемый ими электромагнитный гидравлический переключатель, подающий рабочую жидкость для переключения гидрораспределителя и отсекателя, отличающийся тем, что он снабжен установленным на одном приводе с силовым насосом дополнительным насосом и управляемым от электромагнитного гидравлического переключателя дополнительным гидрораспределителем для попеременной подачи жидкости от дополнительного насоса в пневмогидроаккумулятор или возврата в емкость.2. Гидропривод глубинного штангового насоса по п.1, отличающийся тем, что он снабжен системой сброса избыточного давления, включающей предохранительные клапаны, установленные в трубопроводах, сообщающих с линией возврата рабочей жидкости трубопровод подачи рабочей жидкости от силового насоса в гидрораспределитель и трубопровод подачи рабочей жидкости от дополнительного насоса в дополнительный гидрораспределитель.3. Гидропривод глубинного штангового насоса по п.2, отличающийся тем, что для обеспечения пускового режима работы силового насоса гидрораспределитель силового насоса, электромагнитный гидравлический переключатель и предохранительный клапан, установленный в трубопроводе, сообщающем с линией возврата рабочей жидкости трубопровод подачи рабочей жидкости от силового насоса в гидрораспределитель, выполнены с наличием нейтрального положения рабочих органов, когда поток рабочей жидкости через гидрораспределитель и электромагнитный гидравлический переключатель перекрывается, а через предохранительный клапан свободен.