ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД ПОДЪЕМНОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2012 года по МПК F15B21/14 F15B1/02 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, например насоса, для подъема жидкостей с больших глубин.

Известны гидравлические приводы подъемных устройств (патент RU 2134360, МПК⁶ F04B 47/04, опубл. 10.08.1999 г.; RU 2193111, МПК⁷ F04B 47/04, опубл. 20.11.2002 г.), содержащие рабочий цилиндр и систему гидропневматического уравновешивания - 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, а вторая - через гидрораспределитель с насосом или сливом, и двух штоковых, одна из которых соединена через гидрораспределитель с насосом или сливом, а вторая - со штоковой полостью рабочего цилиндра.

Недостатками таких приводов являются:

- значительные габариты и металлоемкость системы гидропневматического уравновешивания и привода в целом;

- значительная трудоемкость изготовления пар цилиндр-поршень системы гидропневматического уравновешивания ввиду того, что внутренние поверхности цилиндров и наружные поверхности поршня и плунжера должны быть выполнены с высокими чистотой и точностью диаметральных размеров.

Наиболее близким к заявляемому приводу и принятым в качестве прототипа является гидравлический привод подъемного устройства (патент RU 2272933, МПК F04B 47/04 (2006.01), опубл. 27.03.2006 г.), содержащий силовой гидроцилиндр, насос, вал которого соединен с электродвигателем, гидромотор, трехпозиционный гидрораспределитель, через который в первом его положении штоковая полость гидроцилиндра соединена с насосом, пневмогидроаккумулятор, гидравлическая полость которого соединена с гидромотором.

Такой привод имеет систему гидропневматического уравновешивания, состоящую из гидромотора и гидронасоса, рабочий объем которого меньше рабочего объема гидромотора в два раза, что позволяет уменьшить габариты, металлоемкость и трудоемкость изготовления системы гидропневматического уравновешивания и привода в целом.

Однако такой привод имеет сложную конструкцию, что объясняется необходимостью наличия двух насосов, гидрозамков и системы управления гидрозамками. Кроме того, такой привод имеет низкий КПД, так как при подъеме штока силового цилиндра происходит суммирование потоков рабочей жидкости, подаваемой насосом и пневмогидроаккумулятором, что требует использования мощного электродвигателя насоса.

Задачами предлагаемого изобретения является упрощение конструкции привода и повышение КПД при использовании менее мощного электродвигателя насоса.

Поставленная задача решается усовершенствованием гидравлического привода подъемного устройства, содержащего силовой гидроцилиндр, насос, вал которого соединен с электродвигателем, гидромотор, трехпозиционный гидрораспределитель, через который в первом его положении штоковая полость гидроцилиндра соединена с насосом, пневмогидроаккумулятор, гидравлическая полость которого соединена с гидромотором.

Это усовершенствование заключается в том, что гидравлическая полость пневмогидроаккумулятора соединена с гидромотором через гидрораспределитель в первом его положении и с насосом - во втором положении гидрораспределителя, штоковая полость гидроцилиндра через гидрораспределитель во втором положении соединена с гидромотором, вал которого соединен с валом насоса.

Такая конструкция привода проще прототипа, при этом КПД привода выше, за счет обеспечения суммирования энергии электродвигателя и гидромотора для вращения вала насоса.

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальной схема гидравлического привода.

Гидравлический привод подъемного устройства содержит силовой гидроцилиндр 1, насос 2, вал 3 которого соединен с электродвигателем 4, гидромотор 5, трехпозиционный гидрораспределитель 6, через который в первом его положении (правом по чертежу положении золотника гидрораспределителя 6) штоковая полость 7 силового гидроцилиндра 1 соединена с насосом 2, пневмогидроаккумулятор 8, гидравлическая полость 9 которого соединена с гидромотором 5. Гидравлическая полость 9 пневмогидроаккумулятора 8 соединена с гидромотором 5 через гидрораспределитель 6 в первом его положении (правом по чертежу положении золотника) и с насосом 2 во втором положении гидрораспределителя 6 (левом по чертежу положении золотника). Штоковая полость 7 силового гидроцилиндра 1 через гидрораспределитель 6 во втором его положении (левом по чертежу положении золотника) соединена с гидромотором 5, вал 10 которого соединен с валом 3 насоса 2. Позициями 11 и 12 обозначены датчики положения штока с поршнем 13 силового гидроцилиндра 1. Позициями 14, 15, 16 и 17 обозначены трубопроводы, соединяющие элементы системы.

Гидравлический привод подъемного устройства работает следующим образом.

В исходном положении шток с поршнем 13 находится в крайнем нижнем положении, пневмогидроаккумулятор 8 заполнен рабочей жидкостью, в его газовой полости - сжатый газ, а гидрораспределитель 6 находится в среднем положении. При переключении гидрораспределителя 6 в первое положение (правое по чертежу положение золотника) поток рабочей жидкости от насоса 2 по трубопроводам 14 и 15 подается в штоковую полость 7 силового цилиндра 1. Одновременно поток рабочей жидкости из пневмогидроаккумулятора 8 по трубопроводу 15 через гидрораспределитель 6 по трубопроводам 16 и 17 подается на гидромотор 5, который преобразует энергию сжатого в пневмогидроаккумуляторе 8 газа во вращение вала 10, соединенного с валом 3 насоса 2. При этом обеспечивается суммирование энергии вращения вала 3 насоса 2 электродвигателем 4 и гидромотором 5. При достижении штока с поршнем 13 крайнего верхнего положения срабатывает датчик 12 и происходит переключение гидрораспределителя 6 во второе (левое по чертежу положение золотника) положение. При этом поток рабочей жидкости от насоса 2 по трубопроводу 14 через гидрораспределитель 6 и трубопровод 16 поступает в пневмогидроаккумулятор 8, сжимая газ в его газовой полости. Одновременно рабочая жидкость из штоковой полости 7 силового цилиндра 1 по трубопроводу 15 через гидрораспределитель 6 и трубопровод 17 подается на гидромотор 5, который преобразует энергию поднятой колонны штанг во вращение вала 10, соединенного с валом 3 насоса 2. При этом обеспечивается суммирование энергии вращения вала 3 насоса 2 электродвигателем 4 и гидромотором 5.

В режиме холостого хода (для обеспечения требуемой частоты качаний поршня) гидрораспределитель 6 находится в среднем по чертежу положении. При этом трубопроводы 15 и 16 закрыты, поток рабочей жидкости от насоса 2 по трубопроводам 14 и 17 через гидромотор 5 направляется на слив.

Таким образом, использование предлагаемой более простой конструкции гидравлического привода подъемного устройства обеспечивает высокий КПД, что дает возможность использования менее мощного электродвигателя насоса за счет суммирования энергии электродвигателя и гидромотора для вращения вала насоса при работе привода.

Гидравлический привод предназначен для приведения в действие, например скважинного штангового насоса. Привод содержит силовой гидроцилиндр, насос, вал которого соединен с электродвигателем, гидромотор, трехпозиционный гидрораспределитель, через который в первом его положении штоковая полость силового гидроцилиндра соединена с насосом, пневмогидроаккумулятор гидравлическая полость которого соединена с гидромотором. Гидравлическая полость пневмогидроаккумулятора соединена с гидромотором через гидрораспределитель в первом его положении и с насосом - во втором положении гидрораспределителя, штоковая полость силового гидроцилиндра через гидрораспределитель во втором его положении соединена с гидромотором, вал которого соединен с валом насоса. При работе обеспечивается суммирование энергии электродвигателя и гидромотора для вращения вала насоса, что повышает КПД привода. 1 ил.

Гидравлический привод подъемного устройства, содержащий силовой гидроцилиндр, насос, вал которого соединен с электродвигателем, гидромотор, трехпозиционный гидрораспределитель, через который в первом его положении штоковая полость силового гидроцилиндра соединена с насосом, пневмогидроаккумулятор, гидравлическая полость которого соединена с гидромотором, отличающийся тем, что гидравлическая полость пневмогидроаккумулятора соединена с гидромотором через гидрораспределитель в первом его положении и с насосом - во втором положении гидрораспределителя, штоковая полость силового гидроцилиндра через гидрораспределитель во втором его положении соединена с гидромотором, вал которого соединен с валом насоса.