Глубинный поршневой гидродвигатель двойного действия Советский патент 1986 года по МПК F04B47/06 

Изобретение относится к технике добычи нефти из скважин, в частности к гидропоршневым насосным агрегатам, касается именно их глубинных поршневых гидродвигателей двойного действия и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности.

Известен глубинный поршневой гидродвигатель гидропоршневого насоса, в котором главный золотник расположен под

к расклепу соударяемых поверхностей, причем в конструкции золотников отсутствуют элементы регулирования их скорости перемещения. Все это снижает надежность гидродвигателя в работе и, как следствие, надежность работы всего гидропоршневого насосного агрегата в целом.

Цель изобретения - повышение надежности насосного агрегата.

Указанная цель достигается тем, что в

поршнем двигателя на силовом штоке, од- Ю глубинном поршневом гидродвигателе новременно выполняющем роль вспомогательного золотника, при этом осевые каналы в гидродвигателе могут быть выполнены в виде осевых сверлений, но не концентричными 1.

Недостатками устройства являются низкий КПД и большой диаметральный габарит агрегата.

Наиболее близким к изобретению является глубинный поршневой гидродвигатель

двойного действия, содержащем цилиндр с размещенным в нем поршнем со штоком, на верхнем конце которого выполнена продольная канавка, расположенный в корпусе над поршнем соосно с цилиндром четырех- ходовой главный золотник с центральным каналом и направляющей втулкой с установленным в ней двухпозиционным вспомогательным золотником и систему каналов, сообщающих соответственно надпоршневую

двойного действия, содержащий цилиндр с 20 полость цилиндра с затрубным пространст- размещенным в нем поршнем со штоком, вом скважины при нижнем положении главна верхнем конце которого выполнена про- ного золотника и с полостью рабочего давдольная канавка, расположенный в корпусе над поршнем соосно цилиндру четырехходо- вой главный золотник с центральным каналом и направляющей втулкой с установленным в ней двухпозиционным вспомогательным золотником и систему Каналов, сообщающих соответственно надпоршневую полость цилиндра с затрубным пространством

25

ления при верхнем его положении, управляющую камеру главного золотника с канавкой на штоке и затрубным пространством при нижнем положении поршня и подпорш- невую полость цилиндра с полостью рабочего давления при нижнем положении главного золотника, а также с затрубным пространством при верхнем положении золотника.

скважины при нижнем положении главного зо шток снабжен дополнительной продольной

золотника и с полостью рабочего давления при верхнем его положении, управляющую камеру главного золотника с канавкой на штоке и затрубным пространством при нижнем положении порщня и подпорщневую поканавкои, выполненной на нижнем его конце, в корпусе выполнен кольцевой концентрический канал, связывающий посредством дополнительной продольной канавки управляющую камеру главного золотника с полослость цилиндра с полостью рабочего дав- 35 тью рабочего давления при верхнем положе- ления при нижнем положении главного зо- нии поршня, внутри главного золотника вы- лотника, а также с затрубным пространством при верхнем положении золотника.

полнен поясок, вдоль оси направляющей втулки - два окна, а вспомогательный золотник выполнен гидравлически переключаемым с заглущенным сверху каналом и радиальными каналами, расположенными с возможностью сообщения управляющей камеры вспомогательного золотника через окна направляющей втулки с центральным каналом вспомогательного золотника и чеПеремещение главного золотника вниз в известном гидродвигателе осуществляется соединением продольных канавок на щтоке одновременно с управляющей камерой золотника и каналом низкого давления, а вверх -ударом порщня о вспомогательный

40

полнен поясок, вдоль оси направляющей втулки - два окна, а вспомогательный золотник выполнен гидравлически переключаемым с заглущенным сверху каналом и радиальными каналами, расположенными с возможностью сообщения управляющей камеры вспомогательного золотника через окна направляющей втулки с центральным каналом вспомогательного золотника и чезолотник, перемещением его и последующим 45 рез продольные канавки штока с затрубсоединением управляющей камеры золотника с каналом высокого давления. В этом гидродвигателе каналы могут быть выполнены концентричными, что позволит использовать в качестве эффективной плоным пространством или с полостью рабочего давления, причем вспомогательный золотник установлен с возможностью перекрытия верхнего окна направляющей втулки в его нижнем положении и нижнего окщади полную площадь двигателя, умень- 50 на в его верхнем положении.

шив тем самым габариты агрегата в це-На фиг. 1 схематически изображен глулом 2.

Недостаток известного устройства состоит в том, что сила удара поршня о вспобинный гидропоршневой насосный агрегат с поршневым гидродвигателем двойного действия в положении движения поршней могательный золотник в момент переключе- „ вверх, общий вид; на фиг. 2 - то же, в ния пропорциональна площади малой го- положении движения поршней вниз; на ловки вспомогательного золотника, что де- фиг. 3 - вид корпуса главного золотника лает силу удара значительной и приводит „о стрелке А на фиг. 2; на фиг. 4 - сечек расклепу соударяемых поверхностей, причем в конструкции золотников отсутствуют элементы регулирования их скорости перемещения. Все это снижает надежность гидродвигателя в работе и, как следствие, надежность работы всего гидропоршневого насосного агрегата в целом.

Цель изобретения - повышение надежности насосного агрегата.

Указанная цель достигается тем, что в

глубинном поршневом гидродвигателе

двойного действия, содержащем цилиндр с размещенным в нем поршнем со штоком, на верхнем конце которого выполнена продольная канавка, расположенный в корпусе над поршнем соосно с цилиндром четырех- ходовой главный золотник с центральным каналом и направляющей втулкой с установленным в ней двухпозиционным вспомогательным золотником и систему каналов, сообщающих соответственно надпоршневую

25

ления при верхнем его положении, управляющую камеру главного золотника с канавкой на штоке и затрубным пространством при нижнем положении поршня и подпорш- невую полость цилиндра с полостью рабочего давления при нижнем положении главного золотника, а также с затрубным пространством при верхнем положении золотника.

канавкои, выполненной на нижнем его конце, в корпусе выполнен кольцевой концентрический канал, связывающий посредством дополнительной продольной канавки управляющую камеру главного золотника с полостью рабочего давления при верхнем положе- нии поршня, внутри главного золотника вы-

полнен поясок, вдоль оси направляющей втулки - два окна, а вспомогательный золотник выполнен гидравлически переключаемым с заглущенным сверху каналом и радиальными каналами, расположенными с возможностью сообщения управляющей камеры вспомогательного золотника через окна направляющей втулки с центральным каналом вспомогательного золотника и ченым пространством или с полостью рабочего давления, причем вспомогательный золотник установлен с возможностью перекрытия верхнего окна направляющей втулки в его нижнем положении и нижнего окние I - I по каналу питания управляющей камеры главного золотника, задающего малую скорость его движения по фиг. 3; на фиг. 5 - сечение П-П по каналу питания управляющей камеры главного золотника, задающего большую скорость его движения по фиг. 3; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 3. Гидропорщневой насосный агрегат 1 укреплен на конце труб 2, спущенных в трубу 3

малого сечения, а в его корпусе (не показано) - канал 34.

Устройство работает следующим образом.

Рабочая жидкость по каналу 24 поступает внутрь главного золотника 16. При нижнем его положении жидкость по каналу 28 поступает под порщень 11 гидррдвига- теля 5. В то же время из полости над порщ- нем гидродвигателя 5 по каналам 29 и 30

большего диаметра, которая, в частности, ю отработанная жидкость вытесняется в коль- может быть обсадной колонной скважины, и включает собственно насос 4 и поршневой гидродвигатель 5. Насос и гидродвигатель могут быть двойного действия с уравновешивающим контрщтоком 6 (фиг. 1 и 2). Насос имеет систему нагнетательных и всасывающих клапанов (нижних и верхних), порщень насоса, цилиндр насоса, всасывающий канал, связанный с пластовым пространством скважины (не показано) и выкидцевой канал 7 низкого давления. Нод действием перепада давления порщневая группа двигается вверх, при этом происходит такт всасывания в нижней и такт нагнетания в верхней полостях насоса 4. Управляю- 15 шая камера 32 золотника 16 в это время находится под низким давлением. Благодаря тому, что на малую головку 17 главного золотника 16 действует высокое давление, золотник прижат книзу. За счет высокого

ной кольцевой канал 7 (затрубное прост- 20 Давления, действующего постоянно на верхранство), образованный концентричными трубами 2 и 3. Порщневой гидродвигатель двойного действия содержит силовой шток 8 с верхней 9 и нижней 10 наружными канавками, поршень 11, цилиндр 12, вспомогательный двухпозиционный золотник 13 с большой 14 и малой 15 головками, главный че- тырехходовой золотник 16 с малой 17 и большими 18 головками равного диаметра, каналы 19-21 управления вспомогательным зоний торец большой головки 14 вспомогательного золотника 13, и воздействия на нижний торец большой гс ювки 14 вспомогательного золотника 13 низкого давления вспомогательный золотник 13 также прижат 25 книзу. При подходе поршня 11 двигателя 5 к верхнему упору (не показан) нижняя наружная канавка 10 соединяет канал 27 высокого давления с каналами 20 и 21, давление под большой головкой 14 вспомогалотником 13 и окна 22 и 23 управления глав- „ тельного золотника 13 повышается, он под1/ Лл. ииКЛО CiT . ОО и j-iir

нимается, закрывая окно 22 и открывая окно 23. В результате управляющая камера 32 соединяется через окно 23 с каналом 20, давление в камере 32 возрастает, и золотник 13 перемещается в верхнее положение

14 вспомогательного золотни- 35 Ь Порщень 11 доходит до упора и

10

ным золотником 16, а также канал 24 высокого давления. На верхний торец малой головки 15 вспомогательного золотника 13 всегда действует низкое давление, подводимое по каналу 19, а на верхний торец большой головки

ка 13 - высокое давление, подводимое по каналу 24. Внутри больших головок 18 главного золотника 16 расположена направляющая втулка 25 вспомогательного золотника 13. Окна 22 и 23, выполненные на направляющей втулке 25 вспомогательного золотника 13 (вид А), имеют форму в соответствии с фиг. 3.

Одна из больших головок 18 главного золотника 16 внутри имеет поясок 26, расостанавливается прежде, чем канавка достигает канала 31. Под действием высокого давления в канале 20 вспомогательный золотник 13 перемещается вверх благодаря разнице площадей большой 14 и 40 малой 15 его головок. Главный золотник 16 перемещается вверх при повышении давления в управляющей камере 32 благодаря разнице площадей больщой 18 и малой 17 его головок сначала с большой скоростью.

положенный по отношению к окнам 22 и 23 45 закрьшая участок 23 (фиг. 3- в направляющей втулке 25 таким образом, что в момент открытия окон 22 и 23 поясок 26 перекрывает участок большего сечения в окна 22 или 23, оставляя открытым его участок а (фиг. 3).

Гидродвигатель имеет также кольцевые 50 ка 16. Для предотвращения повышения дав5), с малой скоростью. Соотношение площадей головок и сечение каналов вспомогательного золотника 13 должны обеспечивать упреждение движения вспомогательного золотника 13 движению главного золотниления в управляющей камере 32 при нижнем положении золотника 16 из-за проникновения рабочей жидкости по зазорам внутри и снаружи нижней большой головки 18 золотника в последнем выполнен канал 33 малого сечения, а в корпусе - канал 34, связанный в этот период с выкидным кольцевым каналом 7 низкого давления. При увеконцентрические каналы высокого давления 27, переменного давления 28 и 29 и низкого давления 30 и 31. Между корпусом гидродвигателя 5 и большой головкой 18 главного золотника 16 снизу расположена уп- равляющая камера 32 золотника. Для компенсации утечки из управляющей камеры 32 золотника 16 в золотнике выполнен канал 33

малого сечения, а в его корпусе (не показано) - канал 34.

Устройство работает следующим образом.

Рабочая жидкость по каналу 24 поступает внутрь главного золотника 16. При нижнем его положении жидкость по каналу 28 поступает под порщень 11 гидррдвига- теля 5. В то же время из полости над порщ- нем гидродвигателя 5 по каналам 29 и 30

отработанная жидкость вытесняется в коль-

цевой канал 7 низкого давления. Нод действием перепада давления порщневая группа двигается вверх, при этом происходит такт всасывания в нижней и такт нагнетания в верхней полостях насоса 4. Управляю- шая камера 32 золотника 16 в это время находится под низким давлением. Благодаря тому, что на малую головку 17 главного золотника 16 действует высокое давление, золотник прижат книзу. За счет высокого

Давления, действующего постоянно на верхДавления, действующего постоянно на верхний торец большой головки 14 вспомогательного золотника 13, и воздействия на нижний торец большой гс ювки 14 вспомогательного золотника 13 низкого давления вспомогательный золотник 13 также прижат книзу. При подходе поршня 11 двигателя 5 к верхнему упору (не показан) нижняя наружная канавка 10 соединяет канал 27 высокого давления с каналами 20 и 21, давление под большой головкой 14 вспомога10

останавливается прежде, чем канавка достигает канала 31. Под действием высокого давления в канале 20 вспомогательный золотник 13 перемещается вверх благодаря разнице площадей большой 14 и малой 15 его головок. Главный золотник 16 перемещается вверх при повышении давления в управляющей камере 32 благодаря разнице площадей больщой 18 и малой 17 его головок сначала с большой скоростью.

закрьшая участок 23 (фиг. 3-

5), с малой скоростью. Соотношение площадей головок и сечение каналов вспомогательного золотника 13 должны обеспечивать упреждение движения вспомогательного золотника 13 движению главного золотни ка 16. Для предотвращения повышения давления в управляющей камере 32 при нижнем положении золотника 16 из-за проникновения рабочей жидкости по зазорам внутри и снаружи нижней большой головки 18 золотника в последнем выполнен канал 33 малого сечения, а в корпусе - канал 34, связанный в этот период с выкидным кольцевым каналом 7 низкого давления. При увеличении давления в камере 32 через канал 33 возрастает, однако благодаря малому сечению канала 33 и малой осевой протяженности входа в канал 34 утечка из камеры 32 в кольцевой канал 7 не достигает критического значения и быстро прекращается вскоре после начала движения золотника 16. При подходе пояска 26 к окну 23 участок в его (фиг. 3) закрывается, остается открытым лишь участок а с живым течением

ки по зазорам золотника, осуществляется по каналу 33. При подходе порщня гидродвигателя 5 к нижнему упору верхняя наружная канавка 9 на силовом штоке соединяет каналы 20 и 21 с каналом 31 низкого давления; вспомогательный золотник 13 опускается, открывая окно 22 и закрывая окно 23, в результате камера 32 через окно 22 также соединяется с каналом 31 низкого давления, а золотник опускается вначале с

(фиг. 4), благодаря чему скорость золот- Ю большой скоростью, затем с малой, закры- ника 16 снижается (площадь участка а со- вая часть в окна 22 (фиг. 3-5). При этом ответствует фиг. 5).давление под порщнем 11 гидродвигателя 5

увеличивается, а над поршнем 11 падает Таким образом, осуществляется перемещение золотника 16 вначале с большой, а

(фиг. 1), и цикл повторяется.

Длина и расположение верхней наружзатем с малой скоростью. После остановкиной канавки 9 на силовом штоке 8 таковы,

золотника 16 вверху (фиг. 2) рабочая жид-что соединение канала 21 с каналом 31 через

кость через каналы 24 и 29 поступает в верх-канавку 9 произойти не может,

нюю полость гидродвигателя, а нижняя по-Изобретение позволяет исключить мехалость двигателя через каналы 28 и 30 свя-нические удары поршня о вспомогательзывается с затрубным кольцевым простран-20 ный золотник и обеспечить двухскоростное

ством 7, в результате поршневая группа идетдвижение золотника, что повышает надежвниз и происходят такт нагнетания в ниж-ность агрегата, при этом оно может быть

ней полости и всасывание в верхней полости насоса 4. При этом золотник 16 прижат кверху, подпитка управляющей камеры 32 высоким давлением, компенсирующая утечки по зазорам золотника, осуществляется по каналу 33. При подходе порщня гидродвигателя 5 к нижнему упору верхняя наружная канавка 9 на силовом штоке соединяет каналы 20 и 21 с каналом 31 низкого давления; вспомогательный золотник 13 опускается, открывая окно 22 и закрывая окно 23, в результате камера 32 через окно 22 также соединяется с каналом 31 низкого давления, а золотник опускается вначале с

увеличивается, а над поршне

(фиг. 1), и цикл повторяется.

использовано в конструкции лифта как с концентрически подвешенными в скважине трубами, так и с параллельным расположением труб.

Фиг. 2

ВидА I

- б

М

P §

Фиг.З

в-в

Фиг.5

Редактор О. Бугмр Заказ 3975/25

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПОП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Э. Гинзбург

Техред И. Верес Корректор В. Смницкая

Тираж 586Подписное