(54) ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ
1
Изобретение относится к гидромашиностроению и предназначено для привода поршневого насоса двойного действия, используемого при эксплуатации нефтяных скважин.
Известен гидравлический поршневой двигатель двойного действия с золотниковым распределительным устройством и радиальными каналами для прохода жидкости в гидродвигателе, причем осевые каналы расположены концентрично, а центральный канал проходит через полый многоголовочный золотник, внутри которого расположены направляющая втулка и пилот с головками разного диаметра, отделенный от поршня двига-теля 1.
Недостатком данного двигателя является отсутствие стабилизации режима работы агрегата при изменении нагрузки на поршень насоса, что делает его неработоспособным при попадании на прием насоса свободного газа.
Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является погружной гидропоршневой насос двойного действия для привода погружного насоса для добычи нефти, содержащий поршень, цилиндр.
золотниковое устройство, расположенное над верхней полостью цилиндра двигателя и включающее многоголовочный золотник с окнами, направляющую втулку с управляющими камерами, расположенную внутри 5 золотника, пилот, расположенный внутри направляющей втулки и золотника и отделенный от порщня двигателя 2.
Недостатками известного устройства являются малые проходные сечения из-за ,Q неконцентричности осевых каналов в гидродвйгателе и отсутствие постоянной подпитки управляющей камеры золотника рабочим давлением при верхнем его положении и дренажа при его нижнем положении, вызванных жестким соединением пилота 15 с поршнем двигателя.
Это приводит к ухудшению эксплуатационных показателей и надежности работы агрегата.
Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности агрегата.
Поставленная цель достигается тем, что в направляющей втулке золотника выполнены две пары радиальных каналов, осевое расстояние между которыми в каждой паре равно ширине окон золотника, а осевое расстояние между крайними каналами равно длине одной из головок золотника, причем в направляющей втулке выполнены осерадиальные каналы для связи радиальных каналов с управляющими камерами пилота, а пилот выполнен с головками одинакового диаметра по концам и снабжен каналами для связи его торцовых полостей с верхней полостью цилиндра двигателя. На фиг. 1 представлено взаимное положение порщня двигателя, пилота и золотника при движении поршня вверх; на фиг. 2 - то же, при движении порщня вниз. Двигатель содержит корпус 1, спускаемый или сбрасываемый в скважину, цилиндр 2, порщень 3, золотниковое устройство 4, расположенное над верхней полостью цилиндра 2 двигателя. Золотниковое устройство 4 содержит многоголовочный золотник с малой головкой 5 и больщой головкой 6. Внутри нижней части больщой головки 6 имеется камера 7, связанная с управляющей камерой 8 под больщой головкой 6 каналом 9. Золотниковое устройство имеет окна 10, 11 и 12. Длины окон 10 камеры малой головки золотника, окон 11 камеры малой головки золотника, окон 12, разделяющих больщую головку 6 золотника на два равных по длине участка, и уплотняющего пояска 13 в золотнике одинаковы. Золотниковое устройство 4 в больщой головке 6 имеет цилиндрическую расточку, в которую входит направляющая втулка 14. Внутри направляющей втулки 14 размещен пилот 15 с тягой 16, входящей во внутреннюю полость порщня 3. Пилот 15 имеет по концам две головки 17 и 18 малого одинакового диаметра, третью головку 19 несколько больщего диаметра и четвертую 20 еще больщего диаметра. В пилоте 15 имеется центральный канал 21 для связи его торцевых полостей с верхней полостью цилиндра, обеспечивающий равенство давлений по обоим концам пилота. Камера 22 под малой головкой 5 золотника соединена с полостью низкого давления 23. В корпусе 1 имеется кольцевой канал 24, соединяющий верхнюю полость цилиндра 2 с камерой золотникового устройства 4, и кольцерой канал 25, соединяющий нижнюю полость цилиндра 2 двигателя с камерой 22 золотника. В направляющей втулке 14 имеется две пары радиальных каналов, связывающих управляющую камеру 8 под больщой головкой 6 золотника с областью высокого или низкого давления. Полость низкого давления 23 связана с каналами направляющей втулки 14 также чер.ез каналы 26, а область высокого давления - по рабочему каналу 27 и каналу 28. Первая пара радиальных каналов включает два радиальных канала 29 и 30, расположенных в верхней части направляющей втулки 14, а вторая - два радиальных канала 31 и 32, расположенных в нижней части направляющей втулки 14 так, что осевое расстояние между каналами в каждой паре равно щирине окон 10-12 золотникового устройства, а осевое расстояние между крайними каналами 29 и 32. равно длине головки золотника, например головки 5. Радиальные каналы 29-32 связаны с управляющими камерами 33 и 34 пилота с помощью осерадиальных каналов 35 и 36. В осевых частях каналов установлены сменные полые стержни 37 и 38 с винтовыми канавками 39 и 40 на поверхности стержней. Управляющая камера 8 в зависимости от положения пилота может быть связана либо с рабочим каналом 27, либо с полостью низкого давления 23. В первом случае связь осуществляется по каналам 29, 35 и 38 (фиг. 2) и при перекрытии канала 29 пояском 13 - по каналу 30, винтовой канавке 39, радиальному каналу 41 сменного стержня 37, центральному каналу 42 стержня 37, осерадиальному каналу 35 и каналу 28. Во втором случае связь осуществляется по каналам 32, 36 и 26 (фиг. 1) и при перекрытии канала 32 пояском 13 - по каналу 31, каналу 43, винтовой канавке 40, радиальному каналу 44, центральному каналу 45, каналу 36, и каналу низкого давления 26. Винтовые канавки 39 и 40 имеют больщие сопротивления и могут быть заменены дроссельными отверстиями равного сопротивления. Управляющая камера 33 постоянно связана с полостью низкого давления 23 через канал 26. Камера 46 под больщой головкой пилота в зависимости от его положения соединяется либо с полостью низкого давления 23 посредством каналов 47 и 26, либо с рабочим каналом 27 посредством канала 28. На малой головке 5 золотника имеются снаружи продольные канавки 48, обеспечивающие плавное изменение сопротивлений окон 10 и 11 золотника при его перемещении. На нижнем участке больщой головки 6 золотника имеется пара кольцевых проточек, с(|)единенных с внутренней камерой 7 в золотнике отверстиями малого сечения. В корпусе золотникового устройства 4 имеется отверстие 49, расположенное таким образом, что в момент начала открытия окон 10 и Н золотником канал 24 соединяется с управляющей камерой 8 через отверстие 50 при ходе золотника вниз и через отверстие 51 - при ходе золотника вверх. Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. Рабочая жидкость под высоким давлением по каналу 27 при нижнем положении золотника и пилота (фиг. 1) поступает через окно 10 в кольцевой канал 25 и в нижнюю полость под поршень 3 двигателя, при этом отработанная жидкость под малым давлением выкидывается из верхней полости двигателя под поршнем 3 по кольцевому каналу 24 через окна 11 золотникового устройства в полость низкого давления 23. Под действием перепада давления поршень двигателя совершает ход вверх. В нижнем положении золотник зафиксирован силой, действующей вниз, благодаря связи управляющей камеры 8 под золотНИКОМ с полостью низкого давления 23, по каналам 32, 36 и 26. В нижнем положении пилот,- 15 зафиксирован силой, действующей вниз, благодаря связи камеры 46 с полостью выкида по каналам 47, 43 и 26. При подходе порщня 3 двигателя к верхнему положению поршень толкает пилот вверх и в момент, когда камера 46 под пилотом соединяется с каналом 28 высокого давления, возникает сила, двигающая и фиксирующая пилот в верхнем положении. При этом канал 36 перекрывается головкой 19 пилота 15, а управляющая камера 8 чере-з каналы 9, 29 и 35 соединяется с управляющей камерой 34 и через канал 28 с рабочим каналом 27. Таким образом под больщой головкой 6 золотника давление оказывается равным. рабочему, и он перемещается вверх с большой скоростью, определяемой величиной проходных сечений каналов 9 и 29, 35 и 28. При этом происходит перекрытие окон 10 и 11 и торможение поршня двигателя до полной его остановки. При дальнейшем движении золотника. соответствуюшем моменту открытия окон 10 и 11, поясок 13 закрывает канал 29, оставляя открытым канал 30, вследствие чего рабочая жидкость поступает под золотник в камеру 8 по каналам 35 и 41, 42 и 30, имеющим существенно большие гидравлические сопротивления, чем ранее открытая система каналов 29 и 35, что приводит к уменьшению скорости золотника и при наличии продольных канавок 48 на головках 5 и 6 плавному открытию окон 10 и И, уменьшающему величину гидравлического удара Меняя радиус винтовой канавки на сменном стержне 37, можно регулировать скорость открытия окон. При достижении золотником верхнего положения (фиг. 2), поршень двигателя начинает двигаться вниз, благодаря тому, что рабочая жидкость через окно 12 в золотнике поступает в окно 11, кольцевой канал 24; и в верхнюю полость цилиндра двигателя; а отработанная жидкость из-под поршн 3 поступает в кольцевой канал 25 через окно 10 - в камеру 22 малой головкой золотника 5 и в полость низкого давления 23. При подходе к нижнему крайнему положению поршень 3 тянет за тягу 16, пилот 15, преодолевая фиксирующую в верхнем положении пилот-силу. Как только камера 46 под большой головкой пилота свяжется с выкидными каналами 47 и 26 и .полостью низкого давления 23 сила, фиксирующая пилот, изменит направление, и пилот опустится вниз дв упора. При этом канал 35 будет перекрыт уплотняющим пояском 13, а канал 36 соединится через камеру 33, каналы 47 и 26 с полостью низкого давления 23. Давление под золотником в камере 8 упадет, и золотник начнет двигаться вниз, вытесняя жидкость из полости 8 по каналам 9, 32, 36, 43 и 26 с большой скоростью, определяемой размером проходных сечений этих каналов. В момент начала открытия окон 10 и 11 поясок 13 перекрывает канал 32, и жидкость из-под золотника начинает вытекать по задросселированной системе каналов 31 и 44, 45 и 36, 47 и 26, что приводит к уменьшению скорости золотника и плавному разгону поршня вверх. При подходе золотника в нижнее положение (фиг.. 1) цикл повторяется. При нормальной нагрузке на поршень двигателя его скорость определяется расходом рабочей жидкости, а рабочее давление практически постоянно. При этом перепад давления между каналом 24 и камерой 8 под золотником отсутствует и соединение их посредством отверстий 49 или 51 не влияет на работу устройства. При резком падении нагрузки на двигатель, возникающей при попадании газа в насосный цилиндр (не показан) или промывке клапана насоса, энергия сжатия рабочей жидкости расходуется на ускорение Поршня двигателя. Это влечет за собой либо увеличение давления в канале 24 при дви- жении поршня вверх, либо уменьшение давления в канале 24 при движении поршня вниз. Так как начало разгона порщней имеет место в момент открытия окон 10 и 11, а: этот момент совпадает с моментом соединения канала 24 с камерой 8 через каналы 47 (ход золотника вниз) или отверстие 51 (ход золотника вверх) и подключением задросселированной винтовыми канавками на стержнях 38 или 37 (ход зоотника вверх) системы каналов, то возникший перепад давления между каналом 24 и камерой 8 изменяет соотношение сил, дей твующих на золотник. Подбором размеров продольных канавок 8, каналов 47, отверстия 51 и винтовых канавок 40 и 39 можно при заданной предельно допустимой скорости поршня равнодействующую сил на золотник свести к нулю, т. е. золотник в момент начала открытия окон 10 и 11 будет зависать, дросселируя избыточное давление, накопленное в гидросистеме. По мере снижения давления до величины, соответствующей новому нагрузочному режиму, перепад между каналом 24 и камерой 8 будет падать, и, наконец, наступит новый режим работы устройства без зависания золотника. Благодаря тому, что концевые полости пилота по торцам связаны каналом 21, давление в них всегда одинакового и измерение нагрузки на поршень двигателя не будет влиять на направление силы, фиксирующей пилот, поскольку она определяется только давлением в рабочем канале 27 и полости низкого давления 23. Формула изобретения Гидравлический поршневой двигатель двойного действия для привода погружного насоса для добычи нефти, содержащий порщень, цилиндр, золотниковое устройство, расположенное над верхней полостью цилиндра двигателя и включающее многоголовочный золотник, окна, направляющую втулку с управляющей камерой, расположенную внутри золотника, пилот с головками разного диаметра и управляющими камерами, расположенный внутри направляющей втулки и отделенный от поршня двигателя, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности погружного агрегата, в направляющей втулКе золотника выполнены две пары радиальных каналов, осевое расстояние между которыми в каждой паре равно ширине окон золотникового устройства, а осевое расстояние между крайними каналами равно длине одной из головок золотника, причем в направляющей втулке выполнены осерадиальные каналы для связи радиальных каналов с управляющими камерами пилота, а пилот выполнен с головками одинакового диаметра по концам и снабжен каналом для связи его торцевых полостей с верхней полостью цилиндра двигателя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . Авторское свидетельство СССР № 150453, кл. F 04 В, 1969. 2. Патент США № 2580657, кл. 91-282,
