RU2134360C1

RU2134360C1 - Lifting device hydraulic drive

Info

Publication number: RU2134360C1
Application number: RU97112808A
Authority: RU
Inventors: Р.Я. Шварев; В.Х. Гайнуллин; А.В. Алифанов; В.И. Усок
Original assignee: Закрытое акционерное общество Специальное конструкторское бюро
Priority date: 1997-07-24
Filing date: 1997-07-24
Publication date: 1999-08-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; drive of pumps designed for lifting water from depth. SUBSTANCE: drive has working cylinder 1 and balancing tandem cylinder 5 with rod 6 and pistons 7 and 8 on its ends installed to form four spaces 10, 11, 12, 13. Rod space 11 forms closed hydraulic circuit with rod space 4 of working cylinder 1. System for compensating liquid leaks from this circuit has plunger pump with plunger 21 and two check valves 20 and 22 and is arranged in space 19 of rod 6 of tandem cylinder 5. Plunger 21 of pump has rod 23 installed for interaction with stop (cover 24). Liquid leaks compensation system operates only when necessity arises to fed liquid into closed hydraulic circuit. EFFECT: enhanced adaptivity to manufacture and performance characteristics of drive. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, точнее - к приводным устройствам, включающим гидравлические или пневматические средства, и может быть использовано в качестве привода насоса, предназначенного для подъема жидкостей с больших глубин. The invention relates to hydraulic machines for volume displacement, more precisely, to drive devices, including hydraulic or pneumatic means, and can be used as a pump drive designed for lifting liquids from great depths.

Известен гидрофицированный привод штанговой глубинной насосной установки, содержащей рабочий цилиндр, уравновешивающее устройство, силовой насос, систему реверсирования и систему компенсации утечек рабочей жидкости (см.кн. А. Г. Молчанов "Гидроприводные штанговые скважинные установки", М.: Недра, 1982 г., с.25 - 26, рис.19). Такой привод имеет два замкнутых гидравлических контура, что предполагает наличие двух систем компенсации утечек жидкости из этих контуров, увеличивающих металлоемкость, усложняющих конструкцию и снижающих надежность привода. Known hydroficated drive deep-well pumping unit containing a working cylinder, a balancing device, a power pump, a reversing system and a system for compensating leaks of a working fluid (see book A. G. Molchanov "Hydraulic rod well installations", M .: Nedra, 1982 ., p.25 - 26, fig. 19). Such a drive has two closed hydraulic circuits, which implies the presence of two systems for compensating for fluid leaks from these circuits, which increase the metal consumption, complicate the design and reduce the reliability of the drive.

Известен также гидравлический привод подъемного устройства, содержащий рабочий цилиндр и уравновешивающий тандемный цилиндр со штоком с поршнями на его концах, установленными с образованием четырех полостей, одна из штоковых полостей которого образует со штоковой полостью рабочего цилиндра замкнутый гидравлический контур, и систему компенсации утечек из этого контура, содержащую поршневой насос и два обратных клапана, один из которых установлен в канале, соединяющем штоковые полости тандемного цилиндра. Такой привод содержит один замкнутый гидравлический контур и соответственно одну систему компенсации утечек жидкости из этого контура, что упрощает конструкцию и снижает металлоемкость привода. A hydraulic drive of a lifting device is also known, comprising a working cylinder and a balancing tandem cylinder with a rod with pistons at its ends installed to form four cavities, one of the rod cavities of which forms a closed hydraulic circuit with the rod cavity of the working cylinder, and a leak compensation system from this circuit containing a piston pump and two check valves, one of which is installed in the channel connecting the rod cavity of the tandem cylinder. Such a drive contains one closed hydraulic circuit and, accordingly, one system for compensating for fluid leaks from this circuit, which simplifies the design and reduces the metal consumption of the drive.

Однако, при работе такого привода происходит постоянная подпитка жидкости в замкнутый гидравлический контур, независимо от ее утечек, что вынуждает постоянно срабатывать второй обратный клапан, через который происходит слив излишков жидкости из замкнутого гидравлического контура. However, during the operation of such an actuator, the liquid is constantly fed into the closed hydraulic circuit, regardless of its leaks, which forces the second non-return valve to constantly operate through which excess liquid is drained from the closed hydraulic circuit.

Постоянное срабатывание клапанов приводит к их повышенному износу, а следовательно - к снижению надежности привода. The constant actuation of the valves leads to their increased wear, and therefore to a decrease in the reliability of the drive.

Задачей изобретения является разработка гидравлического привода подъемного устройства, имеющего более надежную конструкцию. The objective of the invention is to develop a hydraulic drive lifting device having a more robust design.

Эта задача решается усовершенствованием известного привода подъемного устройства, содержащего рабочий цилиндр и уравновешивающий тандемный цилиндр со штоком с поршнями на его концах, установленными с образованием четырех полостей, одна из штоковых полостей которого образует со штоковой полостью рабочего цилиндра замкнутый гидравлический контур, и систему компенсации утечек из этого контура, содержащую плунжерный насос и два обратных клапана, один из которых установлен в канале, соединяющем штоковые полости тандемного цилиндра. This problem is solved by improving the well-known drive of a lifting device containing a working cylinder and a balancing tandem cylinder with a rod with pistons at its ends installed with the formation of four cavities, one of the rod cavities of which forms a closed hydraulic circuit with the rod cavity of the working cylinder, and a leakage compensation system of this circuit, containing a plunger pump and two check valves, one of which is installed in the channel connecting the rod cavity of the tandem cylinder.

Усовершенствование заключается в том, что канал, соединяющий штоковые полости тандемного цилиндра, выполнен в виде полости в его штоке, в которой расположены последовательно первому второй обратный клапан и плунжерный насос, плунжер которого снабжен штоком, установленным с возможностью взаимодействия с упором, расположенным в бесштоковой полости тандемного цилиндра. The improvement consists in the fact that the channel connecting the rod cavities of the tandem cylinder is made in the form of a cavity in its rod, in which the second non-return valve and the plunger pump are arranged sequentially to the first, the plunger of which is equipped with a rod mounted to interact with a stop located in the rodless cavity tandem cylinder.

Кроме этого, в плунжере насоса может быть выполнен канал, соединяющий полости штока тандемного цилиндра, расположенные по обе стороны плунжера, а первый обратный клапан расположен в канале плунжера. In addition, a channel can be made in the pump plunger connecting the cavity of the tandem cylinder rod located on both sides of the plunger, and the first check valve is located in the plunger channel.

Выполнение канала, соединяющего штоковые полости, в виде полости в штоке тандемного цилиндра и расположение в ней обратного клапана, плунжерного насоса и второго обратного клапана позволяет обеспечить компенсацию утечек жидкости из замкнутого гидравлического контура за счет подачи жидкости из одной гидравлической полости цилиндра в другую, принадлежащую замкнутому гидравлическому контуру. The implementation of the channel connecting the rod cavity, in the form of a cavity in the rod of the tandem cylinder and the location of the check valve, plunger pump and the second check valve in it, can provide compensation for fluid leaks from the closed hydraulic circuit by supplying fluid from one hydraulic cavity of the cylinder to another, belonging to the closed hydraulic circuit.

Снабжение плунжера насоса штоком, установленным с возможностью взаимодействия с упором, расположенным в бесштоковой полости тандемного цилиндра, позволяет обеспечить движение плунжера насоса, а следовательно и подачу жидкости в замкнутый гидравлический контур при взаимодействии штока с упором, которое происходит только при нехватке жидкости в полости тандемного цилиндра, входящей в замкнутый гидравлический контур. Providing the pump plunger with a rod installed that can interact with a stop located in the rodless cavity of the tandem cylinder allows the pump plunger to move and, consequently, supply fluid to a closed hydraulic circuit when the rod interacts with the stop, which occurs only when there is no fluid in the tandem cylinder cavity entering a closed hydraulic circuit.

Выполнение в плунжере насоса канала, соединяющего полости штока тандемного цилиндра, расположенные по обе стороны плунжера, и расположение первого обратного клапана в канале плунжера позволяет рационально использовать объем плунжера, повысить технологичность привода и его эксплуатационные характеристики (удобство сборки и ремонта). The execution in the pump plunger of a channel connecting the cavity of the tandem cylinder rod located on both sides of the plunger, and the location of the first check valve in the plunger channel allows rational use of the plunger volume, increase the drive manufacturability and its operational characteristics (ease of assembly and repair).

Таким образом, в предлагаемом приводе происходит подача жидкости из открытого гидравлического контура в замкнутый только при ее нехватке в последнем, при этом к клапану необходимо приложить усилие, достаточное только для преодоления усилия пружин клапанов, а перепад давлений при компенсации утечек из замкнутого гидравлического контура определяется перепадом давлений в гидравлических полостях тандемного цилиндра. Thus, in the proposed actuator, fluid is supplied from an open hydraulic circuit to a closed one only when there is a lack of it in the latter, while the valve needs to be applied with a force sufficient only to overcome the force of the valve springs, and the pressure drop when compensating for leaks from the closed hydraulic circuit is determined by the differential pressure in the hydraulic cavities of the tandem cylinder.

Изобретение объясняется чертежом, где на фиг. 1 показан общий вид заявляемого гидравлического привода, на фиг.2 - уравновешивающий тандемный цилиндр с системой компенсации утечек, в плунжере которой расположен клапан. The invention is explained in the drawing, where in FIG. 1 shows a General view of the inventive hydraulic actuator, figure 2 is a balancing tandem cylinder with a leakage compensation system, in the plunger of which there is a valve.

Привод содержит рабочий цилиндр 1, разделенный поршнем 2 на бесштоковую 3 и штоковую 4 полости, и уравновешивающий тандемный цилиндр 5 со штоком 6, с закрепленными на его концах поршнями 7 и 8, расположенными по обе стороны перемычки 9. Перемычка 9 и поршни 7 и 8 делят тандемный цилиндр 5 на четыре полости 10, 11, 12, 13. Штоковые полости 10 и 11 заполнены жидкостью, при этом полость 10 входит в открытый гидравлический контур, т.к. трубопроводом 14 через гидрораспределитель 15 (в положении, показанном на фиг.1) соединена с насосной станцией 16. Другое положение гидрораспределителя 15 (на чертеже не показано) обеспечивает соединение полости 10 со сливом 17. Штоковая полость 11 трубопроводом 18 соединена со штоком полостью 4 рабочего цилиндра 1 и образует замкнутый гидравлический контур привода. The drive contains a working cylinder 1, divided by a piston 2 into rodless 3 and rod 4 cavities, and a balancing tandem cylinder 5 with a rod 6, with pistons 7 and 8 fixed on its ends, located on both sides of the jumper 9. Jumper 9 and pistons 7 and 8 divide the tandem cylinder 5 into four cavities 10, 11, 12, 13. The rod cavities 10 and 11 are filled with liquid, while the cavity 10 is included in an open hydraulic circuit, because the pipeline 14 through the valve 15 (in the position shown in figure 1) is connected to the pump station 16. Another position of the valve 15 (not shown) provides a connection of the cavity 10 with the drain 17. The rod cavity 11 of the pipe 18 is connected to the rod cavity 4 of the working cylinder 1 and forms a closed hydraulic drive circuit.

Канал, соединяющий штоковые полости 10 и 11 тандемного цилиндра 5, выполнен в виде полости 19 в штоке 6, соединенной сверлениями 19' и 19'' соответственно с полостями 10 и 11. В полости 19 расположена система компенсации утечек жидкости из замкнутого гидравлического контура (полость 4, трубопровод 18, полость 11). Эта система содержит обратный клапан 20, плунжерный насос (плунжер 21, цилиндр насоса в приведенном варианте образован полостью 19 в штоке 6) и второй обратный клапан 22. Плунжер 21 снабжен штоком 23, установленным с возможностью взаимодействия с упором (в приведенном варианте упором служит крышка 24 цилиндра 5), расположенным в бесштоковой полости 13 тандемного цилиндра 5. Полость 12 цилиндра 5 трубопроводом 25 соединена с емкостью 26 со сжатым газом. Шток 27 цилиндра 1 муфтой 28 связан с устьевым штоком 29. The channel connecting the rod cavities 10 and 11 of the tandem cylinder 5 is made in the form of a cavity 19 in the rod 6 connected by drills 19 'and 19' ', respectively, with cavities 10 and 11. In the cavity 19 there is a system for compensating for fluid leaks from a closed hydraulic circuit (cavity 4, pipeline 18, cavity 11). This system contains a non-return valve 20, a plunger pump (plunger 21, the pump cylinder in the above embodiment is formed by a cavity 19 in the stem 6) and a second non-return valve 22. The plunger 21 is equipped with a stem 23, which is installed to interact with the stop (in the given embodiment, the stop serves as a cover 24 of the cylinder 5) located in the rodless cavity 13 of the tandem cylinder 5. The cavity 12 of the cylinder 5 is connected by a pipe 25 to a container 26 with compressed gas. The rod 27 of the cylinder 1 with a clutch 28 is connected with the wellhead rod 29.

Поршневая полость 3 цилиндра 1 трубопроводом 30 через гидрораспределитель 15 соединена с насосной станцией 16 или трубопроводом 17 на слив в емкость 31. Насосная станция 16 соединена с гидрораспределителем 15 трубопроводом 32. The piston cavity 3 of the cylinder 1 is connected by a pipe 30 through a valve 15 to a pump station 16 or pipe 17 to drain into a container 31. A pump station 16 is connected to a valve 15 by a pipe 32.

В варианте на фиг.2 в плунжере 21 выполнен канал 33, соединяющий полости 19а и 19б штока, расположенные по обе стороны плунжера 21. В канале 33 расположен клапан 20. In the embodiment of FIG. 2, a channel 33 is made in the plunger 21, connecting the rod cavities 19a and 19b located on both sides of the plunger 21. A valve 20 is located in the channel 33.

Работа гидропровода происходит следующим образом. The operation of the hydraulic pipe is as follows.

Перед началом работы поршень 2 рабочего цилиндра 1 и поршни 7 и 8 тандемного цилиндра 5 находятся в нижнем (по чертежу) положении, при этом полости 10 и 11 тандемного цилиндра 5 заполнены жидкостью, а полость 12 и емкость 26 - сжиженным газом. Давление этого газа передается на поршень 8, затем - на жидкость в полости 11 и через трубопровод 18 - на жидкость в полости 4 рабочего цилиндра 1 и на поршень 2 этого цилиндра, уравновешивая вес самого поршня 2, штока 27, устьевого штока 29 и колонны штанг скважинного насоса (на чертеже не показано). Before starting work, the piston 2 of the working cylinder 1 and the pistons 7 and 8 of the tandem cylinder 5 are in the lower (according to the drawing) position, while the cavities 10 and 11 of the tandem cylinder 5 are filled with liquid, and the cavity 12 and the container 26 are filled with liquefied gas. The pressure of this gas is transmitted to the piston 8, then to the liquid in the cavity 11 and through the pipe 18 to the liquid in the cavity 4 of the working cylinder 1 and to the piston 2 of this cylinder, balancing the weight of the piston 2, rod 27, wellhead rod 29 and rod string well pump (not shown in the drawing).

При подаче жидкости от насосной станции 16 по трубопроводу 32 через гидрораспределитель 15 (находящийся в положении, указанном на чертеже) по трубопроводу 14 в полость 10, поршень 7 поднимается и через шток 6 тянет за собой поршень 8, который по трубопроводу 18 вытесняет жидкость из полости 11 тандемного цилиндра 5 в полость 4 рабочего цилиндра 1. Под давлением этой жидкости поршень 2 рабочего цилиндра 1 поднимается и тянет за собой шток 27, который муфтой 28 связан с устьем штоком 29, соединенным с колонной штанг скважинного насоса. При достижении поршнем 2 крайнего верхнего положения срабатывает переключатель (на чертеже не показан), переводя гидрораспределитель 15 в левое (по чертежу) положение, при этом в работу включается правая (по чертежу) половина гидрораспределителя 15. Жидкость от насосной станции 16 по трубопроводу 32 через гидрораспределитель 15 и трубопровод 30 поступает в полость 3 рабочего цилиндра 1, вследствие чего поршень 2 двигается вниз вместе со штоком 27, устьевым штоком 29 и колонной штанг скважинного насоса. Жидкость из полости 4 рабочего цилиндра по трубопроводу 18 перетекает в полость 1 тандемного цилиндра 5, оказывая давление на поршень 8, который движется вниз и тянет за собой поршень 7, который в свою очередь вытесняет жидкость из полости 10 тандемного цилиндра 5 по трубопроводу 14 через гидрораспределитель 15 и трубопровод 17 на слив в емкость 31. При движении штока 6 с поршнями 7 и 8 вверх (при подаче жидкости от насосной станции 16 в полость 10) жидкость воздействует на клапан 20 и, преодолевая усилие его пружины 34, открывает клапан 20 и поступает в полость штока 6 между плунжером 21 и вторым обратным клапаном 22. При нехватке жидкости в замкнутом гидравлическом контуре, а следовательно и в полости 11, величина хода (вверх по чертежу) поршня 8, а следовательно и поршня 7 и штока 6 увеличивается, и шток 23 плунжера 21 упирается в крышку 24 и останавливается. При дальнейшем движении вверх штока 6 последний перемещается относительно плунжера 21, создавая давление в полости 19а между плунжером 21 и клапаном 22. Под действием этого давления закрывается клапан 20 и открывается клапан 22, преодолевая усилие пружины 35. Жидкость через сверления 19'' поступает в полость 11 замкнутого гидравлического контура. При заполненном замкнутом гидравлическом контуре и ходе вверх штока 6 с поршнями 7 и 8 шток 23 не упирается в крышку 24, плунжер 21 не перемещается относительно штока 6 и подпитки жидкости не происходит. When supplying fluid from the pumping station 16 through a pipe 32 through a valve 15 (located in the position indicated in the drawing) through a pipe 14 into the cavity 10, the piston 7 rises and through the rod 6 pulls a piston 8, which displaces the liquid from the cavity through the pipe 18 11 of the tandem cylinder 5 into the cavity 4 of the working cylinder 1. Under pressure of this fluid, the piston 2 of the working cylinder 1 rises and pulls the stem 27, which is connected by a clutch 28 to the mouth of the rod 29 connected to the rod string of the well pump. When the piston 2 reaches its extreme upper position, a switch is activated (not shown in the drawing), moving the control valve 15 to the left (according to the drawing) position, while the right (according to the drawing) half of the control valve 15 is turned on. The fluid from the pumping station 16 through pipeline 32 through the control valve 15 and the pipe 30 enters the cavity 3 of the working cylinder 1, as a result of which the piston 2 moves down together with the rod 27, the wellhead rod 29 and the rod string of the downhole pump. The liquid from the cavity 4 of the working cylinder through the pipe 18 flows into the cavity 1 of the tandem cylinder 5, exerting pressure on the piston 8, which moves down and pulls the piston 7, which in turn displaces the liquid from the cavity 10 of the tandem cylinder 5 through the pipe 14 through the valve 15 and the pipe 17 to drain into the tank 31. When the rod 6 with the pistons 7 and 8 moves up (when the fluid is supplied from the pump station 16 to the cavity 10), the fluid acts on the valve 20 and, overcoming the force of its spring 34, opens the valve 20 and enters in stripes the rod 6 between the plunger 21 and the second non-return valve 22. If there is a lack of fluid in the closed hydraulic circuit, and therefore in the cavity 11, the stroke (upwards) of the piston 8, and therefore the piston 7 and the rod 6 increases, and the rod 23 the plunger 21 abuts against the cover 24 and stops. With further upward movement of the stem 6, the latter moves relative to the plunger 21, creating a pressure in the cavity 19a between the plunger 21 and the valve 22. Under the influence of this pressure, the valve 20 closes and the valve 22 opens, overcoming the force of the spring 35. The fluid through the drilling 19 "enters the cavity 11 closed hydraulic circuit. When the closed hydraulic circuit is filled and the rod 6 with pistons 7 and 8 moves upward, the rod 23 does not abut against the cover 24, the plunger 21 does not move relative to the rod 6, and liquid is not charged.

Таким образом система компенсации утечек срабатывает только в случае необходимости подпитки жидкости в замкнутый гидравлический контур, а подпитку осуществляют из одной полости 10 тандемного цилиндра 5, принадлежащей открытому гидравлическому контуру, в другую 11, принадлежащую замкнутому гидравлическому контуру. Thus, the leakage compensation system is activated only if it is necessary to replenish the liquid in a closed hydraulic circuit, and recharge is carried out from one cavity 10 of the tandem cylinder 5, which belongs to the open hydraulic circuit, to another 11, which belongs to the closed hydraulic circuit.

Claims

1. The hydraulic drive of the lifting device, comprising a working cylinder and a balancing tandem cylinder with a rod with pistons at its ends, installed with the formation of four cavities, one of which forms a closed hydraulic circuit with the rod cavity of the working cylinder, and a leakage compensation system from this circuit, containing a plunger pump and two check valves, one of which is installed in the channel connecting the rod cavity of the tandem cylinder, characterized in that the channel connecting the rod cavity of the tandem a lot of the cylinder is made in the form of a cavity in its rod, in which the second non-return valve and a plunger pump are located in series with the first, the plunger of which is equipped with a rod installed to interact with a stop located in the rodless cavity of the tandem cylinder.

2. The drive according to claim 1, characterized in that a channel is made in the pump plunger connecting the cavity of the tandem cylinder rod located on both sides of the plunger, and the first check valve is located in the plunger channel.