Гидравлический привод подъемного устройства
Изобретение относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, включающим гидравлические или пневматические средства и может быть использовано для приведения в действие скважинного штангового насоса, предназначенного для подъема жидкостей с больших глубин. Привод содержит рабочий цилиндр, поршень которого имеет узел соединения с подъемным устройством и узел аккумулирования энергии, содержащий маховик, соединенный с валом электродвигателя. Насос соединен с электродвигателем посредством выключаемой муфты, связанной с управляющими элементами, а узел аккумулирования энергии дополнительно содержит пневмоаккумулятор, соединенный с гидробаком, выполненным герметичным. Упрощается конструкция, повышаются надежность и экономичность. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, включающим гидравлические или пневматические средства, и может быть использовано для приведения в действие скважинного штангового насоса, предназначенного для подъема жидкостей с больших глубин.
Известны гидравлические приводы подъемного устройства (пат. RU №2061913, МПК6 F 15 B 1/02, опубл.10.06.96, пат. RU №2134360, МПК6 F 04 B 47/04, опубл.10.08.99), содержащие рабочий цилиндр и узел аккумулирования энергии, выполненный в виде уравновешивающего тандемного цилиндра с перемычкой и полым штоком с поршнями на его концах, установленными с образованием четырех полостей, одна из которых соединена с емкостью со сжатым газом, другая - с полостью рабочего цилиндра с образованием замкнутого гидравлического контура, и систему компенсации утечек из этого контура, содержащую плунжерный насос и обратный клапан, соединенный через гидрораспределитель с насосом или сливом.
Такие гидравлические приводы имеют сложную конструкцию, что объясняется сложностью уравновешивающего тандемного цилиндра и системы компенсации утечек. Кроме того, низок коэффициент полезного действия таких приводов, что объясняется потерей части энергии при сливе рабочей жидкости, находящейся под давлением в полости рабочего цилиндра, в бак с атмосферным давлением. Такие приводы недолговечны и неэкономичны, так как при их работе необходима постоянная работа насоса. Известны также гидравлические приводы скважинных штанговых насосов (Молчанов А.Г. Гидроприводные штанговые скважинные насосные установки. М.: Недра, 1982, стр.35, рис. 1.16, стр.102. 111.1, пат. US №5647208, МПК F 16 D 31/02, опубл.1997 г.), содержащий рабочий цилиндр, поршень которого имеет узел соединения с подъемным устройством и делит рабочий цилиндр на две полости, одна из которых через гидрораспределитель соединена с насосом, механически соединенным с электродвигателем, а гидравлически - с гидробаком, и узел аккумулирования энергии, содержащий маховик, соединенный с валом электродвигателя.
Такие приводы имеют более простую конструкцию узла аккумулирования энергии (в виде маховика на валу электродвигателя), но имеют менее надежную и более сложную конструкцию электродвигателя и насоса, который при ходе поршня рабочего цилиндра вниз работает как мотор. Кроме того, низок КПД преобразования энергии рабочей жидкости мотором, что снижает экономичность привода.
Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является гидравлический привод (пат. US №5647208, МПК F 16 D 31/02, опубл.1997 г.)
Задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности и экономичности гидравлического привода подъемного устройства.
Поставленная задача достигается усовершенствованием гидравлического привода подъемного устройства, содержащего рабочий цилиндр, поршень которого имеет узел соединения с подъемным устройством и делит рабочий цилиндр на две полости, одна из которых через гидрораспределитель соединена с насосом, механически соединенным с электродвигателем, а гидравлически - с гидробаком, и узел аккумулирования энергии, содержащий маховик, соединенный с валом электродвигателя, а также узел управления гидрораспределителем, содержащий два управляющих элемента, каждый из которых имеет возможность соединения с поршнем в соответствующем его крайнем положении.
Это усовершенствование заключается в том, что насос соединен с электродвигателем посредством выключаемой муфты, связанной с управляющими элементами, а узел аккумулирования энергии дополнительно содержит пневмоаккумулятор, соединенный с гидробаком, выполненным герметичным.
Кроме того, пневмоаккумулятор может быть соединен с компрессором.
Кроме того, насос может быть расположен в гидробаке.
Соединение насоса с электродвигателем посредством выключаемой муфты, связанной с управляющими элементами, обеспечивает возможность разъединения насоса от электродвигателя в зависимости от положения поршня рабочего цилиндра, что необходимо для отключения подачи рабочей жидкости в полость рабочего цилиндра при ходе его поршня вниз и обеспечения экономичного режима работы и возможности использования насоса простой, надежной конструкции.
Дополнительное снабжение узла аккумулирования энергии пневмоаккумулятором, соединенным с гидробаком, выполненным герметичным, обеспечивает дополнительное (кроме маховика) аккумулирование энергии при ходе поршня рабочего цилиндра вниз, необходимое для последующего движения поршня вверх. При этом за счет герметизации гидробака обеспечивается давление рабочей жидкости на входе насоса, что также повышает экономичность привода.
Соединение пневмоаккумулятора с компрессором обеспечивает возможность повышения давления в пневмоаккумуляторе и компенсации, таким образом, утечек рабочей жидкости из замкнутого гидравлического контура, образованного полостью рабочего цилиндра и гидробаком, с помощью простых средств.
Расположение насоса в гидробаке позволяет выполнить привод более компактным и исключить загрязнение окружающей среды в случае утечек из насоса.
Изобретение поясняется чертежом, где изображена принципиальная гидравлическая схема привода.
Гидравлический привод подъемного устройства содержит рабочий цилиндр 1, поршень 2 которого имеет узел соединения (в приведенном варианте шток 3 и муфту 4) с подъемным устройством (не показано, например, со скважинным штанговым насосом). Поршень делит рабочий цилиндр 1 на две полости 5 и 6, одна из которых - полость 5 трубопроводом 7 через гидрораспределитель 8 соединена с насосом 9. Насос 9 механически, посредством выключаемой муфты 10 соединен с электродвигателем 11, а гидравлически - с герметичным гидробаком 12. Привод содержит узел аккумулирования энергии - маховик 13, соединенный с валом электродвигателя 11, и пневмоаккумулятор 14, соединенный трубопроводом 15 с гидробаком 12. Привод также содержит узел управления гидрораспределителем 8, содержащий два управляющих элемента 16 и 17 (например, концевые выключатели), каждый из которых имеет возможность соединения (в приведенном варианте посредством штока 3 и муфты 4) с поршнем 2 в соответствующем его крайнем положении. Выключаемая муфта 10 связана с управляющими элементами 16 и 17. В приведенном варианте пневмоаккумулятор 14 соединен с компрессором 18, а насос 9 расположен внутри гидробака 12.
При подготовке к работе необходимо при нижнем положении поршня 2 заполнить гидробак 12 рабочей жидкостью, герметизировать его и соединить с пневмоаккумулятором 14, в котором находится сжатый газ (например, воздух). Разогнать маховик 13 электродвигателем 11 или дополнительным, переносным электродвигателем (не показан).
Работа привода происходит следующим образом.
При нижнем положении поршня 2 срабатывает управляющий элемент 16, который переводит гидрораспределитель 8 в левое положение, показанное на чертеже, при котором с насосом 9 через гидрораспределитель 8 соединена полость 5 рабочего цилиндра 1. Одновременно управляющий элемент 16 включает муфту 10, соединяя насос 9 с электродвигателем 11 и маховиком 13. Насос 9 преобразует энергию, создаваемую электродвигателем 11 и запасенную маховиком 13, увеличивая давление рабочей жидкости, находящейся в гидробаке 12 под давлением, создаваемым пневмоаккумулятором 14. Давление рабочей жидкости, создаваемое насосом 9 через гидрораспределитель 8 по трубопроводу 7 передается в полость 5 и поршень 2 перемещается вверх, перемещая шток и связанный с ним узел подъемного устройства (не показан). При достижении поршнем 2 крайнего верхнего положения срабатывает управляющий элемент 17, переводя гидрораспределитель 8 в правое по чертежу положение, при этом в работу включается левая часть гидрораспределителя 8 и полость 5 рабочего цилиндра 1 соединяется с гидробаком 12. Происходит реверс привода, выключение муфты 10, которая отключает насос 9 от электродвигателя 11. Электродвигатель 11 продолжает работать, разгоняя маховик 13 и запасая энергию. Поршень 2 движется вниз под действием веса штока 3 и соединенных с ним узлов подъемного устройства. Рабочая жидкость из полости 5 по трубопроводу 7 через гидрораспределитель 8 поступает в гидробак 12, сжимая газ в пневмоаккумуляторе 14. Таким образом, при движении поршня 2 вниз происходит аккумулирование энергии как маховиком 12, так и пневмоаккумулятором 14. При этом пневмоаккумулятор 14 позволяет за счет изменения давления газа регулировать величину запасенной энергии, что необходимо для выбора оптимального режима работы привода с конкретным подъемным устройством. При достижении поршнем 2 крайнего нижнего положения срабатывает управляющий элемент 16, переводя гидрораспределитель 8 в левое по чертежу положение, при этом в работу включается правая часть гидрораспределителя 8 и полость 5 рабочего цилиндра 1 соединяется с насосом 9. Происходит реверс привода. Утечки рабочей жидкости, возникающие из-за износа уплотняющих элементов, можно компенсировать увеличением давления газа в пневмоаккумуляторе 14 компрессором 18.
Таким образом, применение предлагаемого привода позволяет обеспечить экономичный режим работы за счет аккумулирования энергии как маховиком 12, так и пневмоаккумулятором 14, при этом используется насос 9 простой, надежной конструкции, который работает в экономичном режиме - только при движении поршня 2 вверх.
1. Гидравлический привод подъемного устройства, содержащий рабочий цилиндр, поршень которого имеет узел соединения с подъемным устройством и делит рабочий цилиндр на две полости, одна из которых через гидрораспределитель соединена с насосом, механически соединенным с электродвигателем, а гидравлически - с гидробаком, и узел аккумулирования энергии, содержащий маховик, соединенный с валом электродвигателя, а также узел управления гидрораспределителем, содержащий два управляющих элемента, каждый из которых имеет возможность соединения с поршнем в соответствующем его крайнем положении, отличающийся тем, что насос соединен с электродвигателем посредством выключаемой муфты, связанной с управляющими элементами, а узел аккумулирования энергии дополнительно содержит пневмоаккумулятор, соединенный с гидробаком, выполненным герметичным.
2. Гидравлический привод по п.1, отличающийся тем, что насос расположен в гидробаке.
