Гидропривод глубинного штангового насоса

Устройство предназначено для использования в насосном оборудовании для добычи нефти. Гидропривод содержит гидроприводной цилиндр с поршнем и штоком для соединения поршня с колонной штанг глубинного насоса, емкость для рабочей жидкости и силовой насос. Система реверсирования включает взаимодействующие со штоком верхний и нижний выключатели и управляемый ими электромагнитный гидравлический переключатель, подающий рабочую жидкость для переключения гидрораспределителя. Гидропривод снабжен гидромотором с маховиком. Гидромотор подключен входом к емкости и к гидрораспределителю для подключения к подпоршневой полости гидроцилиндра в период движения поршня вниз, а выходом в линию подачи рабочей жидкости от силового насоса к гидрораспределителю. Для разгрузки гидросистемы в момент пуска электродвигателя силового насоса и ограничения максимального давления в гидросистеме при ее работе гидропривод снабжен предохранительным клапаном, установленным в линии, связывающей линию подачи рабочей жидкости от насоса к гидрораспределителю с линией возврата рабочей жидкости от насоса в емкость. Повышается надежность гидропривода, упрощается система компенсации нагрузок, исключаются утечки рабочей жидкости и увеличивается КПД. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к насосному оборудованию, применяемому для добычи нефти из буровых скважин.

Известна гидроприводная глубиннонасосная установка, гидропривод которой содержит коаксиально и вертикально установленные жестко соединенные между собой гидроприводной и пневмоуравновешивающий цилиндры с поршнями и полость, подключенную к пневмоуравновешивающему цилиндру и сообщающуюся с источником сжатого воздуха. Гидроприводной цилиндр через распределитель связан с силовым насосом и линией сброса. Кольцевая полость уплотнения полого поршня пневмоуравновешивающего цилиндра подключена к пневмогидроаккумулятору и сообщена с напорным маслопроводом [Авторское свидетельство СССР №1367620, МКИ⁷ F 04 B 47/02, 1987].

Основными недостатками известного гидропривода являются его сложная конструкция, обусловленная коаксиальным расположением поршней и снижающая его надежность, громоздкая система компенсации с источником сжатого воздуха и значительные утечки рабочей жидкости через уплотнения между цилиндрами.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является гидропривод глубинного штангового насоса, содержащий гидроприводной цилиндр с поршнем и штоком для соединения с колонной штанг глубинного насоса, емкость для рабочей жидкости, пневмогидроаккумулятор, силовой насос, трубопроводы, распределитель для попеременной подачи силовым насосом рабочей жидкости из емкости в надпоршневую и подпоршневую полости гидроприводного цилиндра и для возврата рабочей жидкости в емкость, систему реверсирования для изменения направления хода поршня, мультипликатор, у которого полость низкого давления через распределитель подключена к подпоршневой полости гидроприводного цилиндра для сообщения с ней при ходе поршня вниз, а полость высокого давления через обратный клапан подключена к пневмогидроаккумулятору и через второй обратный клапан и распределитель к надпоршневой полости гидроприводного цилиндра для сообщения с ней при ходе поршня вверх, и отсекатели потока, один из которых установлен в трубопроводе, сообщающем подпоршневую полость цилиндра с пневмогидроаккумулятором, а второй - в трубопроводе, сообщающем полость высокого давления мультипликатора с линией слива [Патент РФ №2241854, МКИ⁷ F 04 B 47/04, 2004].

Недостатком известного гидропривода является то, что нет баланса нагрузок при ходе поршня вверх и ходе вниз. В связи с этим в гидроприводе используется насос повышенной мощности. Не исключена возможность утечки рабочей жидкости.

Технической задачей, стоящей перед изобретением, является повышение надежности привода, упрощение системы компенсации нагрузок, исключение утечек рабочей жидкости и увеличение КПД глубинно-насосного оборудования.

Для решения поставленной технической задачи гидропривод глубинного штангового насоса, содержащий гидроприводной цилиндр с поршнем и штоком для соединения с колонной штанг глубинного насоса, емкость для рабочей жидкости, силовой насос, трубопроводы, гидрораспределитель для попеременной подачи рабочей жидкости силовым насосом из емкости в подпоршневую (штоковую) полость гидроприводного цилиндра или возврата рабочей жидкости от насоса в емкость и систему реверсирования для изменения направления хода поршня гидроцилиндра, включающую взаимодействующие со штоком верхний и нижний выключатели и управляемый ими электромагнитный гидравлический переключатель, подающий рабочую жидкость для переключения гидрораспределителя, дополнительно снабжен гидромотором с маховиком, подключенным входом к емкости и гидрораспределителю для подключения к подпоршневой полости гидроприводного цилиндра в период движения поршня вниз, а выходом в линию подачи рабочей жидкости от силового насоса к гидрораспределителю.

Для разгрузки гидросистемы в момент пуска электродвигателя и ограничения максимального давления в гидросистеме гидропривод глубинного штангового насоса снабжен предохранительным клапаном, установленным в линии, связывающей линию подачи рабочей жидкости от насоса к гидрораспределителю с линией возврата рабочей жидкости от насоса в емкость.

Изобретение поясняется чертежом, на котором дана схема гидропривода глубинного штангового насоса.

Гидропривод глубинного штангового насоса состоит из гидроцилиндра 1 с поршнем 2 и штоком 3, емкости 4 для рабочей жидкости, силового насоса 5, гидромотора 6 с маховиком 7, гидрораспределителя 8 и системы реверсирования, содержащей электромагнитный гидравлический переключатель 9.

Емкость 4 оборудована заливной горловиной, воздушным фильтром, электронагревателем и датчиками давления и температуры.

Силовой насос 5 подключен трубопроводом 10 к емкости 4 и трубопроводом 11 к гидрораспределителю 8. Через гидрораспределитель 8 силовой насос подключен либо к подпоршневой (штоковой) полости гидроцилиндра 1, либо к трубопроводу 12 для возврата рабочей жидкости в емкость 4.

Вход гидромотора 6 трубопроводом 13 с обратным клапаном 14 подключен к емкости 4, а трубопроводом 15 к гидрораспределителю 8, через который гидромотор подключен либо к трубопроводу 12, либо к подпоршневой (штоковой) полости гидроцилиндра 1. Выход гидромотора 6 подключен к трубопроводу 11, т.е. в линию подачи рабочей жидкости от силового насоса к гидрораспределителю.

В систему реверсирования (изменения направления) хода поршня 2, а с ним и штока 3 гидроприводного цилиндра 1, входят индуктивные бесконтактные выключатели 16 (верхний) и 17 (нижний), сигналы с которых поступают к электромагнитному гидравлическому переключателю 9, подающему рабочую жидкость (поступающую к нему через обратные клапаны 18 или 19) для переключения гидрораспределителя 9.

Для разгрузки гидросистемы в момент пуска электродвигателя 20 силового насоса и ограничения максимального давления в гидросистеме в трубопроводе 21, связывающем трубопровод 11, подающий рабочую жидкость от насоса 5 к гидрораспределителю 8, с трубопроводом 12, служащим для возврата рабочей жидкости от насоса в емкость 4, установлен предохранительный клапан 22.

Краны 23, 24 и 25 обеспечивают сохранность рабочей жидкости при замене элементов гидросистемы.

Для поддержания температуры в допустимых пределах служат воздушный теплообменник 26 и расположенный в баке 4 электронагреватель 27.

Очистка рабочей жидкости осуществляется напорным фильтром.

Датчики 28 и 29 давления и датчик 30 температуры предназначены для настройки и регулировки параметров системы, а также для контроля за работой гидропривода.

В исходном положении (электропитание отключено) поршень 2 со штоком 3 находится в нижнем положении, краны 23, 24 и 25 открыты.

Работа гидропривода начинается с включения электронной системы управления и ее самодиагностики. При отсутствии неисправности происходит запуск электродвигателя.

При пуске электродвигателя насоса 5 одновременно подается сигнал на электромагнит 31 гидропереключателя 9. При открытом предохранительном клапане 22 нагнетательная магистраль насоса 5 соединяется через открытый (выполняющий функцию разгрузочного клапана) клапан 22 и теплообменник 26 с емкостью 4. Такой пуск необходим для плавного включения электродвигателя и прогрева рабочей жидкости.

После включения электромагнита 32 клапана 22 выполняет только предохранительную функцию.

Рабочая жидкость (масло) из емкости 4 силовым насосом 5 через гидрораспределитель 8 поступает в штоковую полость гидроцилиндра 1 и поршень 2 со штоком 3 начинает движение вверх. Воздух и возможные утечки масла из надпоршневой полости гидроцилиндра вытесняются в емкость по трубопроводу 33.

При срабатывании верхнего индуктивного бесконтактного выключателя 16 электромагнит 31 отключается и одновременно включается электромагнит 34, переключая золотник гидропереключателя 9. Давление от насоса 5 через обратный клапан 18 и гидропереключатель 9 переключает золотник гидрораспределителя 8. поршень и шток под действием веса колонны насосных штанг начинает движение вниз. Масло из штоковой полости гидроцилиндра 1 через гидрораспределитель 8 поступает на вход гидромотора 6, закрывая при этом обратный клапан 14. На входе гидромотора создается давление, которое раскручивает вал гидромотора вместе с установленным на нем маховиком 7. Масло с выхода гидромотора 6 и насоса 5 через гидрораспределитель 8 поступает на слив в емкость 4.

При срабатывании нижнего выключателя 17 электромагнит 34 отключается и одновременно включается электромагнит 31, переключая золотник гидропереключателя 9. Давлением из штоковой полости гидроцилиндра 1 через обратный клапан 19 и гидропереключатель 9 производится переключение золотника гидрораспределителя 8. Масло от насоса 5 через гидрораспределитель 8 начинает поступать в штоковую полость гидроцилиндра 1. Гидромотор 6 за счет накопленной маховиком 7 энергии начинает работать в режиме насоса, при этом открывается клапан 14. Масло из гидромотора 6 через фильтр 35 и обратный клапан 36 соединяется с потоком масла от силивого насоса 5 и также поступает в штоковую полость гидроцилиндра 1, ускоряя подъем поршня 2 и штока 3.

При срабатывании верхнего выключателя 16 цикл работы гидросистемы повторяется.

По мере необходимости масло (рабочую жидкость) в емкость 4 доливают через горловину 37 с воздушным фильтром 38.

В работе гидропривода используется рекуперация энергии движения колонны насосных штанг вниз под действием силы тяжести в энергию маховика.

1. Гидропривод глубинного штангового насоса, содержащий гидроприводной цилиндр с поршнем и штоком для соединения с колонной штанг глубинного насоса, емкость для рабочей жидкости, силовой насос, трубопроводы, гидрораспределитель для попеременной подачи рабочей жидкости силовым насосом из емкости в подпоршневую полость гидроприводного цилиндра или возврата рабочей жидкости от насоса в емкость и систему реверсирования для изменения направления хода поршня, включающую взаимодействующие со штоком верхний и нижний выключатели и управляемый ими электромагнитный гидравлический переключатель, подающий рабочую жидкость для переключения гидрораспределителя, отличающийся тем, что он снабжен гидромотором с маховиком, подключенным входом к емкости и гидрораспределителю для подключения к подпоршневой полости гидроприводного цилиндра в период движения поршня вниз, а выходом в линию подачи рабочей жидкости от силового насоса к гидрораспределителю.

2. Гидропривод глубинного штангового насоса по п.1, отличающийся тем, что он снабжен предохранительным клапаном, установленным в линии, связывающей линию подачи рабочей жидкости от насоса к гидрораспределителю с линией возврата рабочей жидкости от насоса в емкость.