CN104141597A - 风光电互补气动液力游梁式提水系统及提水机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风光电互补气动液力游梁式提水系统及提水机，属于泵水技术领域。气动液力游梁式提水机包括：游梁、气液动力装置和第一活塞泵，其中，游梁的第一端设置有第一驴头，气液动力装置包括储气容器、管路、设置在管路第一端的第一容器以及设置在管路第二端的第二容器，其中，第一容器和第二容器通过管路液体连通，并分别通过第一电磁换向阀和第二电磁换向阀与储气容器相连；第一驴头通过钢丝与第一活塞泵相连。本发明提供的气动液力游梁式提水机，构造大大降低。另外，本发明提供的活塞式水泵与抽油泵或者潜水泵或是离心泵相比，构造更加简单，而且不需要电力，不需要防腐，更加耐用，更加节能。

Description

风光电互补气动液力游梁式提水系统及提水机

技术领域

一种风光电互补气动液力游梁式提水系统及提水机，属于泵水技术领域。

背景技术

传统的抽水或者抽油机是用电或内燃机驱动抽油泵或者潜水泵或是离心泵来达到提水抽油的目的，耗费能源、不节能、设备维修率高。

为克服传统的抽水机或者抽油机耗费电能、不节能的缺点，发明人刘典军于2011年12月19日向中国国家知识产权局提交了申请号为201110424372.3的中国发明专利申请，如图4所示，该发明专利申请提供了一种气动油田抽油机系统，其包括多台气动抽油机，每台气动油田抽油机包括底座101，安装在底座上的支架，支架上安装有轴承座103，游梁104安装在轴承座103上，驴头105安装在游梁104一端，悬绳器106安装在驴头105上，游梁104两端分别安装有流线型的腔体107，在游梁104中安装有连接两腔体107的管路，管路和腔体107连通成一个密封腔，密封腔内充满流体物质，每个腔体7内安装有气囊，气囊设置有进气通道和出气通道，进气通道和出气通道与换向滑阀8连接，换向滑阀8的进气口与气源相连；用来控制管路两边腔体中的气囊的进气和出气的两个换向滑阀分别安装在管路靠近中心的位置的两边，换向滑阀为凸轮控制的行程滑阀，其行程控制端位于凸轮的外侧，其特征在于，支架102上还安装有两个弧形凸轮109，两个弧形凸轮109分别安装在以轴承座103为圆心的圆周上225°和315°位置；工作时，压缩空气源通过三通接头总管分别接入第1台气动油田抽油机的两个换向滑阀的进气口，其中处于315°位置的换向滑阀被安装在机架上的315°位置的弧形凸轮打开，换向滑阀动作，进气通道开启，出气通道关闭，压缩空气充入处于315°位置的腔体中的气囊中，气囊膨胀，流体物质被挤压到处于135°位置的腔体中，与此同时，135°位置的换向滑阀处于常开状态，进气通道关闭，出气通道打开，通过相应的管路，循环到第2台气动油田抽油机中315°位置的腔体中的气囊中，第2台气动油田抽油机做功后再循环到第3台气动油田抽油机，以此类推，向下循环。

但是该发明专利申请的缺点是游梁两端的流线性腔体内设置有气囊，而为了提供动力，需要利用压缩空气不停地给气囊充气，并需要不停地将气囊内的压缩空气排出，气囊经多次膨胀和收缩后，弹力降低，寿命缩短。

发明内容

为克服现有技术中存在的缺点，本发明的发明目的是提供一种结构更加简单，构造更加容易的气动液力游梁式提水机及风光电互补气动液力游梁式提水系统。

为实现所述发明目的，本发明提供一种气动液力游梁式提水机，包括游梁、气液动力装置和第一活塞泵，其中，游梁的第一端设置有第一驴头，气液动力装置包括管路、设置在管路第一端的第一容器以及设置在管路第二端的第二容器，其中，第一容器和第二容器通过管路液体连通，并分别通过第一电磁换向阀和第二电磁换向阀与压缩空气源相连；第一驴头通过钢丝与第一活塞泵相连。

为实现所述发明目的，本发明还提供一种气动液力游梁式提水机，其包括：游梁、气液动力装置和第一活塞泵，其中，游梁的第一端设置有第一驴头，气液动力装置包括2个管路、2个第一容器和2个第二容器，2第一容器和2第二容器分别通过一个管路液体连通；第一驴头通过钢丝与第一活塞泵相连；第一个第一容器和第二个第二容器分别通过电磁换向阀与压缩空气源相连；第二个第一容器与第一个第二容器通过两个换向阀相连。

优选地，气动液力游梁式提水机还包括第二活塞泵，游梁的第二端还设置有第二驴头，第二驴头通过钢丝与第二活塞泵相连。

优选地，活塞泵包括泵体、活塞和拉杆，其中，活塞置于泵体内，活塞的中央与拉杆相连，拉杆用于与钢丝相连。

优选地，钢丝通过滑轮活塞泵相连。

为实现所述发明目的，本发明还提供一种风光电互补气动液力游梁式提水系统，其包括制气装置和气动液力游梁式提水机，其中，制气装置可以通过风能、太阳能和/或电制取压缩空气，并将压缩空气提供给气动液力游梁式提水机，所述动液力游梁式提水机为上述任一的提水机。

优选地，风光电互补气动液力游梁式提水系统，还包括气动水力势能发电装置，所述气动水力势能发电装置还利用压缩空气进行发电

与现有技术相比，本发明中设置在游梁两端的容器内没有设置气囊，仅利用压缩空气驱动容器内的液体，利用两容器内液体的重力变化从而提供动力，构造成本大大降低。另外，本发明提供的活塞式水泵与抽油泵或者潜水泵或是离心泵相比，构造更加简单，而且不需要电力，不需要防腐，更加耐用，更加节能。

附图说明

图1是本发明提供的风光互补制气系统的示意图；

图2是本发明提供的气动水力势能发电系统的示意图；

图3是本发明提供的气动液力游梁提水系统的示意图；

图4是现有技术中提供的气动油田抽油机系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明。

图1是本发明提供的风光互补制气系统的示意图。如图1所示，本发明提供的风光互补制气系统包括：光伏制气装置、风能制气装置和/或低压电制气装置和储气容器，其中，光伏制气装置包括太阳能电池板1和空气压缩机2，所述太阳能电池板1将光能转换为电能以驱动空气压缩机２，空气压缩机２将常压空气进行压缩，经单向阀３通过气路存储到储气容器中，所述储气容器为储气井5或储气罐6。风能制气装置包括支架8、风力机７和风力空气压缩机，风力机设置在支架8之上，风力机用于将风能转换为机动能以驱动风力空气压缩机，风力空气压缩机将常压空气进行压缩，经单向阀17通过气路存储到储气容器中。低压电制气装置包括电力空气压缩机15，其经交流接触器12通过电缆10连接于电网9; 电力空气压缩机15将常压空气进行压缩，经单向阀16通过气路存储到储气容器中。储气容器通过单向阀19,经气管20向外提供压缩空气。

本发明提供的风光互补制气系统还包括控制PLC控制器14，储气容器内设置有压力传感器18，压力传感器18用于探测储气容器的气压，并将气压信号转换为电信号而后传送给PLC控制器14。光伏电池板的输出端设置有电流电压检测器（图中未示），其用于探测光伏电池板输出的电流和电压；并将该电流电压信号传送给光伏电池控制器（图中未示）。风能制气装置还包括风向和风速传感器（图中未示），以将探测系统所处环境的风速和风向，并将风速和风向信号转换为电信号而后传送给风力机控制器。当压力传感器探测到储气容器内的风压小于设定值时，PLC控制器先给光伏电池控制器、风力机控制提供指令，如果光伏电池控制器反馈的信号表明光伏电池输出的功率低于设定值，则给风力机控制提供指令，如果风力机控制器反馈的信号表明风速小于设定值，则给交流接触器提供指令，交流接触器使电力空气压缩机与电网接通，以将常压空气进行压缩以使储气容器内的压强达到设定值。另外，电网经变压器还给PLC控制器、光伏电池控制器和风力机控制器提供电能，以维持它们正常工作。

图2是本发明提供的气动水力势能发电系统的示意图。如图2所示，气动水力势能发电系统的整体结构由气囊式水泵25、水轮发电机33和用于盛放水的容器49，其中气囊式水泵25包括储水罐和气囊，水轮发电机33包括第一叶轮34、第二叶轮39、容纳第一叶轮的蜗壳41和容纳第二叶轮的蜗壳40，气囊通过电磁换向阀22和压缩空气源相连；储水罐分别与容纳第一叶轮34的蜗壳41的出水口和容纳第二叶轮39的蜗壳40的进水口相连；容器49分别与容纳第一叶轮34的蜗壳41的进水口和容纳第二叶轮39的蜗壳40的出水口相连。气动水力势能发电系统运行的时候，PLC38控制系统根据写入的程序，通过控制线缆37控制电磁换向阀22开启，再通过控制线缆36开启上水电动阀35，储气罐6里面0.8兆帕的压缩空气经过单向阀19、总进气管20通过电磁换向阀22接入到气囊水泵25里面。0.8兆帕的压缩空气充入到第1容器里面的气囊中，气囊膨胀，第一容器里面的水被气囊挤压通过总出水管26上水管27，和已经开启的上水电动阀35冲击蜗壳40里面的第二叶轮39，第二叶轮39带动水轮发电机33的轮子旋转，而后发出电能；然后通过上水单向阀44进入位于60米高出的容器49里面；当气囊水泵25里面的水都被挤压到容器49里面的时候，电磁换向阀22换向，上水电动阀35关闭，PLC38通过控制线缆45开启下水电动阀42，水就会冲击蜗壳41里面的第一叶轮34，第一叶轮34带动水轮发电机33的轮子旋转，而后发出电能；接着通过下水管道43、下水单向阀28流回到气囊水泵25里面，因为容器49高于气囊泵60米，所以容器49里面的水就可以加压气囊里面的压缩空气到0.6兆帕，然后再通过电磁换向阀22的放气端口，经过出气单向阀23充入到储气罐29里面，然后再经过单向阀30出气管31供给气动液力游梁提水系统进行提水作业。然后再重复上述的过程，水轮发电机33就可以源源不断的发出电来。水轮发电机上的飞轮32是储能稳速的，太阳能电池板48给蓄电池47充电，蓄电池47给PLC38控制系统供电。

图3是本发明提供的气动液力游梁提水系统的示意图。如图3所示，气动液力游梁提水系统包括支架100、游梁83、气液动力装置和第一活塞泵和第二活塞泵，其中，游梁83的中心部分设计有主轴，主轴两边分别用轴承瓦座86固定安装在支架100上部的平台上，游梁83的两头设计安装有同等规格、同等重量的驴头82和87，驴头上都设计有吊拉钢丝绳91和99。气液动力装置包括２个设置安装在游梁83的两侧的管路80和81，用法兰盘垂直设置在管路80两头的容器79和容器90；用法兰盘垂直设置在管路81两头的容器78和容器89；容器79上部设计有进出气口，进出气口通过进气管路77与三位二通电磁换向阀63的充气口相连；容器78上部设计有进出气口，进出气口通过进气管路75与三位二通电磁换向阀64的充气口相连；容器90上部设计有进出气口，进出气口通过进气管路73与三位二通电磁换向阀65的充气口相连；容器89上部设计有进出气口，进出气口通过进气管路71与三位二通电磁换向阀66的充气口相连；三位二通电磁换向阀63的进气口与通过管路31与气源相连，排气口依次经管路59、单向阀58、管路56与储气容器55相连。三位二通电磁换向阀64的进气口通过管路61与三位二通电磁换向阀65的排气口相连，排气口通过管路62与三位二通电磁换向阀65的进气口相连。三位二通电磁换向阀65的进气口通过管路62与三位二通电磁换向阀64的排气口相连，排气口通过管路61与三位二通电磁换向阀64的进气口相连。三位二通电磁换向阀66的进气口通过管路31与气源相连，排气口依次经管路60、单向阀58通过管路56、管路56与储气容器55相连。储气容器55连接于增压泵67，增压泵67将储气容器55余压气体继续增压并通过管路69存储到储气罐29中。四个容器78、79、89和90均为圆筒形，也可以为其它形状，它们的体积、重量和形状完全相同。

支架100上部两侧安装有空气弹簧96和92，用来实现游梁83下行时候的势能的储能和缓冲。支架100上部的平台靠下一点的地方的两侧分别安装有感应开关88和95，用来感知游梁83的上行和下行的位置来输出信号给PLC50，然后PLC50通过控制线路分别控制电磁换向阀的开启和关闭，使容器充气或放气，使气动液力游梁式抽水机运行抽水。

空气弹簧92和96里面的空气，会在每次游梁下行的时候分别被压缩，其中空气弹簧92里面被压缩的压缩空气会通过管路93和单向阀94汇入管路101，其中空气弹簧96里面被压缩的压缩空气会通过管路97和单向阀98也汇入管路101，然后再通过总管路69也充入到储气罐29当中，以达到压缩空气循环利用的目的。两个活塞式水泵104和111有两种安装方式，第一种可以垂直安装于驴头82和87的下方的井里或是江、河、湖泊等有水的地方，如果井口的距离和双驴头82和87的位置不对应，就可以选择第二种安装方式，用滑轮来改变井口的距离，来适用于双驴头的运行。

活塞式水泵104的上部是装水的容器103，下部是圆柱型泵体104，泵体里面设计安装有活塞106，活塞106上部设计有单向阀105，活塞106用提杆102牵引，泵体104下部安装有进水单向阀107，活塞式水泵111的结构和104是一样的，上部是装水的容器109，下部是圆柱型泵体111，泵体里面设计安装有活塞113，活塞113上部设计有单向阀112，活塞113用提杆109牵引，泵体111下部安装有进水单向阀114。

气动液力游梁提水系统的工作过程如下：

首先给容器89、90以及管路81、80充满水或是其他液体，此时游梁提水机的两边的容器78、79没有水，89、90里面有水，重心逆变，容器89、90由于水的重力带动游梁83偏转，驴头87下行，此时活塞泵111在进入水里的时候，由于水的浮力使进水单向阀114开启，水进入泵体。驴头87下行时，活塞泵111里面的活塞113由于提杆109的自重沿着泵体往下滑动，泵体下部的进水单向阀114关闭，活塞上部的单向阀112由于水的冲力打开，水进入到活塞113上部。启动提水机，储气罐29里面的压缩空气通过单向阀30和气管31接入到电磁换向阀63和电磁换向阀66的进气端口，当游梁83带动驴头87下行靠近感应开关88的时候，感应开关88通过控制线缆85输出信号给PLC50，PLC50给三位二通换向阀63、三位二通换向阀64、三位二通换向阀65和三位二通换向阀66提供信号，使三位二通换向阀66的进气口与充气口接通，使三位二通换向阀65的进气口与充气口接通，使三位二通换向阀63的排气口与充气口接通，使三位二通换向阀64的排气口与充气口接通，压缩空气通过管路71充入到容器89里面，容器89里面的水通过管路81被瞬间挤压到对面上行方向的容器78里面，同时容器78里面的空气被水加压，然后依次通过管路75、通过电磁换向阀64、管路62接入电磁换向阀65的进气端口，然后再经过管路73充入容器90里面，容器90里面的水通过管路80被瞬间挤压到对面上行方向的容器79里面，同时容器79里面的空气被水挤压依次通过管路77、换向阀63、管路59、出气单向阀57、总出气管56充入到回收储气罐55里面，此时容器89、90里面的水已经都被挤压到对面的容器78、79里面，重心逆变，游梁83带动驴头82从高处下行，而驴头87则变为上行，固定在驴头上的钢丝绳91就可以牵引提杆109拉动活塞113上行把水提上来，提水的同时下部进水单向阀114开启，水再次进入泵体，为下次提水做好准备。驴头82下行的时候，此时活塞泵104在进入水里的时候，由于水的浮力使进水单向阀107开启，水进入泵体。活塞泵104里面的活塞106由于提杆102的自重沿着泵体104往下滑动，泵体下部的进水单向阀107关闭，活塞106上部的单向阀105由于水的冲力打开，水进入到活塞106上部。当游梁83下行靠近感应开关95的时候，感应开关95通过控制线缆84输出信号给PLC50，PLC50给三位二通换向阀63、三位二通换向阀64、三位二通换向阀65和三位二通换向阀66提供信号，使三位二通换向阀66的排气口与充气口接通，使三位二通换向阀65的排气口与充气口接通，使三位二通换向阀63的进气口与充气口接通，使三位二通换向阀64的进气口与充气口接通，压缩空气通过进气管路77充入到容器79里面，容器79里面的水通过管路80被瞬间挤压到对面上行方向的容器90里面，同时容器90里面的空气被水加压，然后依次通过管73、电磁换向阀65管路61接入电磁换向阀64的进气端口，然后再经过管路75充入容器78里面，容器81里面的水通过管路81被瞬间挤压到对面上行方向的容器89里面，同时容器89里面的空气被水挤压通过管71、电磁换向阀66、管路60、出气单向阀58、总出气管56充入到回收储气罐55里面，回收储气罐55里面带有余压的压缩空气，通过出气管接入空气增压机67里面，增压后通过单向阀68和气管69充入到高压储气罐29里面。此时容器79、78里面的水已经都被挤压到对面的容器90、89里面，重心逆变，游梁83带动驴头87从高处下行，而驴头82则变为上行，固定在驴头82上的钢丝绳99就可以牵引提杆102拉动活塞106上行把水提上来，提水的同时下部进水单向阀107开启，水再次进入泵体104，为下次提水做好准备。就这样周而复始，双驴头提水机就可以通过充入的压缩空气源源不断的把水提上来，且高效节能。

本发明提供的气动液力游梁式提水系统的气液动力装置虽然以具有两个管路和四个容器为例进行了说明，本发明也可以以具有一个管路和两个容器来实现，气液动力装置包括管路、设置在管路第一端的第一容器和第一驴头以及设置在管路第二端的第二容器，其中，第一容器和第二容器通过管路液体连通，并分别通过第一电磁换向阀和第二电磁换向阀与高压空气源相连；第一驴头通过钢丝与第一活塞泵相连。

另外，也可以只使一个驴头通过带动一个活塞式水泵来进水，而另一个驴头用重物来代替。

本发明提供的这种风、光、电互补气动液力游梁式双驴头提水机也可以作为油田提油机用。在一些偏远的油田里安装这种风、光互补气动液力游梁式提水机就不需要架设电网了，只需要在油田里安装风力制气系统和太阳能制气系统来制取压缩空气，然后用储气罐，和钻探油井时遗留的一些不出油的废弃油井，作为储气井储存压缩空气，就可以组成一个压缩空气供气站，就可以稳定的给气动液力游梁式提油机供给压缩空气，来达到提油的目的。

以上结合附图详细说明了本发明的工作原理，但是具体实施方式仅是用于示范地说明本发明。说明书仅是用于解释权利要求书。但本发明的保护范围并不局限于说明书。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明批露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种气动液力游梁式提水机，其特征在于，包括游梁、气液动力装置和第一活塞泵，其中，游梁的第一端设置有第一驴头，气液动力装置包括管路、设置在管路第一端的第一容器以及设置在管路第二端的第二容器，其中，第一容器和第二容器通过管路液体连通，并分别通过第一电磁换向阀和第二电磁换向阀与压缩空气源相连；第一驴头通过钢丝与第一活塞泵相连。

2.根据权利要求1所述的气动液力游梁式提水机，其特征在于，还包括第二活塞泵，游梁的第二端还设置有第二驴头，第二驴头通过钢丝与第二活塞泵相连。

3.根据权利要求2所述的气动液力游梁式提水机，其特征在于，活塞泵包括泵体、活塞和拉杆，其中，活塞置于泵体内，活塞的中央与拉杆相连，拉杆用于与钢丝相连。

4.根据权利要求1-3任一所述的气动液力游梁式提水机，其特征在于，钢丝通过滑轮活塞泵相连。

5.一种气动液力游梁式提水机，其特征在于，包括：游梁、气液动力装置和第一活塞泵，其中，游梁的第一端设置有第一驴头，气液动力装置包括2个管路、2个第一容器和2个第二容器，第一容器和第二容器分别通过一个管路液体连通；第一驴头通过钢丝与第一活塞泵相连；第一个第一容器和第二个第二容器分别通过电磁换向阀与压缩空气源相连；第二个第一容器与第一个第二容器通过两个换向阀相连。

6.根据权利要求5所述的气动液力游梁式提水机，其特征在于，还包括第二活塞泵，游梁的第二端还设置有第二驴头，第二驴头通过钢丝与第二活塞泵相连。

7.根据权利要求6所述的气动液力游梁式提水机，其特征在于，活塞泵包括泵体、活塞和拉杆，其中，活塞的中央与拉杆相连，拉杆用于与钢丝相连。

8.根据权利要求5-7任一所述的气动液力游梁式提水机，其特征在于，钢丝通过滑轮和活塞泵相连。

9.一种风光电互补气动液力游梁式提水系统，其包括制气装置和气动液力游梁式提水机，其中，制气装置可以通过风能、太阳能和/或电制取压缩空气，并将压缩空气提供给气动液力游梁式提水机，所述动液力游梁式提水机为权利要求1-8任一所述的提水机。

10.根据权利要求9所述的风光电互补气动液力游梁式提水系统，还包括气动水力势能发电装置，所述气动水力势能发电装置还利用压缩空气进行发电。