CN108397372A - 双腔交替供油式潜油电动隔膜泵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双腔交替供油式潜油电动隔膜泵，包括执行机构壳体，执行机构壳体内形成有四个相互独立的腔体，第一内腔和第二内腔分别通过连接管路与电磁换向阀前端的两个油口相连通，电磁换向阀后端的两个油口通过管路连接油泵；在所述电磁换向阀的作用下，油泵向第一内腔和第二内腔交替供应液压油，使第一内腔和第二内腔交替膨胀和收缩，导致第一外腔和第二外腔的容积发生变化，从而连续不断地将两个外腔的原油输送到采油管中。本发明能够实现连续工作，相比传统的隔膜柱塞泵而言，能够大幅度提高生产效率并降低能耗。
Description
本申请是申请日2016年1月29日，申请号2016100610853，发明名称为“双腔交替供油式潜油电动隔膜泵”的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种油田无杆采油设备，具体涉及一种双腔交替供油式潜油电动隔膜泵。
背景技术
目前低产油井已开始使用潜油电动隔膜泵。现有的潜油电动隔膜泵一般采用如图1所示的往复式柱塞泵形式，其工作原理为：凸轮推动隔膜并由弹簧将隔膜复位。往复柱塞式隔膜泵不同相位下凸轮和隔膜的工作状态如图2所示，从相位1开始经相位2至相位3为出油工作过程，从相位3开始经相位4回到相位1为进油(补油)过程，进油(补油)过程不出油工作。可以看出，其出油工作过程仅覆盖了半个动作周期，其出油量曲线如图3所示。
这种往复柱塞式隔膜泵，在使用过程中容易造成柱塞和凸轮机构的磨损，从而影响泵的使用寿命；更重要的是柱塞泵为往复运动，不能实现原油的连续排放，即其排量相对有限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种双腔交替供油式潜油电动隔膜泵，它可以明显提高使用寿命和生产效率。
为解决上述技术问题，本发明双腔交替供油式潜油电动隔膜泵的技术解决方案为：
包括执行机构壳体5，执行机构壳体5内形成有四个相互独立的腔体，即第一内腔、第二内腔、第一外腔、第二外腔；第一内腔和第二内腔分别通过连接管路与电磁换向阀10前端的两个油口相连通，电磁换向阀10后端的两个油口通过管路连接油泵12，第一内腔和第二内腔用于容纳液压油；第一外腔和第二外腔用于容纳原油；第一外腔通过第一进油通道与外界相连通，第一外腔通过第一排油通道与采油管相连通；第二外腔通过第二进油通道与外界相连通，第二外腔通过第二排油通道与采油管相连通；在所述电磁换向阀10的作用下，油泵12向第一内腔和第二内腔交替供应液压油，使第一内腔和第二内腔交替膨胀和收缩，导致第一外腔和第二外腔的容积发生变化，从而连续不断地将两个外腔的原油输送到采油管中。
所述执行机构壳体5内形成有两个相互独立的执行机构腔体，执行机构腔体内分别设置有胶囊8；所述第一内腔为第一胶囊8的胶囊内腔，第二内腔为第二胶囊8的胶囊内腔，第一外腔为第一胶囊8的胶囊外腔，第二外腔为第二胶囊8的胶囊外腔。
两个所述胶囊8的外壁分别设置有接触块7，胶囊8所在的执行机构腔体内壁上分别设置有与之对应的电磁开关触点6，电磁开关触点6通过信号线9与电磁换向阀10的控制器相连，并实现换向控制信号的输入；当其中一个胶囊8的接触块7与所对应的电磁开关触点6接触时，产生换向控制信号，换向控制信号通过信号线9传送给电磁换向阀10的控制器，控制器对电磁换向阀10发出控制信号，实现换向。
两个所述胶囊8的外壁通过连杆19实现连接；连杆19连接长臂摆杆20的前端，长臂摆杆20的后端位于电磁换向阀10的拨叉21内，拨叉21具有两端极限位置；连杆19能够带动长臂摆杆20的后端上下运动，从而在拨叉21的两端极限位置之间切换；两个胶囊8的交替胀缩引起连杆19在两个胶囊8的胶囊外腔之间串动，连杆19带动长臂摆杆20发生摆动，当长臂摆杆20的后端摆动到其中一端的极限位置时，能够拨动拨叉21，使电磁换向阀10实现换向。
所述执行机构壳体5内形成有腔体，腔体内设置有一弹性管8-1，弹性管8-1将执行机构壳体5的腔体分隔为三个独立的空间，即第一隔膜外腔5-1、第二隔膜外腔5-2和隔膜内腔；弹性管8-1内固定设置有一隔板8-2，隔板8-2将弹性管8-1所形成的隔膜内腔分隔为两个独立的空间，即第一隔膜内腔5-3和第二隔膜内腔5-4；所述第一内腔为第一隔膜内腔5-3，第二内腔为第二隔膜内腔5-4，第一外腔为第一隔膜外腔5-1，第二外腔为第二隔膜外腔5-2。
所述弹性管8-1的两外侧边缘分别设置有接触块7，第一隔膜外腔5-1、第二隔膜外腔5-2的内壁上分别设置有与之对应的电磁开关触点6，电磁开关触点6通过信号线9与电磁换向阀10的控制器相连，并实现换向控制信号的输入；当弹性管8-1的其中一侧的接触块7与所对应的电磁开关触点6接触时，产生换向控制信号，换向控制信号通过信号线9传送给电磁换向阀10的控制器，控制器对电磁换向阀10发出控制信号，实现换向。
所述弹性管8-1内穿设有连杆19，连杆19穿过隔板8-2，连杆19的一端固定连接第一隔膜内腔5-3的内壁，连杆19的另一端固定连接第二隔膜内腔5-4的内壁；连杆19连接长臂摆杆20的前端，长臂摆杆20的后端位于电磁换向阀10的拨叉21内，拨叉21具有两端极限位置；连杆19能够带动长臂摆杆20的后端上下运动，从而在拨叉21的两端极限位置之间切换；第一隔膜内腔5-3和第二隔膜内腔5-4的交替胀缩引起连杆19的串动，连杆19带动长臂摆杆20发生摆动，当长臂摆杆20的后端摆动到其中一端的极限位置时，能够拨动拨叉21，使电磁换向阀10实现换向。
所述执行机构壳体5的后端面与供油机构壳体11固定连接；供油机构壳体11形成一封闭的供油机构腔体，所述油泵12设置于供油机构腔体内；所述油泵12通过磁力联轴器连接设置于供油机构腔体外部的电机16；通过电机16实现对油泵12的动力驱动。
所述执行机构壳体5的后端固定连接驱动机构壳体15的前端，驱动机构壳体15形成一封闭的驱动机构腔体，电机16设置于驱动机构腔体内。
所述油泵12为齿轮泵或柱塞泵。
所述连接管路穿过执行机构壳体5的后端面；连接管路与执行机构壳体5的连接部设置有密封件，以使第一外腔、第二外腔与供油机构腔体互不连通。
所述供油机构壳体11与执行机构壳体5的连接部设置有密封件。
所述外界的原油经过过滤器3后再进入第一进油通道或第二进油通道。
所述第一排油通道和第二排油通道内分别设置有排油单向阀2。
所述第一进油通道和第二进油通道内分别设置有吸油单向阀4。
本发明可以达到的技术效果是：
本发明能够实现连续工作，相比传统的隔膜柱塞泵而言，能够大幅度提高生产效率并降低能耗。
本发明更耐用、更高效、更节能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有技术潜油电动隔膜泵的示意图；
图2是现有技术在不同相位下凸轮和隔膜的工作状态示意图；
图3是现有技术的出油量曲线图；
图4是本发明双腔交替供油式潜油电动隔膜泵的第一实施例电磁换向式双囊泵的示意图；
图5是本发明的第二实施例电磁换向式双囊泵的示意图；
图6是本发明的第三实施例电磁换向式双膜泵的示意图；
图7是图6中的A-A剖面图；
图8是本发明的第四实施例电磁换向式双膜泵的示意图；
图9是本发明双囊泵在不同相位下凸轮和隔膜的工作状态示意图；
图10是本发明双膜泵在不同相位下凸轮和隔膜的工作状态示意图；
图11是本发明的出油量曲线图。
图中附图标记说明：
1 为进出油集成阀体， 2 为排油单向阀，
3 为过滤器， 4 为吸油单向阀，
5 为执行机构壳体， 6 为电磁开关触点，
7 为接触块， 8 为胶囊，
9 为信号线， 10 为电磁换向阀，
11 为供油机构壳体， 12 为油泵，
13 为内磁体半联轴器， 14 为外磁体半联轴器，
15 为驱动机构壳体， 16 为潜油伺服电机，
17 为传动轴， 18 为补偿器，
19 为连杆， 20 为长臂摆杆，
21 为拨叉。
具体实施方式
本发明双腔交替供油式潜油电动隔膜泵，可以采用双囊泵或双膜泵。
如图4所示为双囊泵，包括执行机构壳体5、驱动机构壳体15，执行机构壳体5的后端固定连接驱动机构壳体15的前端；
执行机构壳体5内形成有两个相互独立的执行机构腔体，执行机构腔体内分别设置有胶囊8，胶囊8将执行机构腔体分为互不连通的胶囊内腔和胶囊外腔；即胶囊8的内部为胶囊内腔，胶囊8的外部为胶囊外腔；
驱动机构壳体15内固定设置有供油机构壳体11，供油机构壳体11将驱动机构壳体15的内腔分为供油机构腔体和驱动机构腔体；供油机构腔体与驱动机构腔体相互独立，互不连通；
供油机构壳体11与执行机构壳体5的后端面固定连接；且供油机构壳体11与执行机构壳体5的连接部设置有密封件，以使供油机构壳体11形成一封闭的供油机构腔体，以防止油泵12的液压油发生泄露而影响双囊泵的正常工作；
驱动机构腔体内设置有沿轴向延伸的传动轴17，传动轴17上固定设置有潜油伺服电机16，传动轴17的后端通过补偿器18实现支撑，传动轴17的前端通过轴承实现支撑；传动轴17的前端连接外磁体半联轴器14；
供油机构腔体内设置有油泵12，油泵12的后端连接内磁体半联轴器13；
油泵12可以为齿轮泵或柱塞泵；工作状态下将供油机构腔体内注满液压油，即使当供油机构壳体11内的油泵12因此长期使用而发生液压油泄露，也能够得到及时补充。
外磁体半联轴器14和内磁体半联轴器13组成磁力联轴器，且外磁体半联轴器14与内磁体半联轴器13被供油机构壳体11分隔开；
油泵12的前端通过管路连接电磁换向阀10后端的两个油口，电磁换向阀10前端的两个油口通过连接管路分别与两个胶囊8的胶囊内腔相连通；
电磁换向阀10与胶囊8之间的连接管路分别穿过执行机构壳体5的后端面，连接管路与执行机构壳体5的连接部设置有密封件，以使胶囊外腔与驱动机构壳体15的内腔互不连通，工作时胶囊外腔容纳原油，供油机构腔体容纳液压油，从而能够防止两个腔体之间的不同介质——原油与液压油因泄露而产生混合的现象；
执行机构壳体5的前端通过螺栓固定连接进出油集成阀体1；
进出油集成阀体1的前端连接采油管；
进出油集成阀体1内开设有第一排油通道和第二排油通道，第一排油通道的出油端连通采油管，第一排油通道的进油端连通第一胶囊8的胶囊外腔；第二排油通道的出油端连通采油管，第二排油通道的进油端连通第二胶囊8的胶囊外腔；两根排油通道内分别设置有排油单向阀2；
进出油集成阀体1内还开设有第一进油通道和第二进油通道，执行机构壳体5的前部侧壁开设有多个进油孔，执行机构壳体5与进出油集成阀体1之间沿径向形成有第一过滤腔和第二过滤腔，两个过滤腔内分别设置有过滤器3；两根进油通道内分别设置有吸油单向阀4；
执行机构壳体5的部分进油孔与第一过滤腔相连通，第一过滤腔连通第一进油通道的进油端，第一进油通道的出油端连通第一胶囊8的胶囊外腔；执行机构壳体5的另一部分进油孔与第二过滤腔相连通，第二过滤腔连通第二进油通道的进油端，第二进油通道的出油端连通第二胶囊8的胶囊外腔。
本发明的工作原理如下：
潜油伺服电机16通过传动轴17驱动外磁体半联轴器14旋转，外磁体半联轴器14带动内磁体半联轴器13同步旋转，从而驱动油泵12工作；在电磁换向阀10的作用下，油泵12向两个胶囊8的胶囊内腔交替供应液压油，使两个胶囊8交替膨胀和收缩，导致两个胶囊8的胶囊外腔的容积发生变化，从而连续不断地将胶囊外腔的原油输送到采油管中。
油泵12先向第二胶囊8供油，当第二胶囊8因充满液压油而膨胀时，第一胶囊8处于收缩状态；此时由于第一胶囊8处于收缩状态，使第一胶囊8的胶囊外腔产生负压吸力；在该负压吸力的作用下，外界原油从执行机构壳体5的部分进油孔进入第一过滤腔，通过过滤器3的过滤之后，进入第一进油通道，经过吸油单向阀4后进入第一胶囊8的胶囊外腔；
然后使油泵12向第一胶囊8供油，第一胶囊8膨胀，将第一胶囊8的胶囊外腔的原油向第一排油通道排出，经过排油单向阀2后，最后排入采油管；
第二胶囊8的工作过程与第一胶囊8相反，从而实现双腔交替往复供油。
本发明的液压油仅在油泵12与两个胶囊8的胶囊内腔之间循环，而原油进入两个胶囊8的胶囊外腔后不会进入驱动机构壳体15的内腔，即胶囊8将液压油与原油隔绝开，原油不会污染液压油，从而能够保持工作状态下液压油的纯度，延长使用寿命。
本发明的液压油供油换向方式可以采用电磁换向式，也可以采用机械换向式。
如图4所示为电磁换向式双囊泵，两个胶囊8的外壁分别设置有接触块7，胶囊8所在的执行机构腔体内壁上分别设置有与之对应的电磁开关触点6，电磁开关触点6通过信号线9与电磁换向阀10的控制器相连，并实现换向控制信号的输入；当其中一个胶囊8的接触块7与所对应的电磁开关触点6接触时，产生换向控制信号，换向控制信号通过信号线9传送给电磁换向阀10的控制器，控制器对电磁换向阀10发出控制信号，实现换向。
如图5所示为机械换向式双囊泵，两个胶囊8的外壁通过连杆19实现连接；连杆19连接长臂摆杆20的前端，长臂摆杆20的后端位于电磁换向阀10的拨叉21内，拨叉21具有两端极限位置；连杆19能够带动长臂摆杆20的后端上下运动，从而在拨叉21的两端极限位置之间切换；
两个胶囊8的交替胀缩引起连杆19在两个胶囊8的胶囊外腔之间串动，连杆19带动长臂摆杆20发生摆动，当长臂摆杆20的后端摆动到其中一端的极限位置时，能够拨动拨叉21，使电磁换向阀10实现换向；
连杆19与执行机构壳体5之间装有密封件，以防止两个胶囊8的胶囊外腔的原油相互泄露。
本发明为两囊交替出油。如图9所示，从相位1开始至相位2为上囊的出油工作过程；从相位2开始回到相位1，为下囊的出油工作过程。出油工作过程覆盖了整个动作周期，如图11所示。
如图6所示为双膜泵，与双囊泵的区别在于：执行机构壳体5内形成有腔体，如图7所示，腔体内设置有一橡胶弹性管8-1，橡胶弹性管8-1将执行机构壳体5的腔体分隔为三个独立的空间，即第一隔膜外腔5-1、第二隔膜外腔5-2和隔膜内腔；橡胶弹性管8-1内固定设置有一隔板8-2，隔板8-2将橡胶弹性管8-1所形成的隔膜内腔分隔为两个独立的空间，即第一隔膜内腔5-3和第二隔膜内腔5-4；
电磁换向阀10前端的两个油口通过管路分别与第一隔膜内腔5-3和第二隔膜内腔5-4相连通；
第一进油通道的出油端连通第一隔膜外腔5-1，第二进油通道的出油端连通第二隔膜外腔5-2；
本发明的工作原理如下：
在电磁换向阀10的作用下，油泵12向第一隔膜内腔5-3和第二隔膜内腔5-4交替供应液压油，使第一隔膜内腔5-3和第二隔膜内腔5-4交替膨胀和收缩，导致第一隔膜外腔5-1、第二隔膜外腔5-2的容积发生变化，从而连续不断地将隔膜外腔的原油输送到采油管中。
油泵12先向第二隔膜内腔5-4供油，当第二隔膜内腔5-4因充满液压油而膨胀时，第二隔膜内腔5-4处于收缩状态；此时由于第一隔膜内腔5-3处于收缩状态，使第一隔膜外腔5-1产生负压吸力；在该负压吸力的作用下，外界原油从执行机构壳体5的部分进油孔进入第一过滤腔，通过过滤器3的过滤之后，进入第一进油通道，经过吸油单向阀4后进入第一隔膜外腔5-1；
然后使油泵12向第一隔膜内腔5-3供油，第一隔膜内腔5-3膨胀，将第一隔膜外腔5-1的原油向第一排油通道排出，经过排油单向阀2后，最后排入采油管；
第二隔膜内腔5-4的工作过程与第二隔膜内腔5-4相反，从而实现双腔交替往复供油。
双膜泵的液压油供油换向方式同样可以采用电磁换向式，如图6所示，或者机械换向式。
如图8所示为机械换向式双膜泵，橡胶弹性管8-1内穿设有连杆19，连杆19穿过隔板8-2，连杆19的一端固定连接第一隔膜内腔5-3的内壁，连杆19的另一端固定连接第二隔膜内腔5-4的内壁；
连杆19连接长臂摆杆20的前端，长臂摆杆20的后端位于电磁换向阀10的拨叉21内，拨叉21具有两端极限位置；连杆19能够带动长臂摆杆20的后端上下运动，从而在拨叉21的两端极限位置之间切换。
第一隔膜内腔5-3和第二隔膜内腔5-4的交替胀缩引起连杆19的串动，连杆19带动长臂摆杆20发生摆动，当长臂摆杆20的后端摆动到其中一端的极限位置时，能够拨动拨叉21，使电磁换向阀10实现换向。
连杆19与隔板8-2之间装有密封件，以防止第一隔膜内腔5-3与第二隔膜内腔5-4的液压油相互泄露。
本发明为两膜交替出油。如图10所示，从相位1开始至相位2为上膜的出油工作过程；从相位2开始回到相位1，为下膜的出油工作过程。出油工作过程覆盖了整个动作周期，如图11所示。
Claims (7)
1.一种双腔交替供油式潜油电动隔膜泵，其特征在于：包括执行机构壳体(5)，执行机构壳体(5)内形成有四个相互独立的腔体，即第一内腔、第二内腔、第一外腔、第二外腔；第一内腔和第二内腔分别通过连接管路与电磁换向阀(10)前端的两个油口相连通，电磁换向阀(10)后端的两个油口通过管路连接油泵(12)，第一内腔和第二内腔用于容纳液压油；第一外腔和第二外腔用于容纳原油；
第一外腔通过第一进油通道与外界相连通，第一外腔通过第一排油通道与采油管相连通；
第二外腔通过第二进油通道与外界相连通，第二外腔通过第二排油通道与采油管相连通；
在所述电磁换向阀(10)的作用下，油泵(12)向第一内腔和第二内腔交替供应液压油，使第一内腔和第二内腔交替膨胀和收缩，导致第一外腔和第二外腔的容积发生变化，从而连续不断地将两个外腔的原油输送到采油管中；
所述执行机构壳体(5)内形成有腔体，腔体内设置有一弹性管(8-1)，弹性管(8-1)将执行机构壳体(5)的腔体分隔为三个独立的空间，即第一隔膜外腔(5-1)、第二隔膜外腔(5-2)和隔膜内腔；弹性管(8-1)内固定设置有一隔板(8-2)，隔板(8-2)将弹性管(8-1)所形成的隔膜内腔分隔为两个独立的空间，即第一隔膜内腔(5-3)和第二隔膜内腔(5-4)；
所述第一内腔为第一隔膜内腔(5-3)，第二内腔为第二隔膜内腔(5-4)，第一外腔为第一隔膜外腔(5-1)，第二外腔为第二隔膜外腔(5-2)。
2.根据权利要求1所述的双腔交替供油式潜油电动隔膜泵，其特征在于：所述弹性管(8-1)的两外侧边缘分别设置有接触块(7)，第一隔膜外腔(5-1)、第二隔膜外腔(5-2)的内壁上分别设置有与之对应的电磁开关触点(6)，电磁开关触点(6)通过信号线(9)与电磁换向阀(10)的控制器相连，并实现换向控制信号的输入；当弹性管(8-1)的其中一侧的接触块(7)与所对应的电磁开关触点(6)接触时，产生换向控制信号，换向控制信号通过信号线(9)传送给电磁换向阀(10)的控制器，控制器对电磁换向阀(10)发出控制信号，实现换向。
3.根据权利要求1所述的双腔交替供油式潜油电动隔膜泵，其特征在于：所述弹性管(8-1)内穿设有连杆(19)，连杆(19)穿过隔板(8-2)，连杆(19)的一端固定连接第一隔膜内腔(5-3)的内壁，连杆(19)的另一端固定连接第二隔膜内腔(5-4)的内壁；
连杆(19)连接摆杆(20)的前端，摆杆(20)的后端位于电磁换向阀(10)的拨叉(21)内，拨叉(21)具有两端极限位置；连杆(19)能够带动摆杆(20)的后端上下运动，从而在拨叉(21)的两端极限位置之间切换；
第一隔膜内腔(5-3)和第二隔膜内腔(5-4)的交替胀缩引起连杆(19)的串动，连杆(19)带动摆杆(20)发生摆动，当摆杆20的后端摆动到其中一端的极限位置时，能够拨动拨叉(21)，使电磁换向阀(10)实现换向。
4.根据权利要求1所述的双腔交替供油式潜油电动隔膜泵，其特征在于：所述执行机构壳体(5)的后端面与供油机构壳体(11)固定连接；供油机构壳体(11)形成一封闭的供油机构腔体，所述油泵(12)设置于供油机构腔体内；所述油泵(12)通过磁力联轴器连接设置于供油机构腔体外部的电机(16)；通过电机(16)实现对油泵(12)的动力驱动。
5.根据权利要求1所述的双腔交替供油式潜油电动隔膜泵，其特征在于：所述执行机构壳体(5)的后端固定连接驱动机构壳体(15)的前端，驱动机构壳体(15)形成一封闭的驱动机构腔体，电机(16)设置于驱动机构腔体内。
6.根据权利要求1所述的双腔交替供油式潜油电动隔膜泵，其特征在于：所述油泵(12)为齿轮泵或柱塞泵。
7.根据权利要求4所述的双腔交替供油式潜油电动隔膜泵，其特征在于：所述连接管路穿过执行机构壳体(5)的后端面；连接管路与执行机构壳体(5)的连接部设置有密封件，以使第一外腔、第二外腔与供油机构腔体互不连通。
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