CN109252831B - 一种用于液压抽油机的平衡装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于液压抽油机的平衡装置及其使用方法，属于无游梁式液压抽油机技术领域。技术方案是：平衡双活塞（1‑10）、储能活塞（1‑8）与前端盖（23）、后端盖（24）、中端盖一（25）使平衡装置壳体（1‑5）内从前向后构成五个工作腔，即A腔到E腔；A到D腔中的工作介质是液压油，E腔的工作介质是氮气。本发明的积极效果：利用液压压缩氮气储能，当液压抽油机工作时通过隔离活塞将下冲程时的重力势能以气体内能的方式进行储存，并在上冲程时进行释放，起到节能的作用，具有体积小、重量轻、方便调节、方便维护的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于液压抽油机的平衡装置及其使用方法，属于无游梁式液压抽油机技术领域。
背景技术
液压抽油机（无游梁式）相比目前采油、采气领域内广泛使用的游梁式抽油机而言是一种新型设备。液压抽油机是采用液压缸直接连接井口光杆或采用举升导轮通过钢索连接悬绳器的方式对井下泵挂系统进行反复升降以此实现采油或采气的目的。抽油机工作时上冲程负载较下冲程负载大，且下冲程时在泵挂系统靠自重即可下降，如不采取措施回落速度将不可控，因此抽油机需要有平衡装置负责将下冲程时泵挂系统的重力势能及电机的输出能量进行回收，再上冲程时进行释放以达到平稳的工作状态。已有技术的液压抽油机的平衡装置种类很多，例如：配重、飞轮、弹簧等，但是，都普遍存在调节不便、体积大、重量大、维护不方便等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于液压抽油机的平衡装置及其使用方法，利用液压压缩氮气储能原理，当液压抽油机工作时，通过隔离活塞将液压抽油机下冲程时的重力势能以气体内能的方式进行储存，并在上冲程时进行释放，以起到节能的作用，具有体积小、重量轻、方便调节、方便维护的特点，解决背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：
一种用于液压抽油机的平衡装置，包含平衡装置壳体、平衡双活塞和储能活塞组成，平衡装置壳体由平衡段前壳体、平衡段后壳体和储能段壳体三段组成，平衡装置壳体设有前端盖和后端盖；平衡段前壳体与平衡段后壳体之间设有中端盖一，平衡段后壳体与储能段壳体之间设有中端盖二；平衡双活塞由前活塞和后活塞组成，两个活塞的活塞杆通过铜螺纹连接件连接在一起，前活塞位于平衡段前壳体内，后活塞位于平衡段后壳体内，储能活塞位于储能段壳体内；平衡双活塞、储能活塞与前端盖、后端盖、中端盖一使平衡装置壳体内从前向后构成五个工作腔，即A腔到E腔；其中前端盖与前活塞之间为A腔，前活塞与中端盖一之间为B腔，中端盖一与后活塞之间为C腔；所述中端盖二开孔，连通储能活塞与后活塞之间的腔体，连通后的储能活塞与后活塞之间为D腔；储能活塞与后端盖之间为E腔，A到D腔中的工作介质是液压油，E腔的工作介质是氮气。
所述前端盖上设有液压油接口一，与A腔连通；中端盖一上设有液压油接口二和液压油接口三，分别连通B腔和C腔；中端盖二上设有液压油接口四，连通D腔；后端盖上设有氮气充气接口。
所述前端盖、中端盖二上均设有压力及温度检测接口。
所述前活塞和后活塞的活塞杆端安装有铜螺纹连接件，一个为内螺纹，一个为外螺纹，两个活塞杆通过铜螺纹连接件进行连接。
所述前活塞和后活塞端头设计有内六角形凹槽或其他形式用于固定拆装工具的凹槽。
所述储能活塞为无杆结构，由活塞及活塞密封组成。
一种用于液压抽油机的平衡装置的使用方法，采用上述平衡装置进行，包含如下步骤：
平衡装置与液压抽油机的液压系统及井口举升装置的液压缸相连接；平衡装置开始工作前，E腔内充入氮气，通过液压系统向A腔和D腔内充满液压油后关闭油路使其封闭；液压抽油机工作在下冲程时，液压系统向C腔给油，B腔回油推动平衡双活塞向储能段壳体方向运动，同时在重力作用下井口举升装置的液压缸内的液压油回流到A腔，也推动平衡双活塞向储能段壳体方向运动，从而通过D腔内的液压油间接推动储能活塞对E腔内的氮气进行压缩；氮气经过压缩后体积变小，压力增大，将下冲程的重力势能转化为气体内能；
当液压抽油机工作在上冲程时，液压系统向B腔给油，C腔回油推动平衡双活塞向远离储能段壳体方向运动，同时E腔内的压缩氮气也共同推动平衡双活塞向远离储能段壳体方向运动；以上过程在采油过程中反复进行，与采油冲程相对应。
本发明的积极效果：利用液压压缩氮气储能原理，当液压抽油机工作时，通过隔离活塞将液压抽油机下冲程时的重力势能以气体内能的方式进行储存，并在上冲程时进行释放，以起到节能的作用，具有体积小、重量轻、方便调节、方便维护的特点。
附图说明
图1为本发明实施例示意图；
图2为本发明实施例平衡装置结构示意图；
图3为本发明实施例平衡段前壳体示意图；
图4为本发明实施例平衡段后壳体示意图；
图5为本发明实施例平衡双活塞示意图；
图6为本发明实施例储能活塞示意图；
图中：平衡装置1、液压系统2、井口举升装置3、液压油接口一1-1、液压油接口二1-2、液压油接口三1-3、液压油接口四1-4、平衡段前壳体1-5、平衡段后壳体1-6、储能段壳体1-7、储能活塞1-8、氮气充气接口1-9、平衡双活塞1-10、压力及温度检测接口1-11、铜螺纹连接件1-12、前活塞21、后活塞22、前端盖23、后端盖24、中端盖一25、中端盖二26。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：
一种用于液压抽油机的平衡装置，包含平衡装置壳体、平衡双活塞1-10和储能活塞1-8组成，平衡装置壳体由平衡段前壳体1-5、平衡段后壳体1-6和储能段壳体1-7三段组成，平衡装置壳体设有前端盖23和后端盖24；平衡段前壳体1-5与平衡段后壳体1-6之间设有中端盖一25，平衡段后壳体1-6与储能段壳体1-7之间设有中端盖二26；平衡双活塞1-10由前活塞21和后活塞22组成，两个活塞的活塞杆通过铜螺纹连接件1-12连接在一起，前活塞21位于平衡段前壳体1-5内，后活塞22位于平衡段后壳体1-6内，储能活塞1-8位于储能段壳体1-7内；平衡双活塞1-10、储能活塞1-8与前端盖23、后端盖24、中端盖一25使平衡装置壳体内从前向后构成五个工作腔，即A腔到E腔；其中前端盖23与前活塞21之间为A腔，前活塞21与中端盖一25之间为B腔，中端盖一25与后活塞22之间为C腔；所述中端盖二26开孔，连通储能活塞1-8与后活塞22之间的腔体，连通后的储能活塞1-8与后活塞22之间为D腔；储能活塞1-8与后端盖24之间为E腔，A到D腔中的工作介质是液压油，E腔的工作介质是氮气。
所述前端盖23上设有液压油接口一1-1，与A腔连通；中端盖一25上设有液压油接口二1-2和液压油接口三1-3，分别连通B腔和C腔；中端盖二26上设有液压油接口四1-4，连通D腔；后端盖24上设有氮气充气接口1-9。
所述前端盖23、中端盖二26上均设有压力及温度检测接口1-11。
所述前活塞21和后活塞22的活塞杆端安装有铜螺纹连接件，一个为内螺纹，一个为外螺纹，两个活塞杆通过铜螺纹连接件进行连接。
所述前活塞21和后活塞22端头设计有内六角形凹槽或其他形式用于固定拆装工具的凹槽。
所述储能活塞为无杆结构，由活塞及活塞密封组成。
一种用于液压抽油机的平衡装置的使用方法，采用上述平衡装置进行，包含如下步骤：
平衡装置与液压抽油机的液压系统2及井口举升装置3的液压缸相连接；平衡装置开始工作前，E腔内充入氮气，通过液压系统2向A腔和D腔内充满液压油后关闭油路使其封闭；液压抽油机工作在下冲程时，液压系统2向C腔给油，B腔回油推动平衡双活塞1-10向储能段壳体方向运动，同时在重力作用下井口举升装置3的液压缸内的液压油回流到A腔，也推动平衡双活塞1-10向储能段壳体方向运动，从而通过D腔内的液压油间接推动储能活塞1-8对E腔内的氮气进行压缩；氮气经过压缩后体积变小，压力增大，将下冲程的重力势能转化为气体内能；
当液压抽油机工作在上冲程时，液压系统2向B腔给油，C腔回油推动平衡双活塞1-10向远离储能段壳体方向运动，同时E腔内的压缩氮气也共同推动平衡双活塞1-10向远离储能段壳体方向运动；以上过程在采油过程中反复进行，与采油冲程相对应。
平衡装置壳体由平衡段前壳体1-5、平衡段后壳体1-6和储能段壳体1-7三段组成，其整体的制造工艺及加工标准参考法兰式液压缸标准；各段之间通过法兰连接，法兰面有槽，槽内安装密封圈；所述储能段壳体及与其相连的平衡段后壳体的端盖开孔，连接后彼此相同形成一个液压油的工作腔，加上其它被端盖及活塞隔离的腔共计五个工作腔，其中四个腔工作介质为液压油，储能段壳体内活塞到后端盖之间的腔工作介质为氮气；所述平衡双活塞每个活塞的杆端安装有铜螺纹连接件，一个为内螺纹，一个为外螺纹，两个活塞通过铜螺纹连接件进行连接；所述储能活塞安装在所述储能段壳体内，没有活塞杆；所述压力及温度检测装置安装在平衡段的端盖上，四个液压油接口分别设置在平衡段前壳体1-5、平衡段后壳体1-6的端盖上。
平衡装置1与液压抽油机的液压系统2及井口举升装置3的液压缸相连接；平衡装置1开始工作前，通过液压系统2向A、D两个腔内充满液压油后关闭油路使其封闭；液压抽油机工作在下冲程时，液压系统向C腔给油，B腔回油推动活塞，同时在重力作用下，井口举升装置的液压缸内的液压油回流到A腔也推动活塞向储能段壳体方向运动，从而通过D腔内的液压油间接推动储能活塞对储能段壳体内的氮气进行压缩；氮气经过压缩后体积变小、压力增大，将下冲程的重力势能转化为气体内能；当液压抽油机工作在上冲程时，液压系统向B腔给油，C腔回油推动活塞，同时储能段壳体内的压缩氮气也共同推动活塞向远离储能段壳体方向运动；以上过程在采油过程中反复进行，与采油冲程相对应。
平衡装置1的液压最大工作压力可通过液压系统2的变量泵进行快速调节；氮气可通过氮气瓶进行添加并调节初始压力；通过调节氮气的充气压力即可满足平衡装置1的平衡调节，即理论调整适当的压力值，使液压泵在上下冲程时的最大输出功率相等。
为方便维护，当需要更换平衡装置的平衡双活塞密封时，先将储能段壳体拆掉，然后再拆掉两个平衡段壳体的后端盖，此时在平衡双活塞一端的活塞面的内六角凹槽插入六角固定杆，另一端用外六角工具拧动，使平衡双活塞的两个活塞分离后取出，以更换密封圈；其余部分可按常规方式拆卸维护。
Claims (6)
1.一种用于液压抽油机的平衡装置，其特征在于：包含平衡装置壳体、平衡双活塞（1-10）和储能活塞（1-8）组成，平衡装置壳体由平衡段前壳体（1-5）、平衡段后壳体（1-6）和储能段壳体（1-7）三段组成，平衡装置壳体设有前端盖（23）和后端盖（24）；平衡段前壳体（1-5）与平衡段后壳体（1-6）之间设有中端盖一（25），平衡段后壳体（1-6）与储能段壳体（1-7）之间设有中端盖二（26）；平衡双活塞（1-10）由前活塞（21）和后活塞（22）组成，两个活塞的活塞杆通过铜螺纹连接件（1-12）连接在一起，前活塞（21）位于平衡段前壳体（1-5）内，后活塞（22）位于平衡段后壳体（1-6）内，储能活塞（1-8）位于储能段壳体（1-7）内；平衡双活塞（1-10）、储能活塞（1-8）与前端盖（23）、后端盖（24）、中端盖一（25）使平衡装置壳体内从前向后构成五个工作腔，即A腔到E腔；其中前端盖（23）与前活塞（21）之间为A腔，前活塞（21）与中端盖一（25）之间为B腔，中端盖一（25）与后活塞（22）之间为C腔；所述中端盖二（26）开孔，连通储能活塞（1-8）与后活塞（22）之间的腔体，连通后的储能活塞（1-8）与后活塞（22）之间为D腔；储能活塞（1-8）与后端盖（24）之间为E腔，A到D腔中的工作介质是液压油，E腔的工作介质是氮气。
2.根据权利要求1所述的一种用于液压抽油机的平衡装置，其特征在于：所述前端盖（23）上设有液压油接口一（1-1），与A腔连通；中端盖一（25）上设有液压油接口二（1-2）和液压油接口三（1-3），分别连通B腔和C腔；中端盖二（26）上设有液压油接口四（1-4），连通D腔；后端盖（24）上设有氮气充气接口（1-9）。
3.根据权利要求2所述的一种用于液压抽油机的平衡装置，其特征在于：所述前端盖（23）、中端盖二（26）上均设有压力及温度检测接口（1-11）。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于液压抽油机的平衡装置，其特征在于：所述前活塞（21）和后活塞（22）的活塞杆端安装有铜螺纹连接件，一个为内螺纹，一个为外螺纹，两个活塞杆通过铜螺纹连接件进行连接。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于液压抽油机的平衡装置，其特征在于：所述前活塞（21）和后活塞（22）端头设计有用于固定拆装工具的凹槽。
6.一种用于液压抽油机的平衡装置的使用方法，采用权利要求1-5所限定的任意一项平衡装置，其特征在于包含如下步骤：
平衡装置与液压抽油机的液压系统（2）及井口举升装置（3）的液压缸相连接；平衡装置开始工作前，E腔内充入氮气，通过液压系统（2）向A腔和D腔内充满液压油后关闭油路使其封闭；液压抽油机工作在下冲程时，液压系统（2）向C腔给油，B腔回油推动平衡双活塞（1-10）向储能段壳体方向运动，同时在重力作用下井口举升装置（3）的液压缸内的液压油回流到A腔，也推动平衡双活塞（1-10）向储能段壳体方向运动，从而通过D腔内的液压油间接推动储能活塞（1-8）对E腔内的氮气进行压缩；氮气经过压缩后体积变小，压力增大，将下冲程的重力势能转化为气体内能；
当液压抽油机工作在上冲程时，液压系统（2）向B腔给油，C腔回油推动平衡双活塞（1-10）向远离储能段壳体方向运动，同时E腔内的压缩氮气也共同推动平衡双活塞（1-10）向远离储能段壳体方向运动；以上过程在采油过程中反复进行，与采油冲程相对应。
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