CN1116276A - 液压泵装置 - Google Patents

Abstract

一种液压泵装置，装备有自我调节平衡系统，包括飞轮、高滑差率电动机和可逆式液泵的组合，在装置下行运动期间，液压泵起着液压马达的作用，加速飞轮，并以动能形式积累下行抽油杆柱的能量。上行运动期间高转差率电力机的速度损失，飞轮回授积累的功能，补偿电动机的功率至上行运动所需之量。飞轮、电动机和抽油杆柱重量间的相互作用自动地调节速度变化范围。上行和下行速度可手动或自动由电子指令的步进电动机调节。

Description

液压泵装置

本发明涉及一种用于油井的液压泵装置，其使用一种功能储能系统，以补偿抽油杆柱的上行和下行运动质量。

由于液压泵装置与现有技术的机械泵装置相比较，其具有操作上的优点，故该液压泵装置经常使用在油井中。液压活塞的平稳的和直接的运动可立即传送到的抽油杆柱，而不必使用齿轮和传送带。由于液压泵装置的重量很轻，该装置可直接安装在井口法兰上，以这种方法便可避免在用机械泵装置所需要的重型基础的要求。在不用损失时间地更换皮带轮的情况下可以容易地调整冲程的长度和速度，并且因没有齿轮减速器、滚动轴承和皮带传动，故有助于减少维护费用。还应指出，液压泵装置的初期投资通常大大地低于机械泵装置的初期投资。

尽管液压泵装置有上述优点，并且在其实际的配置上明显地简化，该装置仍产生一些操作上的问题，这些问题导致经常性地发生操作故障，并增加维护费用。

首先，必须指出运动质量的平横问题，在机械装置中，此问题是用简单旋转配重的办法解决的。

在运行时，几乎所有液压泵装置实际上都使用下列系统之一进行平衡。

1.使用带有浮动活塞或弹性气囊的液压储能器，两者都预充有高压氮气。由于需要经常重新校定氮气的压力，使得该系统显得不便利。此外，由于油和氮气之间的压差很小，浮动活塞很容易卡住，且弹性气囊的寿命不够长而不适应于在油田的条件下使用。

2.用作配重的不同构形的滑轮、纲缆或导链、运动机械导向的滑块也用来平衡液压泵装置，但所有这些元件的引入会大大地增加维护的费用。

为了解决上述不便之处，特根据附图及下面的详细说明提出本发明。其中：

图1示出本发明的液压泵装置处于静止位置的的状态；

图2示出在抽油杆柱向上运动期间，本发明的液压泵装置的控制系统的位置；

图3示出本发明的液压泵装置的控制系统处于图2所示相反的位置；

图4示出抽油杆柱上行运动期间所需的总功率、液压泵的电动机的功率及两者之差与电动机的转速的关系曲线；

图5示出液压泵作为马达时输出的功率、飞轮所需的功率和两者之差与电机转速的关系曲线。

图1示出处于静止位置的液压泵装置。两个液压缸1的活塞杆借助于同步装置2刚性地连接，以这种方法保证两个活塞杆同步和均匀地运动。抽油杆柱的抛光的杆安装在同步装置2的中心。在图1的下部示出一个电动机4，其一端与飞轮5连接，其另一端与可逆式液压泵6连接，还示出辅助泵7。

为了更好地理解由飞轮5、电动机4和可逆式泵6组成的组件的工作，应该指出，电动机4是如NEMA(美国全国电机制造业协会)D所规定的高转差率电动机。液压泵6本身又属于一种可逆旋转斜盘型式的泵。这意味着，如果将旋转斜盘10向右倾斜时，泵6将液压油从油池中移到液压缸1内，而如果将旋转斜盘10向左倾斜时，则液压泵6起一个液压马达的作用，液压油从油缸1送回到油池中。如图1所示，旋转斜盘的位置是垂直的，即不向左也不向右倾斜，使得在这个位置上没有液压油移动，液压缸1处于静止状态。必须指出，飞轮5、电动机4和液压泵6的组件组成一个坚固的整体，其只使用电动机4上的两个轴承，并用这种方法，促成组件完好的对准性。

旋转斜盘10的定位借助于连杆25完成，该连杆本身则又受到活塞23的杆24的运动的作用，如图1所示，该活塞23定位在调节缸22内的中心处。

与可逆式泵6面对面连接的是辅助泵7，为了调节旋转斜盘10，该辅助泵连续地将液压油从油池8、吸入管9和压送管15抽运到电磁方向控制阀20中去。在图1所示的位置上，该方向控制阀20在其中间位置上，以此种方式关闭管19的出口。在这个位置上，压力调节阀16把油从辅助泵7排向排出管17，然后返回油池8中。

图2示出在抽油杆柱上行运动期间控制系统的位置。借助于来自图2中未示出的一个限位开关的电信号，电磁方向控制阀20左边的磁绕组使该阀的阀柱移向图2所示的位置。这样，来自辅助泵7的液压油可传到调节缸22内，并沿箭头所指的方向使活塞23移动。在活塞23对侧面的油能经过管18流到油池。因而，连杆25使泵6的旋转倾斜盘10向右倾斜，使得该泵可使液压油经过吸入管11、压送管12和管14输送到液压缸1的下端，以这种方法开始抽油杆柱的向上运动。当液压缸1到达上反转点时，第二个电信号使电磁方向控制阀20的阀柱运动到图3所示的位置。这样，来自辅助泵7的液压油使活塞23运动到图3的箭头所示的位置，连杆25使旋转倾斜盘10向左倾斜，使得可逆式泵6现在起着一个液压马达的作用。借助于同步装置2，抽油杆柱的重量推动液压缸1中容纳的液压油，使其经过管14和12，到达现在起着液压马达作用的液压泵6，中加速电动机4和飞轮5的转动。当液压缸1到达下反转点时，循环以图2所示的情况再次开始。上行与下行速度的调节如同加速度和减速度的调节一样多地都通过示于图1中的各编号的部件完成。通过图1可以看出，使活塞23运动的液压油必须经过两个流量调节阀21中的一个，在泵6从泵功能向马达功能切变期间用这种方法调节旋转斜盘10的移动速度，同时确定液压缸1的反转速度。

向上和向下的速度与旋转斜盘10的倾角成正比，该倾角可通过调节螺栓29来调节，该调节螺栓即可以手动地由调节旋钮27调节，又可以电气地通过步进电动机26和减速齿轮28来调节。该步进电动机26使上、下速度能通过接收来自微型计算机的电脉冲调节，用这种方法可以使液压泵装置的工作条件能够适应油井的条件变化。这样，就可以容易地实施一个所谓“智力抽运”。

压力调节阀13起着保护抽油杆柱过载的作用，把液体压力限制在任何调节范围内。

上述系统同时也解决平衡液压泵装置的任务。所谓平衡包含着在抽油杆柱下行运动期间回收其能量的意义。

本发明使用飞轮—电动机—液压泵组件以下面所叙述的方式完成能量的回收。以油井的典型条件为例，在抽油杆柱上升期间所需要的全部能量由图4的曲线(A)示出，开始时以1800转/分的转速旋转的液压泵装置的电动机，该电动机只有图4的曲线(B)所示的功率。在电动机中所需的功率和可在电动机中获得的功率之间的差，由在飞轮中积累的动能提供。通过图4可以看出，在上升运动期间该组件的转速从1800转/分降到1500转/分。本发明使用的高转差率电动机允许这个速度变化。由于旋转速度的降低，飞轮可以发出图4曲线(C)所示的功率，并补偿液压泵所需的功率。

在抽油杆柱下行运动期间，来自液压缸的液压油使液压泵起着一个液压马达的作用而工作，产生图5的曲线(D)所示的功率，再一次加速飞轮。为了达到1800转/分的初速，飞轮需要由图5的曲线(F)所示的功率。在所需要的全部功率(F)和从抽油杆所回收的功率(D)之间的差由图5的曲线(E)示出，并且由电动机提供。

根据油井的具体条件在上行和下行运动期间，速度的变化范围可自我调节，直到达到电动机的同步转速。

本发明的平衡系统使用飞轮的动能回收，而不是使用由增压气体积累的静态能的回收。

本系统是自我调节的，并且完全不需要保养。

Claims (5)

1.一种液压泵装置，其特征在于，使用由高滑差率电动机，飞轮和可逆式液压泵构成的组合体，用于平衡或回收由抽油杆柱下行运动所产生的能量，在这个下行运动期间，可逆式液压泵起着一个液压马达的作用，加速飞轮速度，并且将向下运动抽油杆柱的能量以动能的形式储存起来。

2.根据权利要求1所述的一种液压泵装置，其特征在于，使用储存在飞轮中的功能，以补偿在抽油杆柱上行运动期间的电动机功率，补偿提起抽油杆柱和所生产的流体所需要的功率。

3.一种液压泵装置，其特征在于，将飞轮、电动机和液压泵配置成一个连接的块体，在整个的块体中只使用电动机的轴承，并用此种方法保证部件之间完好的对准性，而与装配表面的质量无关。

4.一种液压泵装置，其特征在于，可以用手动或借助于步进电动机调节独立上行和下行速度的速度调节液压阀，这些步进电动机可用来做为接收来自负载和位置传感器而由计算机用必要的软件处理的指命的执行机构，以将速度调节到适应油井的改变的条件，并使所谓“智能抽运”容易实施。

5.一种液压泵装置，其特征在于，两个独立的流量调节阀定位于电动控制的方向控制阀和液压调节缸之间，用之以调节在液压泵装置的两个反转点上加速度和减速度。

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