CN115822526A - 一种液压无杆泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及排采设备，尤其涉及无杆泵，公开了一种液压无杆泵，包括工作泵和动力泵，动力泵设置在工作泵底部，工作泵包括工作柱塞、游动阀和单向阀，动力泵包括动力柱塞和推杆，动力柱塞往复动作通过推杆推动工作柱塞和游动阀移动；采用该技术方案将动力泵设置在工作泵底部，通过在无杆泵中部设置位于泵筒上的取液孔实现抽水作业，此时动力泵与常规动力泵相同，动力柱塞为实心且不会封堵排采通道，进而增加上行时动力液与动力柱塞的接触面积，提供更大的推力，满足深井排采需求，排采深度可达到4000米左右。

Description

一种液压无杆泵

技术领域

本发明涉及排采设备，尤其涉及无杆泵。

背景技术

目前在天然气、煤层气排采中通常使用无杆泵取代有杆泵进行排水采气作业，通过将井内的水通过无杆泵排出，使储层压力降低到煤层气或天然临界解吸压力值以下，从而使吸附态甲烷解吸为大量游离态甲烷并运移至井口。

如专利CN 106801668 B公开的液压驱动煤层气井排采管式泵，其布局方式是将固定阀设置在最底部，其次是游动阀，驱动游动阀往复动作的柱塞靠近泵口一侧，该结构为提供排采通道只能将柱塞设计为环形避免对排采通道的封堵，液压驱动柱塞时由环形通道内高压液体驱动柱塞上行实现排水作业，柱塞受力面积小，推力不足，在井深较大时很难满足排采要求，除非增加外部液压站功率，而提高液压站功率又会提高能耗增加成本，同时对无杆泵的强度要求更高。

发明内容

为了解决现有技术中无杆泵推力不足，无法满足深井排采要求，本发明所采用的技术方案是：

一种液压无杆泵，包括工作泵，所述的工作泵包括工作泵筒总成，在所述的工作泵筒总成内设置有靠近出口的固定阀总成，在所述的工作泵筒总成内还设有能往复动作的游动阀总成和工作柱塞，在所述的工作泵底部连接有动力泵，所述的动力泵包括动力泵筒，在所述的动力泵筒内设有动力柱塞和推杆，所述的推杆延伸至工作泵筒总成内与游动阀总成连接，在所述的工作泵筒总成靠近动力泵一端设置有取液孔，所述的推杆至少与游动阀总成连接的一端中空设置且与游动阀总成连通，且在所述的推杆中空部位设有进液孔，所述的进液孔始终与设置有取液孔一段的工作泵筒总成内腔相通；在所述的动力泵上还连接有下行进液管和上行进液管。

进一步的，所述的工作泵还包括有上接头，在所述的上接头上设有外圈通道和中心通道，所述的下行进液管与中心通道连通，所述的上行进液管与外圈通道连通。

进一步的，在所述的工作柱塞设置在推杆和游动阀总成之间与泵筒总成密封配合。

进一步的，所述的动力泵还包括有中间接头和下接头，所述的中间接头将工作泵筒总成和动力泵筒连接，且所述的中间接头内腔与动力泵筒内腔连通，所述的下行进液管与中间接头连通，所述的下接头内腔与动力泵筒内腔连通且与上行进液管连通。

进一步的，在所述的工作泵筒总成靠近动力泵一端设置有筛管，所述筛管上的网孔作为取液孔。

进一步的，所述的游动阀总成由两个串联的单向阀组成。

进一步的，所述的工作柱塞设置在两个单向阀之间，所述的推杆与下端的单向阀连接。

进一步的，所述的工作柱塞设置在推杆与下端的单向阀之间。

进一步的，所述的固定阀总成和游动阀总成均为无弹簧单向阀。

进一步的，在所述的动力泵和工作泵连接过渡处设置有密封推杆的机械密封结构。

采用该技术方案将动力泵设置在工作泵底部，通过在无杆泵中部设置位于泵筒上的取液孔实现抽水作业，此时动力泵与常规动力泵相同，动力柱塞为实心且不会封堵排采通道，进而增加上行时动力液与动力柱塞的接触面积，提供更大的推力，满足深井排采需求，排采深度可达到4000米左右。

附图说明

图1为本发明无杆泵结构示意图；

图2为本发明无杆泵端面正视图；

图3为图2中A-A方向剖视图；

图4为本发明原理示意图，其中a为工作柱塞下行状态，b为工作柱塞上行状态；

具体实施方式

从发明构思整体结构来看本发明的无杆泵包括工作泵1和动力泵2两部分，动力泵2位于工作泵1底部，工作泵1负责抽水作业，而动力泵负责为工作泵1提供动力，具体的工作泵1包括工作泵筒总成1-1，工作泵筒总成1-1内设置有固定阀总成1-2和游动阀总成1-3以及工作柱塞1-10，其中固定阀总成1-2靠近工作泵筒总成1-1出口，游动阀总成1-3和工作柱塞1-10在工作泵筒总成1-1内往复运动实现抽水作业，该游动阀总成1-3和工作柱塞1-10的往复运动动力来源于设置在工作泵1底部的动力泵2，动力泵2包括有动力泵筒2-1，在动力泵筒2-1内设置有动力柱塞2-2和推杆2-3，该推杆2-3一直延伸至工作泵1内与游动阀总成1-3或工作柱塞1-10连接，在动力泵2上还连接有与动力泵筒2-1连通的下行进液管3和上行进液管4，其中下行进液管3输入高压动力液时能驱动动力柱塞2-2下行，上行进液管4输入高压动力液时能驱动动力柱塞2-2上行，为了能够将井内液体抽入工作泵1内排出井外，在工作泵筒总成1-1上设置有取液孔1-4，且至少将推杆2-3与游动阀总成1-3或工作柱塞1-10连接一端设置为中空管状，使推杆2-3中空管状部分与游动阀总成1-3或工作柱塞1-10相通并在中空管状部位设置进液孔2-4，进而将由取液孔1-4进入工作泵筒总成1-1内的液体再由进液孔2-4进入推杆2-3的空腔内，从而通过游动阀总成1-3进入游动阀总成1-3和固定阀总成1-2之间的工作泵筒总成1-1内腔中，待游动阀总成1-3和工作柱塞1-10上行时将处于游动阀总成1-3和固定阀总成1-2之间的液体从固定阀总成1-2推出工作泵1出口完排水。

下面结合具体的实施例对该本发明的技术方案做进一步详细说明(由于该无杆泵尺寸较大，图中将结构相同处做打断处理以方便查看)：如图1至图3所示的无杆泵包括上接头1-5，从上接头1-5一侧依次连接有固定阀总成1-2、工作泵筒1-11、筛管1-8、机械密封座1-9、中间接头2-5、动力泵筒2-1、下接头2-6，上接头1-5上设置有中心通道1-7和外圈通道1-6，在工作泵筒1-11内设置有游动阀总成1-3和工作柱塞1-10，在动力泵筒2-1内设置有动力柱塞2-2和推杆2-3，其中推杆2-3一直延伸至工作泵筒1-11内通过工作柱塞1-10与游动阀总成1-3连接。该实施例从整体看工作泵1由上接头1-5、固定阀总成1-2、工作泵筒1-11以及游动阀总成1-3和工作柱塞1-10组成，中心通道1-7、固定阀总成1-2内腔、工作泵筒1-11内腔共同形成工作泵筒总成1-1的内腔，当然也可以直接将工作泵筒1-11与上接头1-5连接，将固定阀总成1-2固定在工作泵筒1-11内，此时工作泵筒1-11和上接头1-5即所述的工作泵筒总成1-1，但是为了方便固定阀总成1-2固定安装，通过将固定阀总成1-2外套管作为工作泵筒总成1-1的一部分用于连接上接头1-5和工作泵筒1-11，从而将固定阀总成1-2固定在上接头1-5和工作泵筒1-11之间；筛管1-8也作为工作泵筒总成1-1的一部分，其上的网孔也作为取液孔1-4供井内液体进入工作泵筒总成1-1内，当然也可以不使用筛管1-8，而是在工作泵筒1-11上打孔作为取液孔1-4达到同样的目的，该实施例中推杆2-3为管状，在其靠近游动阀总成1-3的一端设置进液孔2-4，并且使推杆2-3外径小于工作泵筒1-11内径，在推杆2-3和工作泵筒总成1-1之间形成环形通道，从取液孔1-4进入工作泵筒1-11内的液体通过环形通道能够由进液孔2-4进入推杆2-3内腔中，推杆2-3内腔是与游动阀总成1-3连通的，进而进入推杆2-3内腔的液体就能够从游动阀总成1-3进入固定阀总成1-2和游动阀总成1-3之间的工作泵筒1-11内腔中，工作柱塞1-10与工作泵筒1-11之间具有密封关系，，避免处于推杆2-3和工作泵筒1-11之间环形通道与固定阀总成1-2和游动阀总成1-3之间腔体相通，进而能使工作泵正常作业，本实施例所示的在推杆2-3和游动阀总成1-3之间设置一段工作柱塞1-10，工作柱塞1-10和工作泵筒1-11之间进行密封(该密封结构通过工作柱塞外径与泵管内径相匹配,同时增加工作柱塞长度实现密封)，亦或是采用两个单向阀作为游动阀总成1-3时，可以将工作柱塞1-10设置在两个单向阀之间，而将推杆2-3与下端的单向阀连接；而本实施例中虽然设置有两个单向阀，但是两个单向阀之间仅设置连通结构将两个单向阀连接即可，推杆2-3与下端的单向阀之间设置工作柱塞1-10连接即可；当然也可以仅设置一个单向阀作为游动阀总成1-3，此时最好将工作柱塞1-10设置在这个单向阀和推杆2-3之间，如果将工作柱塞1-10设置在单向阀上方(即将单向阀设置在工作柱塞和推杆之间)则会降低工作泵效率。当工作柱塞1-10设置在推杆2-3和游动阀总成1-3之间时，设置进液孔2-4时因避开工作柱塞1-10与工作泵筒总成1-1之间的机械密封结构，另外该实施例中推杆2-3整段均为管状，也可以更具需要仅将靠游动阀总成1-3的一端设置成空心管，将进液孔2-4开设在推杆2-3具有空心内腔的一端。

在推杆2-3驱动游动阀总成1-3上下活动时取液孔1-4应始终处于工作泵筒总成1-1内，而不能进入动力泵筒2-1中，也就是动力柱塞2-2到下死点位置时取液孔1-4依然处于工作泵筒总成1-1中。

为了将工作泵筒总成1-1和动力泵筒2-1内腔阻隔，在中间接头2-5靠工作泵1一侧设有机械密封座1-9，机械密封座1-9内壁对推杆2-3进行密封设置，这样推杆2-3往复动作时也不会使工作泵筒总成1-1和动力泵筒2-1内腔相通，这里的机械密封座1-9可以看作为中间接头2-5的一部分，亦或是作为单独的零部件用于连接中间接头2-5和工作泵1，此处密封结构也采用同工作柱塞1-10和工作泵筒总成1-1的密封关系，通过尺寸配合和增加长度实现密封。

为了驱动动力泵2工作，在中间接头2-5和上接头之间连接有下行进液管3，在下接头2-6和上接头1-5之间连接有上行进液管4，下行进液管3将中心通道1-7和动力泵筒2-1内处于动力柱塞2-2上方的环形空腔连通，上行进液管4将外圈通道1-6和动力泵筒2-1内处于动力柱塞2-2下方的空腔连通，外部液压站则通过上接头连接，当液压站通过中心通道1-7注入高压动力液时驱使固定阀总成1-2关闭，动力液从下行进液管3进入动力泵2驱动动力柱塞2-2下行；当液压站通过外圈通道注入高压动力液时，动力液从上行进液管4进入动力泵2驱动动力柱塞2-2上行。为了避免动力泵筒2-1中处于动力柱塞2-2上、下腔室相通，在动力柱塞2-2和动力泵筒2-1之间也进行密封，密封方式同工作柱塞一样通过内外径配合以及增加动力柱塞长度实现密封。

下面结合图4对该无杆泵工作原理做进一步解释：

工作时：

下行参考图4a所示中心通道1-7输入高压动力液，此时高压动力液使固定阀总成1-2关闭，进而高压动力液由下行进液管3进入中间接头2-5内腔，中间接头2-5内腔的高压动力液进入动力泵筒2-1内的动力柱塞2-2上方环形空腔内，从而推动动力柱塞2-2下行，动力柱塞2-2下行时将动力泵筒2-1内位于动力柱塞2-2下方的动力液沿着上行进液管4流入上接头1-5外圈通道进而进入井上动力系统；在此过程中游动阀总成1-3是打开的，使推杆2-3内腔的液体进入游动阀总成1-3和固定阀总成1-2之间的工作泵筒总成1-1内腔中。

上行参考图4b所示外圈通道1-6输入高压动力液，此时高压动力液由上行进液管4从下接头2-6进入动力泵筒2-1内，推动动力柱塞2-2向上运动，而位动力柱塞2-2上方的动力液则由下行进液管3进入中心通道1-7中返回井上动力系统中；在动力柱塞2-2上行过程中因压力变化游动阀总成1-3关闭，固定阀总成1-2打开，从而将处于工作泵筒总成1-1内位于游动阀总成1-3和固定阀总成1-2之间的液体从中心通道1-7泵出井外，同时由于负压作用取液孔1-4从井内将液体抽入推杆2-3和工作泵筒总成1-1之间的空隙中。

在该实施例中为了使游动阀总成1-3和固定阀总成1-2可靠耐用，采用没有弹簧的单向阀，均靠压力变化驱使这些单向阀开启或关闭，避免了弹簧疲劳损坏后无法正常工作的问题，为了进一步提高游动阀总成1-3的稳定工作，该实施例中游动阀总成1-3为两个单向阀串联设置，对于两个单向阀串联设置的形式在上述工作柱塞设置中进行相应介绍，在两个单向阀之间设置一段连接管1-12将两个单向阀连通，也可以使该段连接管1-12保持与泵筒内壁密封，进一步增加工作柱塞长度，因此该连接管可视为游动单向阀的一部分，即使该游动单向阀保持与泵筒内壁密封配合。

从上述实施例可以看出动力泵置于工作泵下方，不会对工作泵内取液通道造成堵塞，因此动力柱塞采用实心结构，上行时增加高压动力液与动力柱塞的接触面积，从而提供了足够的推力，使该无杆泵能够下潜到更深的深度进行工作。

Claims (10)

1.一种液压无杆泵，包括工作泵(1)，所述的工作泵(1)包括工作泵筒总成(1-1)，在所述的工作泵筒总成(1-1)内设置有靠近出口的固定阀总成(1-2)，在所述的工作泵筒总成(1-1)内还设有能往复动作的游动阀总成(1-3)和工作柱塞(1-10)，其特征在于：在所述的工作泵(1)底部连接有动力泵(2)，所述的动力泵(2)包括动力泵筒(2-1)，在所述的动力泵筒(2-1)内设有动力柱塞(2-2)和推杆(2-3)，所述的推杆(2-3)延伸至工作泵筒总成(1-1)内与游动阀总成(1-3)连接，在所述的工作泵筒总成(1-1)靠近动力泵(2)一端设置有取液孔(1-4)，所述的推杆(2-3)至少与游动阀总成(1-3)连接的一端中空设置且与游动阀总成(1-3)连通，且在所述的推杆(2-3)中空部位设有进液孔(2-4)，所述的进液孔(2-4)始终与设置有取液孔(1-4)一段的工作泵筒总成(1-1)内腔相通；在所述的动力泵(2)上还连接有下行进液管(3)和上行进液管(4)。

2.根据权利要求1所述的一种液压无杆泵，其特征在于：所述的工作泵(1)还包括有上接头(1-5)，在所述的上接头(1-5)上设有外圈通道(1-6)和中心通道(1-7)，所述的下行进液管(3)与中心通道(1-7)连通，所述的上行进液管(4)与外圈通道(1-6)连通。

3.根据权利要求1所述的一种液压无杆泵，其特征在于：在所述的工作柱塞(1-10)设置在推杆(2-3)和游动阀总成(1-3)之间与泵筒总成(1-1)密封配合。

4.根据权利要求1或2所述的一种液压无杆泵，其特征在于：所述的动力泵(2)还包括有中间接头(2-5)和下接头(2-6)，所述的中间接头(2-5)将工作泵筒总成(1-1)和动力泵筒(2-1)连接，且所述的中间接头(2-5)内腔与动力泵筒(2-1)内腔连通，所述的下行进液管(3)与中间接头(2-5)连通，所述的下接头(2-6)内腔与动力泵筒(2-1)内腔连通且与上行进液管(4)连通。

5.根据权利要求1或2所述的一种液压无杆泵，其特征在于：在所述的工作泵筒总成(1-1)靠近动力泵(2)一端设置有筛管(1-8)，所述筛管(1-8)上的网孔作为取液孔(1-4)。

6.根据权利要求1或2所述的一种液压无杆泵，其特征在于：所述的游动阀总成(1-3)由两个串联的单向阀组成。

7.根据权利要求6所述的一种液压无杆泵，其特征在于：所述的工作柱塞(1-10)设置在两个单向阀之间，所述的推杆(2-3)与下端的单向阀连接。

8.根据权利要求6所述的一种液压无杆泵，其特征在于：所述的工作柱塞(1-10)设置在推杆(2-3)与下端的单向阀之间。

9.根据权利要求6所述的一种液压无杆泵，其特征在于：所述的固定阀总成(1-2)和游动阀总成(1-3)均为无弹簧单向阀。

10.根据权利要求1或2所述的一种液压无杆泵，其特征在于：在所述的动力泵(2)和工作泵(1)连接过渡处设置有密封推杆(2-3)的机械密封结构。

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