CN204716676U - 液压动力系统 - Google Patents

Abstract

本申请的实施例公开了一种液压动力系统。液压动力系统包括：油箱，用于提供和回收液压油；泵，用于从油箱泵送液压油；电机，用于驱动所述泵；溢流阀；和蓄能器，用于稳定系统压力。所述液压动力系统还包括连接到外部设备的操作阀所在的支路中的单向阀和卸载阀，其中所述卸载阀设有压力上限和压力下限，并且所述卸载阀和所述溢流阀配置成：当所述支路的压力达到所述压力上限时，卸载阀切换到打开位置以打开溢流阀，使泵输送的流体通过溢流阀回到油箱；以及当所述支路的压力达到所述压力下限时，卸载阀切换到关闭位置，使溢流阀关闭，泵输送的流体通过单向阀去往蓄能器和操作阀。

Description

液压动力系统

技术领域

本实用新型涉及石油钻井机械领域，尤其涉及一种为井口石油工具提供动力的液压动力系统。

背景技术

随着石油钻井作业对钻台自动化的要求的提高，自动化程度高的井口石油工具(如动力钻杆钳、动力套管钳、铁钻工等)被越来越广泛地应用。井口石油工具包括用于钻杆或套管之间丝扣连接的上卸扣作业的设备或装置，液压动力系统的主要功能是为井口石油工具提供液压动力。

传统的液压动力系统，主要由油箱、球阀、电机、柱塞泵、溢流阀、油滤、压力表以及连接接头和管线组成。电机为柱塞泵提供驱动力，溢流阀用于设定输出压力，将油箱中的液压油以设定排量和设定压力，输出为井口石油工具的作业提供驱动动力。

由于在钻井起下钻作业过程中液压动力系统不能停机，而井口石油工具的单个上卸扣回合工作时间比较短，导致80％以上的时间里，液压动力系统内的液压油都处于不停地在其设定排量和设定压力的负荷状态下溢流循环运转的状态。这个现状不仅造成能源浪费严重，而且导致柱塞泵发热和油箱内液压油快速升温；又由于传统液压动力系统均采用开放式油箱设计，油箱内的液压油与大气通过呼吸器直接相通，液压油的温升加快了环境空气中的粉尘和湿度对液压油的污染以及氧化；从而致使液压站本身和使用液压动力的钻井工具中的液压泵、阀等液压元器件的性能和损坏，影响设备液压系统的工作可靠性，影响钻井作业的安全和效率。

图1示出了一种传统液压动力系统的液压系统图。如图1所示，传统液压动力系统通常包括吸油油滤1、球阀2、电机3、柱塞泵4、液压油滤5、压力表6、溢流阀9、回油油滤10、呼吸器11和油箱12等，它们通过接头和管线按照图1所示连接构成用于向外部设备7提供液压动力的液压 动力系统。操作阀8用于操作和控制外部设备7。液压动力系统工作时，图1中的三处球阀2均处于打开状态，电机3启动带动柱塞泵4工作，将油箱12内的液压油依次通过吸油油滤1、球阀2，输出至液压油滤5、压力表6、操作阀8、以及溢流阀9。压力表6用于显示柱塞泵4输出端液压油的压力。当外部设备7不工作时，操作阀8处于关闭的中间位置，柱塞泵4排出的液压油均从溢流阀9以设定的溢流压力和柱塞泵设定的排量，经过回油油滤10回到油箱12，并持续循环。呼吸器11和油箱12组成一个开放式油箱，油箱12内的液压油通过呼吸器11直接和环境空气接触。在这个状态下，油箱内的液压油在额定排量和额定压力下的持续循环将导致液压油油温的快速上升，同时也加快了环境空气中的粉尘和湿度对液压油的污染以及氧化。液压油的高温和液压油的低品质是造成液压系统工作性能不稳定和工作寿命短的关键因素。

因此，目前需要一种能够节能环保、液压油温升少、避免环境空气对液压油的污染和氧化、并大幅延长液压油的更换周期、提高液压系统的可靠性和寿命、从而提高钻井作业的安全和效率的液压动力系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上文所述现有技术的至少一部分缺陷和不足，并且该目的是通过提供一种新型的液压动力系统实现的。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种液压动力系统。

根据一个示例性实施例，液压动力系统包括：油箱，用于提供和回收液压油；泵，用于从油箱泵送液压油；电机，用于驱动所述泵；溢流阀；和蓄能器，用于稳定系统压力，其特征在于，所述液压动力系统还包括连接到外部设备的操作阀所在的支路中的单向阀和卸载阀，其中所述卸载阀设有压力上限和压力下限，并且所述卸载阀和所述溢流阀配置成：当所述支路的压力达到所述压力上限时，卸载阀切换到打开位置以打开溢流阀，使泵输送的流体通过溢流阀回到油箱；以及当所述支路的压力达到所述压力下限时，卸载阀切换到关闭位置，使溢流阀关闭，泵输送的流体通过单向阀去往蓄能器和操作阀。

根据另一示例性实施例，溢流阀的溢流压力被设定为高于卸载阀的压 力上限。

根据另一示例性实施例，所述蓄能器还通过针阀直接地连接到所述油箱的回油口，所述针阀被配置成：当液压动力系统工作时，针阀处于关闭状态；当液压系统检修时，针阀打开以释放蓄能器的能量。

根据另一示例性实施例，所述油箱包括呼吸气囊，该呼吸气囊被配置成：当油箱内的液压油位上升时，呼吸气囊收缩，当油箱内的液压油位下降时，呼吸气囊膨胀，以保证油箱内部压力与环境空气压力基本一致。

根据另一示例性实施例，所述液压动力系统还包括设置在油箱处的安全阀，所述安全阀被配置成：当油箱内的气体压力超过安全阀设定的压力时，安全阀打开，使得油箱内部的气体排出，以保护油箱和气囊。

根据另一示例性实施例，所述液压动力系统还包括设置在油箱的回油口处的回油油滤，所述回油油滤设有安全旁通回路并且有油污指示功能。

附图说明

现在将通过举例的方式结合附图对本实用新型的优选实施例进行描述，其中：

图1是现有技术的液压动力系统的液压系统原理图；

图2是本实用新型的液压动力系统的液压系统原理图。

在上述附图中，相同的附图标记用于指示相同或相似的构件。

附图标记列表：

1：吸油油滤   2：球阀         3：电机

4：柱塞泵     5：液压油滤     6：压力表

7：外部设备   8：操作阀       9：溢流阀

10：回油油滤  11：呼吸器      12：油箱；

13：单向阀    14：单向节流阀  15：针阀

16：蓄能器    17：卸载阀      18：安全阀

19：呼吸气囊 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的液压动力系统的实施例进行详细说明。

如图2所示，根据本实用新型的实施例的液压动力系统包括：油箱12，用于提供和回收液压油；泵4，用于从油箱12泵送液压油；操作阀8，用于操作外部设备7；溢流阀9，其与用于操作外部设备7的操作阀8并联；和蓄能器16，用于稳定液压系统的内部压力。液压动力系统还包括连接到操作阀8所在的支路中的单向阀13和卸载阀17。

油箱12还设有安全阀18和呼吸气囊19，其中，安全阀18安装于油箱12外部并与油箱12的内部连通，呼吸气囊19安装于油箱12内部，从而构成全封闭式油箱。当油箱12内的液压油位上升时，呼吸气囊19收缩，当液压油位下降时，呼吸气囊19膨胀，从而保证油箱内部压力与环境空气压力基本一致。当因特殊情况导致当油箱12内的气体压力超过安全阀18设定的压力时(例如呼吸气囊19的功能故障，或压力变化过快而呼吸气囊19不能及响应)时，安全阀18打开，油箱12内部的气体排出，确保油箱和气囊不损坏。

油箱12内部还设有吸油粗滤1，油箱12的出油口下游设有球阀2。此外，压力表6处以及油箱12的回油口上游处也设有相应的球阀。当液压动力系统工作时，所有的球阀(例如，图2中示出了4处球阀)均处于打开状态；在进行设备检修时，球阀2关闭以防止液压油从油箱12及管线中流淌至外部环境。油箱12的回油口上游还设有回油油滤10，用于过滤液压系统中的液压油中的杂质等。

泵4(例如，柱塞泵)和电机3组成了机泵组合，电机3向柱塞泵4提供动力。

单向阀13、蓄能器16、卸载阀17、溢流阀9以及并依照图2所示用接头和管线依次连接。根据一个示例，蓄能器16通过单向节流阀14连接到操作阀8所在的支路，用于稳定单向阀13和操控阀8之间的压力。在另一示例中，蓄能器16还通过针阀15直接与油箱12的回油口连通。当液压动力系统工作时，针阀15处于关闭状态；在进行液压系统检修时，打开针阀15来释放蓄能器16的能量。

根据本实用新型的实施例的液压动力系统中还可包括设置在操作阀8所在回路中的压力表6，用于显示单向阀13和操控阀8之间的压力，操作 阀8用于控制外部设备7的作业。卸载阀17设定压力上限和压力下限，以设定本实用新型下的液压动力系统的系统压力。溢流阀9的外部压力设定值高于卸载阀17设定的压力上限，以保护柱塞泵4和电机3等系统元器件。

具体地，卸载阀17配置成：当操作阀8所在支路的压力达到所述压力上限时，卸载阀17切换到打开位置以打开溢流阀9，使泵4输送的液压流体通过溢流阀9溢流，同时单向阀13关闭；当所述支路的压力达到所述压力下限时，卸载阀17切换到关闭位置，同时溢流阀9关闭，单向阀13打开。支路中的压力由压力表6指示。

接下来将结合根据本实用新型的实施力的液压动力系统的工作过程来详细说明系统及其各部分的工作原理。

当外部设备7不工作时，操作阀8处于关闭的中间位置时，初始启动电机3。①第一阶段，卸载阀17和溢流阀9都处于断开状态，柱塞泵4排出的液压油经单向阀13、单向节流阀14注入蓄能器16，直至压力表6所在油路支线的压力(或压力表6显示的压力)达到卸载阀17的设定的压力上限。②第二阶段，在压力达到压力上限之后，卸载阀17换位处于打开位置，使溢流阀9处于打开状态，此时，柱塞泵4排出的液压油经溢流阀9以“零”溢流压力经过回油油滤10回到油箱12，而单向阀13处于关闭状态，此时，从单向阀13至操作阀8之间的压力被维持。③第三阶段，由于液压系统的阀等元器件存在内漏，蓄能器16内的液压油持续缓慢排出，压力表6所在油路支线的压力(或压力表6显示的压力)缓慢下降，直到压力下降到卸载阀17设定的压力下限。此时，卸载阀17换位处于关闭位置，使溢流阀9换位处于关闭状态，系统回到上述第一阶段开始时的状态，并开始重复执行上述第一阶段的动作。

当外部设备7不工作时，上述第一阶段、第二阶段以及第三阶段循环往复执行，保证操作阀8处的液压压力处于设定的系统压力范围内；同时，由于元器件的内漏量通常非常小，液压动力系统的绝大多数时间处于第二阶段的工作状态，即油箱12内的液压油以“零”压力通过柱塞泵4、溢流阀9、回油油滤10循环。此时，电机的能耗非常低、油箱内的液压油温升非常小。

当外部设备7工作时，操作阀8处于打开位置，由于外部设备7需要的液压压力通常小于液压动力系统的系统设定压力，此时，卸载阀17和溢流阀9都处于断开状态，柱塞泵4排出的液压油经单向阀13、操作阀8注入外部设备7，同时蓄能器16内的液压油排出经操作阀8输入至外部设备7。

与传统液压动力系统相比，本实用新型的新型液压动力系统给外部设备7的动力输出除了电机泵组合的额定输出之外，更有外部设备7作业间隙中蓄能器16内的积蓄的蓄能输出，提高了设备工作效率。

当油箱12内的液压油通过柱塞泵4向蓄能器16内注入时、或从蓄能器16排出液压油回到油箱12，当外部设备7(以油缸为例)工作时，杠杆伸出或缩回，油箱12内的液压油位在变化，当油箱12内的液压油位上升时，呼吸气囊19收缩，当液压油位下降时，呼吸气囊19膨胀，保证油箱内部压力与环境空气压力基本一致。这样，在保证油箱正常的呼吸功能之外，避免了液压油和大气的接触。

通过采用本实用新型的液压动力系统，能够获得如下优点和积极的技术效果：通过合理的液压控制阀组合，克服了传统的液压动力系统高压溢流带来的高油温、高能耗问题；通过采用呼吸气囊方式的全封闭式油箱设计，避免了传统液压动力系统存在的环境空气对液压油的污染和氧化问题，实现节能减排，并且大幅延长液压油的更换周期，大幅提高液压系统的可靠性和寿命，从而提高钻井作业的安全和效率。本实用新型具有设计原理合理、能够节能环保、设备工作寿命长、能较大地提高石油钻井工作效率、减少设备维修时间和费用、提高石油作业安全性等优点。

至此，已经结合本实用新型的附图对本实用新型的优选实施例进行了详细的说明，然而本领域的技术人员将认识到：在不背离本实用新型的精神和实质的情况下，可以对其进行进一步的修改和改变，并且所有这些变化和改变都应当落入本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围由所附权利要求的保护范围确定。

Claims (6)

1.一种液压动力系统，包括：

油箱，用于提供和回收液压油；

泵，用于从油箱泵送液压油；

电机，用于驱动所述泵；

溢流阀；和

蓄能器，用于稳定系统压力，

其特征在于，所述液压动力系统还包括连接到外部设备的操作阀所在的支路中的单向阀和卸载阀，其中所述卸载阀设有压力上限和压力下限，并且所述卸载阀和所述溢流阀配置成：

当所述支路的压力达到所述压力上限时，卸载阀切换到打开位置以打开溢流阀，使泵输送的流体通过溢流阀回到油箱；以及

当所述支路的压力达到所述压力下限时，卸载阀切换到关闭位置，使溢流阀关闭，泵输送的流体通过单向阀去往蓄能器和操作阀。

2.根据权利要求1所述的液压动力系统，其特征在于，溢流阀的溢流压力被设定为高于卸载阀的压力上限。

3.根据权利要求1所述的液压动力系统，其特征在于，所述蓄能器还通过针阀直接地连接到所述油箱的回油口，所述针阀被配置成：当液压动力系统工作时，针阀处于关闭状态；当液压系统检修时，针阀打开以释放蓄能器的能量。

4.根据权利要求1所述的液压动力系统，其特征在于，所述油箱包括呼吸气囊，该呼吸气囊被配置成：当油箱内的液压油位上升时，呼吸气囊收缩，当油箱内的液压油位下降时，呼吸气囊膨胀，以保证油箱内部压力与环境空气压力基本一致。

5.根据权利要求1所述的液压动力系统，其特征在于，所述液压动力系统还包括设置在油箱处的安全阀，所述安全阀被配置成：当油箱内的气体压力超过安全阀设定的压力时，安全阀打开，使得油箱内部的气体排出，以保护油箱和气囊。

6.根据权利要求1所述的液压动力系统，其特征在于，所述液压动力系统还包括设置在油箱的回油口处的回油油滤，所述回油油滤设有安全旁通回路并且有油污指示功能。