CN214660750U - 一种双工柱塞装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种双工柱塞装置，包括缸体，其内部设置有增压腔；增压机构，其包括柱塞和储能部件；所述柱塞被构造为在外力作用下在所述缸体内往复运动以向所述增压腔提供压力；所述储能部件被构造为：在所述柱塞从增压位置移动至起始位置时吸收柱塞的能量，在所述柱塞从起始位置移动至增压位置时向柱塞释放能量。储能部件将原本在柱塞增压过程中被浪费的能量进行收集存储，并在柱塞对增压腔做功增压的过程中将能量释放出来，充分利用了柱塞的输出功率，有效地提高了工作效率，节省了柱塞运动所消耗的资源；此外，在保持双工柱塞装置整体增压功率不降低的前提下，可以减小传动机构承受的功率，减轻传动机构零件的损耗，从而提高了装置使用寿命。

Description

一种双工柱塞装置

技术领域

本申请涉及石油开采技术领域，特别涉及一种双工柱塞装置。

背景技术

在石油开采过程中，需要将采油井筒内部的原油进行采集并输送至地面上。目前常规使用的采油方法分别为自喷采油和人工举升两种。

自喷采油是指原油从井底流到井口，从井口流到集油站，全部都是依靠油层自身的能量来完成的，是一种依靠天然能量的采油方式。人工举升是指油井不能自喷，需要人工给油井流补充能量，将井底的原油采出来，人工举升包括有杆泵采油和无杆泵采油两大类，其中，无杆泵采油通常采用潜油泵与电机结合，将潜油泵浸入油井中，通过潜油电机带动潜油泵对油液增压，实现石油由井底到地面的输送。

目前的潜油泵工作效率较低，在采油过程中需要消耗大量资源，亟待提供一种解决上述问题的方案。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种双工柱塞装置，以解决目前的潜油泵存在的工作效率低、消耗大量资源的问题。

为实现上述目的，本申请采用了如下技术方案：

一种双工柱塞装置，包括缸体，其内部设置有增压腔；增压机构，其包括柱塞和储能部件；所述柱塞被构造为在外力作用下在所述缸体内往复运动以向所述增压腔提供压力；所述储能部件被构造为：在所述柱塞从增压位置移动至起始位置时吸收柱塞的能量，在所述柱塞从起始位置移动至增压位置时向柱塞释放能量。

可选地，所述储能部件包括储能弹簧，所述储能弹簧利用弹簧的压缩或拉伸变形进行储能。

可选地，所述柱塞上固定连接有第一支座，所述缸体内固定连接有第二支座，所述第一支座、第二支座分别为储能弹簧两端的止点。

可选地，所述增压机构还包括设置在缸体内用于传递压力的隔膜，所述隔膜将所述缸体内的增压腔分隔为第一增压腔和第二增压腔，所述柱塞被配置为向所述第二增压腔提供压力，并通过隔膜传递至第一增压腔。

可选地，所述缸体内固定连接有第一压盖和第二压盖，所述隔膜可拆卸地固定连接在所述第一压盖和所述第二压盖之间。

可选地，所述增压机构还包括设置在所述缸体内的柱塞套体，所述柱塞套体内设置有柱塞孔，所述柱塞的靠近隔膜一端滑动配合在所述柱塞套体的柱塞孔内。

可选地，所述柱塞套体还设有连通所述柱塞孔和第二增压腔的导通孔，所述导通孔的孔径小于所述柱塞孔。

可选地，所述缸体上安装有与所述增压腔连通的进液单向阀和出液单向阀，外界液体仅能够通过所述进液单向阀进入所述增压腔内，所述增压腔内的液体到达预定压力后通过所述出液单向阀排出。

可选地，所述双工柱塞装置还包括传动机构，所述传动机构包括传动轴，其转动连接在所述缸体内；伞齿轮组件，其包括连接在所述传动轴的靠近柱塞一端的第一伞齿轮、与所述第一伞齿轮配合的第二伞齿轮；连杆组件，所述连杆组件的一端与柱塞铰接，另一端与第二伞齿轮偏心连接，以将第二伞齿轮的扭矩转化为驱动柱塞做直线运动。

可选地，所述双工柱塞装置还包括位于缸体内腔中的压电陶瓷组件，所述压电陶瓷组件与柱塞连接，且被配置为通电后驱动柱塞在所述缸体内往复运动。

本申请提供双工柱塞装置，其储能部件将原本在柱塞增压过程中被浪费的能量进行收集存储，并在柱塞对增压腔做功增压的过程中，将存储的能量释放出来，与电机输出的能量同时推动柱塞运动进行增压，储能部件的设置充分利用了柱塞的输出功率，使得柱塞对增压腔双倍做功，有效地提高了工作效率，节省了柱塞运动所消耗的资源；此外，在保持双工柱塞装置整体增压功率不降低的前提下，可以减小传动机构承受的功率，减轻传动机构零件的损耗，从而提高了装置使用寿命，有效地节省了成本。

附图说明

图1是本申请实施例一提供的双工柱塞装置的结构示意图；

图2是本申请实施例二提供的双工柱塞装置的结构示意图。

附图标记：

1、缸体；11、壳体；12、第一增压腔；13、第二增压腔；14、进液单向阀；15、出液单向阀；16、储液腔；2、增压机构；21、柱塞；22、储能弹簧；23、第一支座；24、第二支座；3、隔膜；4、第一压盖；5、第二压盖；6、柱塞套体；61、柱塞孔；62、导通孔；7、传动机构；71、传动轴；711、电机连接花键；72、伞齿轮组件；721、第一伞齿轮；722、第二伞齿轮；73、连杆组件；731、凸轮；732、凸轮连杆；7321、连接环；7322、关节轴承；733、轮轴；8、压电陶瓷组件。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的具体实施方式进行描述。

在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系，而非限定这些相关部分的绝对位置。

在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。

在本文中，“相等”、“相同”等并非严格的数学和/或几何学意义上的限制，还包含本领域技术人员可以理解的且制造或使用等允许的误差。

本申请提供了一种双工柱塞装置，应用于对油井中的石油进行增压，将石油从油井输送至地面，相对于目前通常使用的潜油泵，双工柱塞装置的工作效率更高。本申请通过以下实施例来说明其具体结构及工作原理等。

实施例一

如图1所示，双工柱塞装置包括缸体1和增压机构2。缸体1外部套设有具有保护作用的壳体11，缸体1内部设置有增压腔，增压腔靠近缸体1的其中一端。增压机构2设置在缸体1内，其包括柱塞21和储能部件，柱塞21的其中一端朝向增压腔，柱塞21被构造为：在外力作用下在缸体1内轴向往复运动，以向增压腔提供压力。柱塞21的运动行程中，距离增压腔最远的位置为起始位置，距离增压腔最近的位置为增压位置。储能部件被构造为：在柱塞21从增压位置移动至起始位置时吸收柱塞21的能量，在柱塞21从起始位置移动至增压位置时向柱塞21释放能量。

储能部件能够吸收柱塞21不对增压腔做功时释放的能量，然后在柱塞21对增压腔做功增压时将储存的能量释放出来，增加柱塞21的增压功率。相对于柱塞21往复运动仅单程做功增压的情况，储能部件的设置充分利用了柱塞21的输出功率，使得柱塞21对增压腔双倍做功，有效地提高了工作效率，节省了柱塞21运动所消耗的资源。

具体地，缸体1内部还设置有隔膜3，隔膜3将缸体1内的增压腔分隔为第一增压腔12和第二增压腔13，缸体1内还固定连接有第一压盖4和第二压盖5，隔膜3可拆卸地固定连接在第一压盖4和第二压盖5之间。

缸体1的端部开设有与第一增压腔12连通的进液通道和出液通道。进液通道内安装有进液单向阀14，外界液体仅能够通过进液单向阀14流向第一增压腔12；出液通道内安装有出液单向阀15，第一增压腔12内的液体到达预定压力后通过出液单向阀15排出。

第二增压腔13内储存有工作液体，增压机构2的柱塞21能够向第二增压腔13内的工作液体提供压力，隔膜3能够将工作液体的压力传递至第一增压腔12中的液体。

缸体1内部还设置有柱塞套体6，柱塞套体6的外壁与缸体1的内壁固定连接。柱塞套体6内开设有柱塞孔61，柱塞21的靠近隔膜3一端滑动配合在柱塞套体6的柱塞孔61内。柱塞套体6能够对柱塞21进行导向。缸体1内也可以设置其他导向部件进一步地对柱塞21进行导向。柱塞套体6内还开设有导通孔62，导通孔62连通柱塞孔61和第二增压腔13，且其孔径小于柱塞孔61的孔径，导通孔62与柱塞孔61的连接处形成台阶面。导通孔62设置为较小的孔径能够减少工作液体的储存容积。

储能部件包括储能弹簧22。在一种实施方式中，采用压缩弹簧作为储能弹簧22，柱塞21从增压位置运动至起始位置时，带动压缩弹簧压缩变形从而储存能量，柱塞21从起始位置运动至增压位置时，压缩弹簧通过弹性恢复力向柱塞21释放能量。在另一种实施方式中，采用拉伸弹簧作为储能弹簧22，柱塞21从增压位置运动至起始位置时，带动拉伸弹簧拉伸变形从而储存能量，柱塞21从起始位置运动至增压位置时，拉伸弹簧通过弹性恢复力向柱塞21释放能量。

本申请以储能弹簧22采用压缩弹簧为例进行说明。柱塞21的侧壁上固定连接有第一支座23，缸体1的内壁上固定连接有第二支座24，压缩弹簧套设在柱塞21外部，且位于第一支座23和第二支座24之间，第一支座23、第二支座24分别为压缩弹簧两端的止点。柱塞21从增压位置移动至起始位置时，第一支座23驱动压缩弹簧压缩变形以储存能量；柱塞21从起始位置移动至增压位置时，压缩弹簧推动第一支座23向柱塞21释放能量，从而提高柱塞21的输出功率。

双工柱塞装置还包括驱动柱塞21运动的传动机构7，传动机构7设置在缸体1的内腔中，且连接在柱塞21的远离隔膜3一端。传动机构7包括传动轴71、伞齿轮组件72和连杆组件73。

具体地，传动轴71通过轴承安装在缸体1内部，能够绕自身轴线转动，其轴线与柱塞21轴线方向一致，传动轴71的远离柱塞21一端设置有电机连接花键711，能够与电机相连接，通过电机驱动传动轴71旋转。伞齿轮组件72包括连接在传动轴71的靠近柱塞21一端的第一伞齿轮721、与第一伞齿轮721配合的第二伞齿轮722，第二伞齿轮722直径大于第一伞齿轮721的直径，以实现对传动轴71的旋转进行降速增矩。连杆组件73的一端与柱塞21铰接，另一端与第二伞齿轮722偏心连接，以将第二伞齿轮722的扭矩转化为驱动柱塞21做直线运动。

具体地，连杆组件73包括凸轮731、凸轮连杆732和轮轴733。轮轴733与传动轴71相对垂直，其两端均通过轴承连接在缸体1内壁上，凸轮731的基圆与第二伞齿轮722通过轮轴733连接。凸轮连杆732的一端设置有连接环7321，凸轮731的外圈轮廓呈圆形并且转动配合在连接环7321中，凸轮连杆732的远离凸轮731一端通过关节轴承7322与柱塞21铰接。

通过电机驱动传动轴71转动时，第一伞齿轮721跟随传动轴71转动，并带动第二伞齿轮722转动，以改变传动轴71输出的旋转运动的方向；第二伞齿轮722能够通过轮轴733带动凸轮731转动，凸轮731转动时驱动凸轮连杆732摆动，凸轮连杆732通过关节轴承7322驱动柱塞21轴向往复运动，从而将第二伞齿轮722的扭矩转化为了驱动柱塞21做直线运动。

在有限的油井作业空间内，伞齿轮组件72等传动部件的尺寸和传递的功率受到限制。由于储能弹簧22有效提高了柱塞21的增压功率，在保持双工柱塞装置整体增压功率不降低的前提下，可以减小传动机构7承受的功率，从而伞齿轮组件72等零件的使用寿命有效延长，节省了后期的维护成本。

缸体1内部还设置有储液腔16，储液腔16与第二增压腔13通过柱塞套体6进行分隔。储液腔16中储存有工作液体，增压机构2和传动机构7均浸于储液腔的工作液体中，以减轻增压机构2和传动机构7的磨损。

双工柱塞装置的实施原理如下：将传动机构7的传动轴71与潜油电机的输出端连接然后浸入油井中，石油能够通过进液单向阀14进入缸体1内的第一增压腔12；电机驱动传动轴71转动，传动机构7将传动轴71的扭矩转化为直线运动，并将动力传递给柱塞21，在传动机构7的驱动作用和柱塞套体6的导向作用下，柱塞21进行轴向往复运动；柱塞21从增压位置移动至起始位置的过程中，储能弹簧22变形并储存柱塞21的能量，柱塞21从起始位置移动至增压位置时，对第二增压腔13中的工作液体提供压力，柱塞21弹簧同时向柱塞21释放能量，增加柱塞21的输出功率；第二增压腔13中工作液体的压力能够通过隔膜3传递至第一增压腔12中的石油，石油到达预定压力后，通过出液单向阀15泄出至油井中，增压后的石油从而能够运输至地面。

实施例二

与实施例一相比，本实施例的区别在于通过压电陶瓷组件8驱动柱塞21运动。为了使文本简洁，实施例二中与实施例一的相同之处不再赘述。

具体地，双工柱塞装置还包括压电陶瓷组件8，压电陶瓷组件8安装在缸体1内腔中，并且与柱塞21的远离增压腔一端连接，压电陶瓷组件8被配置为：利用逆压电效应驱动柱塞21在所述缸体1内往复运动。

压电陶瓷的逆压电效应压能够将电能转换成机械能，当沿压电陶瓷极化方向施加外部电场时，如果外电场方向与压电陶瓷内部的极化方向相同，压电陶瓷内部的极化强度被增强，这时压电陶瓷内的正负束缚电荷之间的距离随之变大，导致压电陶瓷在极化方向上伸长。反之，如果外电场方向和压电陶瓷内部的极化方向相反，压电陶瓷会在极化方向上缩短。基于上述原理，对压电陶瓷组件8极化方向施加正负电压，能够改变压电陶瓷组件8极化方向的长度，从而能够驱动柱塞21直线往复运动。

上面结合附图对本申请优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本申请并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请构思的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种双工柱塞装置，其特征在于，包括

缸体(1)，其内部设置有增压腔；

增压机构(2)，其包括柱塞(21)和储能部件；

所述柱塞(21)被构造为在外力作用下在所述缸体(1)内往复运动以向所述增压腔提供压力；

所述储能部件被构造为：在所述柱塞(21)从增压位置移动至起始位置时吸收柱塞(21)的能量，在所述柱塞(21)从起始位置移动至增压位置时向柱塞(21)释放能量。

2.根据权利要求1所述的双工柱塞装置，其特征在于，所述储能部件包括储能弹簧(22)，所述储能弹簧(22)利用弹簧的压缩或拉伸变形进行储能。

3.根据权利要求2所述的双工柱塞装置，其特征在于，所述柱塞(21)上固定连接有第一支座(23)，所述缸体(1)内固定连接有第二支座(24)，所述第一支座(23)、第二支座(24)分别为储能弹簧(22)两端的止点。

4.根据权利要求1所述的双工柱塞装置，其特征在于，所述增压机构(2)还包括设置在缸体(1)内用于传递压力的隔膜(3)，所述隔膜(3)将所述缸体(1)内的增压腔分隔为第一增压腔(12)和第二增压腔(13)，所述柱塞(21)被配置为向所述第二增压腔(13)提供压力，并通过隔膜(3)传递至第一增压腔(12)。

5.根据权利要求4所述的双工柱塞装置，其特征在于，所述缸体(1)内固定连接有第一压盖(4)和第二压盖(5)，所述隔膜(3)可拆卸地固定连接在所述第一压盖(4)和所述第二压盖(5)之间。

6.根据权利要求4所述的双工柱塞装置，其特征在于，所述增压机构(2)还包括设置在所述缸体(1)内的柱塞套体(6)，所述柱塞套体(6)内设置有柱塞孔(61)，所述柱塞(21)的靠近隔膜(3)一端滑动配合在所述柱塞套体(6)的柱塞孔(61)内。

7.根据权利要求6所述的双工柱塞装置，其特征在于，所述柱塞套体(6)还设有连通所述柱塞孔(61)和第二增压腔(13)的导通孔(62)，所述导通孔(62)的孔径小于所述柱塞孔(61)。

8.根据权利要求1所述的双工柱塞装置，其特征在于，所述缸体(1)上安装有与所述增压腔连通的进液单向阀(14)和出液单向阀(15)，外界液体仅能够通过所述进液单向阀(14)进入所述增压腔内，所述增压腔内的液体到达预定压力后通过所述出液单向阀(15)排出。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的双工柱塞装置，其特征在于，所述双工柱塞装置还包括传动机构(7)，所述传动机构(7)包括

传动轴(71)，其转动连接在所述缸体(1)内；

伞齿轮组件(72)，其包括连接在所述传动轴(71)的靠近柱塞(21)一端的第一伞齿轮(721)、与所述第一伞齿轮(721)配合的第二伞齿轮(722)；

连杆组件(73)，所述连杆组件(73)的一端与柱塞(21)铰接，另一端与第二伞齿轮(722)偏心连接，以将第二伞齿轮(722)的扭矩转化为驱动柱塞(21)做直线运动。

10.根据权利要求1-8任意一项所述的双工柱塞装置，其特征在于，所述双工柱塞装置还包括位于缸体(1)内腔中的压电陶瓷组件(8)，所述压电陶瓷组件(8)与柱塞(21)连接，且被配置为通电后驱动柱塞(21)在所述缸体(1)内往复运动。

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