RO126135A2 - Procedeu şi sistem de acţionare pneumatică cu recuperare de energie pentru mişcări ciclice ascendente şi descendente - Google Patents

Procedeu şi sistem de acţionare pneumatică cu recuperare de energie pentru mişcări ciclice ascendente şi descendente Download PDF

Info

Publication number
RO126135A2
RO126135A2 ROA200900766A RO200900766A RO126135A2 RO 126135 A2 RO126135 A2 RO 126135A2 RO A200900766 A ROA200900766 A RO A200900766A RO 200900766 A RO200900766 A RO 200900766A RO 126135 A2 RO126135 A2 RO 126135A2
Authority
RO
Romania
Prior art keywords
pressure
gas
pneumatic
nitrogen
linear motor
Prior art date
Application number
ROA200900766A
Other languages
English (en)
Inventor
Filip Cojocaru
Original Assignee
Filip Cojocaru
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Filip Cojocaru filed Critical Filip Cojocaru
Priority to ROA200900766A priority Critical patent/RO126135A2/ro
Priority to PCT/RO2010/000001 priority patent/WO2011037487A1/en
Publication of RO126135A2 publication Critical patent/RO126135A2/ro

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/08Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for recovering energy derived from swinging, rolling, pitching or like movements, e.g. from the vibrations of a machine
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/12Methods or apparatus for controlling the flow of the obtained fluid to or in wells
    • E21B43/121Lifting well fluids
    • E21B43/126Adaptations of down-hole pump systems powered by drives outside the borehole, e.g. by a rotary or oscillating drive
    • E21B43/127Adaptations of walking-beam pump systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu şi la un sistem de acţionare pneumatică, cu recuperare de energie pentru mişcări ciclice ascendente şi descendente, folosit în industria de exploatare minieră, auto sau navală. Procedeul conform invenţiei constă în folosirea unei instalaţii pneumatice, în circuit închis, având, ca fluid de lucru, un gaz comprimat, de preferinţă azot, ce realizează o mişcare ascendentă, în care un gaz aflat într-un recipient, sub o anumită presiune, este aspirat de către un generator de presiune şi refulat cu o presiune superioară, într-o cameră de lucru a unui motor pneumatic, liniar, precum şi o mişcare descendentă, obţinută prin inversarea sensului de deplasarea a gazului. Sistemul conform invenţiei este compus dintr-o grindă (1) balansier, având, la un capăt, o articulaţie (2) fixă, prevăzută cu o articulaţie (3) mobilă, de care se fixează tija unui motor (4) pneumatic, liniar, iar la celălalt capăt fiind montat un dispozitiv de prindere a sarcinii în mişcare ascendentă şi descendentă, şi o instalaţie pneumatică alcătuită dintr-un distribuitor (5) prevăzut cu două bobine electromagnetice, activate alternativ de câte un limitator de cursă, electric, superior şi, respectiv, inferior, ce poate fi comutat în două poziţii, în prima poziţie, pentru a conecta, la refularea unui generator (6.1) de presiune, o cameră a motorului (4) pneumatic corespunzătoare suprafeţei mari a unui piston, şi la aspiraţie, unul sau mai multe recipiente (7) cu gaz sub presiune, pentru realizarea mişcării ascendente, iar în a doua poziţie a distribuitorului (5) se inversează sensul de deplasare a gazului, nişte manometre (8 şi 9

Description

Procedeu și sistem de acționare pneumatică cu recuperare de energie pentru mișcări ciclice ascendente și descendente
Stadiul anterior și actual al tehnicii
Pe plan mondial sunt cunoscute un număr foarte mare de soluții variate pentru acționarea unităților de pompare, din care multe sunt prevăzute și cu sisteme de recuperare și acumulare de energie, posibil de aplicat datorită caracterului alternativ al mișcării și existenței unor sarcini permanente date de greutățile prăjinilor de pompare
Cel mai frecvent sunt utilizate sistemele cu acționare hidrostatică, datorită puterilor și forțelor mari necesare, iar pentru recuperarea energiei potențiale a garniturii de prăjini de pompare aflate în mișcarea descendentă se utilizează acumulatori pneumohidraulici sau roți volante. O parte din energia recuperată astfel este reutilizată în mișcarea ascendentă.
Este cunoscută unitatea de pompare acționată hidrostatic [1] (US Pat. 5,016,139) prevăzută cu o pompă cu roți dințate, un distribuitor 4/2 (4 căi, două poziții), un motor hidrostatic liniar, un acumulator pneumohidraulic cu piston și o supapă de siguranță. Fluidul sub presiune din acumulatorul pneumohidraulic cu piston este dirijat prin distribuitor, aspirat de pompă și trimis în motorul liniar hidrostatic, care antrenează în mișcarea ascendentă prăjinile de pompare împreună cu țițeiul pompat. Prin schimbarea poziției distribuitorului și inversarea direcției de curgere a fluidului de lucru, se aspiră fluidul de lucru din motorul hidrostatic liniar și se refulează sub presiune înapoi în acumulatorul pneumohidraulic, iar prăjinile de pompare sunt antrenate în mișcare descendentă.
Λ-2 Ο Ο 9-Ο 07 θ6 - 2 8 -09- 2009 în acest caz, sistemul de acționare necesită un sistem de etanșare suplimentar pentru pompă, un motor hidrostatic liniar (cilindru hidraulic) cu lungime mare, egală cu lungimea cursei pentru prăjinile de pompare. Sistemul nu este dotat cu un sistem de compensare a pierderilor de fluid de lucru care apar inevitabil prin etanșările mobile ale pompei și motorului liniar, ceea ce limitează durata de funcționare continuă, fără reîncărcarea instalației cu fluid de lucru.
Răspândirea pe scară largă a multor soluții tehnice brevetate în ultimii ani pentru acționarea unităților de pompare cu prăjini, a fost limitată deoarece:
sunt necesare rezervoare cu cantități mari de ulei hidraulic, sisteme de aerisire, depozitare, alimentare, transvazare, completare, decantare, evacuare, condiționare și filtrare a fluidului de lucru;
sunt necesare acumulatoare pneumohidraulice cu piston sau cu membrană, care utilizează două fluide de lucru (azot și ulei hidraulic) și care sunt relativ scumpe și introduc pierderi energetice suplimentare;
sunt necesare măsuri complexe suplimentare pentru realizarea etanșărilor aflate în mișcare;
- sunt folosite un număr mare de componente complexe și costisitoare;
- sunt necesare cheltuieli însemnate pentru investiții, achiziție și mentenanță.
<k-2 Ο Ο 9 - Ο 0 7 6 6 - 2 8 -09- 2009
Expunerea invenției
Descriere. Prezentarea desenelor
Pentru exemplificarea invenției „procedeu și sistem de acționare pneumatică cu recuperare de energie pentru mișcări ciclice ascendente și descendente”, se analizează componența și funcționarea pompelor de adâncime cu piston acționate de prăjini, care se utilizează în extracția țițeiului sau pentru puțuri de apă, la care sarcina permanentă dată de greutatea prăjinilor de pompare este echilibrată de presiunea unui gaz comprimat existent într-un recipient sub presiune.
In fig. 1, este dat ca exemplu de realizare schema de principiu a unui sistem de acționare pneumatică cu recuperare de energie pentru mișcări ciclice ascendente și descendente, utilizat pentru pompe de adâncime acționate cu prăjini de pompare și care are următoarea componență:
- grinda balansier
- articulație fixă grinda balansier
- articulație mobilă grindă balansier - motor liniar
- motor liniar pneumatic (cu membrană sau cu piston)
- distribuitor pneumatic 5/2 pilotat, acționat cu două bobine electromagnetice
6.7 - generator de presiune (amplificator de presiune de tip booster, varianta 1) compus dintr-un compresor acționat cu motor electric
6.2 - generator de presiune (capsulat, varianta 2) compus dintr-un compresor acționat cu motor electric, aflate într-o incintă etanșă
- recipiente cu gaz comprimat
8, 9 - manometre {X - 2 Ο Ο 9 - Ο Ο 7 6 Β - 2 8 -09” 2009
- supapă de siguranță
- distribuitor 2/2, normal închis, acționat electric
12,13,14,15,16 - robinete
17.0 - generator auxiliar de presiune pentru azot
- butelie auxiliară cu gaz comprimat
- senzor de presiune
- răcitor gaze
Sistemul de acționare pneumatică cu recuperare de energie pentru mișcări ciclice ascendente și descendente este compus dintr-un mecanism (ροζ. 1- 4) și o instalație pneumatică în circuit închis (poz. 4 - 20), fig. 1.
Principial, cinematica mecanismului sistemului de acționare pneumatică cu recuperare de energie pentru mișcări ciclice ascendente și descendente pentru acționarea unităților de pompare, este similară cu aceea utilizată pentru „unitățile de pompare cu geometria pe față” (API Specification 1 IE Specification for Pumping Units, Front Mounted Geometry, Class 111 Lever System). Acest mecanism este prevăzut cu o grindă balansier 1, articulată la un capăt cu o articulație fixă 2 și prevăzută cu o articulație mobilă 3 de care se fixează tija unui motor liniar pneumatic 4, care poate fi un cilindru pneumatic sau o cameră pneumatică cu membrană. La celălalt capăt al grinzii balansier, se fixează un cap balansier cu dispozitivele de prindere a cablului care acționează asupra prăjinilor de pomparș (nefigur<»țe).
^-2009-00766-2 8 -09- 2009
Sertarul distribuitorului 5, de tip 5/2 pilotat, poate fi comutat în poziția a sau b de două bobine electromagnetice, care sunt activate alternativ de câte un limitator electric de cursă superior și inferior (nefigurați). Acest distribuitor este conectat la un generator de presiune 6.1 varianta 1 sau 6.2 varianta 2 și la recipientele cu gaz comprimat 7.
Generatorul de presiune poate fi un amplificator de presiune de tip compresor booster 6.1, sau de tip capsulat, compus dintr-un compresor acționat de un motor electric aflate într-o incintă etanșă (similar cu cele utilizate în agregatele frigorifice) 6.2.
Grinda balansier poate să fie executată sub forma unei structuri metalice închise (chesonate), secțiunea A-A, fig. 1 și poate fi folosită ca recipient de gaze sub presiune, împreună cu, sau în locul recipientelor cu gaz comprimat 7.
Manometrele 8 și 9 măsoară presiunile maxime și minime ale gazului din sistem, iar supapa de siguranță 10 asigură o protecție la suprapresiune a sistemului în cazul în care distribuitorul 5 s-ar bloca în poziția a sau b, sau în cazul unui blocaj mecanic accidental survenit în lanțul cinematic. Protecția motorului electric de acționare al grupului de presiune la suprasarcinile accidentale poate fi realizată și cu mijloace adecvate specifice acționărilor electrice.
Distribuitor 2/2, normal închis 11, are rolul de a separa circuitul de joasă presiune de circuitul de înaltă presiune din instalația pneumatică. Când este comandat electric, electromagnetul distribuitorului deplasează sertarul în poziția b deschis, iar presiunile din circuite devin egale. Dacă distribuitorul 11 este activat în timpul funcționăm, grupul de presiune 6.1 (sau 6.2) va funcționa în gol.
Robinetul 15, este utilizat pentru golirea instalației de fluid sub presiune, iar robinetele 12, 14 și 16 servesc pentru izolarea unor părți ale instalației pneumatice.
^-2009-00766-2 8 -09- 2009
Robinetul 16 poate fi amplasat în apropierea mecanismului de acționare pentru opriri de urgență sau pentru oprirea grinzii balansier într-o anumită poziție necesară unor intervenții la puțul sondei sau la alte părți componente ale sistemului de acționare. Pentru o siguranță mai mare se poate utiliza un sistem mecanic pentru blocarea grinzii balansier, în cazul eliberării gazului sub presiune care acționează asupra pistonului motorului liniar pneumatic 4.
In scopul realizării unei presiuni de lucru a gazului în sistemul pneumatic închis, precum și pentru compensarea pierderilor de presiune prin neetanșeități, se poate utiliza într-o variantă, un generator auxiliar de presiune pentru azot 17.0, sau o butelie auxiliară cu azot comprimat 18, într-o altă variantă.
In fig. 2 este dat un exemplu de realizare a unui generator auxiliar de presiune pentru azot, poziția 17.0 din fig. 1, compus din următoarele componente:
17.1 - compresor, care poate fi de tip cu piston, palete, șurub, membrană, etc.
17.2 - motor electric
17.3 - filtru de aer
17.4 - răcitor gaze
17.5 - membrană generatoare de azot
17.6-supapă de sens
17.7 - rezervor cu azot comprimat de joasă presiune
17.8 - manometru
17. 9 - supapă de siguranță
17.10- distribuitor 2/2, normal închis
17.11 - presostat <x- 2 Ο Ο 9 - Ο Ο 7 6 6 - 2 8 -09- 2009
Sistemul de acționare pneumatică mai conține un senzor de presiune 19 a cărui funcție va fi descrisă mai jos și un răcitor de gaze 20, la ieșirea din generatorul de presiune 6.1 (sau 6.2).
în cazul utilizării unor presiuni reduse de lucru, până în 10 bar, pentru acționări cu puteri mici, care utilizează ca fluid de lucru aer, instalația pneumatică în circuit închis descrisă mai sus, poate funcționa și în circuit deschis, fără generatorul auxiliar de presiune pentru azot 17.0, acționând robinetul 15 în poziția închis, iar robinetele 12,13 și 16 în poziția deschis. în acest caz, recipientele sub presiune 7 asigură o presiune minimă de comutare a distribuitorului 5, prin circuitul de pilotare. Instalația funcționează automat, mișcarea ascendentă și descendentă este realizată de motorul liniar pneumatic 4, comandat de distribuitorul 5 de tip 5/2 pilotat, comutat în poziția a sau b de două bobine electromagnetice, care sunt activate alternativ de câte un limitator electric de cursă superior și inferior.
Principiul teoretic de funcționare
Instalația pneumatică cu circuit închis, parte a sistemului de acționare pneumatică cu recuperare de energie pentru mișcări ciclice ascendente și descendente, utilizat pentru acționarea unităților de pompare de adâncime acționate cu prăjini de pompare, care face obiectul invenției, diferă substanțial de acționarea convențională a unităților de pompare, prin care mișcarea de rotație a unui motor electric sau termic este transformată într-o mișcare rectilinie alternativă, pnn intermediul unui reductor mecanic și a unui mecanism de tip bielă manivelă.
Λ-2 0 0 9 -C 0 7 6 ί> - 2 8 -09- 2009 în cazul acționării convenționale, motorul electric de acționare este supradimensionat, deoarece este ales în funcție de momentul maxim rezistent de acționare, care variază după o curbă sinusoidală.
Considerând cazul general al unei acționări pneumatice convenționale în circuit deschis utilizată de exemplu pentru mișcări ciclice ascendente și descendente, fluidul de lucru - aerul comprimat la o presiune maximă de 10 bar, refulat de un compresor, alimentează elementul de execuție - un motor liniar pneumatic (sau un motor rotativ), care efectuează o mișcare ascendentă.
Energia potențială a gazului comprimat este transformată în lucru mecanic util de către elementul de execuție (motorul liniar sau rotativ), realizând mișcarea ascendentă, iar în mișcarea descendentă, gazul utilizat este evacuat în mediul înconjurător. Energia potențială a sarcinii permanente se pierde prin frecări și nu se poate recupera, iar acționarea pneumatică are un randament redus.
Sunt cunoscute acționările hidrostatice în circuit închis, în care pompa aspiră direct fluidul de lucru care iese din motorul hidrostatic și îl trimite înapoi în motor. Aceste acționări au un randament mai ridicat decât acționările hidrostatice în circuit deschis.
în mod similar, în cazul acționării pneumatice în circuit închis, utilizat pentru mișcări alternative ascendente și descendente, care face obiectul prezentei invenții, fluidul de lucru - gazul aflat sub o anumită presiune într-unul sau mai multe recipiente sub presiune, este aspirat, apoi este comprimat la o presiune superioară de un grup de presiune și alimentează un organ de lucru - motor liniar pneumatic, care efectuează un lucru mecanic util și rotește o grindă balansier, articulată la un capăt, iar celălalt capăt al cv2 O Cc - ? Ο ? 6 6 - _
8 -09- 2009 ei deplasează în sus garnitura de prăjini (sarcina permanentă) împreună cu coloana de fluid pompat (sarcina utilă), prin intermediul unui cablu, la fel ca în acționarea convențională.
După efectuarea lucrului mecanic util prin acțiunea presiunii gazului asupra pistonului din motorul liniar aflat în mișcare ascendentă împreună cu sarcina permanentă și cea utilă, prin inversarea sensului de deplasare a gazului cu ajutorul unui distribuitor, acesta este preluat și aspirat de grupul de presiune din motorul liniar care se va afla în mișcare descendentă, numai cu sarcina permanentă. Gazul va fi trimis înapoi în recipientele cu gaz comprimat unde se va acumula o energie potențială, sub acțiunea simultană a sarcinii permanente și a gazului refulat de grupul de presiune.
Energia motoare furnizată de grupul de presiune, care provine din exterior, precum și energia înmagazinată în recipientele cu gaz comprimat, sunt folosite în mișcarea ascendentă pentru ridicarea sarcinii permanente dată de prăjinile de pompare, a sarcinii utile dată de coloana de fluid pompat și a lucrului mecanic rezistent necesar pentru învingerea frecărilor.
In mișcarea descendentă, energia motoare furnizată de grupul de presiune și provenită din exterior, împreună cu energia potențială recuperată corespunzătoare sarcinii permanente dată de prăjinile de pompare (acționând ca un lucru mecanic motor) este consumată de lucrul mecanic rezistent necesar pentru comprimarea gazului din recipientele cu gaz comprimat și pentru învingerea frecărilor.
(X- 2 Ο Ο 9 - Ο Q 7 6 6 - 2 8 -09- 2009
Modul de funcționare pentru exemplul considerat
După montarea instalației și fixarea limitatorilor electrici de cursă, se efectuează încărcarea instalației cu fluid de lucru sub presiune. Această operație se realizează înainte de pornirea instalației, după montarea ei, sau după eventuale intervenții, după cum se va descrie mai jos.
- Varianta a), pentru aer comprimat, fără generator auxiliar de presiune pentru azot 17.0, sau butelie auxiliară 18
Această variantă este utilizată în principiu pentru instalații de puteri mici, care funcționează cu aer Ia o presiune redusă, până în 10 bar. Intr-o primă etapă se încarcă instalația cu gaz sub presiune și recipientele cu gaz comprimat 7. Robinetele 13,14 și 16 vor fi în poziția deschis, iar robinetele 12 și 75 în poziția închis, distribuitorul 77 va fi acționat în poziția deschis b, fig. 1. Distribuitorul 77 poate fi înlocuit cu un robinet, având același rol funcțional. Se pornește generatorul de presiune, varianta 6.1 (sau 6.2), care va extrage aer din mediul înconjurător și îl va trimite în sistem cu o presiune care va atinge o valoare prestabilită, care se determină ținând cont de indicațiile menționate mai jos. Se oprește generatorul de presiune 6.1 (sau 6.2), robinetul 13 se va manevra în poziția închis, robinetul 12 în poziția deschis, iar distribuitorul 77 va fi acționat în poziția închis a.
După fixarea robinetelor în pozițiile indicate, se re-pomește generatorul de presiune 6.1 (sau 6.2), limitatorii electrici de cursă vor fi activați alternativ la capetele de cursă ale motorului liniar și vor comanda bobinele electromagnetice și comutarea distribuitorului 5, iar instalația va începe să funcționeze automat. în timpul funcționării instalației, după încărcarea ei cu gaz sub presiune, nu mai este posibil să se completeze
pierderile de fluid datorită neetanșeităților, decât prin altă sursă auxiliară de aer comprimat.
Varianta b), cu generator auxiliar de presiune pentru azot 17.0
Pentru încărcarea instalației cu azot sub presiune, robinetele 12, 14 și 16 vor fi manevrate în poziția deschis, robinetele 13,15 în poziția închis, iar distribuitoarele 11 și 17.10 vor fi acționate în poziția deschis b.
Se pornește generatorul auxiliar de presiune pentru azot 17.0, care va extrage azot din atmosferă și îl va trimite în sistem sub presiune până se va atinge o valoare prestabilită, ținând cont de indicațiile menționate mai jos, după care se oprește compresorul auxiliar 17.0.
După încărcarea instalației cu presiune la valoarea stabilită, distribuitoarele 11 și 17.10 vor fi acționate în poziția închis a, apoi se pornește generatorul de presiune 6.1 (sau 6.2) Sertarul distribuitorului 5 va fi comutat automat prin acționarea bobinelor electromagnetice, comandate alternativ de limitatorii electrici de cursă inferior și superior care vor dirija direct sau în sens invers deplasarea al fluidului de lucru, realizându-se ciclul automat de mișcări ascendente și descendente.
Pentru ca instalația să funcționeze la parametrii corespunzători, valorile presiunilor măsurate de senzorul de presiune 19 la capătul superior și inferior al cursei, sunt comparate cu niște valori ale unor presiuni de referință, minime și maxime, setate în prealabil într-un automat programabil (microcontroler sau PLC - Programable Logic Controller), care monitorizează funcționarea instalației (nefigurat).
în situația în care valorile presiunilor de lucru din instalație scad sub nivelele de referință, automatul programabil comandă sertarul distribuitorului 17.10 în poziția b, a- 2 O O 9 - O O 7 66- 2 8 -09- 2009 asigurând alimentarea instalației cu azot din rezervorul de joasă presiune 17.7, până când se ating valorile presiunilor de referință.
Valoarea presiunii gazului din recipientele cu gaz comprimat, atinsă la sfârșitul procesului de încărcare este determinată în funcție de volumul de lucru al motorului liniar, debitul generatorului de presiune, cinematica mecanismului de acționare, forțele rezistente, sarcina permanentă și cea utilă, etc., astfel încât energiile consumate din exterior de generatorul de presiune, care trebuie să învingă sarcinile rezistente în mișcarea ascendentă (sarcina utilă + sarcina permanentă + forțe rezistente) și în mișcarea descendentă (comprimare gaz + forțe rezistente), să fie aproximativ egale. Energia absorbită din exterior necesară pentru acționare se poate repartiza pe tot parcursul unui ciclu complet ascendent-descendent, rezultând reducerea puterii instalate pentru motorul electric de antrenare al generatorului de presiune.
Economia de energie va fi cu atât mai mare cu cât va crește raportul dintre sarcina permanentă și sarcina utilă.
în toate situațiile, în cazul repomirii instalației după ce aceasta a fost oprită, trebuie egalizate presiunile de la ieșirea și intrarea în generatorul de presiune 6.7 (sau 6.2), prin menținerea robinetului 72 în poziția deschis, a robinetului 13 în poziția închis, iar distribuitorul 77 va fi acționat în poziția b deschis, în scopul de a se realiza o pornire mai ușoară, în „gol” a generatorului de presiune 6.7 (sau 6.2).
Prin poziționarea articulației 3 și a motorului liniar de-a lungul grinzii balansier 7, precum și prin utilizarea unor mărimi diferite de motoare liniare, se pot obține un număr variat de valori ale cursei și forței pentru acționarea prăjinilor de pompare, prin care
CV- 2 ο Ο 9 - Ο Ο 7 6 6 - 2 8 -09- 2009 sistemul de acționare pneumatică cu recuperare de energie se poate adapta ușor unor condiții variate, specifice sondelor.
în cazul utilizării unor presiuni ridicate (peste 10 bar) este posibil să se folosească o aparatură de comandă pneumatică echivalentă funcțional cu distribuitorul 5, compusă din unul sau mai multe componente distincte (de exemplu un distribuitor 4/2, sau o combinație de distribuitoare 2/2 etc.), care să realizeze dirijarea fluidului de lucru de la recipientele cu gaze sub presiune - aspirație grup presiune - refulare grup presiune motor liniar pneumatic pentru realizarea mișcării ascendente și invers, de la motorul liniar pneumatic - aspirație grup presiune - refulare grup presiune - recipiente cu gaze sub presiune, pentru mișcarea descendentă.
în scopul creșterii eficienței energetice, în funcție de puterea instalată, regimul de funcționare și temperatura de lucru, poate fi realizată o răcire suplimentară a generatorului de presiune și a fluidului de lucru, utilizând schimbătoare de căldură în care agentul de răcire poate fi chiar fluidul extras, țiței sau apă.
(Χ“2 Ο Ο 9 - Ο Ο 7 6 Β - 2 8 “09“ 2009
Avantaje
Față de soluțiile existente convenționale și neconvenționale de acționare a unităților de pompare, sistemul de acționare pneumatică cu recuperare de energie propus are numeroase avantaje:
complexitate, gabarit, greutate și costuri reduse;
- ușor de executat, transportat, montat și exploatat;
fiabilitate ridicată, datorită faptului că are un număr redus de repere, piese în mișcare și etanșăn ale părților mobile;
fluidul de lucru nu este toxic sau poluant, impactul asupra mediului înconjurător, este foarte redus, tehnologia utilizată este ecologică, practic nu există poluare cu substanțe nocive;
- costul fluidului de lucru (gaz inert - azot pentru presiuni ridicate, sau aer pentru presiuni joase, uzual sub 10-12 bar) utilizat în exclusivitate, este unul din cele mai reduse, nu necesită recondiționare, colectare sau înlocuire, decât completarea fluidului pierdut prin neetanșeități;
- utilizarea azotului previne oxidarea materialelor plastice, a cauciucului din garnituri și membrane, nu corodează elementele instalației, de asemenea prezintă o permeabilitate mai scăzută decât a aerului și în consecință se reduc scăpările fluidului de lucru prin neetanșeități;
- generatorul auxiliar de azot de joasă presiune prevăzut cu o membrană permeabilă și filtru care permite trecerea selectivă a azotului din aerul sub presiune cu care este dotată instalația pneumatică are o capacitate mică, este
0^--2 Ο Ο 9 - Ο Ο 7 6 b - 2 8 -09- 2809 Wf fiabil și are o durată mare de utilizare, deoarece are rolul de a încărca instalația cu azot sub presiune, sau a completa pierderile de azot prin neetanșeități; grinda balans ier poate să fie executată sub forma unei structuri metalice închise (chesonate) care poate fi folosită ca recipient de gaze sub presiune, împreună cu sau în locul recipientelor cu gaz sub presiune (butelii) standardizate, ceea ce micșorează greutatea și costul instalației;
consum energetic redus, deoarece se recuperează energetic sarcina permanență dată de prăjinile de pompare (în funcție de raportul dintre sarcina permanentă și sarcina utilă și randamentele sistemului de acționare);
energia consumată din exterior se distribuie în mod aproape uniform pe tot parcursul ciclurilor de ndicare-coborâre, cu efecte energetice extrem de pozitive, se reduc emisiile de CO2 și alte gaze nocive, datorită randamentului energetic ridicat și a puterilor mai mici instalate utilizate în locul unei acționări convenționale cu puteri instalate mai mari;
costuri reduse pentru automatizarea procesului de extracție și mentenanță; pornire ușoară și rapidă în sarcină;
acționare lină, fără șocuri precum și zgomote reduse în funcționare;
nu sunt necesare reglaje și echilibrări complicate;
crește siguranța în exploatare și se reduc riscurile de accidente (de ex. ruperi de prăjini de pompare) datorată sistemelor de siguranță înglobate, deoarece nu se introduc șocuri în funcționare;
ο<-2 Ο Ο 9 - Ο Ο 7 6 b - 2 8 -09- 2009
- prin utilizarea unor motoare liniare standardizate cu diverse mărimi (având aria pistonului variată), care pot fi amplasate la distanțe diferite pe grinda balansier, se pot obține un număr mare de valori ale cursei și forței pentru acționarea prăjinilor de pompare, adaptabile unor condiții variate, specifice sondelor:
nu este necesar să se utilizeze motoare liniare de construcție specială cu lungimi mari, cu o complexitate și costuri mărite, care au o capacitate mai redusă din cauza pericolului de flambaj;
- fiabilitate mare, întreținere redusă, deoarece instalația are puține piese în mișcare și un număr redus de repere și materiale consumabile;
se pot utiliza în medii periculoase, cu potențial exploziv (folosind gaze inerte) și protecție antiex pentru motoarele electrice de antrenare pentru grupurile de presiune capsulate 6.1, varianta 1;
- nu necesită motoare electrice speciale și scumpe, cu moment mare de pornire;
- acționarea propusă se poate utiliza pentru extracția țițeiului utilizând tehnologia de extracție actuală, necesitând cheltuieli foarte reduse pentru adaptare și implementare;
- nu se alterează calitatea energiei electrice din rețeaua de alimentare (cos <p).
Soluția de acționare pneumatică prezentată are unele avantaje suplimentare față de acționarea hidrostatică în circuit închis:
- nu necesită rezervoare cu capacități mari de fluid și îndeosebi sisteme de aerisire, depozitare, alimentare, transvazare, completare, decantare, evacuare, condiționare și filtrare a fluidului de lucru;
Οχ - 2 0 0 9 - 0 0 7 ^-2 8 09- 2009
- pierderile datorită frecărilor fluidului de lucru utilizat - gaz comprimat - sunt mai reduse în comparație cu cele date de un ulei hidraulic utilizat la acționările hidrostatice;
nu necesită acumulatoare pneumohidraulice cu piston sau cu membrană, care utilizează două fluide de lucru (azot și ulei hidraulic) și care sunt relativ scumpe și introduc pierderi energetice suplimentare;
randamentul în tuncționare a circuitului pneumatic închis este mai ridicat față de acționările în circuit deschis, utilizate în mod frecvent pe scară largă;
- are un număr mai redus de componente, de mică complexitate ieftine și ușor de procurat, folosind produse de serie (spre deosebire de acționările hidrostatice cu circuit închis, în special cele reglabile);
reglabilitatea sistemului se poate realiza relativ simplu, în trepte (cuplând mai mute compresoare) sau prin reglarea turației motoarelor electrice, prin metode cunoscute.
Ținând cont de modul de funcționare al unității de pompare cu prăjini și de particularitățile acționării pneumatice în circuit închis, se pot utiliza presiuni ale gazului (inert) comprimat cu mult mai mari (zeci și chiar sute de ban), față de acționările pneumatice în circuit deschis convenționale utilizate în mod curent în prezent, ceea ce ar avea ca efect posibilitatea de a acționa echipamente de puteri mari cu randamente ridicate.
Aceste avantaje menționate mai sus pot contribui la lărgirea domeniului de aplicabilitate al acționării pneumatice în circuit închis:
Λ.- 2 Ο Ο 9 - Ο Ο 7 6 6 - 2 8 -09- 2009 acționarea mecanisme și sisteme de ridicat de puteri mici și medii unde este necesar să se compenseze sarcina permanentă;
în minerit și agricultură, pentru epuismente și irigații;
pompe pentru - apă, țiței, alte fluide, mai ales pentru adâncimi mari ale puțurilor de apă și/sau înălțimi mari de pompare;
echipamente pentru recuperarea energiei neconvenționale.

Claims (5)

1. Procedeu pentru acționare pneumatică cu recuperare de energie pentru mișcări ciclice ascendente și descendente, caracterizat prin aceea că se utilizează un circuit pneumatic închis, cu fluid de lucru azot, compus în principal dintr-un generator de presiune (6.1 în varianta 1 sau 6.2 în varianta 2), un motor liniar pneumatic (4), un dispozitiv de inversare a direcției de deplasare a gazului (5) și un recipient cu gaz sub presiune (7), care realizează următoarele:
- o mișcare ascendentă în care un gaz aflat într-un recipient (7) sub o anumită presiune, este aspirat de către un generator de presiune (6.1 sau 6.2) și refulat cu o presiune superioară într-un motor liniar pneumatic (4), care deplasează în mișcare ascendentă o sarcină utilă împreună cu o sarcină permanentă, astfel încât energia motoare dată de energia gazului comprimat înmagazinat în recipientul sub presiune + energia generată de grupul de presiune provenită din exterior, este consumată de lucrul mecanic rezistent necesar pentru învingerea frecărilor + lucrul mecanic rezistent necesar pentru ridicarea sarcinii utile și a sarcinii permanente;
- o mișcare descendentă realizată prin inversarea sensului de deplasare al gazului existent în motorul liniar pneumatic aflat la cursa maximă, care este aspirat de generatorul de presiune și refulat cu o presiune ridicată înapoi în recipientul cu gaz sub presiune, astfel încât energia motoare generată de grupul de presiune provenită din exterior + energia potențială recuperată corespunzătoare sarcinii permanente (acționând ca un lucru mecanic motor)
0^-2009-00766-2 8 -09- 2009 este consumată de lucrul mecanic rezistent necesar pentru comprimarea gazului în recipientul sub presiune și de lucrul mecanic rezistent necesar pentru învingerea frecărilor;
repartizarea energiei consumate din exterior necesară pentru acționare pe tot parcursul unui ciclu complet ascendent-descendent, rezultând reducerea puterii instalate pentru motorul electric de antrenare al generatorului de presiune;
recircularea în mod continuu a gazul de la recipientul sub presiune, generatorul de presiune, motorul liniar pneumatic și invers;
compensarea pierderilor de gaz prin etanșările fixe și mobile din circuitul pneumatic, cu o sursă de presiune auxiliară (/ 7.0 sau 18)\ schimbarea direcției de deplasare a fluidului de lucru la fiecare capăt de cursă inferior și superior al motorului liniar, cu ajutorul unui dispozitiv de inversare a direcției de deplasare a gazului (5) compus din unul sau mai multe componente distincte, de la un recipient cu gaz sub presiune, aspirație grup de presiune, refulare grup presiune, la motorul liniar pneumatic, pentru realizarea mișcării ascendente și inversarea direcției de deplasare a gazului pentru realizarea mișcării descendente, de la motorul liniar pneumatic, aspirație grup presiune, refulare grup presiune, la recipientul cu gaz sub presiune;
reducerea pierderilor de fluid de lucru (azot sub presiune) printr-un număr minim de etanșări mobile, prin utilizarea unui motor liniar - cilindru pneumatic sau cameră cu membrană, precum și a unui grup de presiune
2 Ο 0 9 - Ο Ο 7 θ 6 ’ 2 8 -09- 2009 capsulat (6.2), compus dintr-un compresor acționat de un motor electric aflate într-o incintă etanșă (similar cu cele utilizate în agregatele frigorifice);
2. Sistem de acționare pneumatică cu recuperare de energie pentru mișcări ciclice ascendente și descendente, utilizat în extracția țițeiului sau pentru puțuri de apă, pentru pompe de adâncime cu piston acționate de prăjini, caracterizat prin aceea că este constituit din:
2.1 un mecanism cu o cinematică simplă, compus dintr-o grindă balansier (7), articulată la un capăt cu o articulație fixă (2), prevăzută cu o articulație mobilă (3) de care se fixează tija unui motor liniar pneumatic (4), care poate fi un cilindru pneumatic sau o cameră pneumatică cu membrană, iar la celălalt capăt al grinzii balansier se fixează un dispozitiv de prindere a sarcinii în mișcare ascendentă și descendentă, de exemplu un cap balansier cu dispozitive de prindere a cablului care acționează asupra prăjinilor de pompare;
2.2 o instalație pneumatică în circuit închis pentru realizarea mișcărilor alternative, cu recuperare de energie, alcătuită din:
- un distribuitor (5) de tip 5/2 pilotat, prevăzut cu două bobine electromagnetice, activate alternativ de câte un limitator electric de cursă superior și inferior, care poate fi comutat în două poziții, în prima poziție pentru a conecta la refularea unui generator de presiune (6.1 în varianta 1 sau 6.2 în varianta 2) camera motorului liniar pneumatic (4) corespunzătoare suprafaței mari a pistonului și la aspirație unul sau mai multe recipiente cu gaz sub presiune (7) pentru realizarea mișcării
CV-2 009-00766-2 8 -09- 2089 ascendente, iar în a doua poziție a distribuitorului se inversează sensul de deplasarea al gazului de la camera motorului liniar pneumatic corespunzătoare suprafaței mari a pistonului, la aspirația generatorului de presiune și de la refularea lui la recipientele cu gaz sub presiune pentru realizarea mișcării descendente;
- manometre pentru măsurarea presiunii maxime (8) și minime (9) a gazului din sistem, o supapă de siguranță (10) pentru asigurarea unei protecții împotriva unor suprapresiuni accidentale, un distribuitor normal închis 2/2 acționat electric (11), robinete pentru separarea unor circuite (12), (13), (14), (16) și pentru golirea instalației (15);
- un generator auxiliar de presiune pentru azot (17.0) prevăzut cu o membrană permeabilă și filtru care permite trecerea selectivă a azotului din aerul sub presiune în instalația pneumatică, utilizat pentru compensarea pierderilor de gaz sub presiune prin ne-etanșeități din instalație;
- o butelie auxiliară cu azot comprimat (18), care poate fi utilizată în locul generatorului auxiliar de presiune pentru azot (17.0), pentru compensarea pierderilor de gaz sub presiune din instalație;
- un sistem de comandă și control bazat pe un automat programabil (microcontroler sau PLC - Programable Logic Controller), care monitorizează funcționarea instalației, pe baza semnalelor primite de la limitatorii de cursă, senzorii de temperatură și presiune (19) și care asigură alimentarea instalației pneumatice cu azot de la generatorul auxiliar de ^-2009-00)66-- jȚ
2 8 -09- 2009 presiune pentru azot (17.0), prin acționarea unui distribuitor electric (17.10), în scopul compensării pierderilor de azot sub presiune, atunci când valorile presiunilor gazului din sistem scad sub o valoare prestabilită;
3. în conformitate cu revendicarea 2, grinda balansier (1), poate să fie executată sub forma unei structuri metalice închise (chesonate) care poate fi folosită ca rezervor cu gaz comprimat, împreună cu sau în locul recipientelor cu gaze sub presiune (7);
4. în conformitate cu revendicarea 2, prin poziționarea articulației (5) și a motorului liniar (4) de-a lungul grinzii balansier (1), precum și prin utilizarea unor motoare liniare cu aria pistonului diferită, se pot obține un număr variat de valori ale cursei și forței pentru acționarea prăjinilor de pompare;
5. în conformitate cu revendicarea 2, în scopul creșterii eficienței energetice, se poate realiza o răcire suplimentară a generatorului de presiune și a fluidului de lucru, utilizând schimbătoare de căldură în care agentul de răcire poate fi fluidul extras, țiței sau apă.
ROA200900766A 2009-09-28 2009-09-28 Procedeu şi sistem de acţionare pneumatică cu recuperare de energie pentru mişcări ciclice ascendente şi descendente RO126135A2 (ro)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA200900766A RO126135A2 (ro) 2009-09-28 2009-09-28 Procedeu şi sistem de acţionare pneumatică cu recuperare de energie pentru mişcări ciclice ascendente şi descendente
PCT/RO2010/000001 WO2011037487A1 (en) 2009-09-28 2010-02-22 Energy recovery actuating method and relating device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA200900766A RO126135A2 (ro) 2009-09-28 2009-09-28 Procedeu şi sistem de acţionare pneumatică cu recuperare de energie pentru mişcări ciclice ascendente şi descendente

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RO126135A2 true RO126135A2 (ro) 2011-03-30

Family

ID=42357723

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ROA200900766A RO126135A2 (ro) 2009-09-28 2009-09-28 Procedeu şi sistem de acţionare pneumatică cu recuperare de energie pentru mişcări ciclice ascendente şi descendente

Country Status (2)

Country Link
RO (1) RO126135A2 (ro)
WO (1) WO2011037487A1 (ro)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107654218A (zh) * 2017-11-16 2018-02-02 长沙宁湖机械设备有限公司 一种套管控压机构
US20210086459A1 (en) * 2017-07-13 2021-03-25 Continental Reifen Deutschland Gmbh Method for the weight-dependent control of the internal pressure of a supporting body loaded by a weight load or a payload

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015201619B3 (de) 2015-01-30 2016-07-14 Ford Global Technologies, Llc Ladeluftkühler
CN107893750B (zh) * 2017-11-15 2019-04-16 长沙宁湖机械设备有限公司 一种自适应油田增油调压装置
CN107676325B (zh) * 2017-11-23 2019-12-27 徐工集团工程机械有限公司 能量回收阀组及液压挖掘机
CN108548590B (zh) * 2018-06-11 2020-06-26 瑞安市瑞海机电有限公司 吊斗杠杆式计量装置
CN110725669A (zh) * 2018-10-18 2020-01-24 上海逸讯能源科技有限公司 一种用于游梁式抽油机的智能调节平衡方法及相关装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5016139A (en) 1989-09-06 1991-05-14 Whelen Technologies, Inc. Electronic power supply with enhanced heat transfer characteristics
US7291944B2 (en) * 2005-01-12 2007-11-06 Wilt Jr Herman F Electromagnetic engine
CA2562398A1 (en) * 2005-10-05 2007-04-05 Eddie K. Wilson, Sr. Zero pollution vertical/linear electrical generation facility
US7626279B2 (en) * 2007-01-08 2009-12-01 Veryst Engineering Llc Method and apparatus for energy harvesting using rotational energy storage and release

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210086459A1 (en) * 2017-07-13 2021-03-25 Continental Reifen Deutschland Gmbh Method for the weight-dependent control of the internal pressure of a supporting body loaded by a weight load or a payload
US11919263B2 (en) * 2017-07-13 2024-03-05 Continental Reifen Deutschland Gmbh Method for the weight-dependent control of the internal pressure of a supporting body loaded by a weight load or a payload
CN107654218A (zh) * 2017-11-16 2018-02-02 长沙宁湖机械设备有限公司 一种套管控压机构

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011037487A1 (en) 2011-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RO126135A2 (ro) Procedeu şi sistem de acţionare pneumatică cu recuperare de energie pentru mişcări ciclice ascendente şi descendente
US8087904B2 (en) Hybrid hydraulic-electric RAM pumping unit with downstroke energy recovery
US7900444B1 (en) Systems and methods for energy storage and recovery using compressed gas
CN101576107B (zh) 盾构管片拼装驱动系统中的能量回收装置
US9752452B2 (en) Turbine manifold assembly
CN106103145B (zh) 用于车辆的主动减振器系统
CN100360813C (zh) 集成型可实现快速动作和调节的电液执行器
CN104019019B (zh) 储能式直线电机胶囊泵
CN202544015U (zh) 装载机液压系统
EP3875781B1 (en) Hydraulic unit with combined pneumatic/servomotor action and related use
CN102635144A (zh) 装载机液压系统
CN208397033U (zh) 一种液压系统及打包机
JP2021099089A (ja) 往復式圧縮膨張機
CN201460907U (zh) 一种盾构管片拼装驱动系统中的能量回收装置
RU2695165C1 (ru) Устройство для аккумулирования сжатого воздуха
CN202544014U (zh) 装载机蓄能节能液压系统
CN203892170U (zh) 储能式直线电机胶囊泵
RU2613546C1 (ru) Гидропривод
CN109026863B (zh) 全液控液压油田抽油机
CN108060912A (zh) 一种用于天然气开采的排水采气装置
CN202900831U (zh) 一种电液动推杆
US11255350B2 (en) Method and apparatus for conversion of single-acting pneumatic actuator to electric power platform
CN202597290U (zh) 液压机械蓄能装置
CN101526014B (zh) 一种汽轮机液压系统中的弹簧式蓄能器
CN201763301U (zh) 气平衡抽油机气平衡总成