RU1788318C

RU1788318C - Reciprocating pump with hydraulic drive

Info

Publication number: RU1788318C
Application number: SU904809869A
Authority: RU
Inventors: Александр Степанович Давыдов
Original assignee: Архангельское Производственное Геологическое Объединение
Priority date: 1990-04-05
Filing date: 1990-04-05
Publication date: 1993-01-15

Description

Изобретение относитс к гидромашиностроению , а именно к объемным насосам с гидроприводом, предназначенным дл перекачивани текучих сред с широко мен ющимис физико-механическими свойствами, например, буровых растворов, и имеющим на выходе поток, приближающийс к равномерному.The invention relates to hydraulic engineering, in particular to hydraulic displacement pumps for pumping fluids with widely varying physical and mechanical properties, for example, drilling fluids, and having an output stream approaching uniform.

Известен групповой гидропривод штанговых глубинных насосов, содержащий гид- роцилиндры, штоковые полости которых соединены между собой, а бесштоковые - с силовым насосом через гидроуправл емый распределитель, дроссели, обратные и переливные клапаны, датчики положени пор- шней, систему компенсации утечек.A well-known group hydraulic actuator of deep-well sucker-rod pumps containing hydraulic cylinders, the rod cavities of which are connected to each other, and rodless cavities, with the power pump through a hydraulically controlled distributor, throttles, check and overflow valves, piston position sensors, and leakage compensation system.

В данном насосе велики значени пульсаций расхода перекачиваемой жидкости, а система компенсации утечек, включающа насос, датчик объема, контрольную и изме- рительную аппаратуру, сложна по конструкции .The pulsations of the flow rate of the pumped liquid are large in this pump, and the leakage compensation system, including the pump, volume sensor, and control and measuring equipment, is complex in design.

Известен также гидропривод возвратно-поступательного насоса, содержащий насос привода, рабочие цилиндры с вытес- нител ми, цилиндры привода с рабочими и дополнительными полост ми, распредели- тель.с гидроуправлением и датчики положени , расположенные в гидроцилиндрах возврата. Also known is a hydraulic drive of a reciprocating pump, comprising a drive pump, working cylinders with displacers, drive cylinders with working and additional cavities, a control valve with hydraulic control and position sensors located in the return hydraulic cylinders.

Данна конструкци включает большое количество гидролиний и гидроаппаратуры, что снижает надежность насоса.This design includes a large number of hydraulic lines and hydraulic equipment, which reduces the reliability of the pump.

Цель изобретени - повышение эффективности за счет повышени надежности насоса при сохранении высокой степени равномерности потока на входе и выходе насоса.The purpose of the invention is to increase efficiency by increasing the reliability of the pump while maintaining a high degree of uniformity of flow at the inlet and outlet of the pump.

Эта цель достигаетс тем. что в гидроприводном возвратно-поступательном на- сосе, содержащем насос привода, бак, рабочие цилиндры с вытеснител ми, цилиндры привода с поршн ми и штоками, образующими рабочие, дополнительные полости и полости возврата, а с кольцевыми This goal is achieved by that. that in a hydraulic driven reciprocating pump containing a drive pump, a tank, working cylinders with displacers, drive cylinders with pistons and rods forming working, additional cavities and return cavities, and with ring

выступами цилиндров привода - полости датчиков положени штоков, полости возврата соединены гидролинией между собой и, через обратные клапаны - с гидроаккумул торами , полости датчиков положени со- единены с гидроаккумул торами и полост ми управлени .гидроуправл емого золотникового распределител , рабочие полости соединены через гидроуправл емый распределитель с насосом привода, дополнительные полости соединены с баком и полост ми возврата через установленные в торцах штоков, выполненных полыми, нормально закрытые клапаны, причем гидроуп- равл емый распределитель снабжен подпружиненным фиксатором положени золотника.the protrusions of the actuator cylinders — the cavities of the rod position sensors, the return cavities are connected by a hydraulic line to each other and, through the check valves, to the hydraulic accumulators, the cavity of the position sensors are connected to the hydraulic accumulators and control cavities. The hydraulic spool distributor, the working cavities are connected through the hydraulic a distributor with a drive pump, additional cavities are connected to the tank and return cavities through normally closed valves installed at the ends of the hollow rods, m gidroup- ravl emy distributor is provided with a spring-loaded detent position of the spool.

На фиг. 1 представлена конструктивна схема гидроприводного насоса; на фиг.2 - гидроуправл емый золотниковый распределитель; на фиг.З - по сок золотника гидроуправл емого распределител .In FIG. 1 shows a structural diagram of a hydraulic pump; Fig. 2 shows a hydraulically controlled spool valve; Fig. 3 shows a spool juice of a hydraulic control valve.

Гидроприводной насос включает рабочие цилиндры 1 и 2, цилиндры привода 3 и 4, гидроуправл емый золотниковый распределитель 5, насос привода 6, дополнительный насос 7, бак 8.The hydraulic drive pump includes working cylinders 1 and 2, drive cylinders 3 and 4, a hydraulically controlled spool valve 5, a drive pump 6, an auxiliary pump 7, and a tank 8.

Рабочие цилиндры 1 и 2 содержат вы- теснители 9 и .10, всасывающие клапаны 11 и 12, нагнетательные клапаны 13 и 14.Slave cylinders 1 and 2 contain displacers 9 and .10, suction valves 11 and 12, pressure valves 13 and 14.

Вытеснители 9 и 10 жестко св заны со штоками 15 и 16 цилиндров привода 3 и 4. Штоки 15 и 16, поршни 17 и 18, полые штоки 19 и 20 образуют с корпусами цилиндров привода 3 и 4 рабочие полости 21 и 22, полости возврата 23 и 24, дополнительные полости 25 и 26.. The displacers 9 and 10 are rigidly connected to the rods 15 and 16 of the actuator cylinders 3 and 4. The rods 15 and 16, the pistons 17 and 18, the hollow rods 19 and 20 form working cavities 21 and 22, the return cavities 23 with the cylinder bodies of the actuator 3 and 4 and 24, additional cavities 25 and 26 ..

В корпусах цилиндров привода 3 и 4 расположены снабженные уплотнител ми 27 и 28 кольцевые выступы 29 и 30, образующие с выступами 31 и 32 штоков 15 и 16 полости 33 и 34 датчиков положени штоков .In the cylinder bodies of the actuator 3 and 4, annular protrusions 29 and 30 are provided with seals 27 and 28, which form, with the protrusions 31 and 32 of the rods 15 and 16, the cavities 33 and 34 of the rod position sensors.

Полые штоки 19 и 20 имеют каналы 35 и 36, соедин ющие попарно полости 23 и 25,Hollow rods 19 and 20 have channels 35 and 36 connecting pairs of cavities 23 and 25,

24 и 26 при открытии нормально закрытых подпружиненных клапанов 37 и 38.24 and 26 when opening normally closed spring-loaded valves 37 and 38.

Полости датчиков положени 33 и 34 св заны гидролини ми 39 и 40 с полост ми 41 и 42 управлени распределител 5, с гид- роаккумул торами 43 и 44, и, через обратные клапаны 45 и 46 - с гидролинией 47 гидровозврата поршней 17 и 18, К гидролинии 47 подключен дополнительный насос 7 через обратный клапан 48. Предохрани- тельный клапан 49 обеспечивает защиту от перегрузки. Предохранительный клапан 50 настроен на давление, обеспечивающее движение поршней 17 и 18 при ходе всасывани , но меньшее, чем необходимо дл преодолени усили пружины устройства фиксации 51 золотника 52 в одном из рабочих положений.The cavities of the position sensors 33 and 34 are connected by hydraulic lines 39 and 40 to the control cavities 41 and 42 of the distributor 5, with hydraulic accumulators 43 and 44, and, through check valves 45 and 46, with hydraulic line 47 of the hydraulic return of the pistons 17 and 18. An additional pump 7 is connected to the hydraulic line 47 via a non-return valve 48. The safety valve 49 provides overload protection. The safety valve 50 is set to a pressure that allows the pistons 17 and 18 to move during the suction stroke, but less than is necessary to overcome the spring force of the locking device 51 of the spool 52 in one of the operating positions.

Переключающие по ски 53, 54 и 55 золотника 52 гидроуправл емого распредели- тел 5 выполнены с переменным сечением, за счет выполнени на них пазов 56.Switching along the skids 53, 54 and 55 of the spool 52 of the hydraulic control valves 5 are made with a variable cross-section due to the execution of grooves 56 on them.

Насос работает следующим образом.The pump operates as follows.

Масло из бака 8 насосом привода 6 подаетс через распределитель 5 в рабочую полость 22 цилиндра привода 4. Золотник 52 при этом находитс в крайнем правом положении (на фиг.1). Двига сь от задней мертвой точки к передней (ход нагнетани ), поршень 18 через шток 16 перемещает вы- теснитель 10 рабочего цилиндра 2, который нагнетает перекачиваемую жидкость через клапан 14, одновременно засасыва перекачиваемую жидкость в штоковую полость рабочего цилиндра 2. Всасывающий клапан 12 при этом закрыт.Oil from the tank 8 is pumped by the drive pump 6 through the distributor 5 to the working cavity 22 of the drive cylinder 4. The spool 52 is in the extreme right position (Fig. 1). Moving from the rear dead center to the front (discharge stroke), the piston 18 through the rod 16 moves the displacer 10 of the working cylinder 2, which pumps the pumped liquid through the valve 14, while sucking the pumped liquid into the rod cavity of the working cylinder 2. The suction valve 12 at this is closed.

Одновременно масло вытесн етс из полостей 24 и 34 цилиндра привода 4 и поступает по гидролинии 47 частично в гидроаккумул торы и в полости 23 и 33 цилиндра привода 3, перемеща поршень 17 от передней мертвой точки к задней (ход всасывани ). Масло от дополнительного насоса 7 через обратный клапан 48 и гидроли- нию 47 также поступает в полости 23 и 33, обеспечива большую скорость поршн 17 при ходе всасывани по сравнению со скоростью поршн 18 в ходе нагнетани . Вы- теснитель 9, жестко св занный штоком 15с поршнем 17, при этом обеспечивает заполнение поршневой полости рабочего цилиндра 1 перекачиваемой жидкостью через всасывающий клапан 11. Нагнетательный клапан 13 при этом закрыт. Ввиду равенст- ва давлений масла в полост х 33 и 34, а следовательно, в камерах 41 и 42 распределител 5, его золотник 52 благодар наличию подпружиненного фиксатора 51 остаетс при этом неподвижным.At the same time, the oil is displaced from the cavities 24 and 34 of the cylinder 4 of the actuator 4 and flows through the hydraulic line 47 partially to the hydraulic accumulators and in the cavities 23 and 33 of the cylinder of the actuator 3, moving the piston 17 from the front dead center to the rear (suction stroke). Oil from the auxiliary pump 7 through the check valve 48 and hydrolysis 47 also enters the cavities 23 and 33, providing a higher speed of the piston 17 during the suction stroke compared to the speed of the piston 18 during the discharge. Substitute 9, which is rigidly connected to the rod 15 with a piston 17, ensures that the piston cavity of the working cylinder 1 is filled with pumped liquid through the suction valve 11. The pressure valve 13 is closed. Due to the equal pressure of the oil in the cavities 33 and 34, and therefore in the chambers 41 and 42 of the distributor 5, its spool 52, due to the presence of a spring-loaded lock 51, remains stationary.

Из-за разности скоростей поршень 17 цилиндра привода 3 достигает задней мертвой точки раньше, чем заканчиваетс ход нагнетани в цилиндре привода 4. В задней мертвой точке подпружиненный шток клапана 37 упираетс в дно дополнительной полости 25, клапан 37 открываетс , и масло из полостей 23, 33, 24, 34, гидроаккумул торов 43 и 44 через канал 35 поступает в бак. Поршень 17 останавливаетс . Наличие паузы в движении поршн при нахождении в задней мертвой точке улучшает наполнение поршневой полости рабочего цилиндра 1 перекачиваемой жидкостью, т.к. всасывающий клапан 11 успевает закрытьс перед началом хода нагнетани поршн 17.Due to the speed difference, the piston 17 of the actuator cylinder 3 reaches the rear dead center before the discharge stroke in the actuator cylinder 4 ends. At the rear dead center, the spring-loaded valve stem 37 abuts the bottom of the additional cavity 25, the valve 37 opens, and the oil from the cavities 23. 33, 24, 34, the hydraulic accumulators 43 and 44 through the channel 35 enter the tank. The piston 17 stops. The presence of a pause in the movement of the piston when located at the rear dead center improves the filling of the piston cavity of the working cylinder 1 with pumped liquid, because the suction valve 11 has time to close before the start of the discharge stroke of the piston 17.

При продолжении хода нагнетани поршн 18, е,го выступ 32 входит в уплотнение 28 кольцевого выступа 30, замыка полость 34 датчика положени штока 16. Давление в полости 34 начинает возрастать, масло из нее поступает в гидроаккумул тор 44. В полост х 41 и 42 гидроуправлени распределител 5 возникает разность давлений, т.е. осевое усилие, стрем щеес передвинуть золотник 52. При дальнейшем росте этого усили и превышении его над усилием фиксации золотника происходит переключение золотника 52 из крайнего правого в среднее положение. Масло от насоса 6 начинает поступать в рабочие полости 21 и 22 цилиндров привода 3 и 4. При этом поршни 17 и 18 обоих цилиндров привода совершают ход нагнетани , причем поршень 17 разгон етс до скорости, равной половине скорости поршней в середине хода нагнетани , а поршень 18 замедл етс . В начале хода нагнетани поршн 17 клапан 37 закрываетс , и масло от дополнительного насоса 7, из полостей возврата 23 и 24 поступает в гидроаккумул тор 43, зар жа его.As the injection stroke continues, the piston 18, protrusion 32 enters the seal 28 of the annular protrusion 30, closes the cavity 34 of the rod position sensor 16. The pressure in the cavity 34 begins to increase, oil from it enters the accumulator 44. In the cavities 41 and 42 hydraulic control valve 5 there is a pressure difference, i.e. axial force, tends to move the spool 52. With a further increase in this force and exceeding it over the spool fixing force, the spool 52 switches from the extreme right to the middle position. Oil from the pump 6 begins to flow into the working cavities 21 and 22 of the drive cylinders 3 and 4. In this case, the pistons 17 and 18 of both drive cylinders make a discharge stroke, and the piston 17 accelerates to a speed equal to half the speed of the pistons in the middle of the discharge stroke, and the piston 18 is slowing down. At the beginning of the injection stroke of the piston 17, the valve 37 is closed, and the oil from the additional pump 7, from the return cavities 23 and 24, enters the accumulator 43, charging it.

При дальнейшем движении поршн 18 рост давлени в полости 34 и гидроаккумул торе 44 приводит к переключению золотника 52 в крайнее левое положение, при этом все масло от насоса привода 6 подаетс в рабочую полость 21 цилиндра привода 3, а полость 22 соедин етс в баком. Скорость поршн 17 увеличиваетс до значени , определ емого подачей насоса привода 6 и площадью поршн 17, а поршень 18 останавливаетс . Затем под действием масла, поступающего в полость возврата 24 из полости 23 и от дополнительного насоса 7, поршень 18 начинает осуществл ть ход всасывани . Причем в начале хода всасывани , благодар разр дке гидроаккумул тора 43, который зар дилс во врем совместного хода нагнетани обоих поршней, движение поршн 18 происходите увеличенной скоростью , что улучшает услови всасывани перекачиваемой жидкости в рабочем цилиндре 2.With further movement of the piston 18, an increase in pressure in the cavity 34 and the hydraulic accumulator 44 causes the spool 52 to switch to the leftmost position, with all the oil from the drive pump 6 being supplied to the working cavity 21 of the drive cylinder 3, and the cavity 22 connected to the tank. The speed of the piston 17 increases to a value determined by the feed of the drive pump 6 and the area of the piston 17, and the piston 18 stops. Then, under the action of the oil entering the return cavity 24 from the cavity 23 and from the additional pump 7, the piston 18 begins to draw a suction stroke. Moreover, at the beginning of the suction stroke, due to the discharge of the hydraulic accumulator 43, which was charged during the joint stroke of the injection of both pistons, the movement of the piston 18 occurs at an increased speed, which improves the suction conditions of the pumped liquid in the working cylinder 2.

Дл предотвращени образовани вакуума в полости 34 в начале хода всасывани поршн 18 и обратного переключени , по этой причине, золотника 52 служит обратный клапан 46 (дл цилиндра 3-соответственно 45), перепускающий масло в полость 34 по гидролинии 47.To prevent the formation of vacuum in the cavity 34 at the beginning of the suction stroke of the piston 18 and the reverse switching, for this reason, the spool 52 is provided with a check valve 46 (for cylinder 3, respectively 45), which transfers oil into the cavity 34 via a hydraulic line 47.

Дл увеличени плавности реверсировани поршней цилиндров привода 3 и 4 служат пазы 56 на переключающих по сках золотника 52.To increase the smoothness of the reversal of the pistons of the actuator cylinders 3 and 4, grooves 56 are used on the spool shifting arms 52.

Цикл работы насоса повтор етс .The pump cycle is repeated.

Таким образом, за счет гидровозврата поршней цилиндров привода с гидроаккумул торами , дополнительного насоса, фик- сации золотника гидроуправл емого распределител подпружиненным элементом повышаетс эффективность работы гидроприводного насоса за счет повышени надежности при сохранении равномерно- сти подачи перекачиваемой жидкости, обеспечиваетс компенсаци утечек из полостей возврата, улучшаютс услови всасывани перекачиваемой жидкости.Thus, due to the hydraulic return of the pistons of the drive cylinders with hydraulic accumulators, an additional pump, fixing the valve spool of the hydraulically controlled distributor with a spring-loaded element, the operation of the hydraulic drive pump increases due to increased reliability while maintaining the uniformity of the pumped fluid supply, compensation of leaks from the return cavities is provided, the absorption conditions of the pumped liquid are improved.

-39-39

55

0 5 0 5

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION A hydraulic actuated reciprocating pump comprising a drive pump in communication with working cylinders with displacers and drive cylinders with rods and pistons forming working and additional cavities connected to the distributor with a rod and hydraulic control associated with 0 position sensors, located in the cavities of the return cylinders of the drive, and the tank, characterized in that, in order to increase efficiency by increasing reliability while maintaining uniformity of supply, it is equipped with two hydraulic accumulators, three non-return valves and an additional pump, the output of which through the first non-return valve is connected to the return cavities of the actuator cylinders, each of which is connected to the cavity of position sensors, which are connected with the hydraulic accumulator and the tank through the second and third non-return valves, through the the ends of the hollow rods are normally closed valves, the hydraulically controlled distributor being equipped with a spring-loaded spool position lock.