RU2061913C1

RU2061913C1 - Hydraulic drive for lifting device

Info

Publication number: RU2061913C1
Application number: RU93004359A
Authority: RU
Inventors: Р.Я. Шварев; В.Х. Гайнуллин; А.В. Алифанов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа специального машиностроения и металлургии "Мотовилихинские заводы"
Priority date: 1993-02-01
Filing date: 1993-02-01
Publication date: 1996-06-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: pistons secured at the ends of a rod form four spaces inside a tandem cylinder. The pump and drain are connected with a tank from one side and with a hydraulic dispenser from the other side. The dispenser is connected with one of the under-piston spaces of the tandem cylinder. One above-piston space is air-operated and in communication with a vessel filled with a compressed gas. The second under-piston space is connected with the under-piston space of the working cylinder whose above-piston space is in communication with the hydraulic dispenser. A make-up unit is made up as working cylinder that is mounted inside the piston of the working cylinder of the controllable check valve. The control space of the valve is made to permit its interaction with the plunger secured to the tandem cylinder cover. The by-pass valve is mounted in the cross-piece of the tandem cylinder whose inlet is in communication with the second under-piston space. The stop member of the valve is kinematically connected with one piston of the tandem cylinder. EFFECT: enhanced reliability. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, точнее к природным устройствам, включающим гидравлические или пневматические средства, и может быть использовано в гидравлических приводах насосов, предназначенных для подъема жидкостей с больших глубин. The invention relates to hydraulic machines for volume displacement, more specifically to natural devices, including hydraulic or pneumatic means, and can be used in hydraulic drives of pumps designed for lifting liquids from great depths.

Известны штанговые глубинонасосные установки с балансирным приводом (станки-качалки, см. например кн. А.Г. Молчанов, Гидроприводные штанговые скважинные насосные установки, М. Недра, с.с. 7-8 рис. 11, 1982г.). Known deep-well sucker-rod installations with a balancing drive (rocking machines, see, for example, Prince A.G. Molchanov, Hydraulic sucker-rod sucker-rod pumping installations, M. Nedra, pp. 7-8, Fig. 11-8, 1982).

Недостатком балансирных приводов глубинонасосных установок (станков-качалок) является их ограниченная производительность, увеличение которой сдерживается нецелесообразным увеличением габаритов и металлоемкости установок. The disadvantage of balancing drives of deep-pumping units (rocking machines) is their limited performance, the increase of which is constrained by an inappropriate increase in the dimensions and metal consumption of the plants.

Известны также гидрофированные приводы штанговых глубинонасосных установок, имеющих меньшие габариты и металлоемкость и не требующие для своей установки больших фундаментов (см. кн. А.Г. Молчанов Гидроприводные штанговые скважинные установки М. Недра, 1982г. с.18-20, рис. 1.6.). Эти установки содержат силовой орган, уравновешивающее устройство, силовой насос с блоком привода (насосную станцию), систему реверсирования и систему компенсаций утечек рабочей жидкости. Also known are hydrophilic actuators of rod-deep sucker-rod installations having smaller dimensions and metal consumption and not requiring large foundations for their installation (see book A.G. Molchanov Hydraulic rod sucker-hole installations M. Nedra, 1982, p. 18-20, Fig. 1.6 .). These installations contain a power unit, a balancing device, a power pump with a drive unit (pump station), a reversal system, and a system for compensating for leaks of the working fluid.

Среди установок этого типа известен гидравлический привод подъемного устройства, реализованный в установке с пневматическим уравновешиванием колонны штанг и гидроприводом, выполненным по комбинированной схеме, т.е. имеющим как замкнутый гидравлический контур, так и открытый гидравлический контур (см. вышеназванную книгу, с.с. 25-26, рис. 1.9) Данный привод содержит силовой рабочий цилиндр и вспомогательный тандемный цилиндр, через отверстие в перемычке которого проходит шток с поршнями на концах, аккумулятор давления с жидкостной и газовой полостями, устройство компенсации утечек рабочей жидкости из замкнутого гидравлического контура системы привода, имеющее соединенный с ним (с замкнутым гидравлическим контуром) узел подпитки рабочей жидкости и узел слива рабочей жидкости из замкнутого гидравлического контура системы, имеющий перепускной обратный) клапан, вход которого соединен с жидкостной полостью аккумулятора, и узел соединения гидравлической системы с насосной станцией или сливом. Among the installations of this type, the hydraulic drive of the lifting device is known, which is implemented in the installation with pneumatic balancing of the rod string and hydraulic drive, made according to the combined scheme, i.e. having both a closed hydraulic circuit and an open hydraulic circuit (see the above book, pp. 25-26, Fig. 1.9) This drive contains a power working cylinder and an auxiliary tandem cylinder, through which a rod with pistons passes through a jumper in the jumper the ends, a pressure accumulator with liquid and gas cavities, a device for compensating for leakage of a working fluid from a closed hydraulic circuit of the drive system, having a working fluid make-up assembly and a assembly connected to it (with a closed hydraulic circuit) Lib working fluid of a closed circuit hydraulic system having a bypass check) valve whose input is connected to a liquid accumulator cavity, and a connection node of the hydraulic system with a pump station or discharge.

Данный гидравлический привод по технической сущности наиболее близок к заявляемому приводу и принят за прототип. This hydraulic actuator in technical essence is the closest to the claimed drive and adopted as a prototype.

Известный гидравлический привод имеет два замкнутых гидравлических контура, что предполагает наличие двух узлов подпитки рабочей жидкости с соответствующими золотниками и трубопроводами, увеличивающими металлоемкость и усложняющими конструкцию привода. Наряду с этим при необходимости изменения величины хода поршня силового цилиндра необходимо изменять объем жидкости в замкнутом гидравлическом контуре, для чего требуется перенастройка узлов подпитки и слива рабочей жидкости, усложняющая эксплуатацию привода. The known hydraulic drive has two closed hydraulic circuits, which implies the presence of two nodes feeding the working fluid with corresponding spools and pipelines, increasing the metal consumption and complicating the design of the drive. Along with this, if it is necessary to change the magnitude of the piston stroke of the power cylinder, it is necessary to change the volume of fluid in a closed hydraulic circuit, which requires reconfiguration of the nodes for feeding and draining the working fluid, which complicates the operation of the drive.

Кроме того, наличие двух отдельных цилиндров (тандемного цилиндра и цилиндра для аккумулятора давления) также повышает металлоемкость привода и усложняет его конструкцию. In addition, the presence of two separate cylinders (a tandem cylinder and a cylinder for a pressure accumulator) also increases the metal consumption of the drive and complicates its design.

Задачей изобретения является разработка гидравлического привода подъемного устройства, имеющего пневмогидравлический аккумулятор давления, обеспечивающий уравновешивание поднимаемого груза (в данном случае колонны штанг скважинного насоса), но более простого по конструкции и имеющего меньшую металлоемкость. The objective of the invention is to develop a hydraulic drive of a lifting device having a pneumohydraulic pressure accumulator, providing balancing of the lifted load (in this case, the string of rods of the downhole pump), but more simple in design and having lower metal consumption.

Указанная задача решается усовершенствованием известного привода, содержащего рабочий цилиндр и вспомогательный тандемный цилиндр, через отверстие в перемычке которого проходит шток с поршнями на концах, аккумулятор давления с жидкостной и газовой плостями, устройство компенсации утечек рабочей жидкости из замкнутого гидравлического контура системы привода, имеющее соединенный с ним (замкнутым гидравлическим контуром) узел подпитки рабочей жидкости и узел слива рабочей жидкости из замкнутого контура системы, имеющий перепускной (обратный) клапан, вход которого соединен с жидкостной полостью аккумулятора, и узел соединения гидравлической системы с насосной станцией или сливом. This problem is solved by improving the known drive containing a working cylinder and an auxiliary tandem cylinder, through the hole in the jumper of which passes a rod with pistons at the ends, a pressure accumulator with liquid and gas cavities, a device for compensating for leakage of a working fluid from a closed hydraulic circuit of the drive system, which is connected to him (a closed hydraulic circuit) the site of replenishment of the working fluid and the site of draining the working fluid from the closed loop of the system, having a bypass inverse) valve whose input is connected to a liquid accumulator cavity, and a connection node of the hydraulic system with a pump station or discharge.

Это усовершенствование заключается в том, что в известном гидравлическом приводе одна поршневая полость тандемного цилиндра, выполненная пневматической, сообщена с емкостью со сжатым газом, вторая штоковая полость тандемного цилиндра связана со штоковой полостью рабочего цилиндра, поршневая полость которого соединена с гидрораспределителем. This improvement consists in the fact that in the known hydraulic drive, one piston cavity of the tandem cylinder made pneumatically is connected to a container with compressed gas, the second rod cavity of the tandem cylinder is connected to the rod cavity of the working cylinder, the piston cavity of which is connected to the valve.

Узел подпитки может быть выполнен в виде установленного в поршне рабочего цилиндра управляемого обратного клапана, полость управления которого выполнена с возможностью взаимодействия его с плунжером, закрепленным на крышке цилиндра, а перепускной клапан может быть установлен в перемычке тандемного цилиндра, вход которого сообщен со второй штоковой полостью, запорный элемент клапана может иметь узел кинематической связи с одним из поршней тандемного цилиндра. The make-up unit can be made in the form of a controlled check valve installed in the piston of the working cylinder, the control cavity of which is configured to interact with a plunger mounted on the cylinder cover, and the bypass valve can be installed in the jumper of the tandem cylinder, the input of which is in communication with the second stock cavity , the locking element of the valve may have a kinematic connection with one of the pistons of the tandem cylinder.

Конструктивное исполнение привода, при котором одна поршневая полость тандемного цилиндра, выполненная пневматической, сообщена с емкостью со сжатым газом, вторая штоковая полость тандемного цилиндра связана со штоковой полостью рабочего цилиндра, поршневая полость которого соединена с гидрораспределителем, позволяет получить работоспособный привод с одним замкнутым гидравлическим контуром, исключив из его конструкции второй замкнутый гидравлический контур. Это позволяет использовать в приводе только одно устройство компенсации утечек рабочей жидкости из замкнутого гидравлического контура, что в свою очередь упрощает конструкцию и уменьшает металлоемкость всего привода. The design of the drive, in which one piston cavity of the tandem cylinder, made pneumatic, is in communication with the container with compressed gas, the second rod cavity of the tandem cylinder is connected to the rod cavity of the working cylinder, the piston cavity of which is connected to the valve, allows you to get a workable drive with one closed hydraulic circuit eliminating from its design a second closed hydraulic circuit. This allows you to use in the drive only one device for compensating for leaks of the working fluid from a closed hydraulic circuit, which in turn simplifies the design and reduces the metal consumption of the entire drive.

Выполнение узла подпитки в виде установленного в поршне рабочего цилиндра управляемого обратного клапана, полость управления которого выполнена с возможностью взаимодействия его с плунжером, закрепленным на крышке цилидра, а также установка перепускного клапана в перемычке тандемного цилиндра, вход которого сообщен со второй штоковой полостью, и снабжение запорного элемента этого клапана узлом кинематической связи с одним из поршней тандемного цилиндра позволяет обеспечить возможность компенсации утечек рабочей жидкости из замкнутого гидравлического контура при ее недостаточном количестве или наоборот, слива при образовании избытка жидкости, т.е. автоматическое поддерживание постоянного необходимого объема жидкости в замкнутом гидравлическом контуре без дополнительных трубопроводов и элементов, управляющих работой системы компенсации утечек. The implementation of the recharge node in the form of a controlled check valve installed in the piston of the working cylinder, the control cavity of which is configured to interact with a plunger mounted on the cylinder cover, as well as installing a bypass valve in the jumper of the tandem cylinder, the input of which is connected to the second rod cavity, and supply the locking element of this valve by the kinematic communication unit with one of the tandem cylinder pistons allows compensating for leakages of the working fluid from the closed th hydraulic circuit when it is insufficient or on the contrary, draining excess liquid in the formation, i.e., automatic maintenance of a constant required volume of fluid in a closed hydraulic circuit without additional pipelines and elements that control the operation of the leakage compensation system.

На фиг.1 показан общий вид заявляемого гидравлического привода; на фиг.2 в увеличенном масштабе показан установленный в перемычке тандемного цилиндра перепускной (обратный) клапан. Figure 1 shows a General view of the inventive hydraulic drive; figure 2 on an enlarged scale shows the bypass valve installed in the jumper of the tandem cylinder.

Привод содержит разделенный поршнем 1 на бесштоковую 2 и штоковую 3 полости рабочий цилиндр 4 и вспомогательный тандемный цилиндр 5 с перемычкой 6. Сквозь отверстие в перемычке 6 проходит шток 7 с поршнями 8 и 9 на его концах. Привод имеет также аккумулятор давления с жидкостной 10 и газовой 11 полостями. Жидкостная полость 10 расположена в штоковой, а газовая 11 в бесштоковой полости одной из частей (в данном варианте обращенной к основанию привода) тандемного цилиндра 5. Привод снабжен устройством компенсации утечек рабочей жидкости в замкнутом гидравлическом контуре его гидросистемы. Это устройство содержит узел подпитки, выполненный в виде закрепленного на крышке 12 силового цилиндра 4 плунжера 13 и выполненных в поршне 1 рабочего цилиндра 4 обращенной к крышке 12 полости 14 и канала 15 с обратным клапаном 16, соединяющим этот узел со штоковой полостью 3 рабочего цилиндра 4. The drive contains a working cylinder 4 divided by a piston 1 into a rodless 2 and rod 3 cavities and an auxiliary tandem cylinder 5 with a jumper 6. A rod 7 passes through the hole in the jumper 6 with pistons 8 and 9 at its ends. The drive also has a pressure accumulator with liquid 10 and gas 11 cavities. The fluid cavity 10 is located in the rod, and the gas 11 in the rodless cavity of one of the parts (in this embodiment, facing the base of the drive) of the tandem cylinder 5. The drive is equipped with a device for compensating for leaks of the working fluid in a closed hydraulic circuit of its hydraulic system. This device comprises a make-up unit made in the form of a ram 4 mounted on the cover 12 of the actuator 4 and made in the piston 1 of the working cylinder 4 facing the cover 12 of the cavity 14 and channel 15 with a check valve 16 connecting this assembly with the rod cavity 3 of the working cylinder 4 .

Устройство компенсации утечек содержит также узел слива рабочей жидкости из замкнутого гидравлического контура, выполненный в виде установленного в перемычке 6 перепускного (обратного) клапана, который сдержит корпус 17 и запорный элемент 18, снабженный узлом кинематической связи (выполненным в описанном варианте исполнения в виде штока 19). Замкнутый гидравлический контур привода образован штоковый полостью 3 рабочего цилиндра 4 и полостью 10 тандемного цилиндра 5 (одновременно являющейся жидкостной полостью аккумулятора давления), соединенных трубопроводом 20. Привод имеет трубопроводы 21-25. The leakage compensation device also contains a unit for draining the working fluid from a closed hydraulic circuit, made in the form of a bypass (check) valve installed in the jumper 6, which holds the housing 17 and the locking element 18, equipped with a kinematic communication unit (made in the described embodiment in the form of a rod 19 ) A closed hydraulic circuit of the actuator is formed by the rod cavity 3 of the working cylinder 4 and the cavity 10 of the tandem cylinder 5 (simultaneously being the liquid cavity of the pressure accumulator) connected by a pipe 20. The drive has pipelines 21-25.

Гидрораспределитель 26 в положении, показанном на фиг.1, обеспечивает соединение штоковой полости 27 тандемного цилиндра 5 с насосной станцией 28, а полость рабочего цилиндра 4-со сливом 24 в бак 29. The valve 26 in the position shown in figure 1, provides the connection of the rod cavity 27 of the tandem cylinder 5 with the pump station 28, and the cavity of the working cylinder 4 with a drain 24 in the tank 29.

Другое положение гидрораспределителя 26 (на чертеже не показано), наоборот, обеспечивает соединение полости 2 рабочего цилиндра с насосной станцией 28, а штоковую полость 27 тандемного цилиндра со сливом 24. Another position of the control valve 26 (not shown in the drawing), on the contrary, provides a connection of the cavity 2 of the working cylinder with the pump station 28, and the rod cavity 27 of the tandem cylinder with a drain 24.

Работа гидравлического привода происходит в следующем порядке. The hydraulic drive operates in the following order.

Перед началом работы поршень 1 силового цилиндра 4 и поршни 8 и 9 тандемного цилиндра 5 находятся в нижнем (по чертежу) положении, при этом полости 10 и 27 тандемного цилиндра 5 заполнены жидкостью, а полость 11 и емкость 30 соединенные трубопроводом 31, сжатым газом. Давление этого газа передается на поршень 9, затем на жидкость в полости 10 тандемного цилиндра 5 через трубопровод 20, жидкость в полости 3 силового цилиндра 4 на поршень 1 этого цилиндра 4, уравновешивая вес самого поршня 1, штока 32 устьевого штока 33 и колонны штанг скважинного насоса (на чертеже не показано). Before starting work, the piston 1 of the power cylinder 4 and the pistons 8 and 9 of the tandem cylinder 5 are in the lower (according to the drawing) position, while the cavities 10 and 27 of the tandem cylinder 5 are filled with liquid, and the cavity 11 and the container 30 are connected by a pipe 31, compressed gas. The pressure of this gas is transmitted to the piston 9, then to the liquid in the cavity 10 of the tandem cylinder 5 through the pipe 20, the liquid in the cavity 3 of the power cylinder 4 to the piston 1 of this cylinder 4, balancing the weight of the piston 1, the rod 32 of the wellhead rod 33 and the casing rod string pump (not shown in the drawing).

При подаче жидкости от насосной станции 28 через распределитель 26 (находящийся в положении, показанном на фиг.1) по трубопроводу 23 в полость 27 поршень 8 поднимается и через шток 7 тянет за собой поршень 9, который по трубопроводу 20 вытесняет жидкость из полости 10 тандемного цилиндра и в полость 3 силового цилиндра 4. Под давлением этой жидкости поршень 1 силового цилиндра 4 поднимается и тянет за собой шток 32 который связан муфтой 34 с устьевым штоком 33, в свою очередь соединенным с колонной штанг скважинного насоса. При подходе поршня 1 силового цилиндра 4 к крышке 12 срабатывает узел подпитки устройства компенсации утечек из замкнутого гидравлического контура, т. к. плунжер 13 входит в полость и вытесняет из нее жидкость, которая, открывая клапан 16, по каналу 15 поступает в полость 3 замкнутого контура. When fluid is supplied from the pumping station 28 through the distributor 26 (located in the position shown in FIG. 1) through the pipe 23 to the cavity 27, the piston 8 rises and through the rod 7 pulls a piston 9, which displaces the liquid from the tandem cavity 10 through the pipe 20 cylinder and into the cavity 3 of the actuator 4. Under pressure of this fluid, the piston 1 of the actuator 4 rises and pulls the rod 32 which is connected by a coupling 34 to the wellhead 33, which in turn is connected to the rod string of the well pump. When the piston 1 of the power cylinder 4 approaches the cover 12, the feed node for the leakage compensation device from the closed hydraulic circuit is activated, because the plunger 13 enters the cavity and displaces the liquid from it, which, opening the valve 16, enters the closed cavity 3 through the channel 15 contour.

При достижении поршнем 1 крайнего верхнего положения срабатывает переключатель (на чертеже не показан), переводя гидрораспределитель 26 в левое (по чертежу) положение, при этом в работу включается правая половина гидрораспределителя 26. Жидкость от насосной станции 28 по трубопроводу поступает в полость 2 силового цилиндра 4, вследствие чего поршень 1 двигается вниз вместе со штоком 32, устьевым штоком 33 и колонной штанг скважинного насоса. Жидкость из полости 3 силового цилиндра 4 по трубопроводу 20 перетекает в полости 10 тандемного цилиндра 5, оказывая давление на поршень 9, который движется вниз и тянет за собой поршень 8, который в свою очередь вытесняет жидкость из полости 27 тандемного цилиндра 5 по трубпроводу 23 через распределитель 26 на слив. When the piston 1 reaches its extreme upper position, a switch is activated (not shown in the drawing), moving the control valve 26 to the left (according to the drawing) position, and the right half of the control valve 26 is turned on. The fluid from the pump station 28 flows through the pipeline into the cavity 2 of the power cylinder 4, as a result of which the piston 1 moves down along with the rod 32, the wellhead 33 and the rod string of the well pump. The liquid from the cavity 3 of the power cylinder 4 through the pipeline 20 flows into the cavity 10 of the tandem cylinder 5, exerting pressure on the piston 9, which moves down and pulls the piston 8, which in turn displaces the liquid from the cavity 27 of the tandem cylinder 5 through the pipe 23 through spreader 26 to the drain.

Как описывалось выше, при каждом ходе поршня 1 силового цилиндра 4 вверх происходит пополнение жидкостью полости 3 силового цилиндра 4 и полости 10 тандемного цилиндра 5, увеличивая oбьем жидкости в замкнутом контуре гидравлической системы, что приводит к увеличению хода поршня 9 и связанного с ним поршня 8. При избытке жидкости в замкнутом контуре поршень 8 в нижнем положении нажимает на шток 19, связанный с запорным элементом 18 обратного клапана, и открывает последний. Через открытый клапан избыток жидкости из полости 10 перетекает в полость 27, из которой по трубопроводу 23 через распределителя 26 сливается в емкость 29. Таким образом, в процессе работы привода автоматически происходят подпитка и слив излишков жидкости из замкнутого контура гидравлической системы привода прм любой величине хода поршня 1 силового цилиндра 4. As described above, with each stroke of the piston 1 of the master cylinder 4 upward, fluid replenishes the cavity 3 of the master cylinder 4 and the cavity 10 of the tandem cylinder 5, increasing the volume of fluid in the closed circuit of the hydraulic system, which leads to an increase in the stroke of the piston 9 and the associated piston 8 With an excess of liquid in the closed circuit, the piston 8 in the lower position presses the rod 19 connected to the shut-off element 18 of the check valve and opens the latter. Through an open valve, excess fluid from the cavity 10 flows into the cavity 27, from which it is discharged through the pipe 23 through the distributor 26 into the container 29. Thus, during the operation of the actuator, excess fluid is automatically recharged and drained from the closed circuit of the hydraulic actuator system with any stroke piston 1 of the power cylinder 4.

Предложенная конструкция гидравлического привода подъемного устройства за счет того, что он имеет только один замкнутый гидравлический контур (полость 3 силового цилиндра 4 и полость 10 тандемного цилиндра 5, соединенные трубопроводом 20), позволяет обходиться только одним узлом подпитки жидкости в замкнутом гидравлическом контуре. Это уменьшает металлоемкость привода и упрощает его конструкцию. The proposed design of the hydraulic drive of the lifting device due to the fact that it has only one closed hydraulic circuit (cavity 3 of the power cylinder 4 and the cavity 10 of the tandem cylinder 5 connected by the pipe 20), allows you to get by with only one node for feeding liquid in a closed hydraulic circuit. This reduces the metal consumption of the drive and simplifies its design.

Claims

1. The hydraulic drive of the lifting device, containing a working cylinder and an auxiliary tandem cylinder with a rod with pistons fixed at its ends, installed with the formation of four cavities, a pump and a drain connected on one side to the tank, and on the other to the control valve in communication with one of rod cavities of the tandem cylinder, a container with compressed gas, a make-up unit and a bypass valve of the leakage compensation system, characterized in that one piston cavity of the tandem cylinder made pneumatic schena with the container with compressed gas, the other tandem cylinder rod side is connected with the stem cavity of the working cylinder, whose piston chamber is connected to the control valve.

2. The hydraulic drive according to claim 1, characterized in that the make-up unit is made in the form of a controlled check valve installed in the piston of the working cylinder, the control cavity of which is configured to interact with a plunger mounted on the cylinder cover.

3. The hydraulic actuator according to claim 1, characterized in that the bypass valve is installed in the jumper of the tandem cylinder, the input of which is in communication with the second rod cavity, and the valve shut-off element has a kinematic connection with one of the tandem cylinder pistons.