RU2262004C1

RU2262004C1 - Lifting device hydraulic drive

Info

Publication number: RU2262004C1
Application number: RU2004107984/06A
Authority: RU
Inventors: А.В. Петропавловский (RU); А.В. Петропавловский; В.Н. Пучков (RU); В.Н. Пучков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "АЛКОР"
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2005-10-10

Abstract

FIELD: oil producing industry; positive displacement hydraulic machines.

SUBSTANCE: invention is designed for use in positive displacement hydraulic machines including hydraulic or pneumatic devices setting into operation of oil-well sucker-rod pump intended for lifting liquids from depth. Hydraulic drive of lifting device has working cylinder whose piston is provided with unit for connection with lifting device and which divides working cylinder into two spaces. One of spaces is connected by main pipeline through main distributor with pump and drain. Piston travel speed adjusting unit and two control elements can be connected with piston in extreme position. Piston travel speed adjusting unit is made in form of additional pipelines to deliver and drain working liquid from space of working cylinder with additional distributors. Main and additional distributors are connected with control elements made in form of time relays.

EFFECT: possibility of adjustment of working cylinder piston travel by means of simple and reliable devices.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, включающим гидравлические или пневматические средства, и может быть использовано для приведения в действие скважинного штангового насоса, предназначенного для подъема жидкостей с больших глубин.The invention relates to hydraulic volume displacement machines, including hydraulic or pneumatic means, and can be used to actuate a borehole sucker rod pump designed to lift liquids from great depths.

Известны гидравлические приводы подъемного устройства (пат. RU №2061913, МПК⁶ F 15 B 1/02, опубл. 10.06.96 г., пат. RU №2134360, МПК⁶F 04 B 47/04, опубл.10.08.99 г.), содержащие рабочий цилиндр, поршень которого имеет узел соединения с подъемным устройством и делит рабочий цилиндр на две полости, одна из которых основным трубопроводом через основной распределитель соединена с регулируемым насосом и сливом.Known hydraulic drives of the lifting device (US Pat. RU No. 2061913, IPC ⁶ F 15 B 1/02, publ. 06/10/96, Pat. RU No. 2134360, IPC ⁶ F 04 B 47/04, publ. 10.08.99 g .) containing a working cylinder, the piston of which has a connection node with a lifting device and divides the working cylinder into two cavities, one of which is connected to the adjustable pump and drain via a main pipeline through the main distributor.

Такие гидравлические приводы имеют ограниченные возможности регулирования скорости перемещения поршня рабочего цилиндра и сложную конструкцию, что объясняется необходимостью использования регулируемого насоса. Кроме того, при работе таких приводов возможен гидравлический удар при крайних положениях поршня рабочего цилиндра.Such hydraulic drives have limited ability to control the speed of movement of the piston of the working cylinder and a complex design, which is explained by the need to use an adjustable pump. In addition, during the operation of such drives, water hammer is possible at extreme positions of the piston of the working cylinder.

Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является гидравлический привод подъемного устройства (пат. US №5647208, МПК F 16 В 31/02, опубл. 1997 г.), содержащий рабочий цилиндр, поршень которого имеет узел соединения с подъемным устройством и делит рабочий цилиндр на две полости, одна из которых основным трубопроводом через основной распределитель соединена с насосом и сливом, а также узел регулирования скорости перемещения поршня и два управляющих элемента, каждый из которых имеет возможность соединения с поршнем в соответствующем его крайнем положении. Узел регулирования скорости перемещения поршня имеет заслонку, изменение угла наклона которой может быть отрегулировано вручную регулировочными гайками и винтами или электрически с помощью шагового электродвигателя, получаемого электрические импульсы от микрокомпьютера. Привод перемещения заслонки представляет собой вспомогательный насос и гидроцилиндр, шток которого соединен с заслонкой.Closest to the claimed and adopted as a prototype is the hydraulic drive of the lifting device (US Pat. US No. 5647208, IPC F 16 B 31/02, publ. 1997), containing a working cylinder, the piston of which has a connection node with a lifting device and shares a working cylinder into two cavities, one of which is connected to the pump and drain via the main pipeline through the main distributor, as well as a piston speed control unit and two control elements, each of which can be connected to the piston in accordance its extreme position. The piston speed control unit has a shutter, the angle of inclination of which can be adjusted manually with adjusting nuts and screws or electrically using a stepper motor, which receives electrical impulses from the microcomputer. The damper actuator is an auxiliary pump and a hydraulic cylinder, the rod of which is connected to the damper.

Такой привод обеспечивает возможность настройки и регулирования скорости перемещения поршня рабочего цилиндра в зависимости от изменяющихся условий нефтяной скважины за счет изменения угла наклона заслонки.This drive provides the ability to configure and control the speed of movement of the piston of the working cylinder depending on the changing conditions of the oil well due to a change in the angle of inclination of the valve.

Однако такой привод также имеет сложную конструкцию и низкую надежность, что объясняется сложностью конструкции узла регулирования и настройки угла наклона заслонки.However, such an actuator also has a complex structure and low reliability, due to the complexity of the design of the control unit and adjust the angle of inclination of the valve.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности гидравлического привода подъемного устройства за счет обеспечения регулирования скорости перемещения поршня рабочего цилиндра с помощью простых надежных средств.The objective of the invention is to simplify the design and increase the reliability of the hydraulic drive of the lifting device by providing regulation of the speed of movement of the piston of the working cylinder using simple reliable means.

Поставленная задача достигается усовершенствованием гидравлического привода подъемного устройства, содержащего рабочий цилиндр, поршень которого имеет узел соединения с подъемным устройством и делит рабочий цилиндр на две полости, одна из которых основным трубопроводом через основной распределитель соединена с насосом и сливом, а также узел регулирования скорости перемещения поршня и два управляющих элемента, каждый из которых имеет возможность соединения с поршнем в соответствующем его крайнем положении.The task is achieved by improving the hydraulic drive of the lifting device containing the working cylinder, the piston of which has a connection node with the lifting device and divides the working cylinder into two cavities, one of which is connected to the pump and drain via the main distributor, as well as the piston speed control unit and two control elements, each of which has the ability to connect with the piston in its corresponding extreme position.

Это усовершенствование заключается в том, что узел регулирования скорости перемещения поршня выполнен в виде дополнительных трубопроводов подачи и слива рабочей жидкости из полости рабочего цилиндра с дополнительными распределителями, при этом основной и дополнительные распределители соединены с управляющими элементами, выполненными в виде реле времени.This improvement lies in the fact that the piston speed control unit is made in the form of additional pipelines for supplying and discharging the working fluid from the cavity of the working cylinder with additional valves, while the main and additional valves are connected to control elements made in the form of a time relay.

Кроме того, на дополнительных трубопроводах подачи и слива рабочей жидкости могут быть установлены регулируемые вентили.In addition, on additional pipelines for supplying and discharging the working fluid, adjustable valves can be installed.

Выполнение узла регулирования скорости перемещения поршня в виде дополнительных трубопроводов подачи и слива рабочей жидкости из полости рабочего цилиндра позволяет изменять расход рабочей жидкости, поступающей в рабочий цилиндр и истекающей из него, подачей и сливом рабочей жидкости по основному и вспомогательному трубопроводам для обеспечения большой скорости перемещения поршня рабочего цилиндра и уменьшения скорости перемещения поршня при перекрытом основном трубопроводе.The implementation of the site for controlling the piston movement speed in the form of additional pipelines for supplying and discharging the working fluid from the cavity of the working cylinder allows you to change the flow rate of the working fluid entering and leaving the working cylinder by supplying and draining the working fluid through the main and auxiliary pipelines to ensure a high speed of the piston the working cylinder and reducing the speed of the piston when the main pipeline is closed.

Снабжение дополнительных трубопроводов дополнительными распределителями, соединенными с управляющими элементами, выполненными в виде реле времени, обеспечивает возможность управления потоком рабочей жидкости, поступающей в рабочий цилиндр по этим трубопроводам и истекающей из него, в зависимости от положения поршня рабочего цилиндра.The supply of additional pipelines with additional distributors connected to control elements made in the form of a time relay provides the ability to control the flow of working fluid entering and leaving the working cylinder through these pipelines, depending on the position of the working cylinder piston.

Установка регулируемых вентилей на дополнительных трубопроводах подачи и слива рабочей жидкости обеспечивает возможность дополнительной предварительной настройки расхода рабочей жидкости, поступающей в рабочий цилиндр и истекающей из него.The installation of adjustable valves on additional pipelines for supplying and discharging the working fluid provides the possibility of additional preliminary adjustment of the flow rate of the working fluid entering and leaving the working cylinder.

Таким образом, предлагаемая конструкция обеспечивает возможность управления потоком рабочей жидкости, поступающей в рабочий цилиндр и истекающей из него, с помощью простых и надежных средств - трубопроводов, распределителей, реле времени.Thus, the proposed design provides the ability to control the flow of the working fluid entering and leaving the working cylinder using simple and reliable means — pipelines, distributors, timers.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена принципиальная гидравлическая схема привода (распределители в первом положении - при движении поршня рабочего цилиндра вверх), на фиг.2 - фрагмент гидравлической схемы во втором положении распределителей (при окончании движения поршня рабочего цилиндра вверх), на фиг.3 - фрагмент гидравлической схемы в третьем положении распределителей (при движении поршня рабочего цилиндра вниз), на фиг.4 - фрагмент гидравлической схемы в четвертом положении распределителей (при окончании движения поршня рабочего цилиндра вниз).The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a schematic hydraulic diagram of a drive (valves in the first position when the piston of the working cylinder moves up), Fig. 2 shows a fragment of the hydraulic circuit in the second position of the valves (when the piston moves up the cylinder) figure 3 is a fragment of the hydraulic circuit in the third position of the valves (when the piston of the working cylinder is down), figure 4 is a fragment of the hydraulic circuit in the fourth position of the valves (at the end of the movement EDSS working cylinder down).

Гидравлический привод подъемного устройства содержит рабочий цилиндр 1, поршень 2 которого имеет узел соединения (в приведенном варианте шток 3 и муфту 4) с подъемным устройством (не показано, например, со скважинным штанговым насосом). Поршень делит рабочий цилиндр 1 на две полости 5 и 6, одна из которых - полость 5 основным трубопроводом 7 подачи через распределители 8 и 9 соединена с насосом 10, а основным трубопроводом 11 слива через распределители 9 и 12 соединена с гидробаком 13. Насос 10 механически посредством выключаемой муфты 14 соединен с электродвигателем 15, а гидравлически - с герметичным гидробаком 13. В приведенном варианте привод содержит узел аккумулирования энергии - маховик 16, соединенный с валом электродвигателя 15, и пневмоаккумулятор 17, соединенный трубопроводом 18 с гидробаком 13. Привод также содержит узел регулирования скорости перемещения поршня 2, выполненный в виде дополнительных трубопроводов 19 и 20 соответственно подачи и слива рабочей жидкости из полости 5 рабочего цилиндра 1. Дополнительные трубопроводы 19 и 20 управляются дополнительным распределителем 21. Узел управления распределителями 8, 9, 12 и 21 содержит два управляющих элемента - реле времени 22 и 23, каждое из которых имеет возможность соединения (в приведенном варианте посредством штока 3 и муфты 4) с поршнем 2 в соответствующем его крайнем положении. На дополнительных трубопроводах 19 и 20 установлены регулируемые вентили 24 и 25 соответственно. Выключаемая муфта 14 связана с реле времени 22 и 23. В приведенном варианте пневмоаккумулятор 17 соединен с компрессором 26, а насос 10 расположен внутри гидробака 13.The hydraulic drive of the lifting device contains a working cylinder 1, the piston 2 of which has a connection node (in the above embodiment, the rod 3 and the coupling 4) with a lifting device (not shown, for example, with a downhole sucker rod pump). The piston divides the working cylinder 1 into two cavities 5 and 6, one of which is the cavity 5, the main supply pipe 7 through the valves 8 and 9 is connected to the pump 10, and the main drain pipe 11 through the valves 9 and 12 is connected to the hydraulic tank 13. The pump 10 is mechanically by means of a switch-off clutch 14 connected to an electric motor 15, and hydraulically - to a sealed hydraulic tank 13. In the above embodiment, the drive includes an energy storage unit - a flywheel 16 connected to the shaft of the electric motor 15, and a pneumatic accumulator 17 connected by a pipe 18 with a hydraulic tank 13. The drive also contains a node for controlling the speed of movement of the piston 2, made in the form of additional pipelines 19 and 20, respectively, the supply and discharge of the working fluid from the cavity 5 of the working cylinder 1. Additional pipelines 19 and 20 are controlled by an additional distributor 21. The control unit of the valves 8, 9, 12 and 21 contains two control elements - a time relay 22 and 23, each of which has the ability to connect (in the above embodiment, through the rod 3 and clutch 4) with the piston 2 in its corresponding extreme position. On additional pipelines 19 and 20, adjustable valves 24 and 25 are installed, respectively. The disconnected clutch 14 is connected to the time relay 22 and 23. In the above embodiment, the pneumatic accumulator 17 is connected to the compressor 26, and the pump 10 is located inside the hydraulic tank 13.

При подготовке к работе необходимо с помощью реле времени 22 и 23 настроить время переключения распределителей 8, 9, 12 и 21, с помощью регулируемых вентилей 24 и 25 задать расход рабочей жидкости в трубопроводах 19 и 20. При нижнем положении поршня 2 заполнить гидробак 13 рабочей жидкостью, герметизировать его и соединить с пневмоаккумулятором 17, в котором находится сжатый газ (например, воздух). Разогнать маховик 16 электродвигателем 15 или дополнительным, переносным электродвигателем (не показан).In preparation for operation, it is necessary to use the time relay 22 and 23 to set the switching time of the valves 8, 9, 12 and 21, using the adjustable valves 24 and 25 to set the flow rate of the working fluid in the pipelines 19 and 20. When the piston 2 is in the lower position, fill the hydraulic tank 13 with the working liquid, seal it and connect it to the pneumatic accumulator 17, in which there is compressed gas (for example, air). Disperse flywheel 16 with electric motor 15 or with an additional, portable electric motor (not shown).

Работа привода происходит следующим образом.The operation of the drive is as follows.

При нижнем положении поршня 2 включается реле времени 22 и распределители 8, 9, 12 и 21 переводятся в положение, показанное на фиг.1, при котором от насоса 10 рабочая жидкость поступает в полость 5 рабочего цилиндра 1 по основному трубопроводу 7 через распределители 8 и 9 и дополнительному трубопроводу 19 через распределитель 21. Одновременно включается муфта 14, соединяя насос 10 с электродвигателем 15 и маховиком 16. Насос 10 получает энергию, создаваемую электродвигателем 15 и запасенную маховиком 16, и увеличивает давление рабочей жидкости, находящейся в гидробаке 13 под давлением, создаваемым пневмоаккумулятором 17. Давление рабочей жидкости, создаваемое насосом 10, через распределители 8 и 9 по основному трубопроводу 7 и через распределитель 21 по дополнительному трубопроводу 19 передается в полость 5, и поршень 2 с заданной большой скоростью перемещается вверх, перемещая шток 3 и связанный с ним узел подъемного устройства (не показан). При нахождении поршня 2 на расстоянии h₁ от крайнего верхнего положения включается реле времени 22, переводя распределитель 8 в положение, показанное на фиг.2, при котором поток рабочей жидкости основного трубопровода 7 направляется в гидробак 13. В полость 5 поступает поток только по дополнительному трубопроводу 19 через распределитель 21, замедляя движение поршня 2 вверх и исключая возможность гидравлического удара при достижении поршнем 2 крайнего верхнего положения. После достижения поршнем 2 крайнего верхнего положения включается реле 23, при этом распределители 9 и 21 переводятся в положение, показанное на фиг.3, при котором полость 5 рабочего цилиндра 1 соединяется с гидробаком 13 как основным трубопроводом 11, так и дополнительным трубопроводом 20 слива. Происходит реверс привода, выключение муфты 14, которая отключает насос 10 от электродвигателя 15. Электродвигатель 11 продолжает работать, разгоняя маховик 16 и запасая энергию. Поршень 2 движется вниз под действием веса штока 3 и соединенных с ним узлов подъемного устройства. Рабочая жидкость из полости 5 по основному трубопроводу 11 слива через распределители 9 и 12 и дополнительному трубопроводу 20 слива через распределитель 21 поступает в гидробак 13, сжимая газ в пневмоаккумуляторе 17. Таким образом, при движении поршня 2 вниз происходит аккумулирование энергии как маховиком 16, так и пневмоаккумулятором 17. При этом пневмоаккумулятор 17 позволяет за счет изменения давления газа регулировать величину запасенной энергии, что необходимо для выбора оптимального режима работы привода с конкретным подъемным устройством. При нахождении поршня 2 на расстоянии h₂ от крайнего нижнего положения включается реле времени 23, переводя распределитель 12 в положение, показанное на фиг 4, перекрывая поток основного трубопровода 11 слива. Из полости 5 происходит слив рабочей жидкости только по дополнительному трубопроводу 20, при котором замедляется движение поршня 2 в конце его хода вниз. При достижении поршнем 2 крайнего нижнего положения включается реле времени 22, распределители 8, 9, 12 и 21 переводятся в положение, показанное на фиг.1, при котором от насоса 10 рабочая жидкость поступает в полость 5 рабочего цилиндра 1 через распределители 8 и 9 по основному трубопроводу 7 и через распределитель 21 по дополнительному трубопроводу 19. Происходит реверс привода. Утечки рабочей жидкости, возникающие из-за износа уплотняющих элементов, можно компенсировать подкачкой газа в пневмоаккумулятор 17 компрессором 26 до требуемого оптимального давления.When the piston 2 is in the lower position, the time relay 22 is turned on and the distributors 8, 9, 12 and 21 are transferred to the position shown in Fig. 1, in which from the pump 10 the working fluid enters the cavity 5 of the working cylinder 1 through the main pipe 7 through the distributors 8 and 9 and an additional pipe 19 through the distributor 21. At the same time, the coupling 14 is turned on, connecting the pump 10 to the electric motor 15 and the flywheel 16. The pump 10 receives the energy generated by the electric motor 15 and stored by the flywheel 16, and increases the pressure of the working fluid located in the hydraulic tank 13 under the pressure generated by the pneumatic accumulator 17. The pressure of the working fluid generated by the pump 10 is transmitted through the distributors 8 and 9 through the main pipe 7 and through the distributor 21 through the additional pipe 19 to the cavity 5, and the piston 2 moves upward with a given high speed, moving the rod 3 and the associated node of the lifting device (not shown). When the piston 2 is located at a distance of h ₁ from the extreme upper position, the time relay 22 is turned on, moving the distributor 8 to the position shown in figure 2, in which the flow of the working fluid of the main pipeline 7 is directed to the hydraulic tank 13. The flow only enters the cavity 5 through an additional the pipeline 19 through the distributor 21, slowing down the movement of the piston 2 and eliminating the possibility of water hammer when the piston 2 reaches its highest position. After the piston 2 reaches its extreme upper position, the relay 23 is turned on, while the distributors 9 and 21 are transferred to the position shown in figure 3, in which the cavity 5 of the working cylinder 1 is connected to the hydraulic tank 13 as the main pipe 11 and an additional drain pipe 20. The drive is reversed, the clutch 14 is turned off, which disconnects the pump 10 from the electric motor 15. The electric motor 11 continues to work, dispersing the flywheel 16 and storing energy. The piston 2 moves down under the action of the weight of the rod 3 and the nodes of the lifting device connected to it. The working fluid from the cavity 5 through the main drain pipe 11 through the distributors 9 and 12 and the additional drain pipe 20 through the distributor 21 enters the hydraulic tank 13, compressing the gas in the pneumatic accumulator 17. Thus, when the piston 2 moves downward, energy is accumulated both by the flywheel 16, so and pneumatic accumulator 17. In this case, the pneumatic accumulator 17 allows you to adjust the amount of stored energy by changing the gas pressure, which is necessary to select the optimal operating mode of the drive with a specific lifting device m. When the piston 2 is at a distance h ₂ from the lowermost position, the time relay 23 is turned on, moving the distributor 12 to the position shown in FIG. 4, blocking the flow of the main drain pipe 11. From the cavity 5, the working fluid is drained only through an additional pipeline 20, in which the piston 2 slows down at the end of its downward stroke. When the piston 2 reaches its lowermost position, the time relay 22 is turned on, the valves 8, 9, 12 and 21 are transferred to the position shown in figure 1, in which from the pump 10 the working fluid enters the cavity 5 of the working cylinder 1 through the distributors 8 and 9 the main pipe 7 and through the distributor 21 through an additional pipe 19. There is a reverse drive. Leakages of the working fluid resulting from wear of the sealing elements can be compensated by pumping gas into the pneumatic accumulator 17 by the compressor 26 to the required optimum pressure.

Таким образом, применение предлагаемого привода позволяет обеспечить возможность управления потоком рабочей жидкости, поступающей в рабочий цилиндр и истекающей из него, с помощью простых и надежных средств - трубопроводов, распределителителей, реле времени, что упрощает конструкцию и повышает надежность гидравлического привода подъемного устройства.Thus, the use of the proposed drive makes it possible to control the flow of the working fluid entering and leaving the working cylinder using simple and reliable means — pipelines, distributors, timers, which simplifies the design and increases the reliability of the hydraulic drive of the lifting device.

Claims

1. The hydraulic drive of the lifting device, comprising a working cylinder, the piston of which has a connection unit with a lifting device and divides the working cylinder into two cavities, one of which is connected to the pump and drain via a main distributor, as well as a piston speed control unit and two control elements, each of which has the ability to connect with the piston in its corresponding extreme position, characterized in that the node for controlling the speed of movement of the piston is made in the form of additional pipelines for supplying and discharging the working fluid from the cavity of the working cylinder with additional distributors, while the main and additional distributors are connected to control elements made in the form of a time relay.

2. The hydraulic actuator according to claim 1, characterized in that on the additional pipelines for supplying and discharging the working fluid, adjustable valves are installed.