RU2750677C1

RU2750677C1 - Multiplier

Info

Publication number: RU2750677C1
Application number: RU2020140008A
Authority: RU
Inventors: Юрий Михайлович Леконцев; Павел Васильевич Сажин; Алексей Владимирович Новик
Priority date: 2020-12-07
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2021-07-01

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of mechanical engineering and can be used in hydraulic stands and in the implementation of hydraulic fracturing in rock massifs of various strength. The device contains a glass with a lid, forming a low-pressure cavity with a piston rigidly mounted on the rod, placed in the specified glass, and a cylinder, one end of which is closed, and the other is mounted on the rod, while the inner cavity of the cylinder is a high-pressure cavity. The glass is installed with the bottom on the flange and at its bottom, and a through hole is made in the flange through which the stem is passed, while at one end the cylinder is closed by a flange-fitting fixed to it, and at the other end a plunger is installed in it with an emphasis of its central part in rod, while the glass with the cylinder is fixed to each other by means of a detachable connection of a flange and a flange - fitting.

EFFECT: separation of low and high pressure cavities.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в гидравлических стендах и при осуществлении гидроразрывов в горных массивах различной прочности.The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used in hydraulic stands and in the implementation of hydraulic fracturing in rock massifs of various strength.

Известен мультипликатор давления одностороннего действия (патент РФ №2450173, F15B 3/00, опубл. 10.05.2012 г., бюл. №13), содержащий плунжерные гидроцилиндры низкого и высокого давления и возвратный гидроцилиндр, плунжеры и корпуса которых соединены между собой с образованием замкнутой силовой цепи, при этом гидроцилиндры низкого и высокого давления расположены соосно. Плунжеры гидроцилиндров низкого и высокого давления выполнены в виде одного силового плунжера постоянного рабочего диаметра, который установлен в корпусе, с торцов закрытом непроходными крышками и имеющем вид гильзы с внутренним центральным опорно - уплотнительным пояском, с образованием рабочих полостей низкого и высокого давления, а возвратный гидроцилиндр расположен соосно силовому плунжеру и его корпус жестко соединен с крышкой, расположенной со стороны полости высокого давления, и входит в расточку силового плунжера с образованием дренажной полости, в которую выходит плунжер возвратного гидроцилиндра. При этом плунжер возвратного гидроцилиндра подпружинен относительно его корпуса.Known unilateral pressure multiplier (RF patent No. 2450173, F15B 3/00, publ. 05/10/2012, bulletin No. 13), containing plunger hydraulic cylinders of low and high pressure and a return hydraulic cylinder, the plungers and bodies of which are connected to form a closed power circuit, while the low and high pressure hydraulic cylinders are located coaxially. The plungers of low and high pressure hydraulic cylinders are made in the form of a single power plunger of constant working diameter, which is installed in the body, closed at the ends with non-passable covers and having the form of a sleeve with an internal central support - sealing band, with the formation of working cavities of low and high pressure, and a return hydraulic cylinder is located coaxially with the power plunger and its body is rigidly connected to the cover located on the side of the high-pressure cavity and enters the bore of the power plunger to form a drainage cavity into which the plunger of the return hydraulic cylinder exits. In this case, the plunger of the return hydraulic cylinder is spring-loaded relative to its body.

Общим признаком с предлагаемым решением является наличие соосных полостей высокого и низкого давления. A common feature with the proposed solution is the presence of coaxial cavities of high and low pressure.

Недостатком данного устройства является наличие корпуса возвратного гидроцилиндра, силового плунжера и плунжера возвратного гидроцилиндра, перемещающихся по одной оси относительно друг друга, что усложняет конструкцию в целом, а также герметизацию этих элементов и синхронизацию их движения, что негативно сказывается на эффективности устройства. Кроме того, данная конструкция не предусматривает использования в качестве рабочей жидкости высоковязких жидкостей, так как усилие, необходимое для заполнения рабочей жидкостью полости высокого давления, может превысить усилие со стороны рабочей жидкости в полости низкого давления, следовательно, ограничивается область применения устройства. The disadvantage of this device is the presence of the housing of the return hydraulic cylinder, the power plunger and the piston of the return hydraulic cylinder, moving along one axis relative to each other, which complicates the design as a whole, as well as the sealing of these elements and the synchronization of their movement, which negatively affects the efficiency of the device. In addition, this design does not provide for the use of high-viscosity liquids as a working fluid, since the force required to fill the high-pressure cavity with the working fluid can exceed the force from the working fluid in the low-pressure cavity, therefore, the scope of the device is limited.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является мультипликатор (патент РФ №2705498, F15B 3/00, опубл. 07.11.2019 г. в БИ №31), содержащий цилиндр, замкнутый с двух сторон крышками, образующими полость низкого давления, закрепленный на верхней крышке при помощи фланца и шпилек стакан, в котором установлен шток, образующие полость высокого давления, узел шевронных уплотнений, замкнутый кольцом опорным и кольцом нажимным и резиновыми кольцами на штоке, и узел уплотнений на поршне, установленном в цилиндре и жестко закрепленном одним концом на штоке. Между кольцом нажимным и штоком, и между кольцом нажимным и верхней крышкой, замыкающей цилиндр с полостью низкого давления, предусмотрена система уплотнений, препятствующих смешиванию рабочих сред, а крышка, замыкающая узел уплотнений снаружи кольца нажимного, являющегося направляющей штока, выполнена разрезной и в ней сделан выступ с возможностью взаимодействия с проточкой, выполненной на кольце нажимном, между верхней крышкой, замыкающей цилиндр, и фланцем, притягивающим стакан. В конструкцию мультипликатора введена распорная втулка, в торце которой выполнена проточка с возможностью взаимодействия с проточкой в верхней крышке, замыкающей цилиндр. Кольцо нажимное увеличено по высоте и является направляющей для штока, а в отверстии стакана, по которому перемещается шток, выполнен гарантированный зазор по диаметру для предотвращения износа стакана и гарантированного перемещения штока без заклинивания.The closest in technical essence and set of essential features is a multiplier (RF patent No. 2705498, F15B 3/00, published on 07.11.2019 in BI No. 31), containing a cylinder closed on both sides by covers that form a low-pressure cavity, fixed on the top cover with the help of a flange and pins, a glass in which a rod is installed, forming a high-pressure cavity, a chevron seal assembly closed by a support ring and a pressure ring and rubber rings on the rod, and a seal assembly on a piston installed in the cylinder and rigidly fixed at one end on the stock. Between the pressure ring and the rod, and between the pressure ring and the upper cover that closes the cylinder with the low pressure cavity, a system of seals is provided to prevent mixing of working media, and the cover that closes the seal assembly outside the pressure ring, which is the rod guide, is split and made in it a protrusion with the possibility of interaction with a groove made on a pressure ring between the upper cover closing the cylinder and the flange attracting the glass. A spacer sleeve is introduced into the design of the multiplier, at the end of which a groove is made with the possibility of interacting with the groove in the upper cover closing the cylinder. The pressure ring is increased in height and is a guide for the stem, and a guaranteed clearance in diameter is made in the hole of the cup, along which the stem moves, to prevent wear of the cup and guaranteed movement of the stem without jamming.

Общими признаками этого устройства с предлагаемым являются наличие стакана с крышкой, образующими полость низкого давления с поршнем, жестко установленным на штоке, размещенном в указанном стакане, и цилиндра, один конец которого закрыт, а другой установлен на штоке, при этом внутренняя полость цилиндра является полостью высокого давления.The common features of this device with the proposed one are the presence of a glass with a lid, forming a low-pressure cavity with a piston rigidly mounted on a rod placed in said glass, and a cylinder, one end of which is closed, and the other is mounted on the rod, while the inner cavity of the cylinder is a cavity high pressure.

Недостатком этого устройства является то, что оно работает только на одном типе рабочей жидкости, то есть какую рабочую жидкость подают в полость низкого давления, та же рабочая жидкость через полость высокого давления поступает к выходным отверстиям, что ограничивает область применения данного устройства.The disadvantage of this device is that it operates on only one type of working fluid, that is, what kind of working fluid is supplied to the low pressure cavity, the same working fluid through the high pressure cavity enters the outlet openings, which limits the scope of this device.

Проблемой предлагаемого решения является расширение области его применения за счет разделения полостей низкого и высокого давления, что позволяет использовать в качестве рабочей жидкости материалы различной вязкости при повышении долговечности насосной системы, стакана и поршня мультипликатора.The problem of the proposed solution is to expand the scope of its application due to the separation of cavities of low and high pressure, which allows the use of materials of different viscosity as a working fluid while increasing the durability of the pumping system, cup and piston of the multiplier.

Проблема решается тем, что в мультипликаторе, содержащем стакан с крышкой, образующие полость низкого давления с поршнем, жестко установленным на штоке, размещенном в указанном стакане, и цилиндр, один конец которого закрыт, а другой установлен на штоке, при этом внутренняя полость цилиндра является полостью высокого давления, согласно техническому решению стакан установлен дном на фланце и в его дне и во фланце выполнено сквозное отверстие, через которое пропущен шток, при этом с одного конца цилиндр закрыт закрепленным на нем фланцем - штуцером, а с другого конца в нем установлен плунжер с упором его центральной части в шток. При этом стакан с цилиндром закреплены между собой с помощью разъемного соединения фланца и фланца - штуцера.The problem is solved by the fact that in a multiplier containing a glass with a lid, forming a low-pressure cavity with a piston rigidly mounted on the rod, placed in the specified glass, and a cylinder, one end of which is closed and the other is mounted on the rod, while the inner cavity of the cylinder is a high-pressure cavity, according to the technical solution, the glass is installed on the bottom of the flange and in its bottom and in the flange there is a through hole through which the rod is passed, while at one end the cylinder is closed by a flange fixed to it - a fitting, and a plunger is installed in it at the other end with an emphasis of its central part in the stem. In this case, the glass with the cylinder is fixed to each other by means of a detachable connection of a flange and a flange - fitting.

Разделение полостей низкого и высокого давления в корпусе мультипликатора позволяет производить оперативное заполнение или смену цилиндра с рабочей жидкостью в процессе работы. Кроме этого, такая компоновка позволяет использовать в качестве рабочей жидкости, в том числе, высоковязкие и высоко - абразивные флюиды, благодаря чему значительно расширяется область применения устройства. При этом в насосной системе и полости низкого давления используют обычные жидкости, что повышает ее долговечность, а также долговечность стакана и поршня.The separation of the low and high pressure cavities in the multiplier body allows for quick filling or replacement of the cylinder with the working fluid during operation. In addition, this arrangement allows the use as a working fluid, including high-viscosity and highly abrasive fluids, which significantly expands the scope of the device. At the same time, conventional fluids are used in the pumping system and the low-pressure cavity, which increases its durability, as well as the durability of the cup and piston.

Сущность технического решения поясняется описанием конструкции мультипликатора и чертежом, на котором представлен его общий вид в продольном разрезе в исходном положении.The essence of the technical solution is illustrated by the description of the multiplier design and the drawing, which shows its general view in longitudinal section in the initial position.

Мультипликатор состоит из стакана 1, в котором установлен шток 2, пропущенный через центральное отверстие (поз. не обозначено), выполненное в донной части 3 стакана 1, с поршнем 4. Противоположная донной части 3 сторона стакана 1 закрыта крышкой 5 и образует с поршнем 4 и стаканом 1 полость 6 низкого давления, которая через управляющие каналы 7 и 7' подключена к насосной системе 8. Цилиндр 9 одним концом установлен на штоке 2 посредством плунжера 10 с упором его центральной части в шток 2, а с другой стороны закрыт фланцем - штуцером 11, образуя таким образом полость 12 высокого давления. Разъемное соединение 13 фланца 14 и фланца - штуцера 11, например, болтовое, обеспечивает закрепление фланца 14, имеющего центральное отверстие под шток 2, с фланцем - штуцером 11 и фиксацию цилиндра 9. Отводящий трубопровод 15 соединен с фланцем - штуцером 11, имеющим центральное отверстие 16.The multiplier consists of a glass 1, in which a rod 2 is installed, passed through a central hole (item not indicated), made in the bottom part 3 of the glass 1, with a piston 4. The opposite side of the bottom part 3 of the glass 1 is closed by a lid 5 and forms with a piston 4 and a glass 1, a low-pressure cavity 6, which is connected to the pumping system 8 through control channels 7 and 7 '8. Cylinder 9 is installed at one end on the rod 2 by means of a plunger 10 with an emphasis of its central part in the rod 2, and on the other side is closed with a flange - a fitting 11, thus forming a high pressure cavity 12. The detachable connection 13 of the flange 14 and the flange - fitting 11, for example, bolted, secures the flange 14, which has a central hole for the rod 2, with the flange - fitting 11 and fixing the cylinder 9. The outlet pipe 15 is connected to the flange - fitting 11 having a central hole sixteen.

Мультипликатор работает следующим образом. Полость 12 высокого давления заполняют рабочей жидкостью, при этом плунжер 10 служит “дном” цилиндра 9. Затем цилиндр 9 устанавливают на штоке 2 и фланце - штуцере 11 и скрепляют с фланцем 14 разъемным соединением 13. К фланцу - штуцеру 11 присоединяют отводящий трубопровод 15. После включения насосной системы 8 жидкость через управляющий канал 7 подают в полость 6 низкого давления и шток 2 начинает перемещаться в сторону донной части 3 стакана 1. За счет этого движения плунжер 10 вытесняет рабочую жидкость из полости 12 высокого давления цилиндра 9 в отводящий трубопровод 15 через центральное отверстие 16. После окончания хода плунжера 10, полость 6 низкого давления подключают через управляющий канал 7' к насосной системе 8 и шток 2 с поршнем 4 перемещают в исходное положение. Далее цилиндр 9 снимают, заново заполняют рабочей жидкостью и повторяют процесс.The multiplier works as follows. The high-pressure cavity 12 is filled with a working fluid, while the plunger 10 serves as the "bottom" of the cylinder 9. Then the cylinder 9 is installed on the rod 2 and the flange - fitting 11 and fastened to the flange 14 by detachable connection 13. The outlet pipe 15 is connected to the flange - fitting 11. After switching on the pumping system 8, the liquid is fed through the control channel 7 into the low-pressure cavity 6 and the rod 2 begins to move towards the bottom part 3 of the cup 1. Due to this movement, the plunger 10 displaces the working fluid from the high-pressure cavity 12 of the cylinder 9 into the discharge line 15 through central hole 16. After the end of the stroke of the plunger 10, the low pressure cavity 6 is connected through the control channel 7 'to the pumping system 8 and the rod 2 with the piston 4 is moved to its original position. Then the cylinder 9 is removed, re-filled with working fluid and the process is repeated.

Claims

A multiplier containing a glass with a lid, forming a low-pressure cavity with a piston rigidly mounted on the rod, placed in the specified glass, and a cylinder, one end of which is closed, and the other is mounted on the rod, while the inner cavity of the cylinder is a high-pressure cavity, characterized by that the glass is installed with the bottom on the flange and at its bottom, and a through hole is made in the flange through which the rod is passed, while at one end the cylinder is closed by a flange fixed on it - a fitting, and at the other end a plunger is installed in it with an emphasis on its central parts into the stem, while the glass with the cylinder is fixed to each other by means of a detachable connection of a flange and a flange - fitting.