Глубинный поршневой гидродвигатель двойного действия

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5g 4 Е 04 В 47/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3348564/25-06 (22) 13.10.81 (46) 23.07.86. Бюл. № 27 (71) Особое конструкторское бюро по конструированию, исследованию и внедрению глубинных бесштанговых насосов (72) В. P. Розанцев (53) 621.653.6 (088.8) (56) Патент США № 3078804, кл. 103 — 4, опублик. 1959.

2. Авторское свидетельство СССР № 325409, кл. F 04 В 47/06, 1967. (54) (57) ГЛУБИННЫЙ ПОРШНЕВОЙ

ГИДРОДВИГАТЕЛЪ ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ, содержагций цилиндр с размещенным в нем поршнем со штоком, на верхнем конце которого выполнена продольная канавка, расположенный в корпусе над поршнем соосно с цилиндром четырехходовой главный золотник с центральным каналом и направляющей втулкой с установленным в ней двухпозиционным вспомогательным золотником и систему каналов, сообщающих соответственно надпоршневую полость цилиндра с затрубным пространством скважины при нижнем положении главного золотника и с полостью рабочего давления при верхнем его положении, управляющую камеру главного золотника с канавкой на штоке и затрубным пространством при

ÄÄSUÄÄ 1245754 нижнем положении поршня и подпоршневую полость цилиндра с полостью рабочего давления при нижнем положении главного золотника, а также с затрубным пространством при верхнем положении золотника, отличаюи ийся тем, что, с целью повышения надежности насосного агрегата, шток снабжен дополнительной продольной канавкой, выполненной на нижнем его конце, в корпусе выполнен кольцевой концентрический канал, связывающий посредством дополнительной продольной канавки управляющую камеру главного золотника с полостью рабочего давления при верхнем положении поршня, внутри главного золотника выполнен поясок, вдоль оси направляющей втулки два окна, а вспомогательный золотник выполнен гидравлически переключаемым с заглушенным сверху каналом и радиальными каналами, расположенными с возможностьк сообщения управляющей камеры вспомогательного золотника через окна направляющей втулки с центральным каналом вспомогательного золотника и через продольные канавки штока с затрубным пространством или с полостью рабочего давления, причем вспомогательный золотник установлен с возможностью перекрытия верхнего окна направляющей втулки в его нижнем положении и нижнего окна в его верхнем положении.

1245754

Изобретение относится к технике добычи нефти из скважин, в частности к гидропоршневым насосным агрегатам, касается именно их глубинных поршневых гидродвигателей двойного действия и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности.

Известен глубинный поршневой гидродвигатель гидропоршневого насоса, в котором главный золотник расположен под поршнем двигателя на силовом штоке, одновременно выполняющем роль вспомогательного золотника, при этом осевые каналы в гидродвигателе могут быть выполнены в виде осевых сверлений, но не концентричными (1).

Недостатками устройства являются низкий КПД и большой диаметральный габарит агрегата.

Наиболее близким к изобретению является глубинный поршневой гидродвигатель двойного действия, содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем со штоком, на верхнем конце которого выполнена продольная канавка, расположенный в корпусе над поршнем соосно цилиндру четырехходовой главный золотник с центральным каналом и направляЮщей втулкой с установленным в ней двухпозиционным вспомогательным золотником и систему каналов, сообщающих соответственно надпоршневую полость цилиндра с затрубным пространством скважины при нижнем положении главного золотника и с полостью рабочего давления при верхнем его положении, управляющую камеру главного золотника с канавкой на штоке и затрубным пространством при нижнем положении поршня и подпоршневую полость цилиндра с полостью рабочего дав-ления при нижнем положении главного золотника, а также с затрубным пространством при верхнем положении золотника.

Перемещение главного золотника вниз в известном гидродвигателе осуществляется соединением продольных канавок на штоке одновременно с управляющей камерой золотника и каналом низкого давления, а вверх — ударом поршня о вспомогательный золотник, перемещением его и последующим соединением управляющей камеры золотника с каналом высокого давления. В этом гидродвигателе каналы могут быть выполнены концентричными, что позволит использовать в качестве эффективной площади полную площадь двигателя, уменьшив тем самым габариты агрегата в целом (2).

Недостаток известного устройства состоит в том, что сила удара поршня о вспомогательный золотник в момент переключения пропорциональна площади малой головки вспомогательного золотника, что делает силу удара значительной и приводит к расклепу соударяемых поверхностей, причем в конструкции золотников отсутствуют элементы регулирования их скорости перемещения. Все это снижает надежность гидродвигателя в работе и, как следствие, надежность работы всего гидропоршневого насосного агрегата в целом.

Цель изобретения — повышение надежности насосного агрегата.

Указанная цель достигается тем, что в

10 глубинном поршневом гидродвигателе двойного действия, содержащем цилиндр с размещенным в нем поршнем со штоком, на верхнем конце которого выполнена продольная канавка, расположенный в корпусе над поршнем соосно с цилиндром четырехходовой главный золотник с центральным каналом и направляющей втулкой с установленным в ней двухпозиционным вспомогательным золотником и систему каналов, сообщающих соответственно надпоршневую

20 полость цилиндра с затрубным пространством скважины при нижнем положении главного золотника и с полостью рабочего давления при верхнем его положении, управляющую камеру главного золотника с канавкой на штоке и затрубным пространством

25 при нижнем положении поршня и подпоршневую полость цилиндра с полостью рабочего давления при нижнем положении главного золотника, а также с затрубным пространством при верхнем положении золотника, шток снабжен дополнительной продольной канавкой, выполненной на нижнем его конце, в корпусе выполнен кольцевой концентрический канал, связывающий посредством дополнительной продольной канавки управляющую камеру главного золотника с полостью рабочего давления при верхнем положении поршня, внутри главного золотника выполнен поясок, вдоль оси направляющей втулки — два окна, а вспомогательный золотник выполнен гидравлически переключаемым с заглушенным сверху каналом и радиальными каналами, расположенным и с возможностью сообщения управляющей камеры вспомогательного золотника через окна направляющей втулки с центральным каналом вспомогательного золотника и че4 рез продольные канавки штока с затрубным пространством или с полостью рабочего давления, причем вспомогательный золотник установлен с возможностью перекрытия верхнего окна направляющей втулки в его нижнем положении и нижнего окна в его верхнем положении.

На фиг. 1 схематически изображен глубинный гидропоршневой насосный агрегат с поршневым гидродвигателем двойного действия в положении движения поршней вверх, общий вид; на фиг. 2 — то же, в положении движения поршней вниз; на фиг. 3 — вид корпуса главного золотника по стрелке А на фиг. 2; на фиг. 4 — сече1245754

3 ние 1 — 1 по каналу питания управляющей камеры главного золотника, задающего малую скорость его движения по фиг. 3; на фиг. 5 — сечение П вЂ” П по каналу питания управляющей камеры главного золотника, задающего большую скорость его движения по фиг. 3; на фиг. 4 — разрез Б — Б на фиг. 3; на фиг. 5 — разрез  — В на фиг. 3.

Гидропоршневой насосный агрегат 1 укреплен на конце труб 2, спущенных в трубу 3 большего диаметра, которая, в частности, 1о может быть обсадной колонной скважины, и включает собственно насос 4 и поршневой гидродвигатель 5. Насос и гидродвигатель могут быть двойного действия с уравновешивающим контрштоком 6 (фиг. 1 и 2). Насос имеет систему нагнетательных и всасывающих клапанов (нижних и верхних), поршень насоса, цилиндр насоса, всасывающий канал, связанный с пластовым пространством скважины (не показано) и выкидной кольцевой канал 7 (затрубное пространство), образованный концентричными трубами 2 и 3. Поршневой гидродвигатель двойного действия содержит силовой шток 8 с верхней 9 и нижней 10 наружными канавками, поршень 11, цилиндр 12, вспомогательный двухпозиционный золотник 13 с большой 14 и малой 15 головками, главный четырехходовой золотник 16 с малой 17 и большими 18 головками равного диаметра, каналы 19 — 21 управления вспомогательным золотником 13 и окна 22 и 23 управления главным золотником 16, а также канал 24 высокого давления. На верхний торец малой головки 15 вспомогательного золотника 13 всегда действует низкое давление, подводимое по каналу 19, а на верхний торец большой головки 14 вспомогательного золотника 13 — высокое давление, подводимое по каналу 24. Внутри больших головок 18 главного золотника 16 расположена направляющая втулка 25 вспомогательного золотника 13. Окна 22 и 23, выполненные на направляющей втулке 25 вспомогательного золотника 13 (вид А), имеют форму в соответствии с фиг. 3.

Одна из больших головок 18 главного золотника 16 внутри имеет поясок 26, расположенный по отношению к окнам 22 и 23 в направляющей втулке 25 таким образом, что в момент открытия окон 22 и 23 поясок 26 перекрывает участок большего сечения в окна 22 или 23, оставляя открытым его участок а (фиг. 3).

Гидродвигатель имеет также кольцевые концентрические каналы высокого давления 27, переменного давления 28 и 29 и низкого давления 30 и 31. Между корпусом гидродвигателя 5 и большой головкой 18 главного золотника 16 снизу расположена управляющая камера 32 золотника. Для компенсации утечки из управляющей камеры 32 золотника 16 в золотнике выполнен канал 33

4 малого сечения, а в его корпусе (не показано) — канал 34.

Устройство работает следующим образом.

Рабочая жидкость по каналу 24 поступает внутрь главного золотника 16. При нижнем его положении жидкость по каналу 28 поступает под поршень 11 гидррдвигателя 5. В то же время из полости над поршнем гидродвигателя 5 по каналам 29 и 30 отработанная жидкость вытесняется в кольцевой канал 7 низкого давления. Под действием перепада давления поршневая группа двигается вверх, при этом происходит такт всасывания в нижней и такт нагнетания в верхней полостях насоса 4. Управляющая камера 32 золотника 16 в это время находится под низким давлением. Благодаря тому, что на малую головку 17 главного золотника 16 действует высокое давление, золотник прижат книзу. 3а счет высокого давления, действующего постоянно на верхний торец большой головки !4 вспомогательного золотника 13, и воздействия на нижний торец большой rr овки 14 вспомогательного золотника 13 низкого давления вспомогательный золотник 13 также прижат книзу. При подходе поршня 11 двигателя 5 к верхнему упору (не показан) нижняя наружная канавка 10 соединяет канал 27 высокого давления с каналами 20 и 21, давление под большой головкой 14 вспомогательного золотника 13 повышается, он поднимается, закрывая окно 22 и открывая окно 23. В результате управляющая камера 32 соединяется через окно 23 с каналом 20, давление в камере 32 возрастает, и золотник

13 перемещается в верхнее положение (фиг. 2). Поршень 11 доходит до упора и останавливается прежде, чем канавка 10 достигает канала 31. Под действием высокого давления в канале 20 вспомогательс ный золотник 13 перемещается вверх благодаря разнице площадей большой 14 и малой 15 его головок. Главный золотник 16 перемещается вверх при повышении давления в управляющей камере 32 благодаря разнице площадей большой 18 и малой 17 его головок сначала с большой скоростью, затем, закрывая участок в окна 23 (фиг. 3—

5), с малой скоростью. Соотношение площадей головок и сечение каналов вспомогательного золотника 13 должны обеспечивать упреждение движения вспомогательного золотника 13 движению главного золотника 16. Для предотвращения повышения давления в управляющей камере 32 при нижнем положении золотника 16 из-за проникновения рабочей жидкости по зазорам внутри и снаружи нижней большой головки 18 золотника в последнем выполнен канал 33 малого сечения, а в корпусе — канал 34, связанный в этот период с выкидным кольцевым каналом 7 низкого давления. При уве1245754

Фиг. !

5 личении давления в камере 32 через канал ЗЗ возрастает, однако благодаря малому сечению канала 33 и малой осевой протяженности входа в канал 34 утечка из камеры 32 в кольцевой канал 7 не достигает критического значения и быстро прекращается вскоре после начала движения золотника 16.

При подходе пояска 26 к окну 23 участок в его (фиг. 3) закрывается, остается открытым лишь участок а с живым, сечением (фиг. 4), благодаря чему скорость золотника 16 снижается (площадь участка а соответствует фиг. 5).

Таким образом, осуществляется перемещение золотника 16 вначале с большой, а затем с малой скоростью. После остановки золотника 16 вверху (фиг. 2) рабочая жидкость через каналы 24 и 29 поступает в верхнюю полость гидродвигателя, а нижняя полость двигателя через каналы 28 и 30 связывается с затрубвым кольцевым простран- 20 ством 7, в результате поршневая группа идет вниз и происходят такт нагнетания в нижней полости и всасывание в верхней полости насоса 4. При этом золотник 16 прижат кверху, подпитка управляющей камеры 32 высоким давлением, компенсирующая утеч25 ки по зазорам золотника, осуществляется по каналу 33. При подходе поршня гидродвигателя 5 к нижнему упору верхняя наружная канавка 9 на силовом штоке соединяет каналы 20 и 21 с каналом 31 низкого давления; вспомогательный золотник 13 опускается, открывая окно 22 и закрывая окно 23, в результате камера 32 через окно 22 также соединяется с каналом 31 низкого давления, а золотник опускается вначале с большой скоростью, затем с малой, закрывая часть в окна 22 (фиг. 3 — 5). При этом давление под поршнем 11 гидродвигателя 5 увеличивается, а над поршнем 11 падает (фиг. 1), и цикл повторяется.

Длина и расположение верхней наружной канавки 9 на силовом штоке 8 таковы, что соединение канала 21 с каналом 31 через канавку 9 произойти не может.

Изобретение позволяет исключить механические удары поршня о вспомогательный золотник и обеспечить двухскоростное движение золотника, что повышает надежность агрегата, при этом оно может быть использовано в конструкции лифта как с концентрически подвешенными в скважине трубами, так и с параллельным расположением труб.

1245754

/б

/ у.с

2Х

zz я

Л

27

У/ иг.

Сов гавите ть 3 Гинзб рг

Редактор О. Бугир Текред И. Берег Корректор В. Синицкая

Заказ 3975, 25 Тираж 586 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП <сПатент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4