Гидроприводной погружной насосный агрегат
Устройство предназначено для откачивания жидкости из скважин, например добычи нефти. Гидроприводной погружной насосный агрегат включает погружной электродвигатель с гидрозащитой, силовой насос, фильтр с кожухом, компенсатор с кожухом, гидродвигатель с цилиндром и поршнем, рабочий цилиндр с клапанами и плунжером, соединенным с поршнем гидродвигателя штоком, золотниковый распределитель и головку. Силовой насос, кожухи фильтра и компенсатора, цилиндр гидродвигателя и рабочий цилиндр последовательно соединены переходниками, имеющими фланец и резьбовые ниппели. Ниппели эксцентричны фланцу и завернуты в резьбу, выполненную в кожухах фильтра и компенсатора, в цилиндре гидродвигателя и в рабочем цилиндре. Головка также имеет фланец и эксцентричный ему ниппель, завернутый в резьбу рабочего цилиндра. Рабочий цилиндр выполнен двухстороннего действия с всасывающим и нагнетательным клапанами в штоковой и бесштоковой камерах. Всасывающий и нагнетательный клапаны штоковой камеры рабочего цилиндра размещены в периферической части фланца переходника между гидродвигателем и рабочим цилиндром, всасывающий клапан бесштоковой камеры рабочего цилиндра размещен в периферической части фланца головки, а нагнетательный клапан бесштоковой камеры рабочего цилиндра размещен по оси фланца головки. Золотниковый распределитель размещен в указанном переходнике между гидродвигателем и рабочим цилиндром с выходом концов золотника в штоковые камеры гидродвигателя и рабочего цилиндра. В указанном переходнике размещены также эластичные уплотнения штока, соединяющего поршень гидродвигателя с плунжером рабочего цилиндра. Распределитель с силовым насосом и бесштоковой камерой гидродвигателя, а также клапаны штоковой камеры рабочего цилиндра с головкой гидравлически связаны с помощью соединительных трубок с резьбовыми штуцерами, завернутыми в периферические части фланцев соответствующих переходников и головки. Упрощается конструкция и повышается надежность устройства. 10 з.п.-лы, 4 ил.
Устройство предназначено для откачивания жидкости из скважин, например добычи нефти.
Известны гидроприводные насосные установки (RU 2054582, F04В 47/02, 18.12.91 г.).
Недостатком устройства является то, что гидропривод располагается на дневной поверхности, а рабочий насос - в скважине и связаны они трубами, длина которых может достигать несколько сотен и даже тысяч метров.
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому изобретению является гидроприводной погружной насосный агрегат (RU 2235907, F04В 47/06, 14.04.03 г.). Рабочий насос и гидродвигатель его располагаются в скважине. Недостатком устройства является сложность конструкции, большая трудоемкость изготовления и низкая надежность в эксплуатации.
Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является упрощение конструкции и повышение надежности устройства.
Эта задача достигается тем, что в гидроприводном погружном насосном агрегате, включающем погружной электродвигатель с гидрозащитой, силовой насос, фильтр с кожухом, компенсатор с кожухом, гидродвигатель с цилиндром и поршнем, рабочий цилиндр с клапанами и плунжером, соединенным с поршнем гидродвигателя штоком, золотниковый распределитель и головку, силовой насос, кожухи фильтра и компенсатора, цилиндр гидродвигателя и рабочий цилиндр последовательно соединены переходниками, имеющими фланец и резьбовые ниппели, причем ниппели эксцентричны фланцу и завернуты в резьбу, выполненную в кожухах фильтра и компенсатора, в цилиндре гидродвигателя и в рабочем цилиндре, головка также имеет фланец и эксцентричный ему ниппель, завернутый в резьбу рабочего цилиндра, рабочий цилиндр выполнен двухстороннего действия с всасывающим и нагнетательным клапанами в штоковой и бесштоковой камерах, всасывающий и нагнетательный клапаны штоковой камеры рабочего цилиндра размещены в периферической части фланца переходника между гидродвигателем и рабочим цилиндром, всасывающий клапан бесштоковой камеры рабочего цилиндра размещен в периферической части фланца головки, а нагнетательный клапан бесштоковой камеры рабочего цилиндра размещен по оси фланца головки, золотниковый распределитель размещен в указанном переходнике между гидродвигателем и рабочим цилиндром с выходом концов золотника в штоковые камеры гидродвигателя и рабочего цилиндра и переключается поршнем гидродвигателя и плунжером рабочего цилиндра в их крайних положениях, в указанном переходнике размещены также эластичные уплотнения штока, соединяющего поршень гидродвигателя с плунжером рабочего цилиндра, распределитель с силовым насосом и бесштоковой камерой гидродвигателя, а также клапаны штоковой камеры рабочего цилиндра с головкой гидравлически связаны с помощью соединительных трубок с резьбовыми штуцерами, завернутыми в периферические части фланцев соответствующих переходников и головки.
На фиг.1 показан гидроприводной погружной насосный агрегат, продольный разрез; на фиг.2 - продольный разрез по периферической части переходника 16, в месте размещения клапанов штоковой камеры рабочего цилиндра; на фиг.3 - продольный разрез переходника 16, в месте размещения распределителя; на фиг.4 - поперечный разрез А-А гидродвигателя.
Гидроприводной погружной насосный агрегат включает погружной электродвигатель с гидрозащитой 1, силовой насос 2, фильтр с фильтроэлементом 3 и кожухом 4, компенсатор с кожухом 5 и эластичным трубчатым разделителем сред 6, гидродвигатель с цилиндром 7 и поршнем 8, рабочий цилиндр 9 с плунжером 10, золотниковый распределитель 11 и головку 12. Силовой насос, кожухи фильтра и компенсатора, цилиндр гидродвигателя и рабочий цилиндр последовательно соединены переходниками 13, 14, 15 и 16, имеющими фланец и резьбовые ниппели, причем ниппели эксцентричны фланцу и завернуты в резьбу, выполненную в кожухах фильтра и компенсатора, в цилиндре гидродвигателя и в рабочем цилиндре. Головка также имеет фланец и эксцентричный ему резьбовой ниппель, завернутый в резьбу рабочего цилиндра. В соответствующих местах ниппели уплотнены эластичными кольцами 17. Поршень гидродвигателя и плунжер рабочего цилиндра соединены штоком 18. Рабочий цилиндр двухстороннего действия. Всасывающий 19 и нагнетательный 20 клапаны штоковой камеры рабочего цилиндра размещены в периферической части фланца переходника 16. Всасывающий клапан 21 бесштоковой камеры рабочего цилиндра размещен в периферической части фланца головки, а нагнетательный клапан 22 - по его оси. Золотниковый распределитель 11 и эластичные уплотнительные манжеты 23 и 24 штока 18 также размещены в переходнике 16. Концы золотника выходят в штоковые камеры гидродвигателя и рабочего цилиндра. Гидравлическая связь распределителя с силовым насосом и бесштоковой камерой гидродвигателя осуществлена с помощью соединительных трубок 25, 26 и 27, снабженных резьбовьми штуцерами, которые завернуты во фланцы переходников 13, 15 и 16. С штоковой полостью гидродвигателя распределитель связан каналами, выполненными в переходнике 16. Соединительная трубка 28 связывает клапан 20 с головкой, с ее областью выше клапана 22. Для упрощения сборки по крайней мере один из штуцеров соединительной трубки может быть регулируемым по длине. Золотниковый распределитель может быть двухступенчатым с распределительным 29 и вспомогательным 30 золотниками, связанными каналами с выходом концов вспомогательного золотника в штоковые камеры гидродвигателя и рабочего цилиндра. Золотники могут размещаться в золотниковых втулках. Конец золотника, выходящий в камеру рабочего цилиндра, может закрываться эластичной диафрагмой 31 с твердым опорным диском. Внутренняя область диафрагмы заполняется чистой жидкостью. В переходнике 13 размещены предохранительный и переливной клапаны и гаситель гидравлических импульсов, а также пробка и клапан для его заполнения сжатым газом; на чертежах не показаны. В переходнике 14 размещены пробка и клапан для заполнения гидросистемы агрегата маслом, а в переходниках 15 и 16 размещены пробки для выпуска воздуха; на чертежах не показаны. Для упрощения сборки и испытания клапанов рабочего цилиндра они могут размещаются в специальных корпусах (на чертежах не показаны), герметично установленных в головке и переходнике 16. Для лучшего охлаждения масла гидросистемы фильтр может быть снабжен расположенным между фильтроэлементом и кожухом дополнительным кожухом 32 с отверстиями в нижней части. Электроэнергия подается к погружному электродвигателю по бронированному кабелю 33, который размещается в каналах, выполненных во фланцах головки и переходников и пропускается между двух ребер 34, установленных на корпусе силового насоса. Для защиты от повреждения кабеля, соединительных трубок и клапанов рабочего цилиндра при спускоподъемных операциях поперечные габаритные размеры по кабелю, штуцерам соединительных трубок и корпусам клапанов рабочего цилиндра выполнены меньше диаметра фланцев головки и переходников (см. фиг.4), а указанные фланцы имеют направляющие фаски. Для предотвращения работы силового насоса при обратном вращении вала погружного электродвигателя он соединяется с валом силового насоса муфтой прямого хода. Агрегат может приводиться асинхронным или вентильным двигателем с регулированием частоты вращения вала изменением частоты питающего напряжения. Силовой насос может быть шестеренным, аксиально-поршневым, аксиально-плунжерным, роторным или иных типов, применяемых в гидроприводах машин, фильтр может быть одноступенчатым и многоступенчатым. Гидродвигатель и рабочий цилиндр с соответствующими переходниками и головкой могут быть соединены с помощью резьбовых муфт. В рабочем цилиндре агрегата может быть размещен поршень, а в гидродвигателе - плунжер. Рабочий цилиндр может располагаться под или над гидродвигателем. Агрегат может содержать два рабочих цилиндра, расположенных с двух сторон гидродвигателя.
Гидроприводной агрегат работает следующим образом. На дневной поверхности гидросистема агрегата заполняется чистым маслом через клапан в переходнике 14, а воздух выпускается из отверстий под пробки в переходниках 15 и 16. При этом масло проходит через фильтр 3 и дополнительно очищается. Гаситель гидравлических импульсов заполняется сжатым газом под соответствующим давлением через клапан в переходнике 13. Агрегат спускается в скважину под уровень жидкости на колонне подъемных труб, которые заворачиваются в выходное резьбовое отверстие головки. При этом через клапаны рабочего цилиндра жидкость поступает в подъемные трубы и заполняет их до уровня в скважине. Одновременно через отверстия в переходниках 14 и 15 жидкость поступает в компенсатор, в пространство между кожухом 5 и эластичным разделителем сред 6. Давление масла в гидросистеме агрегата становится равным гидростатическому в месте его расположения.
При включении электродвигателя масло из нагнетательной линии силового насоса по соединительной трубке 25 подается к распределителю. В зависимости от положения золотника распределителя масло поступает в штоковую или бесштоковую камеры гидродвигателя и приводит в движение поршень 8 и соединенный с ним плунжер 10. Дойдя до своего крайнего положения, поршень 8 или плунжер 10 воздействуют на выходящие концы золотника распределителя, золотник перемещается и система реверсируется. Отработавшее масло по соединительной трубке 26, центральному каналу компенсатора через фильтр поступает во всасывающую линию силового насоса. Так организуется циркуляция, охлаждение и фильтрация масла в гидросистеме агрегата и возвратно-поступательное движение плунжера рабочего цилиндра 10. При перемещении плунжера открываются соответствующие клапаны (19 и 22 или 20 и 21) и жидкость из скважины поступает в одну из камер рабочего цилиндра и одновременно из другой камеры вытесняется в подъемные трубы и далее на дневную поверхность. Так происходит двухсторонняя работа рабочего цилиндра 9. Фильтр одновременно выполняет роль охладителя масла гидросистемы, поскольку через его кожух 4 происходит теплообмен между маслом и жидкостью в скважине. Жидкость, которая может перетекать по зазору между плунжером и рабочим цилиндром, попадает из одной камеры рабочего цилиндра в другую и не загрязняет масло гидросистемы. Уплотнения 23 и 24 штока 18 работают без перепада давления, поскольку давление в штоковых камерах гидродвигателя и силового цилиндра изменяется синхронно. Предохранительный клапан ограничивает повышение давления в нагнетательной линии силового насоса выше установленной величины, выпуская в необходимых случаях часть масла из нее во всасывающую линию. Переливной клапан выпускает часть масла из всасывающей линии в скважину при его нагреве и расширении больше допустимой величины. Гаситель гидравлических импульсов уменьшает амплитуду импульсов давления при переключении золотникового распределителя.
В собранном агрегате кабельные каналы, резьбовые отверстия и каналы под соответствующие соединительные трубки должны располагаться на одной прямой линии, параллельной общей оси агрегата. Однако при сборке переходников с кожухами и цилиндрами кабельные каналы, отверстия и каналы под соединительные трубки на разных деталях могут оказаться рассогласованными по углу. Для ликвидации этого рассогласования соответствующие резьбовые соединения предварительно собирают до упора, но без натяга, измеряют угол рассогласования, соединение разбирают, одну из деталей соединения подрезают по торцу упора на определенную длину или между сопрягаемыми деталями устанавливают дистанционное кольцо определенной толщины, агрегат собирают и резьбовые соединения затягивают окончательно с натягом.
Приведенные технические решения позволили создать простую и надежную конструкцию гидроприводного погружного насосного агрегата для откачивания жидкости из скважин.
1. Гидроприводной погружной насосный агрегат, включающий погружной электродвигатель с гидрозащитой, силовой насос, фильтр с кожухом, компенсатор с кожухом, гидродвигатель с цилиндром и поршнем, рабочий цилиндр с клапанами и плунжером, соединенным с поршнем гидродвигателя штоком, золотниковый распределитель и головку, отличающийся тем, что силовой насос, кожухи фильтра и компенсатора, цилиндр гидродвигателя и рабочий цилиндр последовательно соединены переходниками, имеющими фланец и резьбовые ниппели, причем ниппели эксцентричны фланцу и завернуты в резьбу, выполненную в кожухах фильтра и компенсатора, в цилиндре гидродвигателя и в рабочем цилиндре, головка также имеет фланец и эксцентричный ему ниппель, завернутый в резьбу рабочего цилиндра, рабочий цилиндр выполнен двухстороннего действия с всасывающим и нагнетательным клапанами в штоковой и бесштоковой камерах, всасывающий и нагнетательный клапаны штоковой камеры рабочего цилиндра размещены в периферической части фланца переходника между гидродвигателем и рабочим цилиндром, всасывающий клапан бесштоковой камеры рабочего цилиндра размещен в периферической части фланца головки, а нагнетательный клапан бесштоковой камеры рабочего цилиндра размещен по оси фланца головки, золотниковый распределитель размещен в указанном переходнике между гидродвигателем и рабочим цилиндром с выходом концов золотника в штоковые камеры гидродвигателя и рабочего цилиндра, в указанном переходнике размещены также эластичные уплотнения штока, соединяющего поршень гидродвигателя с плунжером рабочего цилиндра, распределитель с силовым насосом и бесштоковой камерой гидродвигателя, а также клапаны штоковой камеры рабочего цилиндра с головкой гидравлически связаны с помощью соединительных трубок с резьбовыми штуцерами, завернутыми в периферические части фланцев соответствующих переходников и головки.
2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что клапаны рабочего цилиндра размещены в корпусах, герметично установленных в переходнике между гидродвигателем и рабочим цилиндром, и в головке.
3. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что золотниковый распределитель выполнен двухступенчатым с распределительным и вспомогательным золотниками, связанными каналами, с выходом концов вспомогательного золотника в штоковые камеры гидродвигателя и рабочего цилиндра.
4. Агрегат по п.1 или 3, отличающийся тем, что конец золотника, выходящий в камеру рабочего цилиндра, закрыт эластичной диафрагмой с твердым опорным диском, а внутренняя область диафрагмы заполнена чистой жидкостью.
5. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен гасителем гидравлических импульсов.
6. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что фильтр снабжен установленным между фильтроэлементом и кожухом дополнительным кожухом с отверстиями в нижней части.
7. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что во фланцах головки и переходников выполнены каналы для прохода бронированного кабеля к погружному электродвигателю.
8. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что на корпусе силового насоса размещены два ребра для направления и защиты кабеля от повреждения.
9. Агрегат по п.1 или 2, отличающийся тем, что поперечный габаритный размер по кабелю, штуцерам соединительных трубок и корпусам клапанов выполнен меньше диаметра фланцев переходников и головки, а указанные фланцы имеют направляющие фаски.
10. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что, по крайней мере, один из штуцеров каждой соединительной трубки выполнен регулируемым по длине.
11. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что валы погружного электродвигателя и силового насоса соединены муфтой прямого хода.
