Гидроприводная насосная установка

Изобретение относится к гидроприводным насосным установкам и может использоваться для добычи нефти, воды и других жидкостей из скважин. Рабочая жидкость подается вспомогательным насосом в основной насос и отводится из него через один и тот же патрубок, причем реверсирование потока осуществляется рабочей жидкостью с помощью гидрораспределителя, переключатель золотника которого выполнен в виде предохранительного клапана, гидроаккумулятора и реверсивного элемента. Реверсивный элемент выполнен в виде стакана, надетого на корпус предохранительного клапана с возможностью осевого перемещения для разобщения и сообщения основного насоса с поршневой полостью золотника, которая сообщена с рабочей полостью гидроаккумулятора через дроссельное отверстие в предохранительном клапане. Корпус предохранительного клапана снабжен каналами для отвода и подвода рабочей жидкости в полость реверсивного элемента, а также отвода рабочей жидкости из поршневой полости золотника. Расширяется эксплуатационный диапазон, упрощается конструкция, повышается надежность и эффективность гидроприводных насосных установок. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к гидроприводным насосным установкам и может использоваться для добычи нефти, воды и других жидкостей из скважин.

Известны гидроприводные насосные установки по патенту RU 2105193 МПК⁶ F04B 9/103; RU 2116512 МПК⁶ F04B 47/08; RU 2166668 МПК⁷ F04B 47/08; RU 2235907 МПК⁷ F04B 47/06; RU 2255245 МПК⁷ F04B 47/08; RU 97106244 МПК⁶ F04B 47/08; и по патенту на полезную модель RU 52125 U1, МПК⁷ F04B 47/08.

Основной недостаток этих насосных установок заключается в том, что гидропривод этих установок, кроме масляного насоса дополнительно включает поршневые или плунжерные гидроцилиндры,

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является скважинный электрогидроприводной насосный агрегат, включающий маслонасос (вспомогательный насос), плунжерный рабочий насос (основной насос), гидродвигатель, над- и подпоршневая полости цилиндра которого подключены через распределитель к всасывающей и нагнетательной сторонам маслонасоса, цилиндр плунжерного рабочего насоса снабжен герметичной цилиндрической диафрагмой из эластичного материала. Патент на полезную модель RU 52125 U1, МПК⁷ F04В 47/08 от 03.10.2006 г.

Основной недостаток этого насосного агрегата заключается в применении поршневого и плунжерного гидроцилиндров для создания давления гидравлического масла в рабочем насосе, в использовании хода штока для переключения золотника гидрораспределителя, а также системы наружных маслопроводов, увеличивающих диаметральный габарит. Это усложняет конструкцию, увеличивает перетекание масла через уплотнения штоков и увеличивает энергетические потери на перемещение плунжера, создает инерционные нагрузки при возвратно-поступательном движении плунжера и поршня, а также приводит к их заклиниванию при работе в скважинах повышенной кривизны.

Дополнительным недостатком является то, что эластичная диафрагма при подаче в нее масла работает на растяжение. Это также снижает надежность конструкции.

Таким образом, указанные недостатки снижают надежность насосной установки, эффективность и не позволяют ее использовать в скважинах повышенной кривизны.

Задачей изобретения является получение технического результата, выражающегося в расширении эксплуатационного диапазона, упрощении конструкции, повышении надежности и эффективности насосной установки.

Указанная задача в гидроприводной насосной установке, содержащей основной насос с диафрагмой в виде эластичной трубы, вспомогательный насос, гидрораспределитель и электропривод, решается тем, что рабочая жидкость подается вспомогательным насосом в основной насос и отводится из него через один и тот же патрубок, причем реверсирование потока осуществляется рабочей жидкостью с помощью гидрораспределителя, переключатель золотника которого выполнен в виде предохранительного клапана, гидроаккумулятора и реверсивного элемента, а реверсивный элемент выполнен в виде стакана, надетого на корпус предохранительного клапана с возможностью осевого перемещения для разобщения и сообщения основного насоса с поршневой полостью золотника, которая сообщена с рабочей полостью гидроаккумулятора через дроссельное отверстие в предохранительном клапане, причем корпус предохранительного клапана снабжен каналами для отвода и подвода рабочей жидкости в полость реверсивного элемента, а также отвода рабочей жидкости из поршневой полости золотника.

Проведенный научно-технический анализ предложения и уровня техники свидетельствует о том, что предлагаемое техническое решение для специалиста не следует явным образом из уровня техники, при этом признаки изложенной совокупности взаимосвязаны, находятся в причинно-следственной связи с ожидаемым результатом и являются необходимыми и достаточными для его получения.

Изобретение поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображена насосная установка в разрезе;

на фиг.2 изображен фрагмент насосной установки в разрезе, включающий вспомогательный насос и электродвигатель с эластичным компенсатором;

на фиг.3 изображен фрагмент насосной установки в разрезе, включающий основной насос с эластичной трубой;

на фиг.4, фиг.5 и фиг.6 изображен фрагмент насосной установки в разрезе, включающий гидрораспределитель и переключатель золотника в момент подачи рабочей жидкости в основной насос; на фиг.4 показан разрез фронтальной плоскостью, на фиг.5 и фиг.6 показан разрез горизонтальной плоскостью;

на фиг.7, фиг.8 и фиг.9 изображен фрагмент насосной установки в разрезе, включающий гидрораспределитель и переключатель золотника в момент отвода рабочей жидкости из основного насоса; на фиг.7 и фиг.8 показан разрез фронтальной плоскостью, на фиг.9 показан разрез горизонтальной плоскостью.

Насосная установка, представленная на фиг.1, включает основной насос 1 для подачи перекачиваемой жидкости в насосно-компрессорную трубу (не показано), вспомогательный насос 2 с гидрораспределителем 3, встроенные в бак 4 и электродвигатель 5 с эластичным компенсатором 6. Эластичный компенсатор 6 (см. фиг.2) и бак 4 заполнены рабочей жидкостью, например гидравлическим маслом, и сообщены между собой посредством полых валов вспомогательного насоса 2 и электродвигателя 5. Эластичный компенсатор снабжен защитным кожухом 7, выполненным, например, в виде сетчатого стакана.

Основной насос 1 (см. фиг.3) содержит эластичную трубу 8, герметично установленную на кронштейны 9 с возможностью обжимать клапанную трубку 10 и вытеснять перекачиваемую жидкость через каналы 11, выполненные в клапанной трубке 10 и втулке 12.

Впускные клапаны 13 обеспечивают подачу перекачиваемой жидкости в эластичную трубу 8 через каналы 11. Выпускные каналы 14 обеспечивают подачу перекачиваемой жидкости, вытесняемой эластичной трубой 8 в насосно-компрессорную трубу (не показано). От осевого перемещения кронштейны 9 и клапанная трубка 10 фиксируются головкой 15 и основанием 16, ввинчиваемыми в корпус 17.

Бак 4 крепится к основанию 16, которое снабжено входными каналами 18 (показаны пунктирной линией) для подвода перекачиваемой жидкости и каналами 19 для подачи рабочей жидкости в основной насос 1 от вспомогательного насоса 2 через патрубок подвода (отвода) 20.

Гидрораспределитель 3 (см. фиг.1), содержит корпус 21 (см. фиг.4, фиг.5, фиг.7 и фиг.8), в который установлен двухпозиционный золотник 22 и его переключатель 23 для смены направления потока рабочей жидкости в основной насос и обратно. Золотник 22 снабжен пружиной 24 и фиксатором 25. При крайнем нижнем положении золотника 22 (см. фиг.4) каналы 26, 27, 28, 29 корпуса 21 сообщают напорный патрубок 30 (см. фиг.1) вспомогательного насоса 2 с основным насосом 1, а каналы 31, 32, 33, 34 и дроссель 35 (см. фиг.5) сообщают всасывающий патрубок 36 (см. фиг.1) вспомогательного насоса 2 с баком 4. При крайнем верхнем положении золотника 22 (см. фиг.7 и фиг.8) каналы 26, 27, 37, 34 сообщают напорный патрубок 30 (см. фиг.1) с баком 4, а каналы 31, 38, 28, 29 и дроссель 35 (см. фиг.7 и фиг.8) сообщают всасывающий патрубок 36 (см. фиг.1) одновременно с основным насосом 1 и баком 4.

Переключатель 23 золотника 22 содержит предохранительный клапан 39, гидроаккумулятор 40 (см. фиг.6 и фиг.9) и реверсивный элемент 41, выполненный в виде стакана, надетого на корпус 42 клапана 39 с возможностью осевого перемещения для разобщения (сообщения) поршневой полости золотника 22 (см. фиг.4, фиг.5, фиг.7 и фиг.8) с основным насосом 1 (см. фиг.1). При крайнем нижнем положении реверсивный элемент 41 (см. фиг.9) разобщает поршневую полость золотника 22 (см. фиг.4, фиг.5, фиг.7 и фиг.8) с основным насосом 1 (см. фиг.1). Осевое перемещение реверсивного элемента ограничено стопорным кольцом 43.

При открытии предохранительного клапана 39 рабочая жидкость поступает по каналу 44 (см. фиг.4 и фиг.7) в рабочую полость гидроаккумулятора 40 и поршневую полость золотника 22. Дроссельное отверстие клапана 39 сообщает рабочую полость гидроаккумулятора 40 с поршневой полостью золотника 22 (см. фиг.7 и фиг.8).

Корпус 42 предохранительного клапана 39 снабжен каналами 45 (см. фиг.5 и фиг.6), 46, 47, 48, 49, 50 и 51 (см. фиг.9). Каналы 45 (см. фиг.5) сообщают полость реверсивного элемента 41 с основным насосом посредством каналов 52 и 29 (см. фиг.4 и фиг.7). Каналы 46, 47 и 48 (см. фиг.9) сообщают поршневую полость золотника 22 (см. фиг.4, фиг.5, фиг.7 и фиг.8) с основным насосом 1 (см. фиг.1) при крайнем верхнем положении реверсивного элемента 41 (см. фиг.9). Каналы 49, 50 и 51 сообщают нерабочую полость гидроаккумулятора 40 с баком 4.

Работает установка следующим образом: при опускании насосной установки (см. фиг.1) в скважину приемные отверстия 18 (показаны пунктиром на фиг.3) располагаются под уровнем перекачиваемой жидкости на глубине, равной не менее длины основного насоса. При этом перекачиваемая жидкость через приемные отверстия 18, впускные клапаны 13 и каналы 11 поступает в полость между эластичной трубой 8 и клапанной трубкой 10. Вспомогательный насос 2 (см. фиг.2), приводимый в действие электродвигателем 5, подает рабочую жидкость в основной насос 1 (см. фиг.1). Под давлением рабочей жидкости эластичная труба 8 (см. фиг.3) обжимает клапанную трубку 10 и выдавливает перекачиваемую жидкость через каналы 11 и выпускные клапаны 14 в насосно-компрессорную трубу (не показано). Подача рабочей жидкости в основной насос осуществляется при крайнем нижнем положении золотника 22 (см. фиг.4). При этом рабочая жидкость от вспомогательного насоса 2 (см. фиг.1) по напорному патрубку 30 проходит через гидрораспределитель 3, по каналам 26, 27, 28 и 29 (см. фиг.4), через патрубок 20 (см. фиг.3) и каналы 19. Одновременно рабочая жидкость из канала 29 (см. фиг.4) поступает по каналам 52 и 45 в полость реверсивного элемента 41. Реверсивный элемент 41 занимает крайнее нижнее положение и разобщает поршневую полость золотника 22 (см. фиг.4, фиг.5, фиг.7 и фиг.8) с основным насосом 1 (см. фиг.1).

При подаче рабочей жидкости в основной насос вспомогательный насос 2 (см. фиг.1) закачивает ее из бака 4, сообщающегося с компенсатором 6. При этом рабочая жидкость поступает к всасывающему патрубку 36 насоса 2 через гидрораспределитель 3 по каналам 34, 33, 32, 31 и дроссель 35 (см. фиг.5).

Предохранительный клапан 39 настроен на давление, превышающее на 10%-15% давление, соответствующее напору основного насоса. При полном обжатии клапанной трубки 10 эластичной трубой 8 (см. фиг.3) предохранительный клапан 39 (см. фиг.4) открывается и рабочая жидкость из канала 26 по каналу 44 поступает в поршневую полость золотника 22. Фиксатор 25 золотника 22 удерживает золотник от перемещения до тех пор, пока рабочая жидкость через дроссельное отверстие в клапане 39 не заполнит рабочую полость гидроаккумулятора 40. После сжатия пружины гидроаккумулятора 40 давление рабочей жидкости становится достаточным, чтобы снять золотник 22 с фиксатора 25 и частично приоткрыть, соединив напорный канал 26 со сливным каналом 34. При этом давление рабочей жидкости падает, и клапан 39 закрывается. Рабочая жидкость из рабочей полости гидроаккумулятора 40 усилием его пружины выдавливается в поршневую полость золотника 22 и полностью открывает золотник. Направление потока рабочей жидкости к основному насосу меняется на противоположное.

Рабочая жидкость из основного насоса 1 поступает во всасывающий патрубок 36 вспомогательного насоса 2 (см. фиг.1). Эластичная труба 8 (см. фиг.3) распрямляется. Перекачиваемая жидкость через приемные отверстия 18, впускные клапаны 13 и каналы 11 снова заполняет полость между эластичной трубой 8 и клапанной трубкой 10.

Отвод рабочей жидкости из основного насоса осуществляется при крайнем верхнем положении золотника 22 (см. фиг.7). При этом рабочая жидкость к всасывающему патрубку 36 вспомогательного насоса 2 (см. фиг.1) поступает одновременно из основного насоса 1 и из бака 4 через гидрораспределитель 3 по каналам 29, 28, 38, 31 и дроссель 35 (см. фиг.7 и фиг.8). Дроссель 35 обеспечивает допустимо низкое давление рабочей жидкости, чтобы исключить кавитацию. Откачиваемая вспомогательным насосом 2 (см. фиг.1) рабочая жидкость подается в бак 4 через напорный патрубок 30 и гидрораспределитель 3 по каналам 26, 27, 37 и 34 (см. фиг.7 и фиг.8).

По мере опустошения основного насоса давление рабочей жидкости в каналах 29, 52,45 и в полости реверсивного элемента 41 (см. фиг.7 и фиг.8) становится ниже, чем в баке 4. Реверсивный элемент 41 (см. фиг.9) под действием давления в баке 4 перемещается в крайнее верхнее положение, и поршневая полость золотника 22 (см. фиг.4, фиг.5, фиг.7 и фиг.8) сообщается с основным насосом 1 (см. фиг.1). Рабочая жидкость из поршневой полости золотника 22 под действием пружины 24 выдавливается в бак 4 по каналам 48, 47, 46, 45 и 52 (см. фиг.7, фиг.8 и фиг.9), и золотник перемещается в исходное положение. Цикл повторяется.

Таким образом, изобретение позволяет получить технический результат, выражающийся в расширении эксплуатационного диапазона, упрощении конструкции, повышении надежности и эффективности насосной установки.

1. Гидроприводная насосная установка, содержащая основной насос с диафрагмой в виде эластичной трубы, вспомогательный насос, гидрораспределитель с золотником, переключатель золотника и электропривод, отличающаяся тем, что рабочая жидкость подается вспомогательным насосом в основной насос и отводится из него через один и тот же патрубок, причем реверсирование потока осуществляется рабочей жидкостью с помощью гидрораспределителя.

2. Гидроприводная насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что переключатель золотника гидрораспределителя выполнен в виде предохранительного клапана, гидроаккумулятора и реверсивного элемента, а реверсивный элемент выполнен в виде стакана, надетого на корпус предохранительного клапана с возможностью осевого перемещения для разобщения и сообщения основного насоса с поршневой полостью золотника, которая сообщена с рабочей полостью гидроаккумулятора через дроссельное отверстие в предохранительном клапане, причем корпус предохранительного клапана снабжен каналами для отвода и подвода рабочей жидкости в полость реверсивного элемента, а также отвода рабочей жидкости из поршневой полости золотника.