Гидропривод штангового скважинного насоса

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к гидравлическим машинам и системам управления ими, а именно к насосным установкам, предназначенным для подъема жидкостей с больших глубин наземным приводным устройством, и может быть использована в нефтедобывающей промышленности.
Известна конструкция электронно-гидравлического устройства для добычи нефти скважинным штанговым насосом (патент РФ № 113792, F04B 47/04, публ. 27.02.2012г., бюлл.№ 6), который содержит гидроцилиндр, насос, привод насоса, пневмогидроаккумулятор и систему управления, штоковая полость гидроцилиндра, насос и пневмогидроаккумулятор гидравлически связаны последовательно, при этом насос расположен между гидроцилиндром и пневмогидроаккумулятором, система управления связана с насосом и датчиком перемещения штока, установленным на штоке или поршне гидроцилиндра, а насос выполнен в виде управляемого реверсивного насоса.
Недостатком известной конструкции является невысокая энергоэффективность ввиду трудоемкости обслуживания, которая заключается в сложности реализации охлаждения и фильтрации масла.
Известна конструкция электрогидравлического привода для скважинного штангового насоса (патент РФ №119411, F04B 47/04, публ. 20.08.2012г., бюл. 23), которая содержит гидравлический насос, подключенный к приводному электродвигателю, гидроцилиндр, бак для рабочей среды, запорный электрогидравлический элемент и предохранительный клапан, присоединенные к напорной линии насоса, датчик перемещения штока гидроцилиндра, систему управления, включающую программируемое устройство управления. Насос гидравлически соединен с баком для рабочей среды и через запорный электрогидравлический элемент - с полостью гидроцилиндра и представляет собой реверсивный, нерегулируемый гидравлический насос-мотор, кроме того, в систему управления введен частотный преобразователь, который соединен с приводным электродвигателем, а программируемое устройство управления соединено с датчиком перемещения штока гидроцилиндра.
Недостатками известного устройства является несбалансированное энергопотребление (высокое потребление при движении вверх, и, наоборот, отсутствие потребления, либо возврат электроэнергии при движении вниз, также при рекуперации высокий процент высших гармоник, что негативно сказывается на питающей электросети). Использование частотного преобразователя с функцией рекуперации электроэнергии приводит к сложности обслуживания и малому сроку службы батареи конденсаторов.
Задачей полезной модели является повышение энергоэффективности гидравлического привода скважинного насоса.
Технический результат достигается за счет более сбалансированного энергопотребления гидропривода, снижение энергопотребления происходит за счет использования электронного управления и применения спаренного нерегулируемого шестеренчатого гидравлического насоса-мотора с возможностью нагнетания давления в двух направлениях, при этом использование двух открытых гидравлических контуров позволяет оптимизировать энергопотребление гидравлического привода насоса, так как в гидравлическом контуре пневмогидроаккумулятора создается возможность для аккумулирования рабочей жидкости на обратном ходу и использования ее энергии на прямом ходу.
Поставленная задача достигается тем, что гидропривод штангового скважинного насоса содержит реверсивный электродвигатель, гидроцилиндр, гидробак с образованием гидравлического контура, и дополнительно снабжен спаренным реверсивным нерегулируемым шестеренчатым гидравлическим насос-мотор с перепускным управляемым клапаном, и дополнительным открытым управляемым контуром с пневмогидроаккумулятором. Гидропривод также содержит контур охлаждения и фильтрации, работающий на низком давлении, который выполнен независимо от гидравлического контура.
На чертеже представлена схема гидропривода штангового скважинного насоса.
Гидропривод штангового скважинного насоса состоит из гидроцилиндра 1, электронной системы управления (далее ЭСУ) 2, реверсивного электродвигателя 3, соединенного муфтой 4 с валом спаренного реверсивного нерегулируемого шестеренчатого гидравлического насоса-мотора 5 с перепускным управляемым клапаном в составе 5а.
Гидравлический насос-мотор 5 соединен посредством управляемого обратного клапана 6 с гидрораспределителем 7, соединенный с предохранительным клапаном 8, датчиком давления 9 и штоковой полостью гидроцилиндра 1. Вторая секция спаренного реверсивного нерегулируемого шестеренчатого гидравлического насоса-мотора 5, с перепускным управляемым клапаном 5а соединена посредством управляемого обратного клапана 10 с гидрораспределителем 11 и через предохранительный клапан 12 и датчик давления масла 13 с пневмогидроаккумулятором 14.
Гидрораспределитель 15, с помощью ЭСУ 2, датчика давления 16 и баллона азота 17 поддерживает оптимальное давление в пневмогидроаккумуляторе 14.
Охлаждающе-фильтрующий контур низкого давления 18 соединен с гидробаком 19.
Кроме того, в гидроприводе дополнительно установлены электронные датчики положения штока ДП 1, ДП 2, соединенные с ЭСУ 2, а также соединенные с датчиком давления 9 в магистрали гидроцилиндра 1 и датчиком давления масла 13, датчиком давления газа 16, в магистрали пневмогидроаккумулятора 14.
При ходе штока гидроцилиндра 1 вниз при реверсе электродвигателя 3 через муфту 4 происходит наполнение пневмогидроаккумулятора 14 маслом при помощи сложения усилий на валу электродвигателя 3 и на штоке гидроцилиндра 1 под тяжестью колонны штанг.
При ходе штока гидроцилиндра 1 вверх происходит подача масла под избыточным давлением из пневмогидроаккумулятора 14, аккумулированным при ходе штока гидроцилиндра 1 вниз, на вторую секцию спаренного реверсивного нерегулируемого шестеренчатого гидравлического насоса-мотора 5 с перепускным управляемым клапаном 5а, тем самым передовая усилие через муфту 4 на электродвигатель 3. Охлажденное масло из гидробака 19 при подъеме вверх штока гидроцилиндра 1 смешивается с маслом из пневмогидроаккумулятора 14.
Гидропривод штангового скважинного насоса работает следующим образом.
При включении электропитания, электронная система управления 2 включает выбранный режим работы привода.
Для первого подъема колонны (не показано) насосных штанг вверх, масло из гидробака 19 нагнетается посредством реверсивного двигателя 3, приводящего в движение спаренного реверсивного нерегулируемого шестеренчатого гидравлического насоса-мотора 5 с перепускным управляемым клапаном 5а.
Первая секция реверсивного нерегулируемого шестеренчатого гидравлического насоса-мотора 5 подает под давлением рабочую жидкость через управляемый обратный клапан 6 и гидрораспределитель 7 в штоковую полость гидроцилиндра 1. При достижении штоком гидроцилиндра 1 верхнего положения, ЭСУ 2 посредством частотного преобразователя (на схеме не показан), подает команду на реверс вращения электродвигателя 3 и включает в работу вторую секцию 5а, реверсивного нерегулируемого спаренного шестеренчатого гидравлического насоса-мотора 5. Вследствие чего поток масла с гидроцилиндра 1 через управляемый обратный клапан 6 посредством включения гидрораспределителя 7 поступает на секцию спаренного реверсивного нерегулируемого шестеренчатого гидравлического насос-мотора 5. С выхода насос-мотора 5 поток рабочей жидкости сливается в бак 19 и смешивается с охлажденной рабочей жидкостью.
Вторая секция 5а реверсивного нерегулируемого спаренного шестеренчатого гидравлического насоса-мотора 5, через управляемый обратный клапан 10 и гидрораспределитель 11 подает рабочую жидкость в пневмогидроаккумулятор 14, создавая избыточное давление в контуре. Регулирующим элементом является предохранительный клапан 12, через который излишки рабочей жидкости возвращаются в гидробак 19.
При достижении штоком гидроцилиндра 1 нижнего положения система управления 2, посредством частотного преобразователя (на схеме не показан), дает команду на реверс вращения реверсивного двигателя 3, приводящего через муфту 4, движение спаренного реверсивного нерегулируемого шестеренчатого гидравлического насоса-мотора 5.
Гидрораспределитель 15, через датчик давления 16 и баллон азота 17 поддерживает оптимальное давление в пневмогидроаккумуляторе 14 с помощью ЭСУ 2. Охлаждающе-фильтрующий контур низкого давления 18 охлаждает рабочую жидкость из гидробака 19.
Первая секция реверсивного нерегулируемого шестеренчатого гидравлического насоса-мотора 5 подает под давлением рабочую жидкость через управляемый обратный клапан 6 управление, которым осуществляется через гидрораспределитель 7 в штоковую полость гидроцилиндра 1. При этом ЭСУ 2 открывает управляемый обратный клапан 10, посредством включения гидрораспределителя 11. Вследствие чего масло под избыточным давлением из пневмогидроаккумулятора 14 также поступает, во вторую секцию реверсивного нерегулируемого спаренного шестеренчатого гидравлического насоса-мотора 5а, тем самым увеличивая крутящий момент на валу электродвигателя 3, уменьшается ток потребления, и сливается в гидробак 19, при этом перемешиваясь с охлажденной гидравлической жидкостью.
В качестве реверсивного электродвигателя может быть использован, например, асинхронный двигатель типа А180М4, в качестве реверсивного нерегулируемого шестеренчатого гидравлического насоса-мотора с перепускным управляемым клапаном BP-80L в составе, например -Casappa Kappa K.40. Гидроцилиндр, например - ЦГ-120.40х305.01, установленный на опоре. Гидробак. Охлаждающий контур. В гидроприводе применен управляемый обратный клапан 6-10 например-AGRL-32, гидрораспределителя 7-11-15 например-DHI-0631/2/-X24DC и предохранительный клапан 8-12 например-AGAM-20/350, пневмогидроаккумулятор 14 например-AP25PT250C180A7G51-0. В системе управления, используется частотный преобразователь без функции рекуперации (например, MD500, на схеме не указан).
Гидропривод штангового насоса гидропривод способен работать с электродвигателем значительно меньшей мощности, потребляет электроэнергию более равномерно (как при движении штока гидроцилиндра вверх, так и при его движении вниз), токи пиковых нагрузок уменьшены, общее энергопотребление также снижается.