ГИДРОПРИВОД ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

Полезная модель относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, включающим гидравлические средства, и может быть использована для приведения в действие скважинного штангового насоса, предназначенного для подъема жидкостей с больших глубин.
6
Известен гидравлический привод подъемного устройства (пат RU №2232295, МПК F04B 47/04, опубл. 2004 г.), содержащий рабочий цилиндр с поршнем и штоком и уравновешивающий тандемный цилиндр с перемычкой и штоком с поршнями на его концах, установленными с образованием четырех полостей, одна из которых соединена с емкостью со сжатым газом, другая - с полостью рабочего цилиндра регулируемый насос с электродвигателем и сливной гидробак, соединенные с полостями уравновешивающего тандемного цилиндра через электрогидрораспределители, узлы переключения которых соединены с выходом блока управления, вход которого соединен с датчиками конечных положений поршня рабочего цилиндра.
Такой привод не надежен в работе, имеет высокую себестоимость изготовления и требуются большие затраты на обслуживание, что объясняется наличием электрогидрораспределителей, фильтров высокого давления.
Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является гидропривод возвратно-поступательного движения (пат RU №98510, МПК F16H 39/02 (2006.01), опубл. 2010 г.), содержащий гидроцилиндр со штоком и поршнем, разделяющим его на поршневую и штоковую полости, реверсивный электродвигатель, снабженный блоком управления частотой вращения выходного вала электродвигателя, соединенного с входным валом насоса с реверсом потока рабочей жидкости по трубопроводу, соединяющему насос со штоковой полостью гидроцилиндра.
Такой привод более надежен в работе, имеет невысокую себестоимость изготовления и не требует больших затрат на обслуживание за счет исключения из конструкции электрогидрораспределителей, фильтров высокого давления и обеспечения реверсирования потока рабочей жидкости и регулирования числа качаний электродвигателем.
Однако при использовании такого привода в качестве привода вертикального перемещения, например - привода скважинного насоса, при ходе поршня гидроцилиндра вниз не обеспечивается требуемый режим торможения движения поршня и штока, что может привести к поломке привода, особенно при работе на усложненных скважинах (например, при запарафировании скважины или при увеличении давления нефти).
Задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности работы привода за счет обеспечения требуемого режима торможения поршня и штока.
Поставленная задача решается усовершенствованием гидропривода возвратно-поступательного движения, содержащего гидроцилиндр со штоком и поршнем, разделяющим его на поршневую и штоковую полости, реверсивный электродвигатель, снабженный блоком управления частотой вращения выходного вала электродвигателя, соединенного с входным валом насоса с реверсом потока рабочей жидкости по трубопроводу, соединяющему насос со штоковой полостью гидроцилиндра.
Это усовершенствование состоит в том, что в трубопроводе, соединяющем насос со штоковой полостью гидроцилиндра, установлены параллельно обратный клапан, нормально открытый в направлении нагнетания рабочей жидкости в штоковую полость гидроцилиндра, и регулируемый дроссель.
Такая конструкция привода обеспечивает при ходе поршня гидроцилиндра вниз за счет регулирования проходного сечения дросселя требуемый режим торможения движения поршня и штока.
Кроме того, насос может быть соединен со штоковой полостью гидроцилиндра посредством мультипликатора давления, полость высокого давления которого соединена со штоковой полостью гидроцилиндра, что позволяет увеличить давление рабочей жидкости, действующей на поршень гидроцилиндра для преодоления большой нагрузки при движении поршня гидроцилиндра привода, работающего на усложненной скважине.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 изображена гидравлическая схема заявляемого привода на примере привода скважинного насоса, на фиг. 2 - гидравлическая схема привода с мультипликатором давления.
Гидропривод возвратно-поступательного движения (фиг. 1) содержит гидроцилиндр 1 со штоком 2 и поршнем 3, разделяющим его на поршневую 4 и штоковую 5 полости, реверсивный электродвигатель 6, снабженный блоком 7 управления частотой вращения выходного вала электродвигателя 6, соединенного с входным валом насоса 8 с реверсом потока рабочей жидкости по трубопроводу 9, соединяющему насос 8 со штоковой полостью 5 гидроцилиндра 1. В трубопроводе 9, установлены параллельно обратный клапан 10, нормально открытый в направлении нагнетания рабочей жидкости в штоковую полость 5 гидроцилиндра 1, и регулируемый дроссель 11.
В варианте на фиг. 2 насос 8 соединен со штоковой полостью 5 гидроцилиндра 1 посредством мультипликатора давления 12, полость высокого давления 13 которого соединена со штоковой полостью 5 гидроцилиндра 1. Мультипликатор 12 выполнен в виде тандемного цилиндра, разделенного поршнями 14 и 15, соединенными штоком 16, на поршневые полости 17, 18 и штоковые полости 19 и 20. Позицией 21 обозначен вентиль в линии нагнетания насоса 8, позицией 22 обратный клапан, позициями 23 и 24 датчики крайних положений штока 2.
Работа привода в варианте на фиг. 1 происходит следующим образом.
Перед началом работы настраивают регулируемый дроссель 11, обеспечивая необходимую скорость движения штока 2 вниз. Поршень 3 цилиндра 1 находится в нижнем положении. Блок управления 7 подает напряжение на электродвигатель 6, при этом насос 8 нагнетает рабочую жидкость в штоковую полость 5 по трубопроводу 9, открывая обратный клапан 10, под действием давления рабочей жидкости создаваемого насосом 8. Поршень 3 перемещается вверх. Блок управления 7 по заданной программе, изменяет частоту электрического напряжения, то есть скорость вращения вала электродвигателя 6 и соответственно расход рабочей жидкости, подаваемой насосом 8, обеспечивая заданную скорость движения штока 2. При достижении поршнем 3 крайнего верхнего положения, срабатывает датчик 23 крайнего положения, его сигнал обрабатывается блоком управления 7, который снижает частоту электрического напряжения, подаваемого на электродвигатель 6, до нуля. Вал электродвигателя 6 и соответственно шток 2 привода останавливаются.
Под весом колоны штанг, шток 2 и поршень 3 гидроцилиндра 1, начинает движение вниз, происходит реверс привода. Обратный клапан 10 закрывается. Рабочая жидкость из штоковой полости 5 вытесняется в обратном направлении через регулируемый дроссель 11 в насос 8, заставляя его работать в режиме гидродвигателя в обратном направлении, а блок управления 7 по заданной программе реверсирует электродвигатель 6, обеспечивая заданную скорость движения штока 2 вниз. При достижении поршнем 3 крайнего нижнего положения срабатывает датчик крайнего положения 24, его сигнал обрабатывается блоком управления 7 который уменьшает частоту электрического напряжения, подаваемого на электродвигатель 6 и реверсирует его по заданной программе. Происходит реверс привода и его работа повторяется.
Работа привода в варианте на фиг. 2 происходит следующим образом. Перед началом работы настраивают регулируемую дроссель 11, обеспечивая необходимую скорость движения штока 2 вниз. Поршень 3 гидроцилиндра 1 находится в нижнем положении, вентиль 21 находится в открытом положении, блок управления 7 подает напряжение на электродвигатель 6 и привод работает в варианте описанном на фиг. 1, При этом шток 16 мультипликатора 12 с поршнями 14 и 15 находится в верхнем положении, поскольку на него воздействуют давление рабочей жидкости, подаваемой насосом 8 в полости 17, 18 и 19, в штоковую полость 20 рабочая жидкость не поступает, поскольку она соединена со сливом.
При увеличении нагрузки на штоке 2, например при запарафировании скважины или при увеличении давления нефти в трубопроводе, вентиль 21 закрывают. Давление рабочей жидкости, подается в штоковую полость 5, гидроцилиндра 1 через обратный клапан 22, поршень 3 и шток 2 перемещаются вверх. При достижении поршнем 3 крайнего верхнего положения, срабатывает датчик 23, его сигнал обрабатывается блоком управления 7, который снижает частоту электрического напряжения, подаваемого на электродвигатель 6, до нуля. Вал электродвигателя 6 и шток 2 привода останавливаются.
Под весом колоны штанг, шток 2 и поршень 3 гидроцилиндра 1 начинают движение вниз, происходит реверс привода.
Рабочая жидкость из штоковой полости 5 поступает в полость высокого давления 17 мультипликатора 12 и перемещает поршень 14 мультипликатора 12 вниз, поскольку вентиль 21 закрыт. Рабочая жидкость из штоковой полости 19 мультипликатора 12 вытесняется в насос 8, а рабочая жидкость из поршневой полости 18, мультипликатора 12 закрывает обратный клапан 10 и через регулируемый дроссель 11, поступает в насос 8. При этом насос 8 работает в режиме гидродвигателя в обратном направлении, а блок управления 7, по заданной программе реверсирует электродвигатель 6, обеспечивая заданную скорость движения штока 2 вниз.
При достижении поршнем 3 крайнего нижнего положения срабатывает датчик крайнего положения 24, его сигнал обрабатывается блоком управления 7 который уменьшает частоту электрического напряжения, подаваемого на электродвигатель и реверсирует электродвигатель 6 по заданной программе. Происходит реверс насоса 8 и привода.
Рабочая жидкость из насоса 8 поступает в штоковую полость 19 и открывая обратный клапан 10 в поршневую полость 18 мультипликатора 12. Усилие, создаваемое давлением в полости 17 на шток 16 с поршнями 14 и 15 меньше, чем суммарное усилие создаваемое давлением рабочей жидкости от насоса 8 в полостях 18 и 19. Поэтому шток 16 с поршнями 14 и 15 начинает перемещаться вверх.
Рабочая жидкость из поршневой полости 17 мультипликатора 12 поступает в штоковую полость 5 гидроцилиндра 1 с увеличенным давлением, при этом поршень 3 со штоком 2 перемещаются вверх, преодолевая увеличенную нагрузку на штоке 2 гидроцилиндра 1. При достижении поршнем 3 крайнего верхнего положения срабатывает датчик 23, его сигнал обрабатывается блоком управления 7, который снижает частоту электрического напряжения, подаваемого на электродвигатель 6 до нуля. Электродвигатель 6 и шток 2 привода привод останавливаются.
Под весом колоны штанг, шток 2 и поршень 3 гидроцилиндра 1 начинают движение вниз. Рабочая жидкость из штоковой полости 5 поступает в поршневую полость 17 мультипликатора 12 и перемещает поршень 16 мультипликатора 12 вниз, поскольку вентиль 14 закрыт. Рабочая жидкость из штоковой полости 19 мультипликатора 12 вытесняется в насос 8, а рабочая жидкость из поршневой полости 18, мультипликатора 12 закрывает обратный клапан 10 и через регулируемый дроссель 11, поступает в насос 8. При этом насос 8 работает в режиме гидродвигателя в обратном направлении, а блок управления 7, по заданной программе реверсирует электродвигатель 6, обеспечивая заданную скорость движения штока 2 вниз.
При достижении поршнем 3 крайнего нижнего положения срабатывает датчик крайнего положения 24, его сигнал обрабатывается блоком управления 7 который уменьшает частоту электрического напряжения, подаваемого на электродвигатель и реверсирует электродвигатель 6 по заданной программе. Происходит реверс привода и его работа повторяется.
Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволяет повысить надежность работы привода за счет обеспечения требуемого режима торможения поршня и штока, а также обеспечить работу привода на усложненной скважине за счет увеличения мультипликатором давление рабочей жидкости, действующей на поршень гидроцилиндра для преодоления большой нагрузки при его движении.