液壓動(dòng)力裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型是液壓動(dòng)力裝置，用于為油井舉升提供動(dòng)力。該裝置的雙軸伸電動(dòng)機(jī)兩端各自連接一臺(tái)多軸伸變速箱，多軸伸變速箱的輸出軸各自連接：或是一臺(tái)液壓馬達(dá)/泵，或是空載；液壓馬達(dá)/泵的進(jìn)液口并聯(lián)在一起；液壓馬達(dá)/泵的出液口各自連接：或是一臺(tái)舉升液缸，或是一臺(tái)蓄能器；所述雙軸伸電動(dòng)機(jī)兩端的液壓馬達(dá)/泵總是處于不同的狀態(tài)：一端是馬達(dá)狀態(tài)，另一端是泵狀態(tài)。由于采用了雙伸軸電動(dòng)機(jī)，在雙伸軸電動(dòng)機(jī)兩側(cè)對(duì)稱安裝了液壓馬達(dá)/泵和舉升液缸系統(tǒng)，這種設(shè)計(jì)使電動(dòng)機(jī)的受力更加均勻，減少了電機(jī)裝機(jī)功率，提高了系統(tǒng)工作效率。
【專利說明】液壓動(dòng)力裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石油開采井機(jī)械采油使用的抽油機(jī)，具體地講是液壓動(dòng)力裝置，用于為油田采油井提供動(dòng)力。

【背景技術(shù)】
[0002]在油井的生產(chǎn)運(yùn)行中，采用人工舉升的油井需要借助地面的機(jī)、電動(dòng)力將地層液體舉升到地面?，F(xiàn)有的人工舉升方法有抽油機(jī)有桿泵、電動(dòng)潛油泵、螺桿泵、氣舉等，其中抽油機(jī)有桿泵是較為經(jīng)濟(jì)且應(yīng)用最廣泛的一種方法。
[0003]目前主要的抽油機(jī)結(jié)構(gòu)類型有游梁式抽油機(jī)和塔架式抽油機(jī)。
[0004]近幾年，國內(nèi)外開始了液壓抽油機(jī)的探索、試驗(yàn)，與機(jī)械傳動(dòng)抽油機(jī)相比較，液壓傳動(dòng)具有參數(shù)調(diào)節(jié)方便、自動(dòng)控制程度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]中國專利，專利申請(qǐng)?zhí)?013202894086，申請(qǐng)日2013年5月24日，專利名稱“一種液壓抽油裝置”申請(qǐng)了一種液壓抽油裝置，該裝置包括往復(fù)式油缸、蓄能器，所述往復(fù)式油缸包括舉升油缸及設(shè)置在舉升油缸內(nèi)部且往復(fù)式運(yùn)動(dòng)的舉升柱塞，所述舉升柱塞下端連接抽油光桿，而抽油光桿連接井下桿柱載荷，所述舉升油缸通過液壓油管連接有蓄能器，所述液壓油管上設(shè)置有雙向液壓馬達(dá)或者雙向液壓泵。所述蓄能器包括蓄能油缸、蓄能氣包，所述蓄能油缸內(nèi)部設(shè)置蓄能柱塞，蓄能柱塞把蓄能油缸分為蓄能油缸上腔室和蓄能油缸下腔室，所述蓄能氣包與蓄能油缸上腔室連接。
[0006]從上述液壓抽油裝置的說明書和權(quán)利要求書分析來看，該發(fā)明所使用的其實(shí)是一種雙向液壓泵，當(dāng)抽油桿上行時(shí)，液壓泵把蓄能器中的油泵入舉升油缸，當(dāng)抽油桿下行時(shí)，液壓泵把舉升油缸中的油再泵入蓄能器。從其原理來看，當(dāng)抽油桿開始上行時(shí)，抽油桿的初始載荷最小，但此時(shí)蓄能器中的壓力最高，對(duì)液壓泵的驅(qū)動(dòng)力最大，電動(dòng)機(jī)的輸出功率最小；當(dāng)抽油桿上行并達(dá)到滿載荷后，蓄能器中的壓力逐漸減小，對(duì)液壓泵的驅(qū)動(dòng)力也逐漸減小，電動(dòng)機(jī)的輸出功率逐漸增大，在抽油桿上升到上死點(diǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸出功率達(dá)到最大。因此該裝置中的電動(dòng)機(jī)需要較大功率，系統(tǒng)效率也有待提高。
[0007]中國專利，申請(qǐng)?zhí)?01120342359.9，申請(qǐng)日2011.08.24，發(fā)明名稱“液壓抽油機(jī)”，該專利的技術(shù)方案是電動(dòng)機(jī)一端安裝飛輪，另一端驅(qū)動(dòng)雙向液壓柱塞泵，雙向液壓柱塞泵與舉升液缸相連，舉升液缸與抽油桿相連。在控制裝置的控制下，雙向液壓柱塞泵實(shí)現(xiàn)正反作用進(jìn)而帶動(dòng)舉升液缸上下運(yùn)動(dòng)。抽油桿下行的勢(shì)能用飛輪的旋轉(zhuǎn)來儲(chǔ)存。這套裝置較好解決了抽油桿上下行程速度的調(diào)節(jié)和防止解決抽油桿卡死的問題，但受電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的限制，其飛輪的儲(chǔ)能有限、蓄能轉(zhuǎn)化效率低，并不能把抽油桿下行的勢(shì)能全部?jī)?chǔ)存起來，因此該裝置也存在著電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率較大，系統(tǒng)效率有待提高的問題。
[0008]美國專利，申請(qǐng)日2008年8月14日，申請(qǐng)?zhí)?2/192，022，授權(quán)文獻(xiàn)號(hào)US8087904B2，授權(quán)日期2012年I月3日，專利名稱:具有下沖程能量回收功能的液_電混合抽油機(jī)。該裝置包括電機(jī)、油箱、變排量柱塞泵、抽油桿柱、液壓缸和控制器。變排量柱塞泵既可以從油箱吸油驅(qū)動(dòng)液壓缸來舉升井下抽油桿柱，也能在液壓缸的高壓液壓油驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，使電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。該發(fā)明很好地解決了抽油桿下行過程中的勢(shì)能回收問題。但抽油桿上行過程中，電動(dòng)機(jī)不但要提升抽油桿的重量，還要提升井下的產(chǎn)出液，因此電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)功率還是很大，這并不經(jīng)濟(jì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了更充分地利用抽油桿的下行勢(shì)能，減小電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)功率，提高系統(tǒng)效率，本實(shí)用新型提供了一種系統(tǒng)效率更高、負(fù)荷平衡效果更好的液壓動(dòng)力裝置。
[0010]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0011]優(yōu)選實(shí)施例:
[0012]液壓動(dòng)力裝置，包括雙軸伸電動(dòng)機(jī)，所述雙軸伸電動(dòng)機(jī)兩端各自連接一臺(tái)多軸伸變速箱，多軸伸變速箱的輸出軸各自連接:或是一臺(tái)液壓馬達(dá)/泵，或是空載；液壓馬達(dá)/泵的進(jìn)液口并聯(lián)在一起，液壓馬達(dá)/泵的出液口各自連接:或是一臺(tái)舉升液缸，或是一臺(tái)蓄能器；所述雙軸伸電動(dòng)機(jī)兩端的液壓馬達(dá)/泵總是處于不同的狀態(tài):一端是馬達(dá)狀態(tài)，另一端是泵狀態(tài)。
[0013]液壓馬達(dá)/泵的進(jìn)液口并聯(lián)在一起還可與供液系統(tǒng)相連，所述供液系統(tǒng)包括用油管連接的液壓泵、溢流閥、冷卻器和油箱，液壓泵入口連接油箱，液壓泵出口連接溢流閥入口，在液壓泵出口和溢流閥入口之間連接液壓馬達(dá)/泵的進(jìn)液口 ；冷卻器安裝在供液系統(tǒng)油管回路中。
[0014]在連接蓄能器的油管路上還可以串聯(lián)連接壓力控制裝置，所述的壓力控制裝置包括單向閥和減壓閥，單向閥的出口和減壓閥的入口并聯(lián)，單向閥的入口和減壓閥的出口并聯(lián)，其中單向閥的出口和減壓閥的入口并聯(lián)共同連接蓄能器入口。
[0015]優(yōu)選實(shí)施例:
[0016]液壓動(dòng)力裝置，包括雙軸伸電動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述雙軸伸電動(dòng)機(jī)兩端各自連接串聯(lián)安裝的二臺(tái)以上多軸伸變速箱，多軸伸變速箱的輸出軸各自連接:或是一臺(tái)液壓馬達(dá)/泵，或是空載；液壓馬達(dá)/泵的進(jìn)液口并聯(lián)在一起，液壓馬達(dá)/泵的出液口各自連接:或是一臺(tái)舉升液缸，或是一臺(tái)蓄能器；所述雙軸伸電動(dòng)機(jī)兩端的液壓馬達(dá)/泵總是處于不同的狀態(tài):一端是馬達(dá)狀態(tài)，另一端是泵狀態(tài)。
[0017]液壓馬達(dá)/泵的進(jìn)液口并聯(lián)在一起還可與供液系統(tǒng)相連，所述供液系統(tǒng)包括用油管連接的液壓泵、溢流閥、冷卻器和油箱，液壓泵入口連接油箱，液壓泵出口連接溢流閥入口，在液壓泵出口和溢流閥入口之間連接液壓馬達(dá)/泵的進(jìn)液口 ；冷卻器安裝在供液系統(tǒng)油管回路中。
[0018]在連接蓄能器的油管路上還可以串聯(lián)連接壓力控制裝置，所述的壓力控制裝置包括單向閥和減壓閥，單向閥的出口和減壓閥的入口并聯(lián)，單向閥的入口和減壓閥的出口并聯(lián)，其中單向閥的出口和減壓閥的入口并聯(lián)共同連接蓄能器入口。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是，由于采用了雙伸軸電動(dòng)機(jī)，在雙伸軸電動(dòng)機(jī)兩側(cè)對(duì)稱安裝了液壓馬達(dá)/泵和舉升液缸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了舉升液缸活塞上下運(yùn)動(dòng)與井下抽油泵上下沖程同步進(jìn)行；運(yùn)行過程中，一側(cè)載荷(如抽油桿)下行的勢(shì)能成為了另一側(cè)載荷(如抽油桿)上行的動(dòng)力，這種設(shè)計(jì)使電動(dòng)機(jī)的受力更加均勻，減少了電機(jī)裝機(jī)功率，提高了系統(tǒng)工作效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]前面簡(jiǎn)單地描述了本發(fā)明，接下來參考描述本發(fā)明的以下具體實(shí)施例的圖紙進(jìn)一步、詳細(xì)地?cái)⑹霰景l(fā)明。這些圖紙只描述了該發(fā)明的一些典型的實(shí)施例，因此不能認(rèn)為是限制本發(fā)明的范圍。在這些圖紙中:
[0021]圖1是液壓動(dòng)力裝置基本構(gòu)成示意圖。
[0022]圖2是含有供液系統(tǒng)的液壓動(dòng)力裝置基本構(gòu)成不意圖。
[0023]圖3是含有供液系統(tǒng)和蓄能器的液壓動(dòng)力裝置基本構(gòu)成示意圖。
[0024]圖4是液壓動(dòng)力裝置對(duì)稱配置多臺(tái)舉升液缸示意圖。
[0025]圖5是液壓動(dòng)力裝置非對(duì)稱配置舉升液缸示意圖。
[0026]圖6是接有單向閥和溢流閥的蓄能器。
[0027]圖7是液壓動(dòng)力裝置單側(cè)配置舉升液缸示意圖。
[0028]圖8是雙軸伸電動(dòng)機(jī)通過多軸伸變速箱驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)/泵示意圖。
[0029]圖9是圖8裝置中用一臺(tái)蓄能器替換一臺(tái)舉升液缸的示意圖。
[0030]圖10是圖8裝置中一臺(tái)多軸伸變速箱的一個(gè)輸出軸為空載的情況示意圖。
[0031]圖11是有多臺(tái)變速箱串聯(lián)安裝的液壓動(dòng)力裝置的示意圖。
[0032]圖12是液缸裝直串聯(lián)連接不意圖。
[0033]附圖中，為了區(qū)分說明兩臺(tái)相同的裝置，使用a、b表示，如3a、3b都是指液壓馬達(dá)
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【具體實(shí)施方式】
[0034]先解釋兩臺(tái)裝置:
[0035]①雙軸伸電動(dòng)機(jī):是指電動(dòng)機(jī)的兩端同時(shí)有輸出軸，本申請(qǐng)文件中稱為雙軸伸電動(dòng)機(jī)。
[0036]②液壓馬達(dá)/泵:
[0037]根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，第4卷》，聞邦椿主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2010年4月第5版第二次印刷，第22-80頁，液壓泵包括柱塞泵、螺桿泵、齒輪泵、葉片泵，第22-177頁，液壓馬達(dá)包括:柱塞馬達(dá)、螺桿馬達(dá)、齒輪馬達(dá)和葉片馬達(dá)等。一般地，這類液壓裝置是單用的，或作為液壓泵，或作為液壓馬達(dá)。從這類液壓裝置的機(jī)械原理與結(jié)構(gòu)可以看出，這類液壓機(jī)械是既可以作為液壓泵也可以作為液壓馬達(dá)來使用的，本發(fā)明中，就是把這種液壓裝置作為具有馬達(dá)和泵兩種功能的液壓機(jī)械，比如柱塞式、螺桿式、齒輪式、葉片式等，當(dāng)它處于泵狀態(tài)，將吸入的低壓液壓油加壓后泵出；當(dāng)它處于馬達(dá)狀態(tài)，高壓液壓油驅(qū)動(dòng)它的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)其它機(jī)械。本發(fā)明中所指液壓馬達(dá)/泵包括定排量和變排量?jī)深?，附圖中僅以變排量液壓馬達(dá)/泵表示。這類既可以作為液壓泵也可以作為液壓馬達(dá)來使用的液壓機(jī)械裝置目前市場(chǎng)就有產(chǎn)品，例如上海電氣液壓氣動(dòng)有限公司液壓泵廠生產(chǎn)的A2F系列泵/馬達(dá)為斜軸式定量柱塞泵/馬達(dá)、北京華德偉業(yè)液壓技術(shù)有限公司生產(chǎn)的A6VG斜軸式軸向柱塞變量馬達(dá)。
[0038]在本申請(qǐng)文件中關(guān)于液壓馬達(dá)/泵的“進(jìn)液口”與“出液口”的描述說明:液壓馬達(dá)/泵的液壓管路連接口有兩個(gè)，當(dāng)它處于泵狀態(tài)時(shí)，一個(gè)連接口進(jìn)液，另一個(gè)連接口出液；當(dāng)它處于馬達(dá)狀態(tài)時(shí)，上述泵狀態(tài)時(shí)的進(jìn)液口變?yōu)槌鲆嚎冢鲜霰脿顟B(tài)時(shí)的出液口變?yōu)檫M(jìn)液口。為了敘述方便，在本申請(qǐng)文件中，把液壓馬達(dá)/泵與供液系統(tǒng)的連接口描述為“進(jìn)液口 ”，把與舉升液缸或蓄能器的連接口描述為“出液口 ”。
[0039]參見圖1液壓動(dòng)力裝置基本構(gòu)成示意圖。液壓動(dòng)力裝置，雙軸伸電動(dòng)機(jī)I兩端各自連接一臺(tái)液壓馬達(dá)/泵3，液壓馬達(dá)/泵3的出液口各自連接舉升液缸5，兩臺(tái)液壓馬達(dá)/泵3的進(jìn)液口并聯(lián)在一起。
[0040]雙軸伸電動(dòng)機(jī)I通過聯(lián)軸器2連接液壓馬達(dá)/泵3，實(shí)際上機(jī)械及液壓傳動(dòng)各傳動(dòng)軸之間的聯(lián)接一般都是通過聯(lián)軸器聯(lián)接的，這種連接方式在下面的敘述中不再重復(fù)。液壓系統(tǒng)的液路是通過油管連接的，如液壓馬達(dá)/泵3的出液口通過油管15連接舉升液缸5，在液壓系統(tǒng)的連接管路上還根據(jù)需要安裝一些閥門如閥門16，這種連接方式在下面的敘述中也不再重復(fù)。舉升液缸5安裝在油井上用來提升抽油桿，舉升液缸5包括液缸套10和活塞11，活塞11把液缸分為上下兩個(gè)液壓腔，為了舉升抽油桿，液壓馬達(dá)/泵3當(dāng)然是與舉升液缸5的下邊液壓腔相連，這種連接方式下面的敘述中也不再重復(fù)。
[0041]當(dāng)雙軸伸電動(dòng)機(jī)I兩側(cè)的配置完全對(duì)稱時(shí)，上述系統(tǒng)就可以運(yùn)行了。但為了解決運(yùn)行過程中液壓油損耗的補(bǔ)充問題以及系統(tǒng)液壓油的冷卻問題，設(shè)計(jì)了供液系統(tǒng)，參見圖2含有供液系統(tǒng)的液壓動(dòng)力裝置基本構(gòu)成示意圖。雙軸伸電動(dòng)機(jī)I兩端各自連接一臺(tái)液壓馬達(dá)/泵3，液壓馬達(dá)/泵3的出液口各自連接舉升液缸5，兩臺(tái)液壓馬達(dá)/泵3的進(jìn)液口并聯(lián)在一起。所述液壓馬達(dá)/泵3的進(jìn)液口與供液系統(tǒng)相連，所述供液系統(tǒng)包括液壓泵17、溢流閥19、冷卻器20和油箱18，液壓泵17入口連接油箱18，液壓泵17出口連接溢流閥19入口，在液壓泵17出口和溢流閥19入口之間連接液壓馬達(dá)/泵3的進(jìn)液口。為了解決系統(tǒng)運(yùn)行過程中的散熱問題，溢流閥19出口和液壓泵17入口之間連接冷卻器20，冷卻器20當(dāng)然可以安裝在溢流閥19入口和液壓泵17出口之間，也就是說，冷卻器20安裝在供液系統(tǒng)油管回路中，這種安裝方式下面的敘述中不再重復(fù)。
[0042]如果系統(tǒng)初始安裝中已充入了液壓油，其散熱問題也在其它管路中解決了，上述的供液系統(tǒng)也可以不安裝。也就是說，在下述的各實(shí)施例中，供液系統(tǒng)可以安裝，也可以不安裝。但下述的各實(shí)施例都以安裝了供液系統(tǒng)來描述。
[0043]參見圖3含有供液系統(tǒng)和蓄能器的液壓動(dòng)力裝置基本構(gòu)成示意圖。雙軸伸電動(dòng)機(jī)
I兩端各自連接一臺(tái)液壓馬達(dá)/泵3，液壓馬達(dá)/泵3的出液口各自連接舉升液缸5，兩臺(tái)液壓馬達(dá)/泵3的進(jìn)液口并聯(lián)在一起。所述液壓馬達(dá)/泵3的進(jìn)液口與供液系統(tǒng)相連，所述供液系統(tǒng)包括液壓泵17、溢流閥19、冷卻器20和油箱18，液壓泵17入口連接油箱18，液壓泵17出口連接溢流閥19入口，在液壓泵17出口和溢流閥19入口之間連接液壓馬達(dá)/泵3的進(jìn)液口，冷卻器20安裝在供液系統(tǒng)油管回路中。在實(shí)際運(yùn)行過程中，舉升液缸5安裝在油井上，各個(gè)舉升液缸5所承擔(dān)的抽油桿載荷有時(shí)不會(huì)完全相同，為了解決裝置在運(yùn)行中雙軸伸電動(dòng)機(jī)I兩側(cè)的載荷的不平衡問題，在載荷較小的一側(cè)，例如圖3中左側(cè)舉升液缸5a連接蓄能器4。
[0044]參見圖4液壓動(dòng)力裝置對(duì)稱配置多臺(tái)舉升液缸示意圖。在圖3所示的裝置基礎(chǔ)上，為減少設(shè)備數(shù)量和投資，用少的設(shè)備驅(qū)動(dòng)更多油井采油，設(shè)計(jì)了圖4所示的對(duì)稱配置多臺(tái)舉升液缸。舉升液缸5的數(shù)量是關(guān)于雙軸伸電動(dòng)機(jī)I對(duì)稱安裝，各邊的舉升液缸5的數(shù)量是I臺(tái)以上。除了舉升液缸5的數(shù)量的不同外，其它構(gòu)成與圖3所示的裝置完全相同。當(dāng)雙軸伸電動(dòng)機(jī)I兩側(cè)的載荷不平衡時(shí)，在載荷較小的一側(cè)連接蓄能器4。
[0045]—般地,如圖4中所不,在雙軸伸電動(dòng)機(jī)I 一側(cè)的各臺(tái)舉升液缸5之間,如果有蓄能器也包括蓄能器4，是并聯(lián)連接安裝。當(dāng)然，如果必要，各臺(tái)舉升液缸5之間，如果有蓄能器也包括蓄能器4，也可以是串聯(lián)連接安裝，如圖12所示，也就是舉升液缸5的下液壓腔設(shè)計(jì)為兩個(gè)油管連接口，液壓馬達(dá)/泵3連接一臺(tái)舉升液缸5，各臺(tái)舉升液缸5之間再通過油管連接口相互串接在一起。各臺(tái)舉升液缸(如果有蓄能器也包括蓄能器)之間的連接方式在后邊的敘述中不再重復(fù)。
[0046]如圖3所示，舉升液缸5包括液缸套10和活塞11，活塞11把液缸套10分為上下兩個(gè)腔；蓄能器也包括缸套31和隔離活塞32，隔離活塞32把缸套31分為上下兩個(gè)腔；因此，可以把舉升液缸和蓄能器統(tǒng)稱為液缸裝置，也就是說，在本申請(qǐng)文件中，所述的液缸裝置可以是舉升液缸，也可以是蓄能器，也可以是舉升液缸連接蓄能器。
[0047]參見圖5液壓動(dòng)力裝置非對(duì)稱配置舉升液缸示意圖。一個(gè)井場(chǎng)的油井?dāng)?shù)量有時(shí)為奇數(shù)，不能滿足圖4所示的對(duì)稱配置多臺(tái)舉升液缸的安裝要求，為了解決這一問題，設(shè)計(jì)了圖5所示的非對(duì)稱配置多臺(tái)舉升液缸。由于關(guān)于雙伸軸電動(dòng)機(jī)兩側(cè)的載荷不平衡，蓄能器安裝在載荷較小的一側(cè)。除了舉升液缸的數(shù)量不對(duì)稱和必須在載荷較小的一側(cè)安裝蓄能器夕卜，其它構(gòu)成與圖4所示的裝置完全相同。其實(shí)，在圖4所示的裝置中，當(dāng)其中一口井或幾口井出現(xiàn)故障停止生產(chǎn)時(shí)，就出現(xiàn)了舉升液缸的數(shù)量不對(duì)稱的問題，這時(shí)的圖4所示裝置與圖5所示裝置就完全相同了。
[0048]舉升液缸內(nèi)的液壓力取決于液缸所連接的井下載荷，當(dāng)舉升液缸進(jìn)入上行程時(shí)，舉升液缸所連接的抽油桿載荷主要包括抽油桿自重和抽油泵柱塞所受到的液壓力；當(dāng)舉升液缸進(jìn)入下行程時(shí)，舉升液缸所連接的抽油桿載荷主要是抽油桿自重。在圖3、圖4和圖5中，左側(cè)的舉升液缸和蓄能器直接連接，這樣在左側(cè)舉升液缸處于上行程時(shí)蓄能器內(nèi)的壓力高，而在左側(cè)舉升液缸處于下行程時(shí)蓄能器內(nèi)的壓力低，這就存在兩個(gè)問題，一是在左側(cè)舉升液缸從上行程轉(zhuǎn)為下行程初始，由于蓄能器內(nèi)的壓力高于舉升液缸內(nèi)抽油桿重量所產(chǎn)生的壓力，下行程初始抽油桿載荷就不能下行，這樣會(huì)延長(zhǎng)下行程的時(shí)間；二是右側(cè)的舉升液缸進(jìn)入上行程初始，抽油桿載荷由自重變?yōu)樽灾丶由铣橛捅弥艿降囊簤毫?，載荷大幅增加，由于抽油桿較長(zhǎng)，其彈性伸長(zhǎng)量就較長(zhǎng)，因此其載荷增加有一個(gè)過程，初始最小，然后逐漸增加到最大值，如果左側(cè)的蓄能器內(nèi)的壓力從最高壓力釋放，這對(duì)減小電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)功率不利。為了解決這一問題，設(shè)計(jì)了接有壓力控制裝置的蓄能器，參見圖6，在連接蓄能器的油管路上串聯(lián)連接壓力控制裝置，所述的壓力控制裝置包括單向閥61和減壓閥62，單向閥61的出口和減壓閥62的入口并聯(lián)，單向閥61的入口和減壓閥62的出口并聯(lián)，其中單向閥61的出口和減壓閥62的入口并聯(lián)共同連接蓄能器4入口。蓄能器連接管路上安裝了壓力控制裝置后，通過減壓閥減壓，使蓄能器的排出壓力與同側(cè)的舉升液缸內(nèi)下行程時(shí)的壓力接近，就不會(huì)妨礙抽油桿的初始下行，同時(shí)也降低了蓄能器初始的排出壓力，延長(zhǎng)了蓄能器的做功時(shí)間，有利于減小電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)功率。
[0049]參見圖7液壓動(dòng)力裝置單側(cè)配置舉升液缸示意圖。液壓動(dòng)力裝置的雙軸伸電動(dòng)機(jī)I兩端各自連接一臺(tái)液壓馬達(dá)/泵3，其中液壓馬達(dá)/泵3a的出液口連接一臺(tái)或多臺(tái)舉升液缸5，另一臺(tái)液壓馬達(dá)/泵3b的出液口連接蓄能器4，兩臺(tái)液壓馬達(dá)/泵的進(jìn)液口并聯(lián)在一起。與前述同樣的原因，兩臺(tái)液壓馬達(dá)/泵的進(jìn)液口并聯(lián)在一起還可以與供液系統(tǒng)相連，所述供液系統(tǒng)包括用油管連接的液壓泵17、溢流閥19、冷卻器20和油箱18，液壓泵17入口連接油箱18，液壓泵17出口連接溢流閥19入口，在液壓泵17出口和溢流閥19入口之間連接兩臺(tái)液壓馬達(dá)/泵的進(jìn)液口 ；冷卻器20安裝在供液系統(tǒng)油管回路中。在連接蓄能器的油管路上還可以串聯(lián)連接圖6所示的壓力控制裝置。
[0050]參見圖8雙軸伸電動(dòng)機(jī)通過多軸伸變速箱驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)/泵示意圖。液壓動(dòng)力裝置的雙軸伸電動(dòng)機(jī)I兩端各自連接一臺(tái)多軸伸變速箱81，多軸伸變速箱81可以是三軸伸變速箱或四軸伸變速箱，多軸伸變速箱81的輸出軸各自連接一臺(tái)液壓馬達(dá)/泵3 ;各臺(tái)液壓馬達(dá)/泵3的進(jìn)液口并聯(lián)在一起；液壓馬達(dá)/泵3的出液口各自連接一臺(tái)舉升液缸5。與前述同樣的原因，兩臺(tái)液壓馬達(dá)/泵的進(jìn)液口并聯(lián)在一起還可以與供液系統(tǒng)相連，所述供液系統(tǒng)包括用油管連接的液壓泵17、溢流閥19、冷卻器20和油箱18，液壓泵17入口連接油箱18，液壓泵17出口連接溢流閥19入口，在液壓泵17出口和溢流閥19入口之間連接液壓馬達(dá)/泵的進(jìn)液口 ；冷卻器20安裝在供液系統(tǒng)油管回路中。
[0051]參見圖9，圖9是圖8裝置中用一臺(tái)蓄能器替換一臺(tái)舉升液缸的示意圖。當(dāng)井場(chǎng)油井?dāng)?shù)量是奇數(shù)，或圖8中的一臺(tái)舉升液缸所安裝的油井故障停產(chǎn)，或雙軸伸電動(dòng)機(jī)兩側(cè)的載荷不平衡時(shí)，把圖8中的一臺(tái)舉升液缸替換為蓄能器4，使雙軸伸電動(dòng)機(jī)兩側(cè)的載荷盡量平衡。當(dāng)然，在連接蓄能器的油管路上還可以串聯(lián)連接圖6所示的壓力控制裝置。
[0052]參見圖10，圖10是圖8裝置中一臺(tái)多軸伸變速箱的一個(gè)輸出軸為空載的情況示意圖。當(dāng)井場(chǎng)油井?dāng)?shù)量是奇數(shù)，圖8所示裝置雙軸伸電動(dòng)機(jī)兩側(cè)的舉升液缸數(shù)量可以不對(duì)稱安裝，如果此時(shí)雙軸伸電動(dòng)機(jī)兩側(cè)的載荷基本平衡時(shí)，一臺(tái)變速箱的一個(gè)或兩個(gè)輸出軸可以為空載。
[0053]參見圖11有多臺(tái)變速箱串聯(lián)安裝的液壓動(dòng)力裝置的示意圖。液壓動(dòng)力裝置的雙軸伸電動(dòng)機(jī)I兩端各自連接串聯(lián)安裝的二臺(tái)以上多軸伸變速箱81，多軸伸變速箱可以是三軸伸變速箱或四軸伸變速箱，如圖中所示多軸伸變速箱81是四軸伸變速箱，多軸伸變速箱81a的輸出軸與多軸伸變速箱81b的輸入軸相聯(lián)接，這種聯(lián)接方式在文件中稱為多軸伸變速箱的串聯(lián)安裝；根據(jù)井場(chǎng)油井的數(shù)量和載荷情況，多軸伸變速箱81的輸出軸各自連接:或是一臺(tái)液壓馬達(dá)/泵3，或是空載；液壓馬達(dá)/泵3的進(jìn)液口并聯(lián)在一起；液壓馬達(dá)/泵3的出液口各自連接:或是一臺(tái)舉升液缸5，或是一臺(tái)蓄能器4。與前述同樣的原因，液壓馬達(dá)/泵3的進(jìn)液口并聯(lián)在一起還可以與供液系統(tǒng)相連，所述供液系統(tǒng)包括用油管連接的液壓泵17、溢流閥19、冷卻器20和油箱18，液壓泵17入口連接油箱18，液壓泵17出口連接溢流閥19入口，在液壓泵17出口和溢流閥19入口之間連接液壓馬達(dá)/泵3的進(jìn)液口 ；冷卻器20安裝在供液系統(tǒng)油管回路中。在連接蓄能器的油管路上還可以串聯(lián)連接圖6所示的壓力控制裝置。
[0054]液壓動(dòng)力裝置的工作原理是:
[0055]參見圖3，舉升液缸5安裝在井口上，舉升液缸5是一種單作用液缸，舉升液缸5的活塞11與抽油桿相連接。再做一個(gè)假定:液壓馬達(dá)/泵3正轉(zhuǎn)時(shí)是泵狀態(tài)，反轉(zhuǎn)時(shí)是馬達(dá)狀態(tài)。
[0056]從使用性能來看，雙軸伸電動(dòng)機(jī)I采用開關(guān)磁阻雙軸伸換向電動(dòng)機(jī)較好。雙軸伸電動(dòng)機(jī)I用控制裝置控制，當(dāng)舉升液缸5到達(dá)上死點(diǎn)或下死點(diǎn)時(shí)，控制裝置控制雙軸伸電動(dòng)機(jī)I進(jìn)行正反轉(zhuǎn)換向。為了圖示清楚，控制裝置在本說明書的附圖中未畫出，本說明書中所述的雙軸伸電動(dòng)機(jī)包括了其控制裝置。
[0057]以舉升液缸5a的活塞開始上沖程為例，正常生產(chǎn)時(shí)，雙軸伸電動(dòng)機(jī)I正轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)/泵3a正轉(zhuǎn)，液壓馬達(dá)/泵3a是泵狀態(tài)，它從管路中吸入油并增壓泵入舉升液缸5a中，推動(dòng)舉升液缸5a的活塞上行；同時(shí)，液壓馬達(dá)/泵3b反轉(zhuǎn)，液壓馬達(dá)/泵3b此時(shí)是馬達(dá)狀態(tài)，舉升液缸5b的活塞受抽油桿拉動(dòng)下行，抽油桿下沖程的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為舉升液缸5b中液壓油的壓能，高壓液壓油驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)/泵3b反轉(zhuǎn)輸出軸功率，這樣液壓馬達(dá)/泵3b和雙軸伸電動(dòng)機(jī)I 一起驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)/泵3a，右側(cè)油井抽油桿的下行勢(shì)能就轉(zhuǎn)化為了左側(cè)油井抽油的能量。前面的敘述是從能量轉(zhuǎn)換的角度進(jìn)行的，下面再講一下油路中液壓油的流動(dòng)。舉升液缸5b中液壓油驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)/泵3b后，從高壓變成低壓，沿油路流到液壓馬達(dá)/泵3a的入口，經(jīng)液壓馬達(dá)/泵3a加壓后泵入舉升液缸5a。
[0058]當(dāng)舉升液缸5a到達(dá)上死點(diǎn)時(shí)，雙軸伸電動(dòng)機(jī)I變?yōu)榉崔D(zhuǎn)，此時(shí)，舉升液缸5a的活塞變?yōu)橄滦校e升液缸5b的活塞變?yōu)樯闲?，液壓馬達(dá)/泵3a從泵狀態(tài)變?yōu)轳R達(dá)狀態(tài)，而液壓馬達(dá)/泵3b從馬達(dá)狀態(tài)變?yōu)楸脿顟B(tài)，能量轉(zhuǎn)換方式、液壓油的流動(dòng)與前一狀態(tài)完全反過來。
[0059]當(dāng)雙軸伸電動(dòng)機(jī)兩側(cè)的載荷不平衡時(shí)，需要安裝蓄能器，比如當(dāng)左側(cè)油井的舉升功較右側(cè)小時(shí)，多余的能量就儲(chǔ)存在蓄能器4中。
[0060]供液系統(tǒng)的作用是:1、補(bǔ)充系統(tǒng)的液壓油損耗；2、在半閉式回路中用冷油替換一部分熱油實(shí)現(xiàn)液壓油的降溫。
[0061]上述說明中，液壓動(dòng)力裝置被用做抽油機(jī)。當(dāng)在一座建筑物中安裝了多套液壓電梯裝置時(shí)，本發(fā)明的液壓動(dòng)力裝置還可用于驅(qū)動(dòng)多套液壓電梯裝置。類似地，本發(fā)明的液壓動(dòng)力裝置可以用在這樣的場(chǎng)合或裝置:二臺(tái)以上裝置上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，一臺(tái)以上裝置下行的勢(shì)能可以并且需要轉(zhuǎn)化為另一臺(tái)以上裝置上行的能量?；谏鲜稣f明，一種驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)以上上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的方法，使用上述的液壓動(dòng)力裝置來驅(qū)動(dòng)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置。
[0062]基于上述說明，本發(fā)明的液壓動(dòng)力裝置提供了一種勢(shì)能轉(zhuǎn)化方法:使用一臺(tái)雙軸伸電動(dòng)機(jī)，雙軸伸電動(dòng)機(jī)兩端各自驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)/泵，所述液壓馬達(dá)/泵驅(qū)動(dòng)舉升液缸，舉升液缸與載荷連接；雙軸伸電動(dòng)機(jī)在控制裝置的控制下能夠自動(dòng)正反轉(zhuǎn)，雙軸伸電動(dòng)機(jī)兩端的液壓馬達(dá)/泵總是同時(shí)分別處于不同的狀態(tài):或是泵狀態(tài)或是馬達(dá)狀態(tài)；雙軸伸電動(dòng)機(jī)兩側(cè)的舉升液缸總是同時(shí)分別處于不同的狀態(tài):或是上行程狀態(tài)或是下行程狀態(tài)；處于下行程狀態(tài)的舉升液缸把它所連接的載荷的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為液壓能驅(qū)動(dòng)處于馬達(dá)狀態(tài)的液壓馬達(dá)/泵，處于馬達(dá)狀態(tài)的液壓馬達(dá)/泵和雙軸伸電動(dòng)機(jī)一起驅(qū)動(dòng)處于泵狀態(tài)的液壓馬達(dá)/泵來驅(qū)動(dòng)舉升液缸提升載荷，這樣下行載荷的勢(shì)能就轉(zhuǎn)化為上行載荷的勢(shì)能。
[0063]基于上述說明，本發(fā)明的液壓動(dòng)力裝置的操作方法，其步驟包括:
[0064]①安裝液壓動(dòng)力裝置；
[0065]②各舉升液缸分別和載荷連接，并使雙軸伸電動(dòng)機(jī)一側(cè)的舉升液缸的活塞處于上死點(diǎn)，另一側(cè)的舉升液缸的活塞處于下死點(diǎn)；
[0066]③接通電源；
[0067]④啟動(dòng)供液系統(tǒng)的液壓泵(本步驟僅適用于有供液系統(tǒng)的液壓動(dòng)力裝置)；
[0068]⑤調(diào)整雙軸伸電動(dòng)機(jī)的控制裝置，使雙軸伸電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)旋轉(zhuǎn)方向滿足:與活塞處于上死點(diǎn)的舉升液缸相連的液壓馬達(dá)/泵處于馬達(dá)狀態(tài)；
[0069]⑥啟動(dòng)雙軸伸電動(dòng)機(jī)。
[0070]本文所述的實(shí)施例僅僅為典型實(shí)施例，但不僅限于這些實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不偏離本發(fā)明的精神和啟示下做出修改。本文所公開的方案可能存在很多變更、組合和修改，且都在本發(fā)明的范圍內(nèi)，因此，保護(hù)范圍不僅限于上文的說明，而是根據(jù)權(quán)利要求來定義，保護(hù)范圍包括權(quán)利要求的標(biāo)的的所有等價(jià)物。
【權(quán)利要求】
1.液壓動(dòng)力裝置，包括雙軸伸電動(dòng)機(jī)(I)、液壓馬達(dá)/泵(3)和舉升液缸(5)，其特征在于，所述雙軸伸電動(dòng)機(jī)(I)兩端各自連接一臺(tái)多軸伸變速箱(81 )，多軸伸變速箱(81)的輸出軸各自連接:或是一臺(tái)液壓馬達(dá)/泵(3)，或是空載；液壓馬達(dá)/泵(3)的進(jìn)液口并聯(lián)在一起；液壓馬達(dá)/泵(3)的出液口各自連接:或是一臺(tái)舉升液缸(5)，或是一臺(tái)蓄能器(4);所述雙軸伸電動(dòng)機(jī)(I)兩端的液壓馬達(dá)/泵(3)總是處于不同的狀態(tài):一端是馬達(dá)狀態(tài)，另一端是泵狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓動(dòng)力裝置，其特征在于，液壓馬達(dá)/泵(3)的進(jìn)液口并聯(lián)在一起并與供液系統(tǒng)相連，所述供液系統(tǒng)包括用油管連接的液壓泵(17)、溢流閥(19)、冷卻器(20)和油箱(18)，液壓泵(17)入口連接油箱(18)，液壓泵(17)出口連接溢流閥(19)入口，在液壓泵(17)出口溢流閥(19)入口之間連接液壓馬達(dá)/泵(3)的進(jìn)液口 ；冷卻器(20)安裝在供液系統(tǒng)油管回路中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液壓動(dòng)力裝置，其特征在于，在連接蓄能器(4)的油管路上串聯(lián)連接壓力控制裝置，所述的壓力控制裝置包括單向閥(61)和減壓閥(62)，單向閥(61)的出口和減壓閥(62)的入口并聯(lián)，單向閥(61)的入口和減壓閥(62)的出口并聯(lián)，其中單向閥(61)的出口和減壓閥(62)的入口并聯(lián)共同連接蓄能器(4)入口。
4.液壓動(dòng)力裝置，包括雙軸伸電動(dòng)機(jī)(I)、液壓馬達(dá)/泵(3)和舉升液缸(5)，其特征在于，所述雙軸伸電動(dòng)機(jī)(I)兩端各自連接串聯(lián)安裝的二臺(tái)以上多軸伸變速箱(81)，多軸伸變速箱(81)的輸出軸各自連接:或是一臺(tái)液壓馬達(dá)/泵(3)，或是空載；液壓馬達(dá)/泵(3)的進(jìn)液口并聯(lián)在一起；液壓馬達(dá)/泵(3)的出液口各自連接:或是一臺(tái)舉升液缸(5)，或是一臺(tái)蓄能器(4);所述雙軸伸電動(dòng)機(jī)兩端的液壓馬達(dá)/泵總是處于不同的狀態(tài):一端是馬達(dá)狀態(tài)，另一端是泵狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的液壓動(dòng)力裝置，其特征在于，液壓馬達(dá)/泵(3)的進(jìn)液口并聯(lián)在一起并與供液系統(tǒng)相連，所述供液系統(tǒng)包括用油管連接的液壓泵(17)、溢流閥(19)、冷卻器(20)和油箱(18)，液壓泵(17)入口連接油箱(18)，液壓泵(17)出口連接溢流閥(19)入口，在液壓泵(17)出口和溢流閥(19)入口之間連接液壓馬達(dá)/泵(3)的進(jìn)液口 ；冷卻器(20)安裝在供液系統(tǒng)油管回路中。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的液壓動(dòng)力裝置，其特征在于，在連接蓄能器(4)的油管路上串聯(lián)連接壓力控制裝置，所述的壓力控制裝置包括單向閥(61)和減壓閥(62)，單向閥(61)的出口和減壓閥(62)的入口并聯(lián)，單向閥(61)的入口和減壓閥(62)的出口并聯(lián)，其中單向閥(61)的出口和減壓閥(62)的入口并聯(lián)共同連接蓄能器(4)入口。
【文檔編號(hào)】E21B43/00GK203939795SQ201420267070
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】劉常福, 徐文慶, 張雷, 汪云家, 楊斌, 馬珍福, 賀啟強(qiáng), 劉丙生, 肖姝, 杭發(fā)琴 申請(qǐng)人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司采油工藝研究院