[其他]单作用水力活塞泵新型平衡式结构

说明书

本发明属于液压传动的从石油井中抽汲石油的往复式无杆抽油泵的改进。

现有水力活塞泵在技术上较先进，应用较多的是长冲程双作用水力活塞泵。例如美国科贝公司（KOBE）的E型泵，专利号为3849030（74年）；国内沈阳航空学院等单位联合发明的阀组式水力活塞泵，都属于这一类泵。它们虽然具有冲程长、排量大等优点，但由于液马达活塞与泵端活塞的作用面积之比都小于1，使动力液操作压力较高，泵的扬程受到限制。因此，在用于低液面深井抽油时有困难。

除长冲程双作用泵外，还有用于低液面深井抽油的单作用水力活塞泵。例如国产SHBφ43×φ32型泵和SHBφ43×φ43Ⅱ型泵（见1977年6月石油化学工业出版社出版的《采油技术手册》第232～245页）。这种泵的缺点是：冲程短，上下行程不平衡。

本发明是要克服现有单作用高扬程水力活塞泵的缺点，弥补长冲程双作用水力活塞泵的不足，为低液面深井抽油提供一种长冲程平衡式单作用水力活塞泵。

本发明是在活塞杆始终受拉伸载荷的长冲程双作用水力活塞泵的基础上改进而成的。其结构如附图1所示：泵有两个活塞〔1〕和〔7〕，由活塞杆〔3〕连接、换向阀机构〔4〕在两活塞中间。两个活塞中，有一个活塞（上活塞或下活塞）的直径小于另一活塞。泵只有一组吸入阀〔10〕和排出阀〔11〕，设在直径较大的活塞这一端。直径较小的活塞如在上液缸内，吸入压力始终作用于小活塞的上端；如小活塞在下液缸内，吸入压力始终作用于小活塞的下端。

本发明的工作原理：设上活塞〔1〕的直径比下活塞〔7〕的直径小。当活塞下行时，如附图1所示，高压动力液经流道〔5〕及换向阀〔4〕进入下液缸〔8〕的上腔〔16〕，动力液压力为P₁。作用于下活塞〔7〕的上端〔15〕。而上液缸〔2〕的下腔〔18〕内的乏动力液，经换向阀〔4〕及孔〔6〕排出，乏动力液压力为P₂，作用于上活塞〔1〕的下端〔19〕。此时，泵的吸入阀〔10〕关闭，排出阀〔11〕开启。下液缸〔8〕的下腔〔9〕内的油层产液，经排出阀〔11〕排出，其压力为P₃，作用于下活塞〔7〕的下端〔14〕。同时，地层产液经流道〔13〕进入上液缸〔2〕的上腔〔21〕，其压力为吸入压力P₄，作用于上活塞〔1〕的上端〔20〕。

当活塞上行时，如附图2所示、高压动力液经流道〔5〕及换向阀〔4〕进入上液缸〔2〕的下腔〔18〕，动力液压力为P₁，作用于上活塞〔1〕的下端〔19〕，而下液缸上腔〔16〕内的乏动力液，经换向阀〔4〕及孔〔6〕排出，其压力为P₂，作用于下活塞〔7〕的上端〔15〕。此时，泵的排出阀〔11〕关闭，吸入阀〔10〕开启。油层产液经流道〔13〕和吸入阀〔10〕进入下液缸〔8〕的下腔〔9〕。上液缸〔2〕的上腔〔21〕在下行程时进入的油层产液也同时经流道〔22〕及吸入阀〔10〕进入下液缸〔8〕的下腔〔9〕。

为使泵在上、下行程时的负载平衡和动力液操作压力平衡，须确定合适的上、下活塞直径，使其保持一定的比例关系。其实现平衡的条件由下式确定：

(F₄-F₁)/(F₂) ＝ (F₁)/(F₃) 或 (F₃)/(F₂) ＝ (F₄+F₂)/(F₃)

式中：F₁－－图1中小直径活塞〔1〕的截面积。

F₂－－图1中小直径活塞〔1〕的截面积F₁与活塞杆〔3〕的截面积a之差。

F₄－－图1中大直径活塞〔7〕的截面积。

F₃－－图1中大直径活塞〔7〕的截面积F₄与活塞杆〔3〕的截面积a之差。

当近似满足上述平衡条件时，该泵的上、下行程的负载和动力液操作压力将达到近似地平衡。

本发明与已有技术相比，所具有的优点：

1.与其它类型的两活塞单作用高扬程水力活塞泵相比：

（1）.实现了上、下行程的负载和动力液操作压力的平衡，显著地改善了泵的运转性能。

（2）.泵在运转时，上、下行程都做功，提高了泵的效率，可节约能源消耗。

（3）.泵的容积效率高，并在相同的活塞直径条件下，能获得较大的泵排量，从而可增加油井产量。