双缸单作用液压注水泵方案设计
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在国外,液压驱动往复泵的应用越来越广泛,并 且有功率越来越大的发展趋势。但在我国,石油矿 场用液压往复泵尚处在研制阶段,有关技术资料十 分缺乏,其中关键技术是换向控制和大功率液压能 的转换。本文介绍的双缸单作用注水泵是一种理想 的油田用泵,具有结构简单、换向准确可靠、可增压 等特点。
1 液压驱动双缸单作用注水泵的结构组 成‘蚓
I匀加速运动,tj—t;以口’做匀速运动,t:一t:缸I作 匀减速运动。图3中,t,为缸正行程中匀加速段的 时间;£。为缸正行程中匀速段的时间;岛为缸正行程 中匀减速段的时间;t。为缸返回所用的时间;ti为缸 逆行程中匀加速段的时间;t;为缸逆行程中匀加段 的时间;tj为缸逆行程中匀减速段的时间。
缸I
3.1排量曲线 双缸单作用液压泵每两缸交替工作,在换向过
程中,当一个缸开始减速时另一个缸开始排液,当 一个缸停止排液时另一个缸达到最大排量(冲程中 段的排量),两缸交替工作时的瞬时排量叠加起来正 好等于冲程中段一个缸的排量。由两缸组成的一个 单元泵的排量曲线为一条平直线(如图2所示),不 存在曲柄连杆机构驱动往复泵排量曲线的严重不均 度。整个泵可由几个单元泵组成,其排量由几个单 元泵排量相加,结果亦为一条平直线。
结构,液压缸的有杆端和无杆端都开有缓冲槽。有杆端缓冲槽除减缓液压冲击外,还利用其产生的
高压驱动液动换向阀换向;液压油在换向阀换向时通过液控单向阀的反向开启作用进入下一元件;
由小流量齿轮泵、单向阀、蓄能器和溢流阀组成自动补给回路,可避免在吸入工作介质中活塞上行
不到死点。该液压泵换向控制系统排量均匀、平稳可靠,可实现准确换向,大大改善了注水泵的工
万方数据
石油矿场机械
2008年3月
4.3缸筒计算
由设计压力、功率可知Q=Np。=--兀4 DZz X口,解得 Dz,再由液压缸输出推力与工作缸介质反作用平衡 得到关系式
P-×百u2-X r/,=p2×詈Dl
(1)
式中,D·2√等;Dz为工作缸(液缸)内径;Dt为液
压缸内径;P。为液压缸内液压油压力;P。为工作缸 介质的压力;讯为液压缸总效率。
研一17fII咖珈
(2)
式中,轴为机械效率,在额定压力下可取枷=0.94; 巩为容积效率,通常当活塞密封为弹性材料时啦= 1;啪为作用力效率,由排出El背压所产生的反向作
用力造成,当排ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ直接回油箱时啪=1。
计算得礅=0.94X1X1—0.94。 4.4无杆端缓冲计算睁9]
高压注水泵是往复泵产品中使用工况很苛刻的
油田设备。目前,我国使用的注水泵多为机械式曲 柄连杆传动的往复式注水泵,由于曲柄连杆机构有 3个回转摩擦副,容易造成摩擦副不良润滑,易损 坏;动力传递的特点决定了其传递效率低、体积大、 部件磨损快、维修困难等缺点;采用普通V带传动, 效率较低;冲程短,泵速高,增加了泵阀和密封件等 易损件的机械磨损,缩短了使用寿命。因此,迫切需
sion;commutation control
注水是油田开发中普遍采用的一种行之有效的 保持地层压力、提高采油速度和采收率的重要措施, 是实现原油稳产高产不可缺少的设备。油田注水系 统的耗电量巨大,注水效率一直是油田效益分析中 普遍关注的问题之一,国内各大油田的注水系统普 遍存在效率低、能耗高、能源浪费严重等问题。
2液压泵系统工作原理邸1
当液动换向阀处于右位时,从柱塞泵来的压力 油经油路进入液压缸2的上腔,推动活塞向下移动, 将泵缸2下腔的工作介质排出到工作介质管线。液 压缸2下腔的油液被排出到液压缸1的下腔,推动 液压缸1向上运动,同时由于液压缸与泵缸采用的 是2个活塞杆的刚性连接,所以,泵缸1也被迫向上 移动,实现吸入工作介质液体的操作。液压缸1向
17一溢流阀2;18一单向阀2;19一电动机2; 20一定量泵;21一滤油器2;22一泵缸2;
23一吸液管线;24一排液管线;25一地层压力 图1 液压驱动双缸单作用注水泵液压系统原理 当泵缸2的活塞下移到接近终点时,液压缸2 下面的凸台开始进入缸下端的凹孔内,将凹孔内的 油液经内置液控单向阀排出,然后经过单向节流阀 1中的单向阀进入换向阀阀芯左端空间,推动阀芯 向右移动。于是从柱塞泵来的油液进入液压缸1的 上腔,推动液压缸1活塞向下移动,通过活塞杆的作 用使得泵缸1也向下移动,进行排液作用,液压缸1 下腔的油经排出阀排出进入液压缸2的下腔,推动 其向上移动,同时泵缸2的活塞也被迫向上移动,进 行吸入工作介质液体的工作。液压缸2的活塞向上 运动,推动上腔的油液流回油箱。这样,系统便完成 了一个循环,并开始下一个循环,液压缸和泵缸如此 交替往复、自动循环,从而不断吸入和排出,使泵不 断地工作。 液动换向阀两端的单向节流调速阀1、2的作用 是控制和调节换向阀阀芯的移动速度,从而控制调 节活塞的换向时间和换向速度。蓄能器1、2的作用 是通过缸的油压储能并在换向过程中使阀芯越过换 向死点并移动到位,从而使阀口反向开启并达到足 够的开度,在非换向阶段使阀芯保持原位不动。这 样使换向可靠并减小阀口的阻力损失。因为换向阀
上运动,推动其上腔的油液流回油箱。
1一泵缸1;2一联结器;3一液压缸1;4一蓄能器1; 5一滤油器1;6一恒功率变量泵;7一电动机I;
8一单向阀1;9一溢流阀I;10一单向节流调速阀I; 11一单向节流阀调速阀2;12一三位四通液控换向阀; 13一油箱;14一蓄能器2;15一液压缸2;16一蓄能器3;
万方数据
第37卷第3期
吴 冰,等:双缸单作用液压注水泵方案设计
芯的移动首先靠高压控制油来推动,高压控制油来 自液压缸活塞下端的凸台下移进入缸下端的凹孑L并 排出凹孔中的油液。在换向过程中,原排液泵缸活 塞减速下移,最后停止。此时,液压缸下端的圆柱凸 台不再向控制油路排出高压控制油,若没有蓄能器 1和2,换向阀芯就不会再移动,回油阀口此时还没 有打开,进油阀口的开度还不够大,结果可能使泵停 止工作。
Abstract:Based on injection pressure for an injection behavior and incorporated hydraulics knowl- edge,a special commutation system was worked out.The hydraulic cylinder adopt a sort of spe— cial construction,both of its rod end and rodless end were notched as a dashpot.The dashpot on rod end not only buffers the hydrodynamic shock,but also generates high pressure to drive eom- mutation valve to commute.The hydraulic oil enters the next component via the reverse unlock action of pilot—controlled check valve.The auto—compensation loop,which consists of gear pump, check valve,accumulator and overflow valve,assures that the piston could reach the dead point when sucking actuating medium.The pump features for its uniform displacement,smooth and re— liability.The precise commutation is realized to improve its working performance. Key words:inj ection pump;hydraulic injection pump;duplex single-acting;hydraulic transmis—
×。 乞×气 \ 一
.U U一
图3活塞运动速度曲线
4主要零部件结构和计算
4.1液压缸的结构(如图4)
寄杆端缓冲柱塞
厶d&±№
。油口
纩_x…X飞排?
‘k√乞屯U《\—一/吸激穗j
图4液压缸结构示意 4.2二位四通液动换向阀结枸(如图5)
图2液压注水泵排量曲线
3.2运动速度曲线 如图3所示,双缸单作用液压泵每两缸交替工
2008年第37卷 第3期第49页
石油矿场机械 OIL FIELD EQUIPMENT
文章编号:1001—3482(2008)03—0049—04
2008,37(3):49~52
双缸单作用液压注水泵方案设计
吴冰,梁政,王德玉,叶哲伟,段会竹
(西南石油大学机电工程学院,成都610500)
摘要:根据油田注水工况并结合液压系统知识,设计了一种独特的换向系统。液压缸采用一种特殊
作性能。
关键词:注水泵;液压注水泵;双缸单作用;液压传动;换向控制
中图分类号:TE934.102
文献标识码:A
Project Design on Duplex Single-acting Hydraulic Injection Pump WU Bing,LIANG Zheng,WANG De—yu。YE Zhe-wei,DUAN H ui—zhu (College of Mechanical and Electronic Engineering,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500 China)
作。在换向过程中,t:一t。时段,当缸I开始匀减速 时,缸II开始匀加速;当缸I速度减为零时,缸II速 度达到最大值u。。。t。一t。时段,缸II以最大速度 匀速运动,而缸I在此时段又可分为3段:t。一t;缸
1一阀杆;2一控制腔;3一锁定螺母;4一螺纹; 5一径向孔;6一钢球式单向阀;7~椎阀式截流器 图5带阻尼调节器的二位四通液动换向阁结构
收稿日期:2007-09-03’ 基金项目:省部共建教育部“石油天然气装备重点实验室”资助项目(2006STS02) 作者简介;吴冰(1982一),男,黑龙江牡丹江人,硕士研究生,主要从事液压注水泵的研究,E-mail:wubingOll@163.corn。
万方数据
石油矿场机械
2008年3月
要开发一种高压、大流量、结构简单、高效节能、寿命 长、排量可调、易于维护和操作的新型液压注水泵。 液压驱动往复泵主要结构特点是采用液压缸驱动泵 工作,易于实现长冲程、低冲次,可以大大改善往复 泵工作性能。而且液压传动具有体积小、质量轻、寿 命长、无冲击、惯性小,易于实现无级变速、自动控制 和过载保护等许多优点。
液压驱动双缸单作用注水泵的结构组成如图1 所示。图中实线表示主油路,虚线表示控制油路。 小流量泵和蓄能器3组成自动补给回路。换向阀两 端的单项节流阀控制换向时间。蓄能器1、2充当辅 助动力源,辅助液压缸完成返回行程。液压缸采用 一种特殊结构,液压缸的有杆端和无杆端都开有缓 冲槽。有杆端缓冲槽除减缓液压冲击外,还利用其 产生的高压驱动液动换向阀换向。换向阀换向时通 过液控单向阀的反向开启作用进入下一元件。
采用内置液控单向阀,使得换向过程可靠,并在 达到其反向开启压力的条件下,控制油经过另一液 压缸的内置液控单向阀进入下一元件作用。小流量 齿轮泵、单向阀2、蓄能器3和溢流阀2组成自动补 给回路,可以避免在吸人工作介质中活塞上行不到 死点,溢流阀2限制液压缸下腔油液的最高压力。
3双缸单作用液压泵的理想性能口]
随着液压技术的迅猛发展,利用液压油缸实现 自动换向直接驱动泵的往复运动的方法已成为众多 研究人员所关注、讨论、实施的方案[1]。解决泵的液 压驱动和控制时液压压力波动大、流体对液压活塞 杆的磨损、合理的冲程长度与缸径比等问题已有许 多文章进行了分析和介绍[2]。液压往复泵虽然结构 简单,但要求换向及时、平稳、可靠、使用寿命长。因 此,液压往复泵系统自动换向机构的性能好坏直接 影响液压泵的使用性能[3]。
1 液压驱动双缸单作用注水泵的结构组 成‘蚓
I匀加速运动,tj—t;以口’做匀速运动,t:一t:缸I作 匀减速运动。图3中,t,为缸正行程中匀加速段的 时间;£。为缸正行程中匀速段的时间;岛为缸正行程 中匀减速段的时间;t。为缸返回所用的时间;ti为缸 逆行程中匀加速段的时间;t;为缸逆行程中匀加段 的时间;tj为缸逆行程中匀减速段的时间。
缸I
3.1排量曲线 双缸单作用液压泵每两缸交替工作,在换向过
程中,当一个缸开始减速时另一个缸开始排液,当 一个缸停止排液时另一个缸达到最大排量(冲程中 段的排量),两缸交替工作时的瞬时排量叠加起来正 好等于冲程中段一个缸的排量。由两缸组成的一个 单元泵的排量曲线为一条平直线(如图2所示),不 存在曲柄连杆机构驱动往复泵排量曲线的严重不均 度。整个泵可由几个单元泵组成,其排量由几个单 元泵排量相加,结果亦为一条平直线。
结构,液压缸的有杆端和无杆端都开有缓冲槽。有杆端缓冲槽除减缓液压冲击外,还利用其产生的
高压驱动液动换向阀换向;液压油在换向阀换向时通过液控单向阀的反向开启作用进入下一元件;
由小流量齿轮泵、单向阀、蓄能器和溢流阀组成自动补给回路,可避免在吸入工作介质中活塞上行
不到死点。该液压泵换向控制系统排量均匀、平稳可靠,可实现准确换向,大大改善了注水泵的工
万方数据
石油矿场机械
2008年3月
4.3缸筒计算
由设计压力、功率可知Q=Np。=--兀4 DZz X口,解得 Dz,再由液压缸输出推力与工作缸介质反作用平衡 得到关系式
P-×百u2-X r/,=p2×詈Dl
(1)
式中,D·2√等;Dz为工作缸(液缸)内径;Dt为液
压缸内径;P。为液压缸内液压油压力;P。为工作缸 介质的压力;讯为液压缸总效率。
研一17fII咖珈
(2)
式中,轴为机械效率,在额定压力下可取枷=0.94; 巩为容积效率,通常当活塞密封为弹性材料时啦= 1;啪为作用力效率,由排出El背压所产生的反向作
用力造成,当排ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ直接回油箱时啪=1。
计算得礅=0.94X1X1—0.94。 4.4无杆端缓冲计算睁9]
高压注水泵是往复泵产品中使用工况很苛刻的
油田设备。目前,我国使用的注水泵多为机械式曲 柄连杆传动的往复式注水泵,由于曲柄连杆机构有 3个回转摩擦副,容易造成摩擦副不良润滑,易损 坏;动力传递的特点决定了其传递效率低、体积大、 部件磨损快、维修困难等缺点;采用普通V带传动, 效率较低;冲程短,泵速高,增加了泵阀和密封件等 易损件的机械磨损,缩短了使用寿命。因此,迫切需
sion;commutation control
注水是油田开发中普遍采用的一种行之有效的 保持地层压力、提高采油速度和采收率的重要措施, 是实现原油稳产高产不可缺少的设备。油田注水系 统的耗电量巨大,注水效率一直是油田效益分析中 普遍关注的问题之一,国内各大油田的注水系统普 遍存在效率低、能耗高、能源浪费严重等问题。
2液压泵系统工作原理邸1
当液动换向阀处于右位时,从柱塞泵来的压力 油经油路进入液压缸2的上腔,推动活塞向下移动, 将泵缸2下腔的工作介质排出到工作介质管线。液 压缸2下腔的油液被排出到液压缸1的下腔,推动 液压缸1向上运动,同时由于液压缸与泵缸采用的 是2个活塞杆的刚性连接,所以,泵缸1也被迫向上 移动,实现吸入工作介质液体的操作。液压缸1向
17一溢流阀2;18一单向阀2;19一电动机2; 20一定量泵;21一滤油器2;22一泵缸2;
23一吸液管线;24一排液管线;25一地层压力 图1 液压驱动双缸单作用注水泵液压系统原理 当泵缸2的活塞下移到接近终点时,液压缸2 下面的凸台开始进入缸下端的凹孔内,将凹孔内的 油液经内置液控单向阀排出,然后经过单向节流阀 1中的单向阀进入换向阀阀芯左端空间,推动阀芯 向右移动。于是从柱塞泵来的油液进入液压缸1的 上腔,推动液压缸1活塞向下移动,通过活塞杆的作 用使得泵缸1也向下移动,进行排液作用,液压缸1 下腔的油经排出阀排出进入液压缸2的下腔,推动 其向上移动,同时泵缸2的活塞也被迫向上移动,进 行吸入工作介质液体的工作。液压缸2的活塞向上 运动,推动上腔的油液流回油箱。这样,系统便完成 了一个循环,并开始下一个循环,液压缸和泵缸如此 交替往复、自动循环,从而不断吸入和排出,使泵不 断地工作。 液动换向阀两端的单向节流调速阀1、2的作用 是控制和调节换向阀阀芯的移动速度,从而控制调 节活塞的换向时间和换向速度。蓄能器1、2的作用 是通过缸的油压储能并在换向过程中使阀芯越过换 向死点并移动到位,从而使阀口反向开启并达到足 够的开度,在非换向阶段使阀芯保持原位不动。这 样使换向可靠并减小阀口的阻力损失。因为换向阀
上运动,推动其上腔的油液流回油箱。
1一泵缸1;2一联结器;3一液压缸1;4一蓄能器1; 5一滤油器1;6一恒功率变量泵;7一电动机I;
8一单向阀1;9一溢流阀I;10一单向节流调速阀I; 11一单向节流阀调速阀2;12一三位四通液控换向阀; 13一油箱;14一蓄能器2;15一液压缸2;16一蓄能器3;
万方数据
第37卷第3期
吴 冰,等:双缸单作用液压注水泵方案设计
芯的移动首先靠高压控制油来推动,高压控制油来 自液压缸活塞下端的凸台下移进入缸下端的凹孑L并 排出凹孔中的油液。在换向过程中,原排液泵缸活 塞减速下移,最后停止。此时,液压缸下端的圆柱凸 台不再向控制油路排出高压控制油,若没有蓄能器 1和2,换向阀芯就不会再移动,回油阀口此时还没 有打开,进油阀口的开度还不够大,结果可能使泵停 止工作。
Abstract:Based on injection pressure for an injection behavior and incorporated hydraulics knowl- edge,a special commutation system was worked out.The hydraulic cylinder adopt a sort of spe— cial construction,both of its rod end and rodless end were notched as a dashpot.The dashpot on rod end not only buffers the hydrodynamic shock,but also generates high pressure to drive eom- mutation valve to commute.The hydraulic oil enters the next component via the reverse unlock action of pilot—controlled check valve.The auto—compensation loop,which consists of gear pump, check valve,accumulator and overflow valve,assures that the piston could reach the dead point when sucking actuating medium.The pump features for its uniform displacement,smooth and re— liability.The precise commutation is realized to improve its working performance. Key words:inj ection pump;hydraulic injection pump;duplex single-acting;hydraulic transmis—
×。 乞×气 \ 一
.U U一
图3活塞运动速度曲线
4主要零部件结构和计算
4.1液压缸的结构(如图4)
寄杆端缓冲柱塞
厶d&±№
。油口
纩_x…X飞排?
‘k√乞屯U《\—一/吸激穗j
图4液压缸结构示意 4.2二位四通液动换向阀结枸(如图5)
图2液压注水泵排量曲线
3.2运动速度曲线 如图3所示,双缸单作用液压泵每两缸交替工
2008年第37卷 第3期第49页
石油矿场机械 OIL FIELD EQUIPMENT
文章编号:1001—3482(2008)03—0049—04
2008,37(3):49~52
双缸单作用液压注水泵方案设计
吴冰,梁政,王德玉,叶哲伟,段会竹
(西南石油大学机电工程学院,成都610500)
摘要:根据油田注水工况并结合液压系统知识,设计了一种独特的换向系统。液压缸采用一种特殊
作性能。
关键词:注水泵;液压注水泵;双缸单作用;液压传动;换向控制
中图分类号:TE934.102
文献标识码:A
Project Design on Duplex Single-acting Hydraulic Injection Pump WU Bing,LIANG Zheng,WANG De—yu。YE Zhe-wei,DUAN H ui—zhu (College of Mechanical and Electronic Engineering,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500 China)
作。在换向过程中,t:一t。时段,当缸I开始匀减速 时,缸II开始匀加速;当缸I速度减为零时,缸II速 度达到最大值u。。。t。一t。时段,缸II以最大速度 匀速运动,而缸I在此时段又可分为3段:t。一t;缸
1一阀杆;2一控制腔;3一锁定螺母;4一螺纹; 5一径向孔;6一钢球式单向阀;7~椎阀式截流器 图5带阻尼调节器的二位四通液动换向阁结构
收稿日期:2007-09-03’ 基金项目:省部共建教育部“石油天然气装备重点实验室”资助项目(2006STS02) 作者简介;吴冰(1982一),男,黑龙江牡丹江人,硕士研究生,主要从事液压注水泵的研究,E-mail:wubingOll@163.corn。
万方数据
石油矿场机械
2008年3月
要开发一种高压、大流量、结构简单、高效节能、寿命 长、排量可调、易于维护和操作的新型液压注水泵。 液压驱动往复泵主要结构特点是采用液压缸驱动泵 工作,易于实现长冲程、低冲次,可以大大改善往复 泵工作性能。而且液压传动具有体积小、质量轻、寿 命长、无冲击、惯性小,易于实现无级变速、自动控制 和过载保护等许多优点。
液压驱动双缸单作用注水泵的结构组成如图1 所示。图中实线表示主油路,虚线表示控制油路。 小流量泵和蓄能器3组成自动补给回路。换向阀两 端的单项节流阀控制换向时间。蓄能器1、2充当辅 助动力源,辅助液压缸完成返回行程。液压缸采用 一种特殊结构,液压缸的有杆端和无杆端都开有缓 冲槽。有杆端缓冲槽除减缓液压冲击外,还利用其 产生的高压驱动液动换向阀换向。换向阀换向时通 过液控单向阀的反向开启作用进入下一元件。
采用内置液控单向阀,使得换向过程可靠,并在 达到其反向开启压力的条件下,控制油经过另一液 压缸的内置液控单向阀进入下一元件作用。小流量 齿轮泵、单向阀2、蓄能器3和溢流阀2组成自动补 给回路,可以避免在吸人工作介质中活塞上行不到 死点,溢流阀2限制液压缸下腔油液的最高压力。
3双缸单作用液压泵的理想性能口]
随着液压技术的迅猛发展,利用液压油缸实现 自动换向直接驱动泵的往复运动的方法已成为众多 研究人员所关注、讨论、实施的方案[1]。解决泵的液 压驱动和控制时液压压力波动大、流体对液压活塞 杆的磨损、合理的冲程长度与缸径比等问题已有许 多文章进行了分析和介绍[2]。液压往复泵虽然结构 简单,但要求换向及时、平稳、可靠、使用寿命长。因 此,液压往复泵系统自动换向机构的性能好坏直接 影响液压泵的使用性能[3]。