液压驱动多缸单作用增压泵组的制作方法
专利名称：液压驱动多缸单作用增压泵组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型的液压驱动多缸单作用增压泵组，它是属于对机械增压泵的泵组结构和液压控制系统进行合理改进。它主要是由多缸单作用增压泵组和液压控制系统构成，并通过对增压泵组的合理、优化的液控，来实现提高往复泵泵压的目的。
目前、石油工业现场所用的钻井泵、注水泵几十年来都是沿用曲柄连秆式驱动传动方案。随着钻井工艺的发展，现代钻井泵的功率越来越大、压力越来越高。我国已达1300～1600马力，35MPa，实际持续泵压只能用到18～20MPa，国外已接近2000马力，35～40MPa，实际持续泵压只能用到25MPa。这样，泵的曲柄连秆传动机构就越来越笨重。目前，一台钻井泵的重量已达20～30吨。特别是由于这种传动方案的冲程不能设计太长(一般为305mm左右)。为增加排量而采用较高冲次(120～180冲/分)，由于曲柄连秆机构在换向瞬间固有的高运动加速度，在高压力下则导致泵的工作性能大大恶化，泵的排出阀、吸入阀在高压高速下剧烈敲击，寿命很短(只有几十个小时)，活塞和缸套也加剧磨损，泵头又也因剧烈的液压冲击而疲劳破坏。所以，整泵的上液效率低、容积效率差。多年来，科技工作者虽对泵的易损件的寿命进行了大量的实验和研究，但始终没有解决其根本问题。而该问题在生产使用中已成为较为突出的矛盾，尤其是当前钻井工艺要求钻井泵压还要继续提高，从而使的该问题变得越来越突出。
本发明的目的就在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种既可提高泵压，又可简化机构和重量的液压驱动多缸单作用增压泵组。它对泵的传动方式进行了根本的变革。它主要是由多缸单作用泵组和液压控制系统组成，其主要的技术特点是多缸单作用泵组受控于液压控制系统，该系统可使多缸单作用泵组的分组泵的运动相位角成180°，并可连续交替往复运动。从而可大大地提高泵压，并可延长易损件的工作寿命。
附
图1即为本发明的液压控制系统的原理示意图。
附图2即为本发明的多缸单作用增压泵组的结构示意图。
附图的图面说明如下1---主换向阀2---主换向导阀3---开停阀 4---定差减阀5---控制油泵6---溢滤阀7---蓄能器18---动力油缸组9---补油泵 10---卸荷阀 11---蓄能器2 12---热交换器13---主供能泵 14---主溢流阀为了更好地实现本发明的上述目的，本发明的设计者将多缸单作用泵组设计成是由两组分别反向运动的往复泵组成，其每组往复泵由同步块固定其活塞杆，并使其往复运动；而其液压控制系统则是由主换向控制回路、油缸回程油路及热交换补油回路组成；在液压控制系统中，主换向回路是由主换向阀(1)、主换向先导阀(2)、开停阀(3)、定差减压阀(4)、主溢流阀(14)及控油泵(5)组成；其油缸回程油路是由蓄能器(7)和溢流阀(6)组成；其补油回路是由补油泵(9)、蓄能器(11)组成；这三个回路是通过如附图二所示的线路连接(这是唯一可以清楚表示各回路彼此连接的方法)，然后再与多缸单作用泵组相连接。
下面将结合附图和实施例来详叙本发明原理和结构特点在实际设计和制造中，本发明的发明者是将液压控制系统和增压泵组通过如附图一所示的连接方式进行连接。系统运行中，根据整泵排量大小的需要将泵组设计成一个机组(双缸单作用泵组)、二个机组(四缸单作用泵组)或三个机组(六缸单作用泵组)，分别通过两个同步块将整泵机组分成两个运动相位差为180°的单作用泵组〔A组和B组〕；然后，再按附图一所示的线路连接方式将多缸单作用增压泵组与液压控制系统向连接。对于本发明的液压控制系统，其工作原理是这样㈠.在主换向控制回路中，为适应大流量，主换向阀采用的是集成插装阀，其功能相当两个四通阀，先导控制阀是采用了两个，实际上又是两组油缸的行程阀。工作中，通过油缸活塞秆伸出的撞铁在油缸行程前死点轮流先导控制阀而使之换向，从而实现主换向控制阀的实时换向。开停阀设置在主换向控制回路中，当它将压力油路和回油路连通，整个换向回路卸荷，则油缸停止运动；当二者断开，油缸活塞启动工作，开停阀是靠人工手动控制。控制油泵的作用是为了使主换向控制阀(插装阀)缩短换向时间，插装阀的控制油压要比工作油压高些(其值是可调的)，这个较高的油压则是由控制油泵提供的，为维持控制油压和工作油压的定差值，可用定差减压阀连通控制油路和工作油路(压差值是可调的)，控制油泵的多余流量还可进入工作油路补充主泵流量的不足，溢流阀(14)则是主工作油路的限压安全阀。㈡.在油缸回程油路中，油缸回程是靠前进油缸组的活塞杆腔的油液流入回程泵组的活塞杆腔，将回程泵组顶回，为了保证回程压力，则在回程油路中按入一个由蓄能器(7)和溢流阀(6)组成的“液体弹簧”。㈢.在热交换补油回路中，蓄能器(11)的作用是保证长期维持热交换器内0.7～1MPa的压力，补油泵是为蓄能器供油，当蓄能器压力达1MPa时，卸荷阀自动卸荷，当压力低于0.7MPa时，卸荷阀自动关闭又恢复补油泵的供能升压，从而形成补油泵的自动间歇供能。
通过上述液压控制系统与多缸单作用泵组的连接，液压系统可连续控制两组单作用动力油缸在运动相位差为180°的条件下连续往复换向工作。为了提高系统工作的稳定性，防止污物、空气等侵入回路，系统的供能采用背压式回路，所以采用带背压的热交换器强制冷却系统(压力油箱)，为了给热交换奇保压，还设置了热交换器的定压补油回路。这样，就从根本上解决了现有技术中的各项弊端。本发明的液压系统在控制上还具有以下两大功能①.主换向回路提前启动功能--为了保证两组动力油缸换向瞬间排量均匀，不出现输出压力波谷，要求一组油缸活塞前行近换向死点时，另一组油缸活塞提前前行启动，以使两组油缸在换向瞬间有一个短的重叠前行，该功能可通过活塞杆撞铁的位置了实现；②.回程活塞的超速功能--为了改善整泵上液(吸入)的效果、减少吸入阀的冲击、延长其寿命，要求回程活塞在工作缸活塞(前行)换向前提前一个短时间的回到后死点，等待前行启动，要求回程活塞有此工作行程(前行)更高些的回程速度，该功能可通过调节“液体弹簧”来得到更高的压力来实现。
由于本发明采用的是液压驱动多缸单作用增压泵组，而其驱动机构简单、工作可靠，制造成本低，非常有利于进一步提高泵压的档次。由于该系统可安装大冲程(600mm)，低冲此(30～50冲/分)，所以可大大延长泵液力端易损件(排出阀、吸入阀、活塞和缸套等)的工作寿命，而且液压泵活塞运动速度均匀、换向瞬间加速度小，又是近于柔性动作(限压)，使得上液效率高、容积效率好，大大减少了泵缸内液压冲击减少，从而又使得整泵工作平稳，进一步改善易损件的工作条件，减少了泵缸疲劳损坏。
权利要求
1.液压驱动多缸单作用增压泵组，它是由多缸单作用泵组和液压控制系统组成，其特征在于多缸单作用泵组受控于液压控制系统，该系统可使多缸单作用泵组的分组泵的运动相位角成180°，并可连续交替往复运动。
2.根据权利要求1所述的液压驱动多缸单作用增压泵组，其特征在于多缸单作用泵组是由两组分别反向运动的往复泵组成，其每组往复泵由同步块固定其活塞杆，并使其往复运动。
3.根据权利要求1所述的液压驱动多缸单作用增压泵组，其特征在于液压控制系统是由主换向控制回路、油缸回程油路及热交换补油回路组成。
4.根据权利要求1所述的液压驱动多缸单作用增压泵组，其特征在于液压控制系统的主换向回路是由主换向阀(1)、主换向先导阀(2)、开停阀(3)、定差减压阀(4)、主溢流阀(14)及控油泵(5)组成；其油缸回程油路是由；其补油回路是由补油泵(9)、蓄能器(11)组成。
5.根据权利要求1所述的液压驱动多缸单作用增压泵组，其特征在于该三个回路是通过如附图一所示的线路连接(这是唯一可以清楚表示各回路彼此连接的方法)，然后再与多缸单作用泵组相连接。
全文摘要
一种新型的液压驱动多缸单作用增压泵组，它主要是多缸单作用增压泵组和液压控制系统构成，并通过对增压泵组的合理、优化的液控，来实现提高往复泵泵压的目的。它可安装大冲程(600mm)，低冲次(30～50冲/分)，所以可延长泵液力端易损件的工作寿命，并可大大地提高泵压。
文档编号F04B9/10GK1115360SQ9411068
公开日1996年1月24日 申请日期1994年7月20日 优先权日1994年7月20日
发明者赵怀文, 岳伯谦, 郭公喜, 高学仕, 张作龙, 房军 申请人:石油大学(华东)
技术领域：
本发明涉及一种新型的液压驱动多缸单作用增压泵组，它是属于对机械增压泵的泵组结构和液压控制系统进行合理改进。它主要是由多缸单作用增压泵组和液压控制系统构成，并通过对增压泵组的合理、优化的液控，来实现提高往复泵泵压的目的。
目前、石油工业现场所用的钻井泵、注水泵几十年来都是沿用曲柄连秆式驱动传动方案。随着钻井工艺的发展，现代钻井泵的功率越来越大、压力越来越高。我国已达1300～1600马力，35MPa，实际持续泵压只能用到18～20MPa，国外已接近2000马力，35～40MPa，实际持续泵压只能用到25MPa。这样，泵的曲柄连秆传动机构就越来越笨重。目前，一台钻井泵的重量已达20～30吨。特别是由于这种传动方案的冲程不能设计太长(一般为305mm左右)。为增加排量而采用较高冲次(120～180冲/分)，由于曲柄连秆机构在换向瞬间固有的高运动加速度，在高压力下则导致泵的工作性能大大恶化，泵的排出阀、吸入阀在高压高速下剧烈敲击，寿命很短(只有几十个小时)，活塞和缸套也加剧磨损，泵头又也因剧烈的液压冲击而疲劳破坏。所以，整泵的上液效率低、容积效率差。多年来，科技工作者虽对泵的易损件的寿命进行了大量的实验和研究，但始终没有解决其根本问题。而该问题在生产使用中已成为较为突出的矛盾，尤其是当前钻井工艺要求钻井泵压还要继续提高，从而使的该问题变得越来越突出。
本发明的目的就在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种既可提高泵压，又可简化机构和重量的液压驱动多缸单作用增压泵组。它对泵的传动方式进行了根本的变革。它主要是由多缸单作用泵组和液压控制系统组成，其主要的技术特点是多缸单作用泵组受控于液压控制系统，该系统可使多缸单作用泵组的分组泵的运动相位角成180°，并可连续交替往复运动。从而可大大地提高泵压，并可延长易损件的工作寿命。
附
图1即为本发明的液压控制系统的原理示意图。
附图2即为本发明的多缸单作用增压泵组的结构示意图。
附图的图面说明如下1---主换向阀2---主换向导阀3---开停阀 4---定差减阀5---控制油泵6---溢滤阀7---蓄能器18---动力油缸组9---补油泵 10---卸荷阀 11---蓄能器2 12---热交换器13---主供能泵 14---主溢流阀为了更好地实现本发明的上述目的，本发明的设计者将多缸单作用泵组设计成是由两组分别反向运动的往复泵组成，其每组往复泵由同步块固定其活塞杆，并使其往复运动；而其液压控制系统则是由主换向控制回路、油缸回程油路及热交换补油回路组成；在液压控制系统中，主换向回路是由主换向阀(1)、主换向先导阀(2)、开停阀(3)、定差减压阀(4)、主溢流阀(14)及控油泵(5)组成；其油缸回程油路是由蓄能器(7)和溢流阀(6)组成；其补油回路是由补油泵(9)、蓄能器(11)组成；这三个回路是通过如附图二所示的线路连接(这是唯一可以清楚表示各回路彼此连接的方法)，然后再与多缸单作用泵组相连接。
下面将结合附图和实施例来详叙本发明原理和结构特点在实际设计和制造中，本发明的发明者是将液压控制系统和增压泵组通过如附图一所示的连接方式进行连接。系统运行中，根据整泵排量大小的需要将泵组设计成一个机组(双缸单作用泵组)、二个机组(四缸单作用泵组)或三个机组(六缸单作用泵组)，分别通过两个同步块将整泵机组分成两个运动相位差为180°的单作用泵组〔A组和B组〕；然后，再按附图一所示的线路连接方式将多缸单作用增压泵组与液压控制系统向连接。对于本发明的液压控制系统，其工作原理是这样㈠.在主换向控制回路中，为适应大流量，主换向阀采用的是集成插装阀，其功能相当两个四通阀，先导控制阀是采用了两个，实际上又是两组油缸的行程阀。工作中，通过油缸活塞秆伸出的撞铁在油缸行程前死点轮流先导控制阀而使之换向，从而实现主换向控制阀的实时换向。开停阀设置在主换向控制回路中，当它将压力油路和回油路连通，整个换向回路卸荷，则油缸停止运动；当二者断开，油缸活塞启动工作，开停阀是靠人工手动控制。控制油泵的作用是为了使主换向控制阀(插装阀)缩短换向时间，插装阀的控制油压要比工作油压高些(其值是可调的)，这个较高的油压则是由控制油泵提供的，为维持控制油压和工作油压的定差值，可用定差减压阀连通控制油路和工作油路(压差值是可调的)，控制油泵的多余流量还可进入工作油路补充主泵流量的不足，溢流阀(14)则是主工作油路的限压安全阀。㈡.在油缸回程油路中，油缸回程是靠前进油缸组的活塞杆腔的油液流入回程泵组的活塞杆腔，将回程泵组顶回，为了保证回程压力，则在回程油路中按入一个由蓄能器(7)和溢流阀(6)组成的“液体弹簧”。㈢.在热交换补油回路中，蓄能器(11)的作用是保证长期维持热交换器内0.7～1MPa的压力，补油泵是为蓄能器供油，当蓄能器压力达1MPa时，卸荷阀自动卸荷，当压力低于0.7MPa时，卸荷阀自动关闭又恢复补油泵的供能升压，从而形成补油泵的自动间歇供能。
通过上述液压控制系统与多缸单作用泵组的连接，液压系统可连续控制两组单作用动力油缸在运动相位差为180°的条件下连续往复换向工作。为了提高系统工作的稳定性，防止污物、空气等侵入回路，系统的供能采用背压式回路，所以采用带背压的热交换器强制冷却系统(压力油箱)，为了给热交换奇保压，还设置了热交换器的定压补油回路。这样，就从根本上解决了现有技术中的各项弊端。本发明的液压系统在控制上还具有以下两大功能①.主换向回路提前启动功能--为了保证两组动力油缸换向瞬间排量均匀，不出现输出压力波谷，要求一组油缸活塞前行近换向死点时，另一组油缸活塞提前前行启动，以使两组油缸在换向瞬间有一个短的重叠前行，该功能可通过活塞杆撞铁的位置了实现；②.回程活塞的超速功能--为了改善整泵上液(吸入)的效果、减少吸入阀的冲击、延长其寿命，要求回程活塞在工作缸活塞(前行)换向前提前一个短时间的回到后死点，等待前行启动，要求回程活塞有此工作行程(前行)更高些的回程速度，该功能可通过调节“液体弹簧”来得到更高的压力来实现。
由于本发明采用的是液压驱动多缸单作用增压泵组，而其驱动机构简单、工作可靠，制造成本低，非常有利于进一步提高泵压的档次。由于该系统可安装大冲程(600mm)，低冲此(30～50冲/分)，所以可大大延长泵液力端易损件(排出阀、吸入阀、活塞和缸套等)的工作寿命，而且液压泵活塞运动速度均匀、换向瞬间加速度小，又是近于柔性动作(限压)，使得上液效率高、容积效率好，大大减少了泵缸内液压冲击减少，从而又使得整泵工作平稳，进一步改善易损件的工作条件，减少了泵缸疲劳损坏。
权利要求
1.液压驱动多缸单作用增压泵组，它是由多缸单作用泵组和液压控制系统组成，其特征在于多缸单作用泵组受控于液压控制系统，该系统可使多缸单作用泵组的分组泵的运动相位角成180°，并可连续交替往复运动。
2.根据权利要求1所述的液压驱动多缸单作用增压泵组，其特征在于多缸单作用泵组是由两组分别反向运动的往复泵组成，其每组往复泵由同步块固定其活塞杆，并使其往复运动。
3.根据权利要求1所述的液压驱动多缸单作用增压泵组，其特征在于液压控制系统是由主换向控制回路、油缸回程油路及热交换补油回路组成。
4.根据权利要求1所述的液压驱动多缸单作用增压泵组，其特征在于液压控制系统的主换向回路是由主换向阀(1)、主换向先导阀(2)、开停阀(3)、定差减压阀(4)、主溢流阀(14)及控油泵(5)组成；其油缸回程油路是由；其补油回路是由补油泵(9)、蓄能器(11)组成。
5.根据权利要求1所述的液压驱动多缸单作用增压泵组，其特征在于该三个回路是通过如附图一所示的线路连接(这是唯一可以清楚表示各回路彼此连接的方法)，然后再与多缸单作用泵组相连接。
全文摘要
一种新型的液压驱动多缸单作用增压泵组，它主要是多缸单作用增压泵组和液压控制系统构成，并通过对增压泵组的合理、优化的液控，来实现提高往复泵泵压的目的。它可安装大冲程(600mm)，低冲次(30～50冲/分)，所以可延长泵液力端易损件的工作寿命，并可大大地提高泵压。
文档编号F04B9/10GK1115360SQ9411068
公开日1996年1月24日 申请日期1994年7月20日 优先权日1994年7月20日
发明者赵怀文, 岳伯谦, 郭公喜, 高学仕, 张作龙, 房军 申请人:石油大学(华东)
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