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CN108137299B - 具有机电升降系统的泵送机器 - Google Patents

具有机电升降系统的泵送机器 Download PDF

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Abstract

泵送机器(650、750)包括：至少两个管状元件(651、751)，它们包含加压气体并且沿垂直方向平行延伸并且借助于连接元件(652、752)在它们之间互连；及机电升降系统(600、700)，包括：第一缸体(601、701)，第一缸体(601、701)互连至管状元件(651、751)并且包括能够被活塞(601b、701b)压缩的物质；以及螺杆(602、702)，其具有与泵送机器(650、750)的轴线一致的垂直轴线Y。螺杆(602、702)插入在第一缸体(601、701)内以滑动方式连接的第二推力缸体(658、758)内，具有固定至连接元件(602、702)的第一端部(602b、702b)以及第二端部(602a、702a)，第二端部配置成用于在推力缸体(658、758)内滑动并且覆盖包括覆盖活塞(601b、701b)的润滑油和冷却油的腔室(605、705)。

Description

具有机电升降系统的泵送机器
技术领域
本发明涉及一种泵送机器。
尤其，本发明涉及一种具有用于提升负载的机电升降系统类型的泵送机器。
背景技术
众所周知，泵送机器是一种使用机械处理部件(旋转或直线运动)来提升或以其他方式移动或收集流体材料的工作机器。该类型的泵适用于从具有相当深度的钻井中取水。在这种机器的机械部件中通常使用缸体，例如液压缸，以利用由泵供应的用于传递力的流体的压力。这些液压缸或气压缸具有结构简单和经济的优点，通过特殊的压力容器积蓄和再利用能量，但是只有当其应用对操作速度的重复性和低定位精度的要求较低时才是如此。
相反，当应用需要高力控制、速度和定位时，基于使用流体压力的机械缸体需要非常昂贵的单元来生产、控制和分配加压流体。
因此，通常在这些情况下，优选使用电子控制的运动传输系统，其确保对速度和定位的高度控制。
然而，电气系统难以积累能量并且有效地重复使用能量。
在2014年4月14日提交的专利申请ITCZ20140007中提出了对该问题的解决方案，该专利申请被转让给DIMACOSAS，该专利描述了一种机电负载提升系统，该机电负载提升系统包括：缸体，其包括与负载连接的螺杆，该螺杆可垂直移动以下降和上升；电动机，其连接至缸体的一端部；以及装置，其用于将由电动机施加的旋转运动转换成螺杆的平移运动。该缸体还包括填充有可压缩气体的罐和连接至螺杆的一端部的活塞。当螺杆指向罐时，基本上螺杆的平移运动允许活塞将能量传递至罐的气体，以及当指向相反方向时，基本上螺杆的平移运动允许活塞将能量从罐的气体传递至螺杆。此外，如图1所示，其描述了一种地面机器，用于通过泵送杆从底土井人工提升油，泵送杆包括升降系统以及包括两个管状元件，两个管状元件在它们之间垂直延伸并且平行于它们，含有加压气体，在顶部由支架互连以及在底部固定在支撑框架上。管状元件横向地包括滑动和防旋转引导件，机电提升系统的螺杆通过刚性地连接至螺杆的端部的轴件联接至该滑动和防旋转引导件，在螺杆的端部结合有用于在该引导件上滑动的滑动装置，以及滚动装置用于支撑将机器连接至井泵送杆的缆线。
尽管在几个方面是方便的，特别是在能源效率方面，但是由于气体和发动机的负载同时影响电动机螺母和螺杆的事实，该机器具有效率有限的问题。螺母的这种过载将导致过热，因此导致过早老化。
而且，由于螺杆承受全部负载，因此需要限制其长度，因此需要限制其有效行程。由于这些原因，申请人以前的专利申请的机器既不能提升大负荷也不能具有足够长的使用寿命。
发明内容
本发明的范围是提供一种包括机电升降系统类型的泵送机器，与相同申请人的在先专利申请相比，该泵送机器能够对于相同螺杆直径提升重负荷至少两倍，获得与同一申请人的先前专利申请相比，具有至少三倍或更多的更长使用寿命，因此具有超过仍然影响先前参考已知技术描述的机器的限制的特性。
根据本发明，提供了一种如权利要求1所述的泵送机器。
为了更好地理解本发明，现在参考附图仅仅通过非限制性示例的方式描述优选实施例，其中：
附图说明
图1示出了根据现有技术的泵送机器的示意图和特定部分的放大详图；
图2示出了根据本发明的泵送机的第一实施例的上部的第一示意图及其放大详图；
图3示出了根据本发明的泵送机器的第一实施例的上部的第二示意图；
图4示出了根据本发明的泵送机器的第一实施例的上部的顶视图；
图5示出了根据本发明的泵送机器的第一实施例的螺杆的下端部的横截面示意图；
图6示出了根据本发明的泵送机器的第一实施例的截面图；
图7示出了根据本发明的泵送机器的马达的示意图；
图8示出了根据本发明的并入泵送机器的第一实施例的上部中的螺杆的盖系统的示意图；
图9A图9B示出了根据本发明的处于启动配置的泵送机器的第一实施例的前视图和侧视图；
图10A图10B示出了根据本发明的处于最终操作配置的泵送机器的第一实施例的前视图和侧视图；
图11示出了根据本发明的泵送机器的第一实施例的示意性横截面视图，其具有所涉及力的图示。
图12示出了根据本发明的泵送机器的第二实施例的横截面图。
具体实施方式
参考这些附图，尤其图2和图3，示出了根据本发明的泵送机器。更详细地，泵送机器650的第一实施例包括两个管状元件651，它们垂直延伸并且彼此平行，用作压力气体的容器或蓄压器，气体例如氮气或空气和氮气的混合物，通过图中未示出的适当的阀插入。管状元件651在顶部通过连接元件652(例如，支架)彼此互连，以及在底部固定至图4所示的支撑结构(例如，台座)。机器650还包括滚动装置655，滚动装置655例如是适于支撑用于提升负载的缆索的滑轮，滚动装置655附接至在引导件653中滑动的滑动装置657，引导件653在管状元件651的内部并且沿着管状元件651延伸预定长度。
此外，机器650在两个管状元件651之间包括机电升降系统600，该机电升降系统600包括第一缸体601，管状元件651经由连接元件663和柔性软管与第一缸体601互连，柔性软管允许气体通过管状元件651和缸体601之间。这样，缸体601填充有来自管状元件651的可压缩气体，并且包括构造成对气体进行压缩的活塞601b。机电升降系统600还包括螺杆602，螺杆602的端部602a插入第二推力缸体658的内部，第二推力缸体658在螺杆下端以滑动方式连接至第一缸体601的内壁。
有利地，根据本发明，气体负载仅经由推力缸体658传递到机器的滑轮。
插入第一缸体601内部的推力缸体658的下部容纳了腔室605，腔室605收集用于对螺母603b、螺杆602和推力缸体658的内部进行润滑和冷却的润滑和冷却油，尤其是在机器的第一实施例中，推力缸体658包括如图2所示的配置成限制螺杆的自由端部的振动和弯曲的下部支撑件660。此外，推力缸体658包括抽吸管665，其用于抽吸容纳在腔室605中的油，如图2所示，或者抽吸可选地在该腔室外部的油。
如图4所示，螺杆602具有第一端部602b，第一端部602b通过第一锁定元件固定至连接元件652，第一锁定元件例如包括锁定毂661和第一环659b。
此外，如图5所示，根据本发明的一个方面，在缸体601的倒置图像中，螺杆具有第二自由端部602a，如图2所示，该第二自由端部602a借助于第二锁定元件(例如第二环659a)连接至例如由钢制成的支撑件660，该支撑件660在推力缸体658内滑动并且覆盖包括润滑和冷却油的腔室605。
有利地根据本发明，滑动支撑件660允许螺杆602被引导并且能够长时间运行。
有利地根据本发明，进入腔室605能够积聚由图6中所示的泵664吸入的油，从而允许对螺母603b进行润滑和冷却以及对用作螺杆的底部引导件的支撑件660进行润滑。
根据本发明的一个方面，螺杆602是滚珠丝杠，滚柱丝杠，或行星滚柱丝杠，或静压丝杠。
机器600还包括图7中更好地示出的马达603，马达603具有由载架603a支撑的定子，载架603a也用作用于支撑滑轮655的头部，定子固定到滑动装置657，滑动装置657在放置于管状元件651的内壁上的引导件653中滑动。另外，马达603包括螺母603b，螺母603b是循环球和/或滚柱(roller)或静压螺母，螺母603b凸缘连接至马达603的围绕螺杆602旋转的转子，或者可选地成为马达本身的一部分。
有利地根据本发明，在马达603上布置有图中未示出的编码器，以将马达603的位置指示给图中未示出的控制系统。另外，马达603包括图中未示出的额外行程安全传感器和反馈传感器，以对推力缸体658的位置、速度和加速度进行反馈。控制系统被配置为连续地监测泵送机器的性能并且对提升杆的可变负载和各种环境条件作出反应。
有利地根据本发明，配置成对螺母和螺杆进行润滑和冷却的油泵664被放置在头部603a中。油泵664还配置成当存在时润滑推力缸体658和滑动装置660的内部。
通过附图中未示出的热交换器对机器的所有移动部件进行润滑和冷却，以确保效率和功能。
有利地根据本发明，通过作用于蓄压器中的气体压力能够简单调节通过滑轮上的缆索从机器升起的泵送杆(井越深，则杆最长和最重)的重量的气体平衡。
如图8所示，机器650还包括螺杆602的盖系统。更确切地说，螺杆盖系统602包括两个滑动板662以及包括固定板663，两个滑动板662在未在图中示出的内部引导件上滑动并且横向于螺杆602布置，固定板663作为螺杆602的前盖和后盖。
有利地根据本发明，螺杆盖系统602还保护马达603，具有柔性软管的悬件665，润滑泵664和存在的所有传感器。
如图9所示，在使用中，在初始配置中，机器650在机器650的下部具有滑轮655。在该配置中，气体容纳在与第一缸体601连通的管状元件651中并且从这里推动活塞601b和固定在其上的内管658，减轻了借助于马达603要提升的负载。因此，滑轮655被推动以增加了负载减轻的程度，缆索钩到滑轮655上。随后，马达603旋转着驱动负载的螺母603b。然后，马达603执行上升爬升，之后是减速爬升以到达机器650的上部。在图10所示的这个位置中，马达603进行U形转弯以及在负载帮助下引起螺杆602压缩了气体。因此，气体作为用于马达的平衡元件，允许实现节能。
如图11所示，有利地根据本发明，在沿着螺杆602的Y轴(也是机器600的操作轴)的上升运动期间，电动马达603的动作仅通过传递给螺母603b的转矩被传递到与头部605a互连的机器605的滑轮655，螺母603b是循环球和/或滚柱或静压螺母，螺母603b又围绕螺杆602转动，从而将旋转运动转换成沿着Y轴的直线运动。尤其，图11的左图示出了由马达施加的力的分布，右图示出了由气体施加的力的分布。这样，显然不是所有发动机和气体的力的动作都传递到螺母，而是遵循两条不同的路径。
有利地，根据本发明，在沿着Y轴的下降运动期间，电动马达603的动作被传递到气体。实际上，活塞601b仅通过传递到螺母603b的转矩被相对于头部603a位于较低位置的推力缸体658致动，螺母603b又围绕螺杆602旋转，从而将旋转运动转换成沿Y轴的直线运动。
根据本发明的一个方面，如图12所示，机器750在缸体701内包括代替气体的油，所述缸体701与管状元件751的含油的下部连通，分离器浮动活塞761位于缸体701内部。活塞761配置成将油与容纳在管状元件751的上部中的气体分离。
根据本发明的另一方面，管状元件751不设置分离器浮动活塞，在这种情况下，使用两种不同物理状态即液体/气体来执行气体和油之间的分离。
因此，与本申请人的在先专利申请的机器相比，根据本发明的泵送机器允许提升较高的负载。
根据本发明的泵送机器的另一个优点在于，其寿命的增加。
根据本发明的泵送机器的另一个优点在于，借助于也充当冷却的油润滑，能够使用流体上的适当传感器来监测操作条件。
此外，根据本发明的泵送机器允许获得精确的处理。
根据本发明的泵送机器的另一个优点是提高了操作速度。
最后，根据本发明的泵送机器具有低噪音水平。
最后，清楚的是，这里描述和示出的泵送机器能够进行修改和变化，而不脱离如所附权利要求限定的本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种泵送机器(650、750)，包括：
至少两个管状元件(651、751)，其包含加压气体并且沿垂直方向平行延伸，借助于连接元件(652、752)在它们之间互连；以及
机电升降系统(600、700)，其包括：第一缸体(601、701)，所述第一缸体(601、701)与所述管状元件(651、751)相互连接并且包括能够被活塞(601b、701b)压缩的物质；以及螺杆(602、702)，所述螺杆的垂直轴线Y与所述泵送机器(650、750)的轴线一致；
其特征在于，所述螺杆(602、702)插入第二推力缸体(658、758)内，所述第二推力缸体(658、758)以滑动方式连接在所述第一缸体(601、701)内，所述螺杆(602、702)具有第一端部(602b、702b)和第二端部(602a、702a)，所述第一端部(602b、702b)固定至所述连接元件(652、752)，所述第二端部(602a、702a)配置成在所述第二推力缸体(658、758)内滑动并且覆盖了腔室(605、705)，所述腔室(605、705)包括覆盖所述活塞(601b、701b)的润滑和冷却油。
2.根据权利要求1所述的泵送机器(650、750)，其特征在于，所述螺杆(602、702)是循环滚珠丝杠，或行星滚柱丝杠，或静压丝杠。
3.根据权利要求1所述的泵送机器(650、750)，其特征在于，所述第一端部(602b)通过第一锁定装置(661，659b)固定至所述连接元件(652)。
4.根据权利要求1所述的泵送机器(650、750)，其特征在于，所述泵送机器(650、750)包括容纳在所述腔室(605、705)中的油的抽吸管(665、765)。
5.根据权利要求1所述的泵送机器(650、750)，其特征在于，所述泵送机器(650、750)包括电动马达(603、703)，所述电动马达(603、703)能够沿着所述螺杆(602、702)上升和下降并且包括定子以及螺母件(603b、703b)，所述螺母件为循环球螺母和/或滚柱螺母或静压螺母，所述定子由用于保持滑轮(655、755)的头部(603a、703a)支撑并且固定至滑动装置(657、757)，所述滑动装置(657、757)配置成用于在所述管状元件(651、751)的内壁上的引导件(653、753)的内部滑动。
6.根据权利要求5所述的泵送机器(650、750)，其特征在于，所述螺母件(603b、703b)与所述电动马达(603、703)的围绕所述螺杆(602、702)旋转的转子凸缘连接或者集成至所述电动马达(603、703)。
7.根据权利要求5所述的泵送机器(650、750)，其特征在于，所述泵送机器(650、750)包括用于覆盖所述螺杆(602)的盖系统，所述盖系统配置成保护所述螺杆(602)和所述电动马达(603)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的泵送机器(650、750)，其特征在于，所述第二端部(602a、702a)是自由的。
9.根据权利要求8所述的泵送机器(650、750)，其特征在于，所述第二端部(602a)通过第二锁定装置(659a)连接至支撑件(660)，所述支撑件(660)覆盖所述腔室(605)并且构造成在所述第二推力缸体(658)内滑动。
10.根据权利要求1所述的泵送机器(650)，其特征在于，能够由活塞(601b、701b)压缩的所述物质是气体或油。
11.根据权利要求1所述的泵送机器(650)，其特征在于，所述管状元件(651、751)在其上部包含加压气体以及在其下部包含油。
12.根据权利要求11所述的泵送机器(650)，其特征在于，所述管状元件(751)包括配置成将油与气体分离的浮动分离器活塞(761)。
13.根据权利要求1所述的泵送机器(650)，其特征在于，所述螺杆(602、702)是反向行星滚柱丝杠。
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