水力自动增注泵
技术领域
本发明涉及一种油田专用注水泵，特别涉及利用泵站管网来水作动力使来水增压的水力自动增注泵。
背景技术
目前，世界范围内油田注水基本上均采用单一泵压向多口井注水的工艺，为此，普遍存在着需要增压的欠注井和需要调压的低压注水井。区分不同井况依靠来水作动力的新型增注泵，而不是单纯靠减压阀和电动增注泵实现单井分压注水是解决油田注水井欠注和避免调压，大幅度提高注水管网效率的根本出路。
多年来，泵站和欠注井之间加装电动增注泵虽缓解了欠注问题，但由于来水压力完全浪费，代价太大。专利号为“ZL03266367.6”的水力自动增注泵，在充分利用来水作动力的前提下，实现对欠注井的增注，但伴随着必须有乏动力液通过回水管线返回供水泵站的水箱。由于目前油田大多数没有回水管线，重新铺设回水管线不仅占地，还要增加必要的投资，因此油田用户仍不愿使用这种水力增注泵。
为此，可实现单井分压注水且结构简单、高效节能、性能可靠、使用方便的地面双压水力增注泵便应运而生，如专利号为“ZL200520142169.7”，其公告日为2007年4月11日，名称为“地面双压水力增注泵”的中国实用新型专利，其将泵站提供来的高压水流，处理成增压水流和减压水流，以同时满足一口欠注井和一口或多口调压井的注水需要。但是，此种地面双压水力增注泵却存在以下缺陷：1、由于此种地面双压水力增注泵对来自泵站的高压流水在增注前未经处理，来水中的杂质会影响增注泵的使用寿命并使泵效降低；2、该种地面双压水力增注泵还需要与放在井下的配水器配合使用，而放在井下的配水器更换麻烦；3、该种地面双压水力增注泵的换向阀为普通换向阀，而普通换向阀只适合过滤精度较高的液压油。4、增压缸的进液阀和排液阀设置在单独的输送管线中，在露天的情况下，容易受到损坏。5、该种地面双压水力增注泵对来水压力不能微调，当泵效降低或注水井压力增高时，必须更换另一台增注泵。
为了解决上述技术问题，中国专利申请号“200910082041.9”，其公开日为2009年9月30日，名称为一种地面双压水力增注泵，根据采油注水井具体要求，将注水泵站来水进行增压并减压处理，输出两种不同压力，同时为欠注井和调压井实施注水。但是，此种地面双压水力增注泵却存在以下缺陷：1、增注压力比较低，并不能完全满足向单井增注。2、一个行程内只能完成一次增注，工作效率较低。3、进液时不能同时进行排液增注，能耗高且效率也低。4、结构复杂，导致设备使用寿命较短。5、进液水源不能循环使用，浪费能源且污染环境。
发明内容
本发明的目的在于克服现有水力增注泵存在的上述问题，提供一种水力自动增注泵，本发明在一个行程内可以完成两次增注，进液的同时进行排液增注，从而提高工作效率，并且进液水源可以无数次地循环使用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种水力自动增注泵，包括换向阀、动力缸和增压缸，其特征在于：
所述换向阀的阀腔包括上腔和下腔，上腔和下腔分别设置有进水口，上腔内设置有在上腔内运动的上腔换向阀芯，下腔内设置有在下腔内运动的下腔换向阀芯，换向阀的阀盖处设置有前盖通道和后盖通道，上腔和下腔分别经前盖通道和后盖通道连通；
所述动力缸内设置有动力活塞和带动动力活塞运动的活塞杆，换向阀通过第一汇管和第二汇管分别与动力缸的左缸体和右缸体连通，第一汇管和第二汇管分别经上腔与换向阀出水口连通；
所述增压缸内设置有在增压缸内运动的增压活塞，增压缸右缸体上设置有第一单向阀和第三单向阀，右缸体通过第一单向阀与增压进口连通，通过第三单向阀与增压出口连通，增压缸左缸体上设置有第二单向阀和第四单向阀，左缸体通过第二单向阀与增压进口连通，通过第四单向阀与增压出口连通。
所述活塞杆一端与带动下腔换向阀芯运动的联动杆连接，另一端与增压缸内的增压活塞连接。
所述上腔换向阀芯位于上腔左侧时，上腔进水口通过上腔换向阀芯与上腔右侧之间形成的空腔与第二汇管连通，第一汇管与换向阀出水口连通；位于上腔右侧时，上腔进水口通过上腔换向阀芯与上腔左侧之间形成的空腔与第一汇管连通，第二汇管与换向阀出水口连通。
所述换向阀内设置有阀腔中部通道，阀腔中部通道一端与下腔连通，另一端分别与前盖通道和后盖通道连通。
所述换向阀出水口、第一单向阀和第二单向阀分别与污水池连通。
所述第三单向阀和第四单向阀分别与出口汇管连通，出口汇管与增压出口连通。
所述第一单向阀和第二单向阀分别与进口汇管连通，进口汇管与增压进口连通。
所述动力活塞将动力缸分隔形成左缸体和右缸体，第一汇管与左缸体连通，第二汇管与右缸体连通。
所述增压活塞将增压缸分隔形成左缸体和右缸体。
所述换向阀通过缸体组件与动力缸连接成一整体，联动杆穿过缸体组件与活塞杆连接。
采用本发明的优点在于：
一、本发明采用两个进液单向阀和两个排液单向阀，即一个单向阀进液时，另一个单向阀同时进行排液增注；在另一个单向阀进液时前一个单向阀则同时进行排液增注，使增压活塞在一个行程内完成两次增注，可以将效率提高2倍。
二、本发明将增压缸的两个进液阀和两个排液阀巧妙地设计在泵壳有限的空间内，泵的外型成管状，体积小、重量轻、使用方便、管理简单，在露天的情况下还可避免增注泵受到损坏。
三、本发明的地面水力增注泵使用寿命长、可靠性高、外形尺寸小、更符合油田注水工艺要求，并具有很强适用性和节能效果。
四、本发明靠泵站来水作动力，无需任何电源即可自动工作，经济效益十分明显，而且特别适合偏远地无人值守的井站和不通电源的井场使用。
五、本发明的换向排出水通过管道回流至污水池中，作为本增注泵的进液水源，因而可以无数次地循环使用，既节约能源又不污染环境。
六、本发明的增注压力比很高，可以将泵站0.1Mpa的来水增压到35Mpa向单井增注，适用范围宽。
七、活塞、活塞杆、缸体等内件均采用不锈钢制造，运动表面进行电镀硬铬处理，硬度高、抗磨损、耐腐蚀、使用寿命长。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图中标记为：1、换向阀，2、动力缸，3、增压缸，4、进水口，5、上腔换向阀芯，6、下腔换向阀芯，7、动力活塞，8、活塞杆，9、第一汇管，10、第二汇管，11、增压活塞，12、第一单向阀，13、第三单向阀，14、增压进口，15、增压出口，16、第二单向阀，17、第四单向阀，18、联动杆，19、出口汇管，20、进口汇管。
具体实施方式
一种水力自动增注泵，包括换向阀1、动力缸2和增压缸3，换向阀1的阀腔包括上腔和下腔，上腔和下腔分别设置有进水口4，上腔内设置有在上腔内运动的上腔换向阀芯5，下腔内设置有在下腔内运动的下腔换向阀芯6，换向阀1的阀盖处设置有前盖通道和后盖通道，上腔和下腔分别经前盖通道和后盖通道连通。
在动力缸2内设置有动力活塞7和带动动力活塞7运动的活塞杆8，换向阀1通过第一汇管9和第二汇管10分别与动力缸2的左缸体和右缸体连通，第一汇管9和第二汇管10分别经上腔与换向阀1出水口连通。
在增压缸3内设置有在增压缸3内运动的增压活塞11，增压缸3右缸体上设置有第一单向阀12和第三单向阀13，右缸体通过第一单向阀12与增压进口14连通，通过第三单向阀13与增压出口15连通，增压缸3左缸体上设置有第二单向阀16和第四单向阀17，左缸体通过第二单向阀16与增压进口14连通，通过第四单向阀17与增压出口15连通。
本发明中，活塞杆8一端与带动下腔换向阀芯6运动的联动杆18连接，另一端与增压缸3内的增压活塞11连接，下腔换向阀芯6和增压活塞11的运动方式有很多，可以设置单独的传动装置来带动，采用此结构为最佳。
当上腔换向阀芯5位于上腔左侧时，上腔进水口通过上腔换向阀芯5与上腔右侧之间形成的空腔与第二汇管10连通，第一汇管9与换向阀1出水口连通；位于上腔右侧时，上腔进水口通过上腔换向阀芯5与上腔左侧之间形成的空腔与第一汇管连通，第二汇管10与换向阀1出水口连通。
在换向阀1内设置有阀腔中部通道，阀腔中部通道一端与下腔连通，另一端分别与前盖通道和后盖通道连通。
本发明中，换向阀出水口、第一单向阀12和第二单向阀16分别与污水池连通。第三单向阀13和第四单向阀17分别与出口汇管19连通，出口汇管19与增压出口15连通。第一单向阀12和第二单向阀16分别与进口汇管20连通，进口汇管20与增压进口连通。动力活塞7将动力缸2分隔形成左缸体和右缸体，第一汇管9与左缸体连通，第二汇管10与右缸体连通。增压活塞11将增压缸3分隔形成左缸体和右缸体。换向阀1通过缸体组件与动力缸2连接成一整体，联动杆18穿过缸体组件与活塞杆8连接。
本发明的工作原理如下：
如图所示：泵站来水经过滤设备后，从换向阀1两个进水口同时进入换向阀阀体，一路进入换向阀的下腔，此路来水经阀腔中部通道和换向阀前盖通道进入换向阀上腔右侧，推动上腔换向阀芯5左移至最左边的位置，使得上腔进水口与上腔换向阀芯5和换向阀阀体之间形成空腔相通，进水通过第二汇管10进入动力缸2的右腔，推动动力活塞7左移，一方面，动力缸2左腔的回水经第一汇管9回流入换向阀出水口，进入污水池；另一方面，联动杆18同时也向左移动，推动换向阀下腔的下腔换向阀芯6往左移动，使下腔进水口与换向阀中腔通道相通。再通过左边换向阀后盖的通道进入换向阀上腔，推动上腔换向阀芯5往右换向，移动至阀腔右边，此时，上腔进水口经上腔换向阀芯5与阀体之间的左侧空腔，通过第一汇管9进入动力缸2的左侧，推动动力活塞7往右换向移动。动力缸右腔的回水则经第二汇管10回流至换向阀1的出水口进入污水池，在动力活塞7右移的同时，带动联动杆18往右移动，下腔换向阀芯6也随之右移，换向阀1处于不同位置时的回水分别从四个回水口流入污水池，此时，换向阀1下腔进水经阀腔中部通道和换向阀前盖通道进入换向阀上腔右侧，推动上腔换向阀芯5又往左换向移动至最左位置，使得上腔进水口与上腔换向阀芯5和换向阀体之间形成的空腔相通，上腔进水通过第二汇管10进入动力缸2右腔，推动动力活塞7换向左移……。如此周而复始地完成：换向——往左——再换向——再往右的自动往复过程。
当动力活塞7往左移动时，活塞杆8、增压活塞11也同时左移，第一单向阀12受吸打开、第三单向阀13靠吸力作用自动关闭、第二单向阀16受压关闭、第四单向阀17受压打开，污水池中的废水从增压进口14经第一单向阀12进入增压缸3右侧；而增压缸3左侧的被压缩的高压废水侧经第四单向阀17从出口汇管19再经增压出口15注入矿井中。
当动力活塞7往右移动时，活塞杆8、增压活塞11也同时右移，第一单向阀12受压关闭、第三单向阀13受压打开、第二单向阀16受吸打开、第四单向阀17靠吸力作用自动关闭，污水池中的废水从增压进口14经第二单向阀16进入增压缸3左侧；而增压缸3右侧的被压缩的高压废水侧经第三单向阀13从出口汇管19再经增压出口15注入矿井中。