Устройство для регулирования частоты вращения двигателя станка-качалки

Устройство для регулирования частоты вращения двигателя станка-качалки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

I. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОШ ВРАЩЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ СТАНКА-КАЧАЛКИ, содержащее регулируемый привод с микродвигателем система управления двигателем станкакачалкн , установленньай на валу кривошипа последнего датчик положения |и датчик усилия, о ли ча ю щ ее с я тем, что, с целью увеличения межремонтного периода работдл скважинного штангового насоса и повьйяения производительности насосной установки , оно снабжено узлами фиксации положения и усилия и логическим элементом И, подключенным к микродвигателю системы управления двигателем станка-качалки,.а выходы датчиков положения и усилия связаны соответственно с входами узлов -фиксации положенияИ усилия,, при этом saxo№i последних соединены с вхо.« Дс1ми логического элемента И. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчик положения выполнен-- в виде синусно-косинусного поворотного трансформатора. „ 3. Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что датчик усилия выполнен в виде дифференциальт с ного трансформатора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11).

3 (51) - F 04 В . 47/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21)- 3319238/25-06 (22) 17.11.81 (46) 15.05.83. Бюл. 9 18 (72) Э.И. Фархадзаде и.Ш.Ш. Шихмиров (7l) Азербайджанский институт нефти и химии им. М. Азизбекова

f 53) 621. 651 (088. 8) (56) 1. Кулизаде К.Н., Хайкин И.Е.

Электроэнергетика насосной нефтедобычи, И,, Недра, 1971, с. 141151, рис. 4.6-4.11. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДПЯ РЕГУЛИРО ВАНИЯ . ЖСТОТЫ БРА(1(ЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

СТАНКА;КАЧАЛКИ, содержащее регулируемый привод с микродвигателем системы управления двигателем станкакачалки, установленный на валу кривошипа последнего датчик положения и датчик усилия, î g л и ч а ю щ е- е с я тем, что, с целью увеличения межремонтного периода работы скважинного штангового насоса и позы)аения производительности насосной установки, оно снабжено узлами фиксации положения и усилия и логическ(1м элементом И, подключенным к микродвнгателю системы управления двигателем станка-качалки, .а выходы датчиков положения и усилия связаны соответственно с входами узлов иксации положения и усилия, при этом выходы последних соединены с вхо;ч. дами логического элемента И.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что датчик положения выполнен- в виде синусно-косинусного поворотного трансформатора.а

C з 3. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что датчик усилия выполнен в виде дифференциаль-. ного тоансФорматора.

1017820

Изобретение относится к электроприводам глубиннонасосных установок, в частности к устройствам для регулирования частоты вращения двигателя станка-качалки, н может быть использовано в нефтяной промышленности при глубиннонасосной эксплуатации чефтяных скважин.

При глубиннонасосной эксплуатации нефтяных скважин работа скважинногс насоса сопровождается износом плунжера, втулок и клапанов, в результате чего производительность насоса непрерывно снижается и приводит к частой остановке скважин для подземного ремонта, а следовательно, к по- 35 терн в добыче нефти.

В связи с этим применяются различные виды регулирующих устройств, увеличивающих число качаний станкакачалки (частоту вращения его дви- 2-О гателя) по мере износа насоса и тем самым способствукщих осуществлению поддержания производительности насоса в течение всего межремонтного периода на уровне производительности, нового насоса.

Износ насоса и, следовательно, снижение его производительности отражается на изменении динамического уровня жидкости в скважине и соответственно на изменении формы динамограммы. Автоматическое непрерывное поддержание постоянства подачи насоса основан на поддержании в скважине постоянного динамического уровня. 35

Регулирующие устройства, Реаги, руя на изменение динамического уровня жидкости в скважине, а следовательно, и на изменение формы динамограмзуы, выдают нри исчезновении 46 незаполнения насоса импульс на увеличение числа качаний станка-качалки.

Известно устройство для регулирования частоты вращения двигателя станка-качалки, содеРжащее Регули- 4 руемый привод с микродвигателем сис.темы управления двигателем станкакачалки, установленный на валу кривошипа последнего датчик положения и датчик усилия. Контакты датчиков положения и усилия последовательно включаются в одну и ту же электрическую цепь регулируемого привода станка-качалки.

Сигнал на увеличение числа качаний станка-качалки выдается при исчезновении незаполнения насоса вследствие одновременного замыкания контактов датчиков; что происходит при повышении динамического уровня, следовательно при изменении формы 60 динамограммы.

Контакты датчиков регулируются .таким образом, чтобы их одновременное замыкание происходило при исчезновении незаполнения насоса. 5

Для этого контакты датчика положения замыкаются в начале хода точки подвеса штанг вниз и находятся в замкнутом положении в течение определенного угла поворота кривошнпа, чему соответствует уставка датчика S

Датчик усилия настраивается таким образом, чтобы его контакты замыкались при уменьшении нагрузки в точке подвеса штанг ниже величины F

В режиме незаполнения насоса, в момент замыкания контакта датчика положения, Контакт датчика усилия разомкнут. При исчезновении незаполнения нагрузка в точке подвеса штанг в этот момент уменьшается до установленной величины F>, вследствие чего контакты обоих датчиков окажутся замкнутыми одновременно, чем достигается подача импульса на увеличение числа качаний. Величина S и

Р„ устанавливается заранее, конкретн0 для каждого случая, исходя из ,режима откачки данной скважины.

Колебания динамического уровня, определяемые по форме изменения дииамограммы, регистрируются укаэанными датчиками, которые через ячейку уп равления управляют работой сервопривода вариатора, изменяющего числа качаний балансира (скорость вращения кривошипа 1 j.

Недостатки известного устройства для регулирования частоты вращения двигателя станка-качалки состоят в неудобстве монтажа и регулирования уставок датчиков, устанавливаемых в труднодоступных местах,. содержание и них контактных устройств, снижающих надежность их работы, а также в трудностях, возникающих при изменении устЬвок датчиков, так как при этом необходимо остановить глубиннонасосиую установку, Все это не позволяет приманить известное устройство на промыслах в целях .поддержания постоянства добычи нефти, Цель изобретения - увеличение мекремонтного.периода работы скважинного насоса и повыэение производительности насосной установки.

Цель достигается тем, что устрой ство для регулирования частоты враще ния двигателя станка-качалки, сфдержащее регулируемый привод с микродвигателем системы управления двигателем станка-качалки, установленный на валу кривошипа последнего датчик положения и датчик усилия, снабжено уз-. лами фиксации положения и усилия и логическим элементом И, подключенным к микродвигателю системы управления. двигателем станка-качалки, а выходы датчиков положений к усилия связаны соответственно с входами узлов фиксации положения и усилия, при этом выходы узлов фиксации положения и

1017820 усилия соединены с входами логичес:кого элемента И.

Датчик положения выполнен в виде синусно-косинусного поворотного трансформатора.

Датчик усилия выполнен в виде дифференциального трансформатора.

На фиг. 1 представлена теоретическая динамограмма работы глубиннонасосной установки; на фиг. 2— схема устройства для регулирования частоты вращения двигателя станкакачалки глубйннонасосной установки; на фиг. 3 — диаграммы .напряжений, поясняющие принцип работы устройства

Устройство для регулирования частоты вращений двигателя станка-качалки содержит регулируемый привод

1 с микродвигателем 2 системы 3 управления двигателем 4 станка-качалки (не обозначен}, установленный на валу кривошипа последнего датчик

5 положения, выполненный:в виде синусно-косинусного поворотного трансформатора б и датчик 7 усилия, выпол ненный в виде дифференциального трансформатора 8. Устройство снабжено узлами фиксации положения 9 и усилия 10 и логическим элементом

И 11, подключенным к микродвигателю

2 системы 3 управления двигателем

4 станка-качалки. Выходы датчиков 5 положения„ выполненного в виде синусно-косинусного поворотного транс, форматора б, и датчика усилия 7, выполненного в виде дифференциального трансформатора 8, связаны соответ ственно со входами узлов Фиксации положения 9 и усилия 10, при этом вы.ходы узлов фиксации положения 9 и усилия 10 соединены со входами логического элемента И 11.

Узел 9 фиксации положения состоит

Hs делителя 12 напряжения, собранного на диодах 13"16,. резисторов

17-21, стабилаэатора 22, транзистора 23 и тиристора 24.

Узел 10 фиксации усилия состоит из выпрямительного моста 25, резисторов 26-29.и транзистора 30.

Логический элемент И ll состоит из резисторов 31 и 32, диодов 33 и

34 и тиристоров 35 и 36.

Кроме того, устройство имеет выпрямительный мост 37 и блок-контакт 38.

Предлагаемое устройство для регулирования частоты вращения двигателя станка-качалки работает следующим образом.

10 г

45 лупериоде напряжения управления обусловлено наличием тока в цепи коллектора транзистора 23 до момента его закрытия.

Для предотвращения открытия тиристора 24 сразу при ходе штанг вверх, когда еще усилие в точке подвеса штанг не достигло установлен;ного значения F> (фиг. 1), в цепи

его управления используется отабилитрон 22, задерживающий открытие тиристора 24 до достижения пробивного для стабнлитрона 22 значения напряжения Ц„ . Напряжение управления, подаваемое йа тиристор 24, изменяется в соответствии с кривой t.(фиг.3).

60 Таким образом, обеспечиваЕтся получение на выходе узла фиксации положения напряжения Q „(крнвая д фиг. 3) в течение поворота кривошипа от положения, соответствукщего открытому состоянию тиристора 24

Синуеоидальное напряжение (кривая а, Фиг. 3), снимаемое с выходной обмотки синусно-косинусного по воротного трансформатора 6, являющееся функцией угла поворота крнвошипа и изменякщееся с частотой, соот ветствукщей частоте качаний станкакачалки, подается на делитель 12 напряжения, собранный на диодах 13-16.

Выделенный .с него отрицательный полупериод напряжения (крнвая б, фиг. 3)., соответствующий времени движения точки подвеса штанг вниз, подается на вход транзистора 23 узла фиксации положения 9. Во входную цепь транзистора 23, встречно этому на1пряжению вводится напряжение сравнения (кривая в, фиг. 3}, регулируемое резистором 19. Наличие удобно регулируемого по величине напряжения сравнения обеспечивает задерживание закрытия транзистора 23 под действием напряжения, снимаемого с датчика 5 положения на время, необходимое для поворота вала кривошипа на угол, соответствующий уставке Я (фиг. 1) .

При значениях напряжения сравнения, меньших или равных напряжению, снимаемому с датчика положения 5< транзистор 23 закрывается и падение напряжения 0,„„ на резисторе 21 уменьшается до нуля.

Благодаря наличию тиристора 24 в коллекторной цепи транзистора 23 предотвращается возможность замыкания цепи коллектор-эмиттер транзистора 23 до конца хода точки подвеса штанг вниз, т.е. когда напряжение сравнения становится больше напряжения, снимаемого с датчика 5 положения, Это обеспечивается подачей в цепь управления тиристора 24 положительного полупериода напряжения, снимаемого с датчика положения 5 через диоды 13 и 14, что обеспечивает его открытое состояние при ходе точки подвеса штанг вверх до момента закрытия транзистора 23.

Удержание тиристора 24 во включенЬ ном состоянии при отрицательном по1017820

25 при ходе вверх, до положения, соответствующего уставке S (фиг. 1).

Одновременно напряженйе, снимаемое с датчика усилия 7, выполнен. його в виде дифференциального трансформатора 8., пропорциональное величине усилия в точке подвеса штанг, т.е. изменяющееся по форме кривой динамограммы (кривая е, фиг. 3), подается на вход транзистора 30 узла

1.0 фиксации усилия. К цепи управления транзистора 30 приложено также встречно напряжение сравнения (кривая ж, фиг. 3), регулируемое резистором 27. Открытие транзистора 30 происходит при напряжениях сравне- 15 ния, больших или равных напряжению, снимаемому с датчика усилия 7, что соответствует значениям усилия в штангах, меньших или равных уставке Р,„ (фиг. 1). 20

При открывании транзистора 30 с резистора 27 снимается выходное напРЯжение ОВЫх 2 пРодолжительностью, равной продолжительности открытого состояния транзистора 30 (кривая з, фиг. 3).

Выходное напряжение 0В „H ()ВЫХ 2 обоих транзисторов 23 и 30 подаются к цепям управления тиристоров 35 и

36 логического элемента И 11, последовательно включенных в цепь выпрямительного тока микродвигателя 2.

Работа микродвигателя 2, предназначенного для перемещения движка регулировочного сопротивления (не показан), изменяющегося напряжения

) ,управления на входе системы управления возможны в случае одновременного открытия тиристоров 35 и 36. От.,крывание указанных тиристоров происходит при одновременном открытии 40 транзисторов 23 и 30, что возможно в случае исчезновения незаполнения насоса, чему соответствует пунктирная линия кривой изменения динамограммл (фиг. 1) .

"5

Импульс напряжения (кривая и, . фиг. 3) шириной, равной времени сов падения кривых вы (одных напряжений 1)вь i.1и()еь х (кривые д и э к фиГе 3) у приводит во вращение микродвигатель 2 и следовательно обеспечивает перемещение движка регулировочного сопротивления в цепи системы управления 3 приводного двигателя 4 станка-качалки

Если длительность полученного импульса недостаточна и насос продолжает работать после этого с заполнением, то в течение следующего -цикла работы глубиннонасосной установки вновь происходит одновременное откры-. вание тиристоров 35 и 36 логического элемента И 11 с целью осуществления последующего перемещения движка регулировочного сопротивления системы управления в сторону увеличения частоты вращения приводного двигателя 4, а следовательно, числа качаний станка-качалки.

В результате увеличения частоты вращения двигателя 4 станка-качалки происходит изменение формы динамограммы, т.е. появление участка незаполнения скважинного насоса, что приводит к незапаздыванию открывания транзистора 30 и соответственно тиристора 35. Таким образом, появление напряжений()вы„„zOÂsbû õ2во време и не совпадает .и йа выходе логического элемента И 11 импульс напряжения отсутствует. Вследствие этого увеличение скорости двигателя прекращается.

Когда заданный запас производительности глубиннонасосной установки полностью использован, т.е. перемещение движка регулятора доходит до упора, отключается цепь микродвигателя 2 блок-контактом 38 и станоккачалка останавливается для смены насоса. . Использование изобретения для регулирования частоты вращения двигателя станка-качалки по мере износа насоса повышает точность регулирования, увеличивает надежность и срок службы скважинного насоса, а также производительность установки в целом.

Испытание изобретения на действующей скважине показывает надежность работы устройства для. регулирования частоты вращения двигателя станкакачалки по мере износа насоса. Как показывают испытания, межремонтный период скважинного насоса увеличивается в 2,2 раза, а добыча нефти увеличивается на 14% по сравнению с нерегулируемым режимом.

1017820

1017820

Жихай gag g

Составитель 3. Гинзбург

Редактор Н. Киштулинец Техред M.Коштура Корректор А, Тяско

Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

13.3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3504/33

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4