RU156794U1 - Рабочий модуль насосного агрегата - Google Patents

Abstract

1. Рабочий модуль насосного агрегата, содержащий плунжер, ротор, статор и индукционные катушки, отличающийся тем, что плунжер состоит из металлической трубки с нанизанными на нее постоянными магнитами, полюса которых направлены встречно друг другу, чередующимися с металлическими вставками, цилиндра ротора, выполняющего роль изолирующей трубы и выполненного из чередующихся сплавленных колец ферромагнитного и немагнитного материалов, причем ширина колец немагнитного материала цилиндра ротора равна ширине постоянного магнита на металлической трубке, а ширина металлических вставок равна ширине колец ферромагнитного материала цилиндра ротора, при этом статор состоит из цилиндра статора, выполненного из чередующихся сплавленных колец ферромагнитного и немагнитного материалов и индукционных катушек, причем ширина колец ферромагнитного и немагнитного материала в цилиндре статора одинакова, а в цилиндре ротора ширина колец немагнитного материала вдвое больше колец ферромагнитного материала, при этом расстояние между цилиндром ротора и цилиндром статора выполнено с обеспечением минимального зазора, причем индукционные катушки заключены в короба-сердечники, выполненные таким образом, что сверху они имеют зазоры для вывода обмотки и полностью закрывают ширину индукционных катушек, а снизу, в месте соприкосновения с цилиндром статора, короба-сердечники расположены на одном уровне с кольцами ферромагнитного материала цилиндра статора.2. Рабочий модуль насосного агрегата по п. 1, отличающийся тем, что ротор является одновременно и плунжером насосного агрегата.3. Рабочий модуль насосного агрегата по п. 1, от�

Description

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для добычи нефти, а именно к насосам и насосным агрегатам, предназначенным для подъема жидкостей с больших глубин.

Известен патент на изобретение РФ №2530976, МПК F04B47/00 «НАСОС ТИМА-ШТАНГОВЫЙ НАСОС ДЛЯ ДОБЫЧИ ВЫСОКОВЯЗКОЙ ПЕСЧАНОЙ НЕФТИ». Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к добыче высоковязкой песчаной нефти, и может быть использовано для добычи любой пластовой жидкости из наклонно-направленных и горизонтальных скважин. Насос содержит цилиндр с размещенным в нем плунжером и со всасывающим шаровым клапаном. Плунжер имеет полую втулку и клапанную каретку с нагнетательным шаровым клапаном. Клапанная каретка соединена с колонной насосных штанг и полой втулкой. Плунжер снабжен компрессионными кольцами, золотниковым механизмом для принудительного закрытия нагнетательного клапана. Золотниковый механизм состоит из ползуна и толкателя. Ползун взаимодействует с внутренней стенкой цилиндра, а толкатель - с нагнетательным клапаном. Полая втулка плунжера снабжена пружиной, которая взаимодействует с компрессионными кольцами. На нижних концах цилиндра и плунжера размещены постоянные магниты. Нижний конец полой втулки выполнен в виде конуса с кольцевой острой кромкой, а на верхнем конце клапанной каретки выполнены клиновидные скребковые кромки. Ползун золотникового механизма снабжен фрикционными кольцами или пластинками. Штанговый насос может быть выполнен с резиновой втулкой, размещенной на полой втулке плунжера. Штанговый насос может быть выполнен с плунжером, снабженным спиральной компрессионной пружиной, взаимодействующей с внутренней стенкой цилиндра насоса. Увеличивается надежность и долговечность работы. Повышается коэффициент наполнения и подачи путем исключения отказа работы нагнетательного шарового клапана.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является патент ЕАПО на №009268, МПК E21B 43/00, F04B 47/00. «ПОГРУЖНОЕ НАСОСНОЕ УСТРОЙСТВО ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ С ЧИСЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ» Погружное насосное устройство возвратно-поступательного действия с числовым программным управлением, содержащее сетчатую трубу, привод и насос, при этом все устройство предназначено для установки в подземном нефтяном пласте, привод состоит из статора и головки возвратно-поступательного действия со стальными сердечниками внутри статора, статор и головка формируют фрикционное соединение посредством опорных направляющих и стальных сердечников головки, отличающееся тем, что при наличии воздухонепроницаемой полости, верхний конец статора соединен с нижним концом насоса через сетчатую трубу, насос соединен с нефтяной трубой, нижний конец статора последовательно соединен с балансировочной сетчатой трубой, концевой пробкой и концевой соединительной муфтой. Внутри корпуса статора расположено множество групп круглых обмоток стальных сердечников с опорными направляющими между группами обмоток, стальные сердечники и круглые обмотки установлены вблизи друг от друга, на круглых внутренних поверхностях размещены уплотняющие втулки, соединенные концевыми крышками, в результате сформирована воздухонепроницаемая полость. Намотанные в радиальном направлении обмотки статора расположены в осевом направлении. Опорные направляющие изготовлены из сплава, круглые внутренние поверхности изготовлены из сплава, опорные направляющие имеют меньшие внутренние диаметры, чем уплотняющие втулки. Стальные сердечники головки возвратно-поступательного действия размещены вокруг сплошного вала головки возвратно-поступательного действия с постоянными магнитами между стальными сердечниками, наружные поверхности круглых стальных сердечников изготовлены из сплава и они формируют фрикционное соединение с опорными направляющими посредством слоев из сплава на внутренних поверхностях опорных направляющих. Постоянные магниты отстоят друг от друга на одинаковом расстоянии между стальными сердечниками головки возвратно-поступательного действия и имеют меньший наружный диаметр, чем круглые стальные сердечники. С наружной стороны насосного цилиндра расположен корпус насоса, формирующий между ними круглое пространство для песчаного осадка и толкающий шток плунжера соединен с верхним концом вала головки возвратно-поступательного действия через сетчатую трубу. Нефтяная труба проходит к поверхности земли и вывод обмоток статора соединен с находящимся на поверхности блоком цифрового программного управления.

Недостатком данного технического решения является недостаточная мощность насосного агрегата при уменьшении ее размера.

Задачей предлагаемой полезной модели является создание рабочего модуля насосного агрегата большей мощности при меньших размерах с обеспечением минимального нагрева и надежной изоляции электромагнитной системы.

Поставленная задача решается за счет того, что рабочий модуль насосного агрегата содержит плунжер, ротор, статор, корпус и индукционные катушки. Плунжер состоит из металлической трубки с нанизанными на нее постоянными магнитами, полюса которых направлены встречно дуг другу, чередующимися с металлическими вставками. Цилиндр ротора, выполняющий роль изолирующей трубы и выполненный из чередующихся сплавленных колец ферромагнитного и немагнитного материалов. Ширина колец немагнитного материала цилиндра ротора равна ширине постоянного магнита на металлической трубке. Ширина металлических вставок равна ширине колец ферромагнитного материала цилиндра ротора. Статор состоит из цилиндра статора, выполненного из чередующихся сплавленных колец ферромагнитного и немагнитного материалов и индукционных катушек. Ширина колец ферромагнитного и немагнитного материала в цилиндре статора одинакова, а в цилиндре ротора ширина колец немагнитного материала вдвое больше колец ферромагнитного материала. Расстояние между цилиндром ротора и цилиндром статора выполнено с обеспечением минимального зазора. Индукционные катушки заключены в короба-сердечники, выполненные таким образом, что с сверху они имеют зазоры для вывода обмотки и полностью закрывают ширину индукционных катушек. Снизу, в месте соприкосновения с цилиндром статора, катушки расположены на одном уровне с кольцами немагнитного материала цилиндра статора. Ротор является одновременно и плунжером насосного агрегата. Концы ротора снабжены клапанами.

Сущность полезной модели поясняется чертежами:

Фиг. 1. - Вид рабочего модуля насосного агрегата в разобранном состоянии.

Фиг. 2 - Вид насосного агрегата в сечении.

Фиг. 3 - Фрагмент рабочего модуля насосного агрегата в сечении.

Рабочий модуль 1 насосного агрегата 2 содержит плунжер 3, ротор 4, статор 5, корпус 6 и индукционные катушки 7. Плунжер 3 состоит из металлической трубки 8 с нанизанными на нее постоянными магнитами 9, полюса которых направлены встречно дуг другу, чередующимися с металлическими вставками 10. Цилиндр ротора 11, выполняющий роль изолирующей трубы 12 и выполненный из чередующихся сплавленных колец ферромагнитного 13 и немагнитного 14 материалов. Ширина колец немагнитного материала 14 цилиндра ротора 11 равна ширине постоянного магнита 9 на металлической трубке 8. Ширина металлических вставок 10 равна ширине колец ферромагнитного материала 13 цилиндра ротора 11. Статор 5 состоит из цилиндра статора 15, выполненного из чередующихся сплавленных колец ферромагнитного 16 и немагнитного 17 материалов и индукционных катушек 7. Ширина колец ферромагнитного 16 и немагнитного 17 материала в цилиндре статора 15 одинакова, а в цилиндре ротора 11 ширина колец немагнитного материала 14 вдвое больше колец ферромагнитного материала 13. Расстояние между цилиндром ротора 11 и цилиндром статора 15 выполнено с обеспечением минимального зазора. Индукционные катушки 7 заключены в короба-сердечники 18, выполненные таким образом, что сверху они имеют зазоры 19 для вывода обмотки 20 и полностью закрывают ширину индукционных катушек 7. Снизу, в месте соприкосновения с цилиндром статора 15, короба-сердечники 18 расположены на одном уровне с кольцами ферромагнитного материала 16 цилиндра статора 15. Ротор 4 является одновременно и плунжером 3 насосного агрегата 2. Концы ротора 4 снабжены клапанами 21.

Рабочий модуль насосного агрегата служит для встраивания в насосный агрегат и является главным его органом. Насосный агрегат состоит из корпуса, представляющего собой стальную трубу, всасывающего клапана, защитного фильтра, цилиндра-статора, плунжера-ротора с нагнетательным клапаном. Корпус в верхней части имеет кабельный ввод для питания насосного агрегата и соединяется с насосно-компрессорной трубой.

Принцип действия штанговых глубинных насосов заключается в возвратно-поступательном движении плунжера внутри толстостенного цилиндра, а необходимые переключения потока жидкости осуществляются с помощью всасывающего (неподвижного) и нагнетательного (подвижного) клапанов. Привод в движения плунжера осуществляется с поверхности с помощью специальных штанг.

В предлагаемом рабочем модуле насосного агрегата пара плунжер-цилиндр выполняется в виде линейного двигателя, где плунжер является одновременно ротором, а цилиндр, внутри которого ходит плунжер выполняется в виде неподвижного статора.

Управление движением насосного агрегата осуществляется с помощью частотного преобразователя с микропроцессорным управлением, который может находиться либо на поверхности, либо быть встроенным в насосный агрегат в виде отдельного модуля. Определение положения позиции ротора относительно статора осуществляется датчиками магнитного поля, расположенными в статоре (на фиг. не показано).

Насосный агрегат работает следующим образом:

При первом включении микропроцессорное устройство управления включает режим поиска положения ротора 4 по датчикам магнитного поля. Определив положение ротора 4, включается рабочий режим, заключающийся в посылке необходимой частоты, фазы и величины тока в соответствующие катушки 7. Индукционные катушки 7 статора 5 подключают к сети трехфазного переменного тока, образуется магнитное поле. Это магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора 4 и индуцирует в них ЭДС, под действием которой по обмотке начнут протекать токи. Взаимодействие токов с магнитным полем приводит к появлению силы, действующей в направлении перемещения магнитного поля. Ротор 4 под действием этой силы начинает двигаться.

Управление двигателем полностью аналогично управлению стандартным двигателем с постоянными магнитами с помощью частотного преобразователя. При этом контролируются все параметры, необходимые для нормальной работы двигателя (ток, напряжение, частота, температура и пр.)

Устройство собирают следующим образом:

1. Статор 5 собирается из трех частей. В стальные короба-сердечники 18 вкладывают индукционные катушки 7, электрические выводы (обмотка 20) которых через специальные зазоры 19 в коробах-сердечниках 18 соединятся в «звезду», аналогично обычным электродвигателям.

2. Затем «звезду» индукционных катушек 7 надевают на цилиндр статора 15, выполненный из герметично соединенных (сплавленных) разнородных колец ферромагнитного материала 16 и немагнитного 17. Ширина колец ферромагнитного материала 16 равна ширине коробов-сердечников 18 индукционных катушек 7, т.е. является продолжением короба-сердечника 18 катушки 7, что сводит величину воздушного зазора между статором 5 и ротором 4 к минимальной величине порядка одной десятой миллиметра.

3. Ротор 4 собирают из металлической трубки 8 и магнитов 9, которые нанизывают попарно на металлическую трубку 8 таким образом, что магнитные полюса каждой пары магнитов 9 были направлены встречно друг другу так, чтобы образовалась линейная последовательность «северных» и «южных полюсов».

4. Затем ротор 4 вставляют в статор 5.

Суть предлагаемого рабочего модуля насосного агрегата 2 в следующем:

1. Функции двигателя и насоса объединяются в одном элементе - линейном роторе 4, он же является одновременно и плунжером 3 насосного агрегата, а цилиндр насоса является одновременно и статором 5 двигателя, что уменьшает линейные размеры насосного агрегата 2 в два раза.

2. Так как насосный агрегат 2 работает на больших глубинах с высоким давлением окружающей среды (до 200-300 килограмм на квадратный сантиметр), возникает необходимость надежной изоляции электромагнитной системы от проникновения окружающего флюида внутрь двигателя. Предлагается создание практически без зазорной системы при взаимодействия ротора 4 и статора 5 путем применения изолирующей трубы 12, состоящей из чередующихся разнородных, ферромагнитных 13 и немагнитных 14 колец. Для изоляции магнитов 9 ротора 4 может быть применена такая же конструкция трубы. При этом магнитный поток в магнитной системе статор 5 - ротор 4 ограничен лишь свойствами материла, вернее значениями насыщения магнитной индукции. Другими словами для создания необходимого магнитного потока статор 5 - ротор 4 в индукционные катушки 7 надо подавать значительно меньший ток, что уменьшает их нагрев, следовательно, позволяет уменьшить линейные размеры насосного агрегата 2, или увеличить мощность на единицу длины.

Предлагаемая конструкция имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:

1. Экономичность

2. Уменьшение размера при аналогичной мощности

3. Увеличение мощности при аналогичном размере

4. Уменьшение нагрева

5. Максимальная изоляция от воздействия внешней среды

Все вышесказанное говорит о выполнении поставленной технической задачи и о промышленной применимости заявленного устройства.

Перечень позиций:

1. Рабочий модуль

2. Насосный агрегат

3. Плунжер

4. Ротор

5. Статор

6. Корпус

7. Индукционная катушка

8. Металлическая трубка

9. Постоянные магниты

10. Металлическая вставка

11. Цилиндр ротора

12. Изолирующая труба

13. Кольцо ферромагнитного материала цилиндра ротора

14. Кольцо не магнитного материала цилиндра ротора

15. Цилиндр статора

16. Кольцо ферромагнитного материала цилиндра статора

17. Кольцо не магнитного материала цилиндра статора

18. Короб-сердечник

19. Зазор короба-сердечника

20. Обмотка

21. Клапан ротора

Claims (3)

1. Рабочий модуль насосного агрегата, содержащий плунжер, ротор, статор и индукционные катушки, отличающийся тем, что плунжер состоит из металлической трубки с нанизанными на нее постоянными магнитами, полюса которых направлены встречно друг другу, чередующимися с металлическими вставками, цилиндра ротора, выполняющего роль изолирующей трубы и выполненного из чередующихся сплавленных колец ферромагнитного и немагнитного материалов, причем ширина колец немагнитного материала цилиндра ротора равна ширине постоянного магнита на металлической трубке, а ширина металлических вставок равна ширине колец ферромагнитного материала цилиндра ротора, при этом статор состоит из цилиндра статора, выполненного из чередующихся сплавленных колец ферромагнитного и немагнитного материалов и индукционных катушек, причем ширина колец ферромагнитного и немагнитного материала в цилиндре статора одинакова, а в цилиндре ротора ширина колец немагнитного материала вдвое больше колец ферромагнитного материала, при этом расстояние между цилиндром ротора и цилиндром статора выполнено с обеспечением минимального зазора, причем индукционные катушки заключены в короба-сердечники, выполненные таким образом, что сверху они имеют зазоры для вывода обмотки и полностью закрывают ширину индукционных катушек, а снизу, в месте соприкосновения с цилиндром статора, короба-сердечники расположены на одном уровне с кольцами ферромагнитного материала цилиндра статора.

2. Рабочий модуль насосного агрегата по п. 1, отличающийся тем, что ротор является одновременно и плунжером насосного агрегата.

3. Рабочий модуль насосного агрегата по п. 1, отличающийся тем, что концы ротора снабжены клапанами.

Images