RU159640U1

RU159640U1 - Линейный привод штангового скважинного насоса

Info

Publication number: RU159640U1
Application number: RU2015129991/06U
Authority: RU
Inventors: Георгий Борисович Онищенко
Original assignee: Закрытое акционерное общество "НТЦ Приводная Техника"
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2016-02-20

Abstract

1. Линейный привод скважинного насоса, содержащий редуктор, на выходном валу которого установлено зубчатое колесо, сопряженное с зубчатой рейкой, жестко связанной с штангой насоса, первый электродвигатель, установленный на входном валу редуктора, и преобразователь частоты, отличающийся тем, что введены второй электродвигатель, установленный на входном валу редуктора, и коммутатор, через который первый и второй электродвигатели подключены к выходу преобразователя частоты с возможностью их поочередного включения в насосном цикле.2. Привод по п. 1, в котором первый и второй электродвигатели установлены на противоположных торцевых частях входного вала редуктора.3. Привод по п. 1, в котором преобразователь частоты выполнен с возможностью получения в одном насосном цикле для первого и второго электродвигателей различных динамограмм движения штанги.4. Привод по п. 3, в котором преобразователь частоты выполнен с возможностью регулирования пауз между насосными циклами.5. Привод по п. 1, в котором преобразователь частоты снабжен накопительным конденсатором.6. Привод по п. 1, в котором коммутатор выполнен в виде одного трехфазного переключателя.7. Привод по п. 1, в котором коммутатор выполнен в виде двух трехфазных ключей.

Description

Область техники

Полезная модель относится к приводам штанговых насосов, предназначенных для поднятия жидкости из глубоких скважин, и может найти применение, например, при обустройстве нефтяных скважин.

Уровень техники

Значительная часть нефти во всем мире добывается посредством штанговых скважинных насосов, возвратно-поступательное движение которых обеспечивается приводом в виде станков-качалок [RU 2544674, RU 2270367]. Привод насоса, выполненный в виде станка-качалки, имеет сложную конструкцию (клиноременная передача, редуктор, кривошипно-шатунный механизм, уравновешивающий балансир), большую металлоемкость и низкий КПД.

В патенте US 8668475 американской компанией UNICO предложен линейный привод штангового скважинного насоса под фирменным наименованием LRP (Linear Rod Pump), который свободен от указанных недостатков станков качалок и выбран в качестве прототипа заявляемой полезной модели.

В устройстве прототипе редуктор через выходной вал передает вращательное движение зубчатому колесу, которое сопряжено с зубчатой рейкой, жестко связанной с штангой насоса. На входном валу редуктора установлен электродвигатель, который питается от преобразователя частоты, обеспечивающего периодический реверс электродвигателя и возвратно-поступательное движение штанги.

Недостатком прототипа является большое число реверсов электродвигателя. Например, для того чтобы насос совершал восемь циклов (двойных ходов) в минуту (типичный случай), электродвигатель должен реверсироваться 960 раз в час. Это приводит к дополнительным потерям электроэнергии, связанным с переходными электромагнитными процессами в электродвигателе при реверсировании, сокращает срок его службы и надежность привода в целом.

Раскрытие полезной модели

Технический результат полезной модели - повышение надежности и срока службы привода, а также увеличение КПД.

Предметом полезной модели является линейный привод скважинного насоса, содержащий редуктор, на выходном валу которого установлено зубчатое колесо, сопряженное с зубчатой рейкой, жестко связанной с штангой насоса, первый электродвигатель, установленный на входном валу редуктора, и преобразователь частоты, отличающийся тем, что введены второй электродвигатель, установленный на входном валу редуктора и коммутатор, через который первый и второй электродвигатели подключены к выходу преобразователя частоты с возможностью их поочередного включения в насосном цикле.

Полезная модель имеет следующие развития, относящиеся к частным случаям ее осуществления:

- первый и второй электродвигатели установлены на противоположных торцевых частях входного вала редуктора;

- преобразователь частоты выполнен с возможностью получения в одном насосном цикле для первого и второго электродвигателей различных динамограмм движения штанги;

- преобразователь частоты выполнен с возможностью регулирования пауз между насосными циклами;

- преобразователь частоты снабжен накопительным конденсатором;

- коммутатор выполнен в виде одного трехфазного переключателя;

- коммутатор выполнен в виде двух трехфазных ключей.

Краткое описание фигур чертежей

На фигуре (чертеже) представлена схема предлагаемого привода.

Осуществление полезной модели с учетом ее развитой

На фигуре показаны: редуктор 1, на выходном валу 2 которого установлено зубчатое колесо 3, сопряженное с зубчатой рейкой 4, жестко связанной с штангой 5 насоса, первый электродвигатель 6, установленный на входном валу 7 редуктора 1, и преобразователь частоты 8, питающий электродвигатель 6.

На входном валу 7 установлен второй электродвигатель 9, питающийся от преобразователя 8. При этом введен коммутатор 10, через который электродвигатели 6 и 10 подключены к выходу преобразователя 8 с возможностью их поочередного включения в насосном цикле с перемещением зубчатой рейки 4 и штанги 5 вниз и вверх.

Электродвигатели 6 и 9 могут быть установлены на противоположных торцевых частях вала 7.

Коммутатор 10 может быть выполнен в виде одного трехфазного переключателя или двух трехфазных ключей.

В составе преобразователя 8 показаны мостовой выпрямитель 11, сглаживающий фильтр 12 на его выходе, выходной инвертор 13, блок управления 14 и накопительный конденсатор 15. Блок 14 снабжен дополнительным выходом, к которому подключен управляющий вход коммутатора 10.

Заявляемый привод работает следующим образом.

Насосный цикл (рабочий цикл насоса) включает перемещение штанги 5 вниз и вверх. Двигатель 9 обеспечивает движение рейки 4 и жестко связанной с ней штанги 5 вниз, а двигатель 6 - вверх. Коммутатор 10 поочередно подключает двигатели 9 и 6 к преобразователю 8 примерно на половину длительности рабочего цикла.

Установленная мощность электродвигателя 9, обеспечивающего движение штанги 5 вниз, может составлять 30% от установленной мощности электродвигателя 6. Электродвигатель 6 работает в повторно-кратковременном режиме, поэтому его установленная мощность может быть уменьшена по сравнению с установленной мощностью электродвигателя в прототипе. При использовании электродвигателя 6 той же установленной мощности, что и в прототипе, увеличивается срок службы и надежность работы этого электродвигателя и всего привода в целом.

Преобразователь 8, работая под управлением блока 14, обеспечивает получение в одном насосном цикле различных динамограмм, задающих процессы разгона, равномерного движения и замедления для электродвигателя 6 и электродвигателя 9. Каждая из этих динамограмм движения штанги может быть раздельно оптимизирована по критерию наиболее эффективного отбора нефти из скважины.

Поскольку электродвигатели 6 и 9 не реверсируются, а только разгоняются и замедляются, потери энергии, вызванные переходными электромагнитными процессами, уменьшаются по сравнению с прототипом примерно в два раза.

Для сглаживания пиков потребления от питающей сети преобразователь частоты может быть снабжен накопительным конденсатором 15. Конденсатор 15 заряжается в первой части рабочего цикла - при движении штанги 5 вниз, когда работает менее мощный электродвигатель 9 и нагрузка на преобразователь 8 невелика. Во второй части рабочего цикла, при движении штанги 5 вверх, инвертор 13 преобразователя 8 отдает запасенную в конденсаторе 15 энергию более мощному электродвигателю 6.

Производительность штангового насоса регулируется путем изменения длительности пауз между насосными циклами, что обеспечивается преобразователем 8, работающим под управлением блока 14.

Claims

1. Линейный привод скважинного насоса, содержащий редуктор, на выходном валу которого установлено зубчатое колесо, сопряженное с зубчатой рейкой, жестко связанной с штангой насоса, первый электродвигатель, установленный на входном валу редуктора, и преобразователь частоты, отличающийся тем, что введены второй электродвигатель, установленный на входном валу редуктора, и коммутатор, через который первый и второй электродвигатели подключены к выходу преобразователя частоты с возможностью их поочередного включения в насосном цикле.

2. Привод по п. 1, в котором первый и второй электродвигатели установлены на противоположных торцевых частях входного вала редуктора.

3. Привод по п. 1, в котором преобразователь частоты выполнен с возможностью получения в одном насосном цикле для первого и второго электродвигателей различных динамограмм движения штанги.

4. Привод по п. 3, в котором преобразователь частоты выполнен с возможностью регулирования пауз между насосными циклами.

5. Привод по п. 1, в котором преобразователь частоты снабжен накопительным конденсатором.

6. Привод по п. 1, в котором коммутатор выполнен в виде одного трехфазного переключателя.

7. Привод по п. 1, в котором коммутатор выполнен в виде двух трехфазных ключей.