RU194568U1

RU194568U1 - Submersible plunger pump drive

Info

Publication number: RU194568U1
Application number: RU2018131074U
Authority: RU
Inventors: Иван Юрьевич Соколов; Роман Михайлович Полежаев; Илья Александрович Нечаев; Андрей Вячеславович Анпилогов
Original assignee: Иван Юрьевич Соколов; Андрей Вячеславович Анпилогов
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2019-12-16

Abstract

Полезная модель может быть использована для подъема жидкостей из скважин с агрегатом двигатель-насос, расположенным на большой глубине. Погружной привод плунжерного насоса (1) содержит реверсивный электродвигатель (2), выходной вал (3) которого соединен с входным элементом (4) механизма (5) преобразования вращения вала (3) в поступательное перемещение выходного элемента (6), имеющего возможность соединения с плунжером (7) насоса (1), и станцию управления (8), содержащую контроллер (9) реверса электродвигателя (2). Привод снабжен гидромеханическим узлом (10) демпфирования выходного элемента (6), а станция управления (8) снабжена блоком (11) фиксации изменения нагрузки на электродвигатель (2), соединенным с контроллером (9) реверса электродвигателя (2). Повышается надежность работы привода и всей погружной насосной установки за счет надежного изменения направления вращения ведущего вала привода в крайних положениях плунжера насоса. 1 ил.The utility model can be used to lift fluids from wells with a motor-pump unit located at great depths. The submersible drive of the plunger pump (1) contains a reversible electric motor (2), the output shaft (3) of which is connected to the input element (4) of the mechanism (5) for converting the rotation of the shaft (3) into the translational movement of the output element (6), which can be connected to a plunger (7) of the pump (1), and a control station (8) containing a controller (9) for reversing the electric motor (2). The drive is equipped with a hydromechanical unit (10) for damping the output element (6), and the control station (8) is equipped with a unit (11) for fixing changes in the load on the electric motor (2) connected to the controller (9) of the electric motor reverse (2). The reliability of the drive and the entire submersible pump installation increases due to a reliable change in the direction of rotation of the drive drive shaft in the extreme positions of the pump plunger. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к насосным установкам для подъема жидкостей из скважин с агрегатом двигатель-насос, расположенным на большой глубине.The utility model relates to pumping units for lifting liquids from wells with a motor-pump unit located at great depths.

Известен привод погружного насосного агрегата (патент RU 2568022, МПК F04B 47/06 (2006.01), опубл. 2015 г.), содержащий реверсивный электродвигатель, ведущий вал которого соединен с передачей винт-гайка качения, упорно-радиальные подшипники, установленные на нижнем конце передачи винт-гайка качения, полый шток с продольным пазом, охватывающий винт и соединяющий гайку со штангой, уплотненной в корпусе, являющейся приводом плунжерного насоса, вставку для размещения в ней верхнего подшипника передачи винт-гайка качения, соединенную через продольный паз с корпусом агрегата, антиротационный механизм, исключающий вращение гайки относительно корпуса, демпферы, предотвращающие ударные нагрузки. Привод снабжен двумя последовательно соединенными между собой передачами винт-гайка качения, имеющими противоположные направления движения винтовой поверхности, при этом гайка передачи, винт которой связан непосредственно с валом электродвигателя - первая передача, соединена с внешним полым штоком и далее внешней полой штангой, охватывающими соответственно гайку качения второй передачи, соединенную с внутренним полым штоком, и связанную с ним внутреннюю штангу, образуя при этом разнонаправленный привод для плунжерного насоса. Изменение направления вращения вала электродвигателя, а также аварийная остановка агрегата могут быть осуществлены при помощи подачи сигнала на станцию управления от датчиков линейной ориентации или от повышения нагрузок, связанных с работой демпферов, которые одновременно являются защитой от ударных нагрузок, могущих возникнуть от сбоев в системе управления агрегатом.Known drive submersible pump unit (patent RU 2568022, IPC F04B 47/06 (2006.01), publ. 2015), containing a reversible electric motor, the drive shaft of which is connected to the transmission screw-nut rolling, radial thrust bearings mounted on the lower end gear screw-nut rolling, hollow rod with a longitudinal groove, covering the screw and connecting the nut to the rod, sealed in the housing, which is the drive of the plunger pump, an insert for placing the upper bearing of the gear screw-nut of rolling, connected through the longitudinal groove to unit housing, anti-rotation mechanism, preventing the rotation of the nut relative to the body, dampers, preventing shock loads. The drive is equipped with two screw-to-nut rolling gears connected in series, having opposite directions of motion of the screw surface, while the transmission nut, the screw of which is connected directly to the motor shaft - the first gear, is connected to an external hollow rod and then an external hollow rod, respectively covering the nut rolling gears of the second gear connected to the inner hollow rod, and the inner rod connected with it, forming a multidirectional drive for the plunger pump. Changing the direction of rotation of the motor shaft, as well as an emergency stop of the unit, can be carried out by applying a signal to the control station from linear orientation sensors or from increasing loads associated with the operation of dampers, which are simultaneously protection from shock loads that may arise from failures in the control system aggregate.

Недостатками такого привода являются сложность конструкции, что объясняется наличием двух последовательно соединенных между собой передач винт-гайка качения, имеющими противоположные направления движения винтовой поверхности, двух полых штоков, а также короткого хода гайки, что снижает напор, создаваемый насосом и ограничивает его использование. Представленная конструкция насоса имеет сложную конструкцию двойных плунжеров и цилиндров, увеличенное количество клапанных пар, что снижает надежность работы всей компоновки.The disadvantages of this drive are the design complexity, which is explained by the presence of two gears screw-nut rolling in series, having opposite directions of movement of the screw surface, two hollow rods, as well as a short nut stroke, which reduces the pressure created by the pump and limits its use. The presented design of the pump has a complex design of double plungers and cylinders, an increased number of valve pairs, which reduces the reliability of the entire layout.

Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является привод установки погружного плунжерного насоса с передачей винт-гайка качения для подъема газожидкостной смеси из скважин (патент RU147159 U1, МПК F04B 47/00 (2006.01), опубл. 2014 г.), содержащий погружной электродвигатель, ведущий вал которого соединен с винтом передачи винт-гайка качения, перемещающейся внутри корпуса и соединенной со штоком плунжера. Электродвигатель соединен со станцией управления, содержащей контроллер со встроенным программным обеспечением, осуществляющий переключение направления вращения ведущего вала электродвигателя в крайних положениях гайки. В качестве передачи винт-гайка качения используется ролико-винтовая или шарико-винтовая передача.Closest to the claimed and adopted as a prototype is the installation drive of a submersible plunger pump with transmission screw-nut rolling for lifting a gas-liquid mixture from wells (patent RU147159 U1, IPC F04B 47/00 (2006.01), publ. 2014), containing submersible an electric motor, the drive shaft of which is connected to the transmission screw screw-nut rolling, moving inside the housing and connected to the plunger rod. The electric motor is connected to a control station containing a controller with built-in software that switches the direction of rotation of the drive shaft of the electric motor in the extreme positions of the nut. As a screw-nut rolling gear, a roller-screw or ball-screw gear is used.

Такой привод имеет более простую конструкцию.Such a drive has a simpler design.

Однако недостатками такой конструкции является низкая надежность работы, что объясняется возможностью сбоя в переключении направления вращения ведущего вала электродвигателя в результате неточности изготовления шарико-винтовой передачи, неточности работы электродвигателя, приводящие к самопроизвольному перемещении гайки в крайнее положение. В процессе эксплуатации при отсутствии питания на электродвигатель и станцию управления, или в случае замены станции управления в результате поломки, или иных обстоятельств из-за отсутствия возможности ориентации приводной гайки на валу шарико-винтовой передачи, гайка может переместится в крайнее положение, что приведет к повреждению привода и других элементов и значительно снизит надежность работы всей установки, в том числе приведет к поломке всей установки и повлечет за собой дальнейшие дорогостоящие работы по демонтажу оборудования из скважины, проведению ремонтных работ и повторного спуска в скважину.However, the disadvantages of this design is the low reliability of operation, which is explained by the possibility of a failure in switching the direction of rotation of the drive shaft of the electric motor as a result of inaccurate manufacturing of a ball screw transmission, inaccurate operation of the electric motor, leading to spontaneous movement of the nut to the extreme position. During operation, if there is no power to the electric motor and the control station, or if the control station is replaced as a result of a breakdown, or other circumstances due to the inability to orient the drive nut on the ball screw shaft, the nut may move to the extreme position, which will lead to damage to the drive and other elements and significantly reduce the reliability of the entire installation, including the failure of the entire installation and will entail further expensive dismantling from the well, carrying out repair work and re-launching into the well.

Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности работы привода и всей погружной насосной установки за счет контролируемого изменения направления вращения ведущего вала привода в крайних положениях плунжера насоса.The technical task of the claimed utility model is to increase the reliability of the drive and the entire submersible pump installation due to a controlled change in the direction of rotation of the drive drive shaft in the extreme positions of the pump plunger.

Поставленная задача решается за счет усовершенствования погружного привода плунжерного насоса, содержащего реверсивный электродвигатель, выходной вал которого соединен с входным элементом механизма преобразования вращения вала в поступательное перемещение выходного элемента, имеющего возможность соединения с плунжером насоса, и станцию управления, содержащую контроллер реверса электродвигателя.The problem is solved by improving the submersible drive of the plunger pump containing a reversible electric motor, the output shaft of which is connected to the input element of the mechanism for converting the rotation of the shaft into the translational movement of the output element, which can be connected to the pump plunger, and a control station containing a motor reverse controller.

Это усовершенствование заключается в том, что погружной привод снабжен гидромеханическим узлом демпфирования выходного элемента механизма преобразования вращения вала в поступательное перемещение с другой стороны соединенного с выходным элементом насоса, а станция управления снабжена блоком фиксации изменения нагрузки на электродвигатель, соединенным с контроллером реверса электродвигателя.This improvement lies in the fact that the submersible drive is equipped with a hydromechanical damping unit for the output element of the mechanism for converting the rotation of the shaft into translational movement on the other side of the pump connected to the output element, and the control station is equipped with a unit for fixing changes in the load on the electric motor connected to the motor reverse controller.

При этом блок фиксации снимает в режиме реального времени основные рабочие параметры электродвигателя: I (А), Р (Вт), f (Гц) и др. и передает их в контроллер по существующим каналам связи для передачи данных, а контроллер в свою очередь анализирует изменение этих параметров во временном интервале и выдает команды на изменение режимов работы.At the same time, the fixing unit takes off in real time the main operating parameters of the electric motor: I (A), P (W), f (Hz), etc. and transfers them to the controller via existing communication channels for data transfer, and the controller in turn analyzes changing these parameters in the time interval and issues commands to change operating modes.

Основным искусственным механизмом принудительного изменения нагрузки выступает гидромеханический узел демпфирования, который имеет жесткую механическую связь с выходным элементом механизма преобразования вращения вала в поступательное перемещение. При движении в одну из сторон гидромеханический узел демпфирования создает в крайних положениях принудительное увеличение нагрузки на электродвигатель за мгновенный промежуток времени в следствие чего контроллер получает от блока фиксации нагрузки параметры резко увеличивающиеся в мгновенный промежуток времени, что и является сигналом для включения реверса вращения электродвигателя.The main artificial mechanism of forced change of load is the hydromechanical damping unit, which has a rigid mechanical connection with the output element of the mechanism for converting the rotation of the shaft into translational movement. When moving to one side, the hydromechanical damping unit creates in extreme positions a forced increase in the load on the electric motor for an instant period of time; as a result, the controller receives parameters from the load fixation unit that increase sharply in an instant period of time, which is a signal to turn on the rotation of the electric motor rotation.

В рассматриваемом выше случае, когда происходит остановка электродвигателя при пропадании питания, в случае замены станции управления в результате поломки, или в иных обстоятельствах, полностью исключены риски поломки оборудования из-за не возможности ориентации приводной гайки на валу механизма преобразования вращения в поступательное движение, т.к. ход гидромеханического узла демпфирования имеет меньшую длину, чем длина хода самого механизма преобразования вращения в поступательное движение, что при отлаженной на заводе тарировке положения гайки относительно гидромеханического узла демпфирования никогда не приведет к смещению гайки в критичное положение, при котором произойдет заклинивание и выход из строя всей установки.In the case considered above, when the motor stops when the power fails, in case of replacing the control station as a result of a breakdown, or in other circumstances, the risks of equipment breakdown are completely eliminated due to the inability to orient the drive nut on the shaft of the mechanism for converting rotation into translational motion, t .to. the stroke of the hydromechanical damping unit has a shorter length than the stroke length of the mechanism for converting rotation into translational motion, which, when calibrated at the factory, the position of the nut relative to the hydromechanical damping unit will never lead to a displacement of the nut to a critical position, in which the jamming and failure of the whole installation.

Такое конструктивное выполнение погружного привода позволяет повысить надежность работы привода и всей погружной насосной установки за счет наличия гидромеханического демпфера, создающего изменение нагрузки на электродвигатель и обеспечения реверса электродвигателя в зависимости от изменения нагрузки, что необходимо для надежного изменения направления вращения ведущего вала электродвигателя в крайних положения плунжера насоса.Such a constructive implementation of the submersible drive can improve the reliability of the drive and the entire submersible pump installation due to the presence of a hydromechanical damper that creates a change in the load on the electric motor and provides reverse motor depending on the change in load, which is necessary to reliably change the direction of rotation of the drive shaft of the motor in the extreme position of the plunger pump.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором изображен заявляемый погружной привод плунжерного насоса со станцией управления.The utility model is illustrated by the drawing, which shows the inventive submersible drive of the plunger pump with a control station.

Погружной привод плунжерного насоса 1 содержит реверсивный электродвигатель 2, выходной вал 3 которого соединен с входным элементом 4 механизма (например шарико-винтовой передачи) 5 преобразования вращения вала 3 в поступательное перемещение выходного элемента (штока) 6, имеющего возможность соединения с плунжером 7 насоса 1, и станцию управления 8, содержащую контроллер 9 реверса электродвигателя 2. Привод снабжен гидромеханическим узлом 10 демпфирования выходного элемента 6, а станция управления 8 снабжена блоком 11 фиксации изменения нагрузки на электродвигатель 2, соединенным с контроллером 9 реверса электродвигателя 2. Гидромеханический узел 10 демпфирования состоит из герметичного цилиндра, заполненного жидкостью, и поршня со штоком. В поршне выполнено отверстие малого диаметра, через которое перетекает жидкость при движении поршня относительно цилиндра.The submersible drive of the plunger pump 1 contains a reversible electric motor 2, the output shaft 3 of which is connected to the input element 4 of the mechanism (for example, a ball screw drive) 5 for converting the rotation of the shaft 3 into the translational movement of the output element (rod) 6, which can be connected to the plunger 7 of the pump 1 and a control station 8, comprising a controller 9 for reversing the electric motor 2. The drive is equipped with a hydromechanical unit 10 for damping the output element 6, and the control station 8 is equipped with a block 11 for detecting load changes and the electric motor 2 connected to the controller 9, the reverse motor 2. Hydromechanical damping assembly 10 includes a pressurized cylinder filled with liquid and with the piston rod. A small diameter hole is made in the piston through which fluid flows when the piston moves relative to the cylinder.

Погружной привод плунжерного насоса работает следующим образом. При работе электродвигателя 2 вращение его выходного вала 3 механизмом 5 преобразуется в возвратно-поступательное перемещение выходного элемента 6, которое демпфируется гидромеханическим узлом 10. При движении поршня узла демпфирования между крайними положениями шток неподвижен относительно цилиндра. При подходе плунжера 7 насоса 1 к крайнему нижнему положению цилиндр гидромеханического узла 10 доходит до упора, а шток продолжает движение. При этом жидкость вытесняется поршнем через отверстие из одной полости в другую. Увеличивается давление в полости 12 гидромеханического узла демпфирования 10, которое приводит к увеличению нагрузки на электродвигатель 2. Это увеличение нагрузки фиксируется блоком И станции управления 8, контроллер 9 которой подает управляющий сигнал реверса вращения выходного вала 3 электродвигателя 2. При вращении выходного вала 3 электродвигателя в противоположном направлении плунжер насоса начинает движение вверх. При подходе плунжера 7 насоса 1 к крайнему верхнему положению возрастает давление в полости 13 гидромеханического узла демпфирования 10, которое приводит к увеличению нагрузки на электродвигатель 2. Это увеличение нагрузки фиксируется блоком 11 станции управления 8, контроллер 9 которой подает управляющий сигнал реверса вращения выходного вала 3 электродвигателя 2.Submersible drive plunger pump operates as follows. When the motor 2 is operating, the rotation of its output shaft 3 by the mechanism 5 is converted into a reciprocating movement of the output element 6, which is damped by the hydromechanical assembly 10. When the piston moves the damping assembly between the extreme positions, the rod is stationary relative to the cylinder. When approaching the plunger 7 of the pump 1 to the lowest position, the cylinder of the hydromechanical assembly 10 reaches the stop, and the rod continues to move. In this case, the liquid is displaced by the piston through the hole from one cavity to another. The pressure in the cavity 12 of the hydromechanical damping assembly 10 increases, which leads to an increase in the load on the electric motor 2. This load increase is fixed by the block And of the control station 8, the controller 9 of which gives a control signal for the reverse rotation of the output shaft 3 of the electric motor 2. When the output shaft 3 of the electric motor rotates in the opposite direction, the pump plunger starts to move up. When the plunger 7 of the pump 1 approaches the extreme upper position, the pressure in the cavity 13 of the hydromechanical damping assembly 10 increases, which leads to an increase in the load on the electric motor 2. This load increase is fixed by the block 11 of the control station 8, the controller 9 of which supplies a control signal for reversing the rotation of the output shaft 3 electric motor 2.

При помощи станции управления 8 можно менять частоту напряжения, подаваемого на электродвигатель 2, и таким образом изменять число двойных ходов плунжера (вниз-вверх) и скорости движения плунжера насоса 1. Путем регулирования времени ожидания переключения электродвигателя 1 в совокупности со скоростью движения плунжера 7 насоса 1 достигается регулирование производительности установки. При включении электродвигателя 2, независимо от начального положения элементов установки (плунжера 7 насоса 1, поршня гидромеханического узла 10), демпфирование происходит при подходе к крайнему положению плунжера 7 насоса 1, а реверс вала электродвигателя 2 при увеличении нагрузки на электродвигатель 2 в крайнем положении плунжера 7 насоса 2.Using the control station 8, you can change the frequency of the voltage supplied to the electric motor 2, and thus change the number of double strokes of the plunger (down-up) and the speed of the pump plunger 1. By adjusting the waiting time for switching the electric motor 1 in conjunction with the speed of the plunger 7 of the pump 1, regulation of plant performance is achieved. When you turn on the motor 2, regardless of the initial position of the installation elements (plunger 7 of pump 1, the piston of the hydromechanical assembly 10), damping occurs when approaching the extreme position of the plunger 7 of pump 1, and the reverse shaft of the motor 2 when the load on the motor 2 in the extreme position of the plunger 7 pumps 2.

Таким образом, использование заявляемой полезной модели позволяет повысить надежность работы привода и всей погружной насосной установки за счет надежного изменения направления вращения ведущего вала привода в крайних положениях плунжера насоса.Thus, the use of the claimed utility model can improve the reliability of the drive and the entire submersible pump installation due to the reliable change in the direction of rotation of the drive shaft of the drive in the extreme positions of the pump plunger.

Claims

Submersible plunger pump drive containing a reversible electric motor, the output shaft of which is connected to the input element of the mechanism for converting the rotation of the shaft into the translational movement of the output element, which can be connected to the pump plunger, and a control station containing a reverse motor controller, characterized in that it is equipped with a hydromechanical assembly damping of the output element, and the control station is equipped with a unit for fixing changes in the load on the electric motor connected to roller motor reverse.