RU2229624C1

RU2229624C1 - Pumping unit higher starting torque drive

Info

Publication number: RU2229624C1
Application number: RU2002130157/03A
Authority: RU
Inventors: сов Б.Г. Иль (RU); Б.Г. Ильясов; Е.С. Шаньгин (RU); Е.С. Шаньгин
Original assignee: Уфимский государственный авиационный технический университет
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2004-05-27

Abstract

FIELD: oil producing industry+ADs- lifting of oil from low-production rate wells. SUBSTANCE: proposed drive contains induction motor connected by V-belt drive with reduction gear, and electric motor starting device. Induction motor is made birotatory, and starting device contains reduction gear connecting stator with drum on which cable being connected with spring. EFFECT: increased starting torque of drive. 2 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для эксплуатации нефтяных скважин и может быть использовано для подъема нефти из малодебитных скважин.The invention relates to equipment for the operation of oil wells and can be used to lift oil from low production wells.

Известна глубинно-насосная установка, содержащая штанговый насос, наземный привод с электродвигателем и пускорегулирующей аппаратурой [Авт. свид. RU №1413239, кл. Е 21 В 43/00, 1988 г.].Known deep-pump installation containing a sucker rod pump, a ground drive with an electric motor and ballasts [Auth. testimonial. RU No. 1413239, class E 21 B 43/00, 1988].

Недостатком известного устройства является невысокий пусковой момент, что приводит к необходимости использования электродвигателя повышенной мощности.A disadvantage of the known device is the low starting torque, which leads to the necessity of using an electric motor of increased power.

Наиболее близким к заявляемому объекту по конструктивным параметрам и достигаемому результату является наземный привод станка-качалки балансирного типа, содержащий асинхронный электродвигатель, соединенный клиноременной передачей с редуктором, соединенным кривошипно-шатунным механизмом с балансиром, пусковое устройство, подключающее электродвигатель к электропитанию [Адонин А.Н. Добыча нефти штанговыми насосами. - М.: Недра, 1979. С. 113-138].The closest to the claimed object in terms of design parameters and the achieved result is a ground drive of a rocker-type rocking machine, containing an asynchronous electric motor connected by a V-belt drive with a reducer connected by a crank mechanism with a balancer, a starting device that connects the electric motor to power [Adonin A.N . Oil production by sucker rod pumps. - M .: Nedra, 1979. S. 113-138].

Недостатком технического решения, принятого в качестве прототипа, является недостаточно высокий пусковой момент привода, следствием которого является неполная загрузка электродвигателя на стационарных режимах работы.The disadvantage of the technical solution adopted as a prototype is the insufficiently high starting torque of the drive, which results in incomplete loading of the electric motor in stationary operating modes.

Задача - повышение пускового момента привода.The task is to increase the starting torque of the drive.

Задача решается тем, что в приводе станка-качалки с повышенным пусковым моментом, содержащим асинхронный электродвигатель, соединенный клиноременной передачей с редуктором, пусковое устройство электродвигателя, в отличие от прототипа асинхронный электродвигатель выполнен биротативным, а пусковое устройство содержит редуктор, соединяющий статор с барабаном, на который намотан трос, свободный конец которого соединен с пружиной.The problem is solved in that in the drive of the rocking machine with an increased starting moment, containing an asynchronous electric motor connected by a V-belt drive with a gearbox, the electric motor starting device, in contrast to the prototype, the asynchronous electric motor is made birobative, and the starting device contains a gearbox connecting the stator to the drum, which is wound with a cable, the free end of which is connected to a spring.

Существо изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 показана схема привода с пусковым устройством.Figure 1 shows a diagram of a drive with a starting device.

На фиг.2 приведена механическая характеристика привода.Figure 2 shows the mechanical characteristic of the drive.

Для обеспечения повышенного пускового момента асинхронного привода станка-качалки выбирается биротативный двигатель [Шаньгин Е.С. Теория биротативного электропривода. - Уфа: Изд-во УТИС, 1998. С. 9-11], мощность которого не превышает расчетной величины, необходимой для подъема жидкости из скважины. В этом случае пусковой момент двигателя будет много меньшим, чем требуется по условию трогания станка-качалки. Статор биротативного двигателя 1 (фиг.1) через соединенный с ним вал 2 и редуктор 3 соединен с барабаном 4, на который накручивается трос 5. Трос 5 соединен с пружиной 6, работающей на сжатие. Вал 7 ротора с помощью клиноременной передачи соединен с редуктором станка-качалки.To provide increased starting torque of the asynchronous drive of the rocking machine, a biotic motor is selected [Shangin E.S. Theory of birotative electric drive. - Ufa: Publishing House UTIS, 1998. S. 9-11], the power of which does not exceed the calculated value necessary for lifting fluid from the well. In this case, the starting torque of the engine will be much less than that required by the condition of starting the rocking machine. The stator of the rotational engine 1 (Fig. 1) through the shaft 2 connected to it and the gearbox 3 is connected to the drum 4, on which the cable 5 is wound. The cable 5 is connected to the compression spring 6. The rotor shaft 7 is connected to the gearbox of the rocking machine using a V-belt transmission.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При подключении двигателя 1 к электропитанию вал ротора 7 остается неподвижным, так как он нагружен сопротивлением редуктора станка-качалки. Статор двигателя 1 не нагружен, поскольку пружина 6 находится в свободном состоянии и не оказывает сопротивления вращению барабана 4 и соединенному с ним через шестерню 3 и вал 2 статора двигателя 1. Поэтому в начале процесса пуска статор не встречает никакого сопротивления, т.е. начинает работу в режиме холостого хода. По мере увеличения скорости статора трос 5 наворачивается на барабан 4 и сжимает пружину 6. В связи с тем, что редуктор 3 имеет понижающую передачу, статор двигателя 1 успевает набрать номинальную скорость до того, как пружина 6 начнет оказывать сколько-нибудь заметное сопротивление. При дальнейшем вращении статора пружина 6 продолжает сжиматься, повышая момент сопротивления на валу 2. В то время, когда вследствие сжатия пружины 6 момент сопротивления на статоре будет равен моменту трогания станка-качалки, вал 7 ротора двигателя 1 начинает вращаться, а статор останавливается и остается в таком положении в течение всего периода работы привода, пружина 6 остается в сжатом состоянии. После отключения электропитания пружина 6 разжимается и возвращает барабан 4 и вал 2 в исходное положение.When the motor 1 is connected to the power supply, the rotor shaft 7 remains stationary, since it is loaded with the resistance of the gearbox of the rocking machine. The stator of the motor 1 is not loaded, since the spring 6 is in a free state and does not resist the rotation of the drum 4 and connected to it through the gear 3 and the shaft 2 of the stator of the motor 1. Therefore, at the beginning of the start-up process, the stator does not encounter any resistance, i.e. starts idling. As the stator speed increases, the cable 5 is screwed onto the drum 4 and compresses the spring 6. Due to the fact that the gearbox 3 has a lower gear, the stator of the motor 1 manages to gain rated speed before the spring 6 begins to provide any noticeable resistance. With further rotation of the stator, the spring 6 continues to compress, increasing the moment of resistance on the shaft 2. At a time when, due to compression of the spring 6, the moment of resistance on the stator will be equal to the moment of starting the rocking machine, the shaft 7 of the rotor of the motor 1 starts to rotate, and the stator stops and remains in this position during the entire period of operation of the actuator, the spring 6 remains in a compressed state. After turning off the power supply, the spring 6 unclenches and returns the drum 4 and the shaft 2 to its original position.

Эффект увеличения пускового момента достигается за счет того, что пуск двигателя 1 и пуск редуктора станка-качалки разнесены во времени. Сначала начинает вращаться статор на холостом ходу, после достижения номинальной скорости крутящий момент плавно передается на вал ротора 7, но уже при номинальных параметрах взаимодействия вращающегося магнитного поля статора и ротора. Это дает возможность использовать перегрузочную способность двигателя в полной мере, т.е. на валу ротора 2 может быть достигнут момент, в 2-2,5 раза превышающий его номинальное значение (фиг.2). При трогании обычного асинхронного двигателя (с неподвижным статором) его пусковой момент не превышает номинального значения (в лучшем случае достигает значения 1,2М_ном), перегрузочные возможности двигателя не используются в полной мере.The effect of increasing the starting torque is achieved due to the fact that the start of engine 1 and the start of the gearbox of the pumping unit are separated in time. First, the stator starts to rotate at idle, after reaching the nominal speed, the torque is smoothly transmitted to the rotor shaft 7, but with the nominal parameters of the interaction of the rotating magnetic field of the stator and the rotor. This makes it possible to use the overload capacity of the engine to the full, i.e. on the shaft of the rotor 2 can be achieved moment, 2-2.5 times higher than its nominal value (figure 2). When starting a conventional asynchronous motor (with a fixed stator), its starting torque does not exceed the nominal value (in the best case, reaches 1.2 M _nom ), the overload capabilities of the motor are not fully used.

Применение рассмотренной схемы построения нерегулируемого по скорости привода станка-качалки позволяет добиться повышения коэффициента загрузки двигателя до 100%, это ведет к повышению КПД и cosφ двигателя, а это в свою очередь позволяет на 7-10% снизить энергопотребление. Кроме того, можно использовать двигатель меньшей мощности, что также уменьшает капитальные и эксплуатационные расходы. Из графика пуска биротативного привода станка-качалки (фиг.2) видно, что статор начинает вращение и практически без сопротивления достигает номинальной скорости -ω_ном. Продолжая вращаться, статор нагружается вследствие сжатия пружины и достигает с учетом коэффициента перегрузки момента, равного 2М_ном. В это время начинает вращаться ротор, увеличивая скорость, а статор пропорционально уменьшает скорость. При достижении ротором номинальных скорости и момента статор останавливается и создает с помощью сжатой пружины момент сопротивления на уровне номинального значения -M_ном.The use of the considered construction scheme of a rocking machine drive with a speed-independent drive allows to increase the engine load factor up to 100%, this leads to an increase in the efficiency and cosφ of the engine, and this in turn allows reducing energy consumption by 7-10%. In addition, a smaller engine can be used, which also reduces capital and operating costs. From the start-up schedule of the biotic drive of the rocking machine (Fig. 2), it can be seen that the stator starts rotation and reaches the rated speed -ω _{nom with} almost no resistance. Continuing to rotate, the stator is loaded due to compression of the spring and reaches, taking into account the overload coefficient, a torque equal to 2M _nom . At this time, the rotor begins to rotate, increasing speed, and the stator proportionally reduces the speed. When the rotor reaches the rated speed and torque, the stator stops and creates a resistance moment with a compressed spring at the level of the nominal value -M _nom .

Применение рассмотренной схемы построения электропривода позволит решить проблему самозапуска станка-качалки после аварийного отключения электроэнергии, позволит автоматизировать запуск группы станков-качалок, уменьшить при этом нагрузку на электросеть за счет снижения пускового тока двигателей.The use of the considered electric drive construction scheme will allow to solve the problem of self-starting of the rocking machine after an emergency power outage, will automate the launch of a group of rocking machines, while reducing the load on the power grid by reducing the starting current of the motors.

В качестве биротативного двигателя используется серийный асинхронный двигатель, преобразованный в биротативный путем доработки его конструкции и установки на специальную станину с возможностью вращения статора. Каких-либо изменений в системе электропитания и пусковой аппаратуры не требуется. Такой привод сочетает в своих эксплуатационных характеристиках традиционные достоинства асинхронного двигателя (простота конструкции, надежность) с дополнительно приобретенным свойством - повышенным пусковым моментом.As a bi-rotational motor, a serial asynchronous motor is used, converted into a bi-rotational one by finalizing its design and installing it on a special bed with the possibility of rotation of the stator. No changes to the power supply system and starting equipment are required. Such a drive combines in its operational characteristics the traditional advantages of an induction motor (simplicity of design, reliability) with an additionally acquired property - an increased starting torque.

Claims

A drive of a rocking machine with an increased starting torque, comprising an asynchronous electric motor connected by a V-belt transmission with a reducer, an electric motor starting device, characterized in that the asynchronous electric motor is made biotic, and the starting device contains a gearbox connecting the stator to the drum on which the cable is wound, the free end which is connected to the spring.