RU2813017C1 - Буровой насосный агрегат - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к насосостроению, в частности к буровым насосным агрегатам, и предназначено для использования в нефтегазовой промышленности при разработке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений. Буровой насосный агрегат содержит буровой насос с коленчатым валом и шатунами 7 и электродвигатель с ротором 12 и статором 11. Буровой насос и электродвигатель заключены в один корпус 1 путем непосредственного соединения коленчатого вала и ротора 12. Ротор 12 установлен между шатунами 7. Статор 11 выполнен в форме кольцевого сегмента, вмонтированного в корпус 1 и несущего на поверхности, обращенной внутрь бурового насосного агрегата, пазы, в которых размещены обмотки трех фаз, которые подключены к источнику трехфазного переменного напряжения 13. Изобретение направлено на упрощение конструкции бурового насосного агрегата и системы управления электродвигателем, уменьшение его габаритов и массы, а также повышение надежности работы. 2 ил.

Description

Изобретение относится к насосостроению, в частности, к буровым насосным агрегатам и предназначено для использования в нефтегазовой промышленности при разработке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений.

Известен буровой насосный агрегат, содержащий возвратно-поступательный насос прямого вытеснения и реверсивный электродвигатель (патент RU №2633304 от 11.10.2017).

Недостатком известного насосного агрегата является сложность конструкции, что связано с использованием специального преобразователя, содержащего узлы и механизмы различных типов, установленного между электродвигателем и насосом.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является буровой насосный агрегат, описание которого приведено в патенте RU №2575721 от 20.09.2010. Буровой насосный агрегат включает в себя буровой насос и приводной электрический двигатель с постоянными магнитами, который установлен рядом с буровым насосом. Буровой насос содержит корпус, размещенные в корпусе цилиндры с поршнями, всасывающими и нагнетательными клапанами, штоки, соединенные с шатунами, крейцкопфы и коленчатый вал, установленный в подшипниках. Электродвигатель привода бурового насоса содержит кожух, неподвижную часть статора и вращающуюся часть ротора. Статор электродвигателя, установленный в кожухе, имеет множество обмоток, проходящих по его периферии. Обмотки при работе поочередно посредством коммутатора подключаются к источнику электрической энергии постоянного тока. Ротор электродвигателя выполнен в виде цилиндра с пазами на наружной поверхности. В пазах ротора установлены постоянные магниты, изготовленные из редкоземельных металлов. Ротор электродвигателя установлен внутри статора электродвигателя и отделен от статора электродвигателя равномерным воздушным зазором. Ротор электродвигателя соединен с коленчатым валом бурового насоса без использования зубчатых редукторов или систем трансмиссии.

Недостатком известного технического решения являются значительные габариты и масса бурового насосного агрегата, что объясняется раздельным размещением электродвигателя и бурового насоса. К числу недостатков бурового насосного агрегата следует отнести также высокую сложность электронного коммутатора и системы управления постоянным током в обмотках статора электродвигателя, а также недостаточную надежность работы из-за возможного проявления эффекта потери позиционирования при механической перегрузке. Кроме того, электродвигатели с постоянными магнитами обладают высокой стоимостью. Данное устройство принято за прототип.

Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым устройством: буровой насосный агрегат, содержащий буровой насос с коленчатым валом и шатунами, и электродвигатель с ротором и статором.

Технический результат - упрощение конструкции бурового насосного агрегата и системы управления электродвигателем, уменьшение его габаритов и массы, а также повышение надежности работы.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном буровом насосном агрегате, содержащем буровой насос с коленчатым валом и шатунами, и электродвигатель с ротором и статором, согласно изобретению, буровой насос и электродвигатель заключены в один корпус путем непосредственного соединения коленчатого вала бурового насоса и ротора электродвигателя, при этом ротор электродвигателя установлен между шатунами бурового насоса, а статор электродвигателя выполнен в форме кольцевого сегмента, вмонтированного в корпус бурового насосного агрегата и несущего на поверхности, обращенной внутрь бурового насосного агрегата пазы, в которых размещены обмотки трех фаз. Обмотка статора подключена к источнику трехфазного переменного напряжения.

Отличием предлагаемого устройства от прототипа является заключение бурового насоса и электродвигателя в один корпус путем непосредственного соединения коленчатого вала бурового насоса и ротора электродвигателя; при этом ротор электродвигателя установлен между шатунами бурового насоса, а статор электродвигателя выполнен в форме кольцевого сегмента, вмонтированного в корпус бурового насосного агрегата и несущего на поверхности, обращенной внутрь бурового насосного агрегата пазы, в которых размещены обмотки трех фаз.

Заключение бурового насоса и электродвигателя в один корпус путем непосредственного соединения коленчатого вала бурового насоса и ротора электродвигателя обеспечивает упрощение конструкции, что способствует увеличению надежности бурового насосного агрегата.

Установка ротора электродвигателя между шатунами бурового насоса позволит уменьшить габариты и массу бурового насосного агрегата.

Выполнение статора электродвигателя в форме кольцевого сегмента, вмонтированного в корпус бурового насосного агрегата и несущего на поверхности, обращенной внутрь бурового насосного агрегата пазы, в которых размещены обмотки трех фаз позволит снизить возможность проявления эффекта потери позиционирования при механической перегрузке, что может случиться при использовании двигателя с постоянными магнитами, тем самым увеличивается надежность работы. Также упрощается система управления электродвигателем, поскольку не используется электронное оборудование высокой сложности, и уменьшается стоимость, так как не применяются дорогостоящие постоянные магниты.

Изобретение поясняется схемой на примере двухцилиндрового бурового насосного агрегата, представленной на фиг. 1-2.

На фиг. 1 - вид сбоку, на фиг. 2 - вид сверху.

Буровой насосный агрегат содержит (фиг.1) буровой насос и электродвигатель.

Буровой насос содержит корпус 1, размещенные в корпусе цилиндры 2 с поршнями 3, всасывающими 4 и нагнетательными 5 клапанами, штоки 6, соединенные с шатунами 7 посредством крейцкопфов 8 и коленчатый вал 9, установленный в подшипниках 10.

Электрический двигатель привода бурового насоса состоит из неподвижной части статора 11 и вращающейся части ротора 12. Статор 11 представляет собой кольцевой сегмент, вмонтированный в корпус 1. Статор 11 выполнен из листов стали и несет на поверхности, обращенной внутрь бурового насосного агрегата, пазы, в которых размещены обмотки трех фаз, изготовленные, например, из медного провода. Обмотки отдельных фаз соединены между собой, например, по схеме «звезда». Трехфазная обмотка статора 11 подключена к источнику электрической энергии трехфазного переменного напряжения 13.

Ротор электродвигателя 12 выполнен массивным в виде гладкого цилиндра из ферромагнитного материала, например, стали. Для повышения энергетической эффективности электродвигателя и бурового насосного агрегата на внешней поверхности ротора могут выполняться пазы для размещения в пазах обмотки типа «беличья клетка». Ротор 12 устанавливается с равномерным воздушным зазором по отношению к внутренней поверхности статора 11. С ротором 12 электродвигателя непосредственно соединен коленчатый вал 9. Ротор 12 электродвигателя расположен между шатунами 7.

Устройство работает следующим образом.

При подключении трехфазной обмотки статора 11 к источнику электрической энергии 13 в воздушном зазоре между статором 11 и ротором 12 создается бегущее магнитное поле. Это поле индуктирует в роторе 12 вихревые электрические токи, которые взаимодействуют с бегущим магнитным полем статора 11 и обуславливают создание электромагнитного усилия и крутящего момента на роторе 12. Действие крутящего момента вызывает вращение ротора 12 электродвигателя и соединенного с ним непосредственно коленчатого вала 9. Вращательное движение коленчатого вала 9 посредством шатунов 7, крейцкопфов 8 и штоков 6, преобразуется в возвратно-поступательное движение поршней 3 в цилиндрах 2. При этом изменяется объем цилиндров 2, что вызывает движение жидкости через всасывающие клапаны 4 и нагнетательные клапаны 5.

Преимущество заявляемого устройства состоит в том, что появляется возможность создания бурового насосного агрегата, обладающего компактной конструкцией с небольшими габаритами и массой, простой конструкцией и системой управления электродвигателем, высокой надежностью и низкой стоимостью.

Claims (1)

1. Буровой насосный агрегат, содержащий буровой насос с коленчатым валом и шатунами и электродвигатель с ротором и статором, отличающийся тем, что буровой насос и электродвигатель заключены в один корпус путем непосредственного соединения коленчатого вала бурового насоса и ротора электродвигателя, при этом ротор электродвигателя установлен между шатунами бурового насоса, а статор электродвигателя выполнен в форме кольцевого сегмента, вмонтированного в корпус бурового насосного агрегата и несущего на поверхности, обращенной внутрь бурового насосного агрегата, пазы, в которых размещены обмотки трех фаз, которые подключены к источнику трехфазного переменного напряжения.