RU67197U1

RU67197U1 - SUBMERSIBLE PUMP UNIT

Info

Publication number: RU67197U1
Application number: RU2007111916/22U
Authority: RU
Inventors: Алексей Васильевич Лукин; Рауф Измайлович Козлов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Алнас"
Priority date: 2007-04-02
Filing date: 2007-04-02
Publication date: 2007-10-10

Abstract

Данная полезная модель может быть использована в нефтедобывающей промышленности. В погружном насосном агрегате вентильный электродвигатель выполнен с возможностью размещения его датчика положения ротора и преобразователя частоты вне воздействия перекачиваемой жидкости, на поверхности. Датчик положения ротора выполнен в виде электронного блока, вход которого подключен к выходу преобразователя частоты.This utility model can be used in the oil industry. In a submersible pump unit, the valve electric motor is arranged to place its rotor position sensor and the frequency converter outside the influence of the pumped liquid on the surface. The rotor position sensor is made in the form of an electronic unit, the input of which is connected to the output of the frequency converter.

Электронный блок может содержать схему векторного управления двигателем переменного тока, либо схему контроля положения ротора по току и/или напряжению на выходе преобразователя частоты.The electronic unit may contain a vector control circuit for an AC motor, or a circuit for monitoring the position of the rotor in current and / or voltage at the output of the frequency converter.

Благодаря такому выполнению вентильного электродвигателя расширена область применения погружного насосного агрегата и повышена его надежность.Thanks to this embodiment of the valve electric motor, the scope of the submersible pump unit has been expanded and its reliability has been increased.

Description

Данное изобретение относится к насосостроению и может быть использована в нефтяной промышленности для добычи нефти.This invention relates to pump engineering and can be used in the oil industry for oil production.

Известен погружной насосный агрегат, содержащий электродвигатель постоянного тока, вал которого механически связан с валом насоса (Патент США №3764238, F04В 17/00, 1973 г.).Known submersible pump unit containing a DC motor, the shaft of which is mechanically connected to the pump shaft (US Patent No. 3764238, F04B 17/00, 1973).

Недостатком указанного агрегата является наличие в электроприводе постоянного тока коллекторного узла, снижающего надежность агрегата из-за быстрого износа щеток и взрывоопасности при использовании его для добычи нефти.The disadvantage of this unit is the presence of a collector assembly in the DC electric drive, which reduces the reliability of the unit due to the rapid wear of the brushes and the risk of explosion when using it for oil production.

Известен также погружной насосный агрегат, содержащий бесконтактный асинхронный двигатель, вал которого механически связан с валом насоса (Заявка ФРГ №3820005, F04D 13/08, 1989 г.).Also known is a submersible pump unit containing a non-contact induction motor, the shaft of which is mechanically connected to the pump shaft (Application of Germany No. 3820005, F04D 13/08, 1989).

Недостаток указанного насосного агрегата заключается в низких КПД и энергетических показателях.The disadvantage of this pump unit is low efficiency and energy performance.

Наиболее близкое к заявленному изобретению по технической сущности и решаемой задаче является погружной насосный агрегат, содержащий бесконтактный вентильный электродвигатель, вал электромеханического преобразователя которого механически связан с валом насоса (Международная заявка №91/19905, F04D 13/08, 1991 г.).The closest to the claimed invention in terms of technical nature and the problem to be solved is a submersible pump unit containing a non-contact valve motor, the shaft of the electromechanical converter of which is mechanically connected to the pump shaft (International application No. 91/19905, F04D 13/08, 1991).

Недостатками указанного агрегата являются низкая надежность и ограниченная область применения. Эти недостатки обусловлены тем, что датчик положения ротора и электронная схема размещены в одном корпусе с электродвигателем. Это ограничивает область применения агрегата и снижает его надежность. Например, затруднительно использовать этот агрегат для перекачки жидкостей с высокой температурой и давлением, что характерно, например, для агрегатов, предназначенных для добычи нефти, где температура окружающей среды достигает 150°С и выше, а давление превышает 25 МПа. Как известно, с повышением температуры также резко снижается надежность работы электронных схем.The disadvantages of this unit are low reliability and limited scope. These disadvantages are due to the fact that the rotor position sensor and the electronic circuit are located in the same housing as the electric motor. This limits the scope of the unit and reduces its reliability. For example, it is difficult to use this unit for pumping liquids with high temperature and pressure, which is typical, for example, for units designed for oil production, where the ambient temperature reaches 150 ° C and above, and the pressure exceeds 25 MPa. As you know, with increasing temperature, the reliability of electronic circuits also decreases sharply.

Техническим результатом данного изобретения является расширение области применения и повышение надежности агрегата.The technical result of this invention is to expand the scope and increase the reliability of the unit.

Указанный технический результат достигается тем, что в погружном насосном агрегате, содержащем вентильный электродвигатель, вал электромеханического преобразователя которого связан механически с валом насоса, датчик положения ротора выполнен в виде электронного блока, вход которого подключен к выходу преобразователя частоты вентильного электродвигателя, электронный блок и преобразователь частоты размещены вне корпуса агрегата, на поверхности. Указанный электронный блок может быть выполнен, например, в виде любой из известных схем векторного управления электродвигателями, переменного тока, например, в виде системы «ТРАНСВЕКТОР»: (Т.Куме, Т.Ивакане. Высококачественные электроприводы переменного тока с векторным управлением. Перевод №512/648, 1992 г., ЦООН ТИ/ВНО.The specified technical result is achieved in that in a submersible pump unit containing a valve motor, the shaft of the electromechanical converter of which is mechanically connected to the pump shaft, the rotor position sensor is made in the form of an electronic unit, the input of which is connected to the output of the frequency converter of the valve motor, an electronic block and a frequency converter placed outside the unit housing, on the surface. The indicated electronic unit can be made, for example, in the form of any of the known schemes for vector control of electric motors, alternating current, for example, in the form of a TRANSVECTOR system: (T. Kume, T. Ivakane. High-quality AC electric drives with vector control. Translation No. 512/648, 1992, UNSC TI / UPO.

Системы регулирования электроприводов переменного тока с микропроцессорным управлением. «Частотно-регулируемые асинхронные электроприводы на основе новых типов преобразователей частоты за рубежом». Серия 08. Выпуск 26, Информэлектро, 1989).Microprocessor-controlled control systems for AC electric drives. "Frequency-controlled asynchronous electric drives based on new types of frequency converters abroad." Series 08. Issue 26, Informelectro, 1989).

Электронный блок также может быть выполнен в виде одной из известных схем контроля положения ротора по току и/или напряжению на выходе преобразователя частоты вентильного электродвигателя.The electronic unit can also be made in the form of one of the known circuits for monitoring the position of the rotor by current and / or voltage at the output of the frequency converter of a valve electric motor.

(Патент ФРГ №2428718, кл. Н023 1/18 от 1979 г.;(German patent No. 2428718, class H023 1/18 of 1979;

Авторское свидетельство СССР №1337972, кл. Н02К 29/00 от 1987 г.;USSR copyright certificate No. 1337972, cl. Н02К 29/00 from 1987;

Авторское свидетельство СССР №1007161, кл. Н02К 29/00 от 1982.).USSR copyright certificate No. 1007161, cl. Н02К 29/00 dated 1982.).

На чертеже представлена блок-схема погружного насосного агрегата. Погружной насосный агрегат содержит вентильный электродвигатель, включающий в себя электромеханический преобразователь (ЭМП)1, преобразователь частоты (ПЧ) 2 и датчик 3 положения ротора 4 ЭМП. Обмотка 5 якоря ЭМП 1 подключена к выходу ПЧ 2 с помощью трехпроводного кабеля 6. Вал 7 ротора ЭМП механически связан с помощью муфты 8 с валом 9 насоса 10.The drawing shows a block diagram of a submersible pump unit. Submersible pump unit contains a valve electric motor, including an electromechanical converter (EMF) 1, a frequency converter (IF) 2 and a sensor 3 of the position of the rotor 4 of the EMF. The winding 5 of the armature of the EMF 1 is connected to the output of the inverter 2 using a three-wire cable 6. The shaft 7 of the rotor of the EMF is mechanically connected using the coupling 8 with the shaft 9 of the pump 10.

ЭМП и насос размещены в обсадной трубе 11 и погружены в перекачиваемую жидкость. Перекачиваемая насосом жидкость подается на поверхность по напорной трубе 12.The EMF and the pump are placed in the casing 11 and immersed in the pumped liquid. The liquid pumped by the pump is supplied to the surface through the pressure pipe 12.

Узел 13 гидрозащиты предохраняет ЭМП от попадания в него перекачиваемой жидкости. Внутренняя полость ЭМП заполнена изоляционной жидкостью, например, трансформаторным маслом.The node 13 of the hydraulic protection protects the EMF from getting into the pumped liquid. The internal cavity of the electromagnetic field is filled with an insulating liquid, for example, transformer oil.

Погружной насосный агрегат работает следующим образом.Submersible pump unit operates as follows.

При подаче напряжения на сетевые зажимы А₁, B₁, C₁ ПЧ 2 и наличии сигнала на входе задатчика частоты вращения, на выходных зажимах А_2, В₂, С₂ ПЧ вырабатывается напряжение, величина которого определяется заданием частоты вращения ротора ЭМП 1, а частота равна частоте вращения ротора 4 ЭМП. По обмотке 5 якоря ЭМП протекают токи, величина и частота которых зависят от напряжения на выходе ПЧ и частоты вращения ротора. ЭМП развивает вращающий момент, его ротор приводит во вращение вал 9 насоса, который, захватывая окружающую насос жидкость в обсадной трубе, например, нефть, перекачивает ее на поверхность по напорной трубе 12.When voltage is applied to the network terminals A ₁ , B ₁ , C _{1 of the} inverter 2 and there is a signal at the input of the speed controller, a voltage is generated at the output terminals of A _2, B ₂ , C _{2 of the} inverter, the value of which is determined by setting the frequency of rotation of the rotor of the EMF 1, and the frequency is equal to the rotational speed of the rotor 4 EMF. Currents flow along winding 5 of the EMF armature, the magnitude and frequency of which depend on the voltage at the inverter output and the rotor speed. The EMF develops a torque, its rotor drives the pump shaft 9, which, capturing the fluid surrounding the pump in the casing, for example, oil, pumps it to the surface through the pressure pipe 12.

Электронный блок 3, выполненный известным образом, несет функцию датчика положения ротора, то есть обеспечивает строгое равенство частоты вращения и частоты напряжения и тока на выходе ПЧ, и заданное параметрами и алгоритмами работы блока 3 изменение фазового положения тока в обмотке 5 якоря относительно направления магнитного потока ротора 4 ЭМП.The electronic unit 3, made in a known manner, has the function of a rotor position sensor, that is, it ensures strict equality of the rotation frequency and the frequency of the voltage and current at the inverter output, and the change in the phase position of the current in the armature winding 5 relative to the magnetic flux specified by the parameters and algorithms of the unit 3 rotor 4 EMF.

В качестве ЭМП может быть использован ЭМП с возбуждением от постоянных магнитов на роторе, а также ЭМП индукторного типа как с возбуждением с помощью обмотки или постоянных магнитов, расположенных на статоре, так и с вентильным возбуждением. Благодаря такому построению электродвигателя он обладает всеми свойствами бесконтактной машины постоянного тока или вентильного электродвигателя - высоким КПД, равномерностью вращения, регулировочными характеристиками.As EMFs, EMFs with excitation from permanent magnets on the rotor can be used, as well as inductor-type EMFs with excitation by means of windings or permanent magnets located on the stator, or with valve excitation. Thanks to this construction of the electric motor, it possesses all the properties of a non-contact direct current machine or a valve electric motor - high efficiency, uniform rotation, and adjusting characteristics.

Так как все электронные элементы вентильного электродвигателя (ПЧ и датчик положения ротора) размещены на поверхности, вне воздействия на них перекачиваемой жидкости, то погружной насосный агрегат стало возможным применять для перекачивания любых жидкостей, в том числе и жидкостей с высокими температурами и давлением, в частности для добычи нефти. При этом электронные элементы могут находиться в комфортных условиях и работать весьма надежно, даже в случае использования обычной элементной базы.Since all electronic elements of the valve electric motor (inverter and rotor position sensor) are located on the surface, without being affected by the pumped liquid, it became possible to use the submersible pump unit for pumping any liquids, including liquids with high temperatures and pressures, in particular for oil production. At the same time, electronic elements can be in comfortable conditions and work very reliably, even in the case of using a conventional element base.

Claims

1. Submersible pumping unit for lifting liquid to a surface containing a pump, the shaft of which is mechanically connected to the shaft of the electromechanical converter of the valve electric motor, characterized in that the position sensor of the rotor of the valve electric motor is made in the form of an electronic unit, the input of which is connected to the output circuits of the frequency converter, electronic the unit and the frequency converter are located outside the unit body on the surface.

2. The unit according to claim 1, characterized in that the electronic unit is made in the form of a vector control of an alternating current motor, for example, the TRANSVECTOR circuit.

3. The unit according to claim 1, characterized in that the electronic unit is configured to control the position of the rotor by current and / or voltage at the output of the frequency converter.