Устройство контроля давления для погружных электродвигателей

 

Изобретение относится к устройствам для защиты погруженных электродвигателей. Цель изобретения является повышение быстродействия устройства. Цель достигается введением в датчик давления вентиля 6 с приводом от электромагнита, катушка 7 которого включена между последовательно соединенными нагревателем 2 и источником питания 10. Давление масла в полости двигателя, изменяющееся в функции изменения давления пластовой жидкости, передается мембранной коробке, связанной через шток 4 с выключателем 5, контакты которого размыкаются после срабатывания электромагнитного вентиля 6 и создания с помощью нагревателя 2 внутри мембранной коробки давления, выше давления окружающей среды. Оценка величены давления внутри двигателя производится по количеству электроэнергии, подведенной к нагревателю 2. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1580189 А 1 (51)5 G 01 L 7/06, Н 02 Н 7/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4301626/24-07 (22) 08.09.87 (46) 23.07.90. Ъюл. 1Ф 27 (71) Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро по погружному электрооборудованию для .бурения скважин и добычи нефти Всесоюзного научно-производственного объединения "Потенциал" (72) Н Н.Гринченко, В.П.Лугин, В.А.Невелев и В.H.Ãðèí÷åíêî . (53). 621.316.925(088.8) (56) Агейкин Д.И. и др. Датчики контроля и регулирования. — M.: Машиностроение, 1959, с.365.

Авторское свидетельство СССР

У 1292098, кл. Н 02 H 7/08, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ЕОНТРОЛЯ ДАВЛЕНИЯ

ДЛЯ ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ . (57) Изобретение относится к устройЪ

2 ствам для защиты погружных электродвигателей. Целью изобретения является повышение быстродействия устройства. Цель достигается введением в датчик давления вентиля 6 с приводом от электромагнита, катушка 7 которо"

ro включена между последовательно соединенными нагревателем 2 и источником питания 10. Давление масла в полости двигателя, изменяющееся в функции изменения давления пластовой жидкости, передается мембранной коробке, связанной через шток 4 с выключателем 5, контакты которого размыкаются после срабатывания электромагнитного вентиля 6 и создания с помоцью нагревателя 2 внутри мембранной коробки давления, выше давления окружающей среды. Оценка величины давления внутри двигателя производится по количеству электроэнергии, подведенной к нагревателю 2 ° 4 ил.

15801

Изобретение относится к электрот хнике, в частности к датчикам давления термокомпенсационного типа, которые могут быть использованы для

5 зациты от анормальных режимов погружных электродвигателей, работающих в приводе насосов для добычи жидкости (нефти и воды) из скважины.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства путем ускорения выравнивания температуры жидкости внутри датчика с тем- . пературой окружающей среды и сокращения времени подготовки датчика к

t очередному циклу измерения.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 — струк.турная электрическая схема устройства для защиты погружного электродвига- g{) теля от анормальных режимов работы; на фиг.3 — - конструкция датчика давления, устанавливаемого в погружном электродвигателе; на фиг.4 — разрез

А-А на фиг.3. 25

Устройство содержит измерительную камеру 1 с нагревателем 2 и мембраной 3, которая через шток 4 связана с выключателем 5. Измерительная камера 1 через управляемый элек- 3{) тромагнитный вентиль б связана через канал с контролируемой средой. Катушка 7 управляемого вентиля 6 последовательно соединена с нагревателем 2 и выключателем 5, образуя измерительную цепь датчика давления, которая через ключ 8 и счетчик 9 электрической энергии подключена к источнику 10 питания.

Измерительная часть 11 датчика 40 давления, содержащая измерительную камеру 1 с мембраной 3, вентиль 6 и последовательно соединенные карпушку

7, нагреватель 2 и выключатель 5, может быть достаточно удалена от источ- 45 ника 10 питания и счетчика 9 электрической энергии в случае применения датчика давления в устройстве (фиг.2) для защиты погружного электродвигателя 12 от анормальных режимов работы.

Устройство для защиты погружного электродвигателя 12 от анормальных режимов работы содержит датчик реле

13 температуры (например, термобиметаллическое реле типа* ДТР-ЗМ),установленный на лобовых частях обмотки статора погружного маслонаполненного электродвигателя. Датчик

89

1 реле 13 температуры ерез измерительную часть 11 датчика давления подключен к нулевой точке обмотки электродвигателя 12 и через разъем

14 соединен с пробкой, установленной в корпусе электродвигателя.

Катушка 7 электромагнитного гидровентиля 6 датчика давления одним выводом подключена к нулевой точке обмотки электродвигателя 12, а другим соединена с его корпусом через последовательно включенные нагреватель 2, выключатель 5 и датчик реле 13 температуры. Обцая точка соединения катушки 7 электромагнитного вентиля и нагревателя 2 через конденсатор 15 фильтра и разъем 14 подключена к корпусу электродвигателя.

Цепь контроля давления содержит счетчик 9 электрической энергии, который одним выводом через ключ 8, представляюций собой, например, тиристор, и фильтр 16 подключен к нулевой точке вторичной обмотки силового трансформатора 17, а вторым выводом подключен к выходу 18 стабилизированного по току источника 10 питания. Стабилизатор тока подключен к концу вторичной обмотки трансформатора источника 10 питания, начало которой заземлено, а ее промежуточный вывод является вторым выходом 19 источника 10 питания.

Счетчик 9 электрической энергии содержит двоична-десятичный счетчик

20, снабженный узлом индикации и дешифратором для подключения исполнительного реле (не показано), контакты которогл являются выходными контактами счетчика 9 и включены в цепи 21 отключения электродвигателя 12 с помощью линейного контактора 22, обмотка 23 которого через контакты цепи отключения подсоединена к второму оперативному источнику 24 питания.Счетчик 9 электрической энергии содержит также чувствительный элемент 25 тока, например сопротивление, к которому через управляемый второй ключ 26, например тиристор, и формирователь 27 импульсов подключен счетный вход счетчика 20, имеющего также установочный вход.

Блок 28 контроля температуры присоединен одним выводом к общей точке фильтра 16 и ключа 8, а вторым выводом через третий ключ 29, выполненный, например, в виде тиристора, 35

5 15801 присоединен к нестабилизированному выходу 19 источника 10 питания. Блок 28 контроля температуры содержит ис-! полнительное реле (не показано) выУ

5 ходные контакты которого включены в цепи 21 для отключения погружного электродвигателя 12 при повышении температуры его обмотки статора до предельно допустимого значения и при размыкании контактов датчика реле 13 температуры.

Блок 30 контроля изоляции с мегаомметром и исполнительным реле (не показаны), выходные контакты которого включены в цепь 21 отключения электродвигателя 12 при понижении сопротивления изоляции до установленного значения, присоединен одним выводом к общей точке фильтра 16 и 20 ключа 8, а вторым выводом через четвертый ключ 31, выполненный, напри;мер, в виде тиристора, присоединен к нестабилизированному выходу 19 источника 10 питания. 25

Блок 32 управления ключами содержит пятый 33, шестой 34 и седьмой 35 транзисторные ключи, одни выходы которых являются выходами блока 32 управления, а вторые выходы подключены 30 к заземленному выводу источника 10 питания. Управляющие входы пятого 33, шестого 34 и седьмого 35 ключей подключены к выходу мультивибратора 36, к которому подключен также установоча ный вход счетчика 20. Второй управляющий вход шестого ключа

34 подключен к выходу второго ключа 26. Первьп и второй входы шестого ключа 34 являются входами соб- 4С

-раиного на транзисторе логического элемента И-НЕ, выход которого подключен к выходному транзистору шестого ключа 34. Выходной транзистор седьмого ключа 35 подключен к выходу мультивибратора 36 через инвертор, собранный, например, на транзисторе.

Приведенная (фиг. 2) принципиаль"ная схема блока 32 управления с ключами 33-35 и мультивибратором 36 не является единственным решением, блок может быть собран, например, по схеме распределителя импульсов.

Иаслонаполненная термочувствительная полость измерительной камеры 1 сообщается трубопроводом 37 через седло клапана 38, клапан 39 электромагнитного вентиля 6 и через отверстие 40 с маслонаполненной полостью

89 о погружного электродвигателя 12. Клапан 39 удерживаетоя в открытои состоянии с помощью возвратной пружины

41 электромагнитного вентиля 6. Чув. ствительньп элемент, мембрана или сильфон (фиг.4) через отверстие 42 сообщается с маслонаполненной полостью электродвигателя 12.

Устройство работает следующим образом.

При замыкании ключа 8 от источника 10 питания ток, протекая через счетчик 9 электрической энергии, катушку 7 и нагреватель 2, вызывает срабатывание электромагнитного гидровентиля 6, превращая иаслонаполненную полость измерительной камеры 1 в замкнутую маноиетрпческую термочувствительную систему, а также вызывает нагрев этой системы, расши— ряя масло в ней и перемещая мембрану 3 и шток 4, размыкает контакты выключателя 5, прерывая ток в цепи контроля давления. Чеи больше давление окружающей среды, тем болыпе требуется электроэнергии на перегрев относительно начальной температуры измерительной камеры 1 для перемещения мембраны 3 и разиыкания контактов выключателя 5.

Измеряемая счетчиком 9 электрическая энергия, расходуемая на подогрев для увеличения объема жидкости в измерительной камере 1, прямо пропорциональна давлению окружающей среды.

При подключении установки для добычи жидкости (нефти, воды) из скважины электронасосои к силовой сети получают питание источники 10 и 24, а включение с поиоцью л1шейного контактора 22 погружного электродвигателя 12 производится после проведения блоком 28 контроля температуры, блоком 30 контроля изоляции и датчиком давления проверки соответствия контролируемых параметров заданным значениям.

Контроль температуры обмоток электродвигателя осуцествляется блоком

28 через ключ 29, которьп открывается при условии закрытого состояния выходного транзистора седьмого ключа 35 на время действия на его входе импульса положительной полярности с выхода мультивибратора 36. Длительность импульса с выхода песиииетричного мультивибратора 36 устанавли1580189 вается с учетом конкретных услозий эксплуатации скважины и может быть выбрана, например, 0,5 мин с периодом повторения 2 мин.

Положительньп импупьс длительностью 1,5 мин с выхода мультивибратора 36 через седьмой ключ 35 открывает третий ключ 29, и при положительной полярности напряжения на выходе 19 источника 10 питания протекает измерительньп ток контроля температуры пс цепи: выход 19 источника 10 питания, третий ключ 29, исполнительное реле блока 28 контроля температуры, фильтр 16, нулевая точка силового трансформатора 17, обмотка статора электродвигателя 12, катушка i электромагнита гидровентиля 6, нагреватель 2, вьп<лючатель 5 20 измерительной части 11 датчика давления, датчик реле 13 температуры, разъем 14, заземленньп корпус электродвигателя и заземленный вывод источпика 10 питания. 2. 2

Катушка 7 электромагнита при этом не срабатывает и г щровентиль 6 остается открытым, так как напряжение с выхода 19 источника 10 питания имеет недостаточную для срабатыванчя величину. В случае размьп<ания контактов термобиметаллического датчика. реле 13 температуры и при перегреве обмотки электродвигателя 12 срабатывает исполнительное реле блока

28 контроля температуры, разрывая цепь 21 питанич обмотки 23 линейного контактора 22 и отключая при этом погружной электродвигатель.

Отрицательный импульс длительностью 0,5 мин с выхода мультивибратора 36 через пятый кхпвч 33 открывает ключ 8., и при отрицательной полярности напряжения на стабилизированном по току выходе 18 источника

10 питания протекает стабилизированньп ток через счетчик 9 электрической энергии и ключ 8 и далее через фильтр 16 по цепи, аналогичной цепи контроля температуры, если отсутству- „

50 ет перегрев обмотки маслонаполненного электродвигателя 12.

Стабилизированный ток от источника 10 питания, протекая через катушку 7, гызывает срабатывание электромагнитного гидровентиля 6, превращая маслонаполненную полость измерительной камеры 1 в замкнутую мапо" .метрическую термочугствительную систему, а также вызывает нагрев этой системы, расширяя масло в ней и перемещая мембрану,3 и шток 4, размыкая контакты выключателя 5, црерывая ток в цепи датчика контроля давления °

Время измерения давления определяется с момента прохождения стабилизированного тока от источника 10 питания с одновременным включением электромагнитного вентиля 6 и начала подогрева нагревателем 2 маслонаполненной полости измерительной камеры 1 до момента разрыва измерительной цепи выключателем 5 в результате перемещения мембраны 3 и штока

4 от расширения масла.

Стабилизированные по величине импульсы тока в цепи контроля давления проходят через чувствительный элемент 25 тока счетчика 9, создавая в негл импульсное падение напряжения, достаточное для открывания второго .;люча 26 и запуска через формирователь 27 по счетному входу двоично-десятичного счетчика 20 импульсов. Число импульсов, пришедшее в счетчик 20 за время измерения давления, поступает в узел индикации для отображения результата измерения в цифровой форме, а также на дешифратор предельно допустимого значения, давления, к которому подключено исполнительное реле, контакты которого являются выходными контактами счетчика 9 электрической энергии и которые включены в цепь 21 отключения электродвигателя.

При снижении давления в полости электродвигателя 12 до минимально допустимого значения выходные контакты счетчика 9 энергии через цепь 21 отключают линейный контактор 22 и силовой трансформатор 17 от силовой сети. Устройство с датчиками продолжает функционировать, поскольку оба источника 10 и 24 питания остаются включенными, осуществляя периодический контроль давления, температуры и сопротивления изоляции.

По мере притока пластовой жидкости в скважину давление в скважине, а значит и в полости маслонаполненного электродвигателя 12. увеличивается. При увеличении этого давления до заданного значения выходные контакты счетчика 9 электрической энер-. гии через цепь 21 подключают электро1580189

Ю двигатель насосной установки к силовой сети с помощью контактора 22.

Максимально возможное время, которое отводится для измерения давле5 ния, и в течение которого может быть включен нагреватель 2 датчика дав. ления,определяется временем 0,5 мин и соответствует - 200 атм.

При большем давлении в полости маслонаполненного электродвигателя требуется соответственно большее количество электроэнергии на перегрев относительно начальной температуры с помощью нагревателя 2 масла в измери- 15 тельной камере 1 для перемещения мембраны 3 и штока 4 до размыкания контактов выключателя 5.

При меньшем давлении в электродвигателе выключатель 5 выключается раньше и в счетчик 20 поступает соответственно меньшее число импульсов, так как закрывается второй ключ

26 из-за отсутствия управляющих импульсов с чувствительного элемента 25

25 тока.

Контроль изоляции электродвигателя 12 осуществляется блоком 30 через четвертый ключ 31, который открывается с помощью шестого ключа 34 при ус- 30 ловии присутствия на одном из его входов отрицательного импульса с выхода мультивибратора 36, а также при условии прекращения поступления на его другой вход импульсов с чувстви- 35 тельного элемента 25 тока. Таким образом, контроль изоляции осуществляется с момента разрыва выключателем

5 измерительной цепи датчика давле-! ния и длится в течение вРемени, по- 40 ка давление в измерительной камере

1 не уменьшится до величины давления в маслонаполненном электродвигаI теле 12 или пока не закончится воздействие на шестой ключ 34 отрица- 45 тельного импульса с выхода мультивибратора 36.

Измерительный ток для контроля изоляции проходит по цепи: выход 19 источника 10 питания, четвертый ключ . 31,рабочая рамка мегаомметра и обмотка исполнительного реле блока 30 контроля изоляции, фильтр. 16, нулевая точка силового трансформатора 17,сопротивление изоляции вторичной обмотки трансфор55 матора 17, токоподвода и обмотки погружного электродвигателя 12,заземленный корпус электродвигателя и заземленный вывод источника 10 питания. Через измерительную часть 11 датчика давления ток прп этом не проходит, так как контакты выключателя 5 разомкнуты. В цепи блока контроля температуры и давления ток также не проходит, так как ключи 8 и 29 оказываются запертыми из-за отсутствия на их входе сигналов управления.

При снижении сопротивления изоляции до минимального допустимого значения выходные контакты блока 30 контроля изоляции через цепь 21 отключают линейный контактор 22 и силовой трансформатор 17 с электродвигателем от силовой сети. Конденсатор 15, шунтирующий последовательно соединенные контакты выключателя 5 . датчика давления и контакты датчика реле 13 температуры, уменьшдют коммутационные перенапряжения при размыкании контактов и защпщлот измерительную цепь от перенапряжений при работе электроустановки.

Введение в датчик давления электромагнитного вентиля 6, сообщаюцего вчутреннюю маслонаполненную полость измерительной камеры 1 с маслонаполненной полостью электродвигателя 12, позволяет после контроля давления сравнительно за короткое время и практически независимо от температуры датчика давления и температуры окружающей среды привести датчик давления в готовность к очередному циклу измерения, повышая при этом быстродействие всего устройства.

Осуществление в устройстве указанных связей между датчиком давления и его узлами, а также датчиком реле температуры позволяет при подключении измерительной цепи к нулевой точке обмотки электродвигателя 12 обойтись без применения полупроводниковых коммутирующих элементов для разделения измерительных цепей при контроле изоляции, давления и температуры в электродвигателе, что дает возможность повысить предельное значение рабочей температуры погружной части устройства.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство контроля давления для погружных электродвигателей, содержащее датчик давления термокомпенса12

1580189 иг. ционного типа, состоящий из измерительной камеры с мембраной, кинематически связанной с выключателем и нагревателем, при этом нагреватель и выключатель соединены последовагельно электрической цепью с ключом, счетчиком электрической энергии и источником питания, о т л и ч а ю щ е— с я, тем, что, с целью повышения быстродействия путем ускорения выравнивания температуры жидкости внутри датчика с температурой окружающей среды, введен управляемый электромаг5 нитный вентиль для перекрытия канала соединения измерительной камеры с контролируемой срецой, электромагнитная катушка которого включена последо вательно в цепь соединения нагревателя со свободным выводом источника питания.

I 580189

A-A

Составитель Г.Ермаков

Редактор О.Юрковецкая Техред,П,Олийнык Корректор Т Палий

Заказ 2004 Тираж 473 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101