Способ динамического контроля внутренних параметров систем электродвигателя

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для проведения измерений и осуществления динамического контроля соответствующих данных, к примеру, таких, как температура и вибрация, в электродвигателе. Сущность изобретения состоит в том, что оно предусматривает использование волоконно-оптического кабеля (5), заделанного в электроизоляцию (4), по меньшей мере, одного провода (3) обмоток электродвигателя, причем такой кабель (5) образует собой, по существу, растянутый термометр и/или вибродатчик. Технический результат от использования данного изобретения состоит в упрощении и в удешевлении предлагаемого способа, а также в повышении его надежности. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Настоящее изобретение относится к способу измерения и динамического контроля систем электродвигателя с использованием волоконно-оптического кабеля и/или датчика в соответствии с вводной частью пункта 1 формулы изобретения.

Способы такого рода известны из патента США №4827487, японской заявки на патент №55122451 и немецкого свидетельства на полезную модель №29503853 U.

В патенте США №4827487 раскрывается, что волоконно-оптический кабель может быть расположен в полой сердцевине электрического проводника, имеющего полую сердцевину, а в указанном немецком свидетельстве на полезную модель раскрывается, что волоконно-оптический кабель может быть расположен в канавке, которая проходит в продольном направлении по всей длине проводника, выполненного в виде ленты.

Недостаток этих известных способов заключается в том, что формирование полой сердцевины или канавки в электрическом проводнике, выполненном в виде обыкновенного провода или ленты, представляет собой сложную и дорогостоящую операцию, а также в том, что провод может в результате этого быть ослаблен.

В патенте США №4901070 раскрывается система динамического контроля давления и электрического сопротивления электродвигателя погружного насоса с электроприводом, в которой применяется мегометр, в связи с чем она представляет собой довольно сложную систему, обеспечивающую текущий контроль давления, существующего на забое скважины, и сопротивления изоляции обмотки электродвигателя.

В соответствии с настоящим изобретением недостатки способов, известных из предшествующего уровня техники в данной области, в значительной мере устраняются. Осуществляется это благодаря отличительным признакам, указанным в п.1 формулы изобретения.

Таким образом, настоящее изобретение направлено на создание усовершенствованных способа и системы, предназначенных для проведения измерений и осуществления динамического контроля режимов работы погружных электродвигателей. Способ, реализуемый в соответствии с настоящим изобретением, основывается на использовании оптических волокон, датчиков и/или микромеханизмов, наматываемых вместе с электрическим проводом, применяемым в конструкции статора или ротора электродвигателя.

Один из вариантов осуществления настоящего изобретения предусматривает намотку оптического волокна и датчиков, известных специалистам в области телеметрии, вокруг электрического провода с последующим заключением в оболочку и прикреплением оптического волокна к проводу посредством нанесения покрытия на электрический провод и оптическое волокно или облицовывания их изоляционным материалом. Оптическое волокно с датчиками, микромеханизмами и прочими устройствами укладывается в продольном направлении по всей длине электрического провода, после чего и это волокно, и этот провод вместе друг с другом наматываются с укладкой их в пазы статора электродвигателя, образуя обмотки статора. Затем на статор вместе с намотанными на него электрическими проводами наносится соответствующая изоляция посредством лакирования, нанесения эпоксидного покрытия либо с применением иных технологий нанесения изоляции, известных специалистам в области производства электродвигателей. Кроме того, настоящее изобретение позволяет использовать оптические волокна для осуществления точного динамического контроля температуры, при которой выдерживаются упомянутые изоляционные материалы при их отвердевании, причем эти волокна являются при этом своеобразным следящим устройством, контролирующим внутреннюю температуру с применением в этих целях соответствующих технических средств для измерения коэффициента отражения в оптической временной области и обратного рассеяния Рамана.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения оптическое волокно и связанные с ним устройства помещаются в трубку, и трубка укладывается в статоре электродвигателя вместе с электрическим проводом.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения предусматривается использование оптического волокна, намотанного вокруг электрического провода и пропущенного через статор, в качестве канала связи между датчиками, выводящего на внешнюю сторону электродвигателя.

Настоящее изобретение позволяет решить задачу усовершенствования динамического контроля внутренних параметров электродвигателя. Часто бывает целесообразно как с конструкционной, так и с эксплуатационной точки зрения, в частности, для улучшения управления электродвигателем во время его работы, повышения безопасности эксплуатации и увеличения срока службы обеспечить динамический контроль определенных внутренних параметров электродвигателя. Настоящее изобретение обеспечивает возможность проведения соответствующих замеров во многих узловых точках, находящихся на оси электродвигателя, а также в различных радиальных положениях в электродвигателе. Измерение этих переменных величин позволяет получить правильное представление о нарастании процесса выделения тепла, тепловом потоке, точках перегрева и об обусловленных этими явлениями профилях распределения тепла в различных конструкциях электродвигателей, а также получить подробные данные о внутренних режимах электродвигателей по давлению, вибрации и по движению статора при эксплуатации электрической системы.

Эксплуатационные характеристики и долговечность электродвигателя находятся в зависимости от внутренних режимов, динамический контроль которых осуществляется с помощью настоящего изобретения. Таким образом, способность настоящего изобретения обеспечить динамический контроль этих режимов в электродвигателях позволяет осуществлять усовершенствования и вносить соответствующие изменения в их конструкцию и условия их эксплуатации, а затем получить подтверждение получаемых в результате этих действий улучшений режимов благодаря внутреннему динамическому контролю, осуществляемому с помощью настоящего изобретения.

Прямым следствием применения данной технологии является разработка новых высоконадежных и более эффективных электродвигателей для подземной добычи нефти и газа через скважины.

Настоящее изобретение найдет применение при проектировании электродвигателей, внутренние параметры которых необходимо измерять и которые используются для многих различных назначений. На практике часто бывает весьма целесообразно осуществлять динамический контроль вибрации электродвигателя в процессе его эксплуатации с тем, чтобы выявить такие дефекты, как плохое демпфирование в системе, плохая центровка ротора электродвигателя, чрезмерная вибрация, возникающая при пуске электродвигателя или вызываемая различными приспособлениями или устройствами, к которым подсоединяются электродвигатели (т.е. компрессорами, вентиляторами, насосами и т.д.). Это будет способствовать проектированию более эффективных и надежных систем электродвигателей как с механической, так и с электрической точек зрения. Кроме того, настоящее изобретение направлено также на разработку способа, обеспечивающего оптическую связь через электродвигатель, рассчитанную на передачу данных извне электродвигателя.

Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

Ниже следует подробное описание изобретения, которое ведется со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 изображает схематически вид в поперечном разрезе электродвигателя, имеющего статор с электрическими проводами, из которых, по меньшей мере, один провод оснащен волоконно-оптической измерительной системой, помещенной в изоляцию;

фиг.2 - в увеличенном по сравнению с фиг.1 масштабе вид в поперечном разрезе провода с волоконно-оптической измерительной системой, аналогичного показанному на фиг.1;

фиг.3 - в еще более увеличенном по сравнению с фиг.1 масштабе вид в продольном разрезе провода и волоконно-оптической измерительной системы, аналогичных показанным на фиг.1.

Как видно из фиг.1, на ней показан электродвигатель, имеющий ротор, обозначенный стрелкой 1, который содержит ряд электрических проводов 3, намотанных таким образом, что в случае, когда по проводам 3 проходит электрический ток, создается электромагнитное поле, под действием которого происходит вращение ротора 1 относительно статора 2. Как показано на фиг.2 и 3, по меньшей мере, один провод 3 имеет электроизоляционное покрытие 4, в которое помещен волоконно-оптический кабель 5, причем этот кабель 5 может быть снабжен соответствующими микродатчиками 6, к примеру, такими, как акселерометр, предназначенный для обнаружения вибраций, и/или оптическими решетками, к примеру волоконными брэгговскими решетками 7, которые отражают свет, длина волны которого равна ширине решетки, и позволяют свету, длина волн которого имеет другие значения, проходить по кабелю 5. Решетки 7 могут быть спроектированы таким образом, чтобы длина волны отражаемого света изменялась при изменении температуры, благодаря чему такой волоконно-оптический кабель 5 образует собой как бы растянутую гирлянду миниатюрных термометров, пролегающую в продольном направлении по всей длине провода 3. Аналогичным образом, оптические датчики 6 могут быть образованы сейсмодатчиками, которые представляют собой также решетки, подобные рассмотренным выше, но которые отражают свет, значение длины волны которого изменяется в зависимости от вибраций, благодаря чему такой волоконно-оптический кабель 5 представляет собой растянутую многопараметрическую измерительную систему, которая позволяет с достаточной надежностью обнаруживать наличие всякого перегрева и/или вибраций, например, в тех случаях, когда связанный с данным электродвигателем насос забивается грязью или начинает работать вхолостую либо когда изнашивается его подшипник.

1. Способ измерения и динамического контроля систем электродвигателя, состоящий в том, что используют, по меньшей мере, одну из частей системы электродвигателя, выбранную из статора и ротора и соединенную с электрическим проводом, подсоединяют, по меньшей мере, одно средство сбора данных, состоящее из волоконно-оптического кабеля и/или датчика физических параметров, к электрическому проводу, собирают данные при помощи этого средства и передают их на узел сбора данных, отличающийся тем, что используют электродвигатель типа электродвигателя для скважинного погружного насоса, предназначенного для перекачки разных видов углеводородной текучей среды, собирающейся в скважине, при этом волоконно-оптический кабель снабжают датчиками физических параметров электродвигателя и заделывают его в электроизоляционное покрытие, окружающее, по меньшей мере, один электрический провод обмоток электродвигателя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что волоконно-оптический кабель оборачивают вокруг упомянутого электрического провода.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что волоконно-оптический кабель и датчики физических параметров, образующие средство для сбора данных, заключают в оболочку и крепят к упомянутому электрическому проводу посредством нанесения покрытия на электрический провод и на средство для сбора данных или путем облицовки их лаком или эпоксидным покрытием.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что датчики физических параметров представляют собой термочувствительные элементы, выполненные с использованием средств измерения коэффициента отражения в оптической временной области и обратного рассеяния Рамана.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что волоконно-оптический кабель с датчиками физических параметров находятся внутри трубки.