Система диагностики погружных электродвигателей

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к методам и средствам проверки технического состояния скважинных установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) при проведении мероприятий по техническому обслуживанию. Система содержит в своей скважинной части измерительные модули, объединенные информационной шиной, которая подключена к каналу связи, выход которого через первый интерфейсный блок подключен к первому входу/выходу устройства управления, а второй вход/выход которого связан с пультом оператора, а третий вход/выход через второй интерфейсный блок связан с внешними устройствами или системами. При этом каждый измерительный модуль содержит датчики вибрации и датчики температуры, подключенные к аналого-цифровому преобразователю, выход которого соединен с контроллером, который соединен с информационной шиной через интерфейсный узел. Технический результат заключается в повышении достоверности результатов приемосдаточных испытаний. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей области, в частности к средствам проверки технического состояния скважинных установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) при проведении мероприятий по техническому обслуживанию.

Высокие требования к качеству работ по техническому обслуживанию, в частности к приемо-сдаточным испытаниям (ПСИ) УЭЦН, обуславливаются требованиями к надежности данной установки в условиях длительной эксплуатации в скважине. ПСИ проводят с использованием специализированного стендового оборудования.

Известны стенды для проведения ПСИ погружных электродвигателей (ПЭД) на холостом ходу [RU 21455, МПК G01M 10/00, 2002; RU 33224, МПК G01M 10/00, 2003; ООО Камтехнопарк [Электронный ресурс]. [2009] URL: http://www.kamtehnopark.ru/ (дата обращения: 25.11.2010); ГК Новомет [Электронный ресурс]. [2010] URL: http://www.novomet.ru (дата обращения: 24.11.2010); ЗАО Мехта [Электронный ресурс]. [2009] URL: http://www.mehta.ru/ (дата обращения: 24.11.2010)], состоящие из стапеля с зажимами для размещения и крепления электродвигателя в горизонтальном положении и контрольно-измерительной аппаратуры для измерения и регистрации параметров контроля. Достоинством данного стенда является простота реализации, к недостаткам следует отнести отсутствие имитатора нагрузки.

Известны стенды для проведения ПСИ погружных электродвигателей (ПЭД) под реальной нагрузкой [ООО Камтехнопарк [Электронный ресурс]. [2009] URL: http://www.kamtehnopark.ru/ (дата обращения: 25.11.2010); ГК Новомет [Электронный ресурс]. [2010] URL: http://www.novomet.ru (дата обращения: 24.11.2010)]. Состав данных стендов аналогичен предыдущим, но отличается наличием имитатора нагрузки - нагрузочного генератора постоянного тока. Достоинством данных стендов является простота реализации и возможность имитация нагрузки ПЭД.

Общим недостатком известных стендов является горизонтальное расположение ПЭД на стапеле, что не соответствует рабочему расположению ПЭД в промысловой скважине.

Известен стенд для проведения ПСИ погружных электродвигателей (ПЭД) под реальной нагрузкой в вертикальном положении [ООО Камтехнопарк [Электронный ресурс]. [2009] URL: http://www.kamtehnopark.ru/ (дата обращения: 25.11.2010)]. Данный образец отличается от предыдущих наличием гидроподъемника, с помощью которого возможно задавать вертикальное положение ПЭД при испытаниях. Достоинствами стенда являются имитация нагрузки двигателя, вертикальное расположение ПЭД в процессе испытания.

Общими недостатками перечисленного оборудования являются отсутствие возможности при испытаниях учитывать взаимное влияние функционирующих агрегатов УЭЦН и их взаимодействие с эксплуатационной колонной, а также несоответствие воздушной среды реальным условиям эксплуатации.

Известен стенд диагностики ПЭД в составе рабочей компоновки УЭЦН при спуске ее в вертикальную испытательную скважину, заполненную рабочей жидкостью (например, трансформаторным маслом), при этом незначительная часть двигателя остается на поверхности для проведения замеров вибрационных параметров [Бочарников В.Ф., Ведерников В.А. Результаты экспериментальных исследований вибрации погружных центробежных электронасосов типа ЭЦНМ с частотно-регулируемым приводом // Нефтепромысловое оборудование. 2007. №12. С.92-93]. Достоинством стенда является вертикальное расположение тестируемого ПЭД и наиболее полная имитация рабочей среды и реальной нагрузки. Недостатком стенда является то, что показания снимаются только в одной точке с портативного прибора (например, «Пион»), что не позволяет получать достоверную информацию о техническом состоянии ПЭД.

Задачей изобретения является повышение качества работ по техническому обслуживанию ПЭД за счет повышения достоверности результатов ПСИ.

Поставленная задача решается посредством системы диагностики погружного электродвигателя (ПЭД), в составе рабочей компоновки скважинной установки электроцентробежного насоса в вертикальной испытательной скважине при проведении приемо-сдаточных испытаний, содержащей в своей скважинной части измерительные модули, объединенные информационной шиной, которая подключена к каналу связи, выход которого через первый интерфейсный блок подключен к первому входу/выходу устройства управления, а второй вход/выход которого связан с пультом оператора, а третий вход/выход через второй интерфейсный блок связан с внешними устройствами или системами, причем каждый измерительный модуль содержит датчики вибрации и датчики температуры, подключенный к аналого-цифровому преобразователю, выход которого соединен с контроллером, который соединен с информационной шиной через интерфейсный узел.

Согласно изобретению, в системе количество измерительных модулей и количество датчиков в измерительных модулях может быть различно, в зависимости от конструкции ПЭД.

Согласно изобретению, канал связи может быть проводным или беспроводным, в зависимости от условий применения.

Предложенная система диагностики позволяет осуществить контроль и измерение параметров вибрационных и температурных полей ПЭД непосредственно в процессе прогона ПЭД в составе рабочей компоновки УЭЦН в режиме реального времени в автоматизированном режиме. Эффективность предложенного решения обусловлена: простотой его реализации, вертикальным расположением компоновки в процессе ПСИ, что позволяет учитывать взаимное влияния агрегатов УЭЦН и их взаимодействие с эксплуатационной колонной, работой в режиме реальной нагрузки и условиях, наиболее приближенных к промысловой скважине. При наличии дефектов имеется возможность точной идентификации неисправного узла ПЭД благодаря наличию большого числа измерительных модулей, закрепленных по всей длине ПЭД.

Измерительные модули, закрепленные на поверхности корпуса ПЭД в наиболее информативных местах (подшипники и узлы пят), позволяют осуществлять мониторинг параметров вибрации и температуры. Наличие устройства управления позволяет осуществить преобразование временного сигнала вибрации в частотный спектр на основе быстрого преобразования Фурье. Анализ спектра, на предмет схожести с определенным набором диагностических признаков (наличие или отсутствие определенных частотных составляющих, а также по соотношению их амплитуд) для каждого дефекта, служит основой для формирования заключения о техническом состоянии каждого узла ПЭД. Измеренная температура позволяет предотвратить перегрев ПЭД, кроме того, по измерениям температуры в разных точках ПЭД можно выявить ее локальные максимумы, которые косвенно служат показателем потенциального места неисправности.

Иллюстрацией к заявляемой системе являются чертежи, где на фиг.1 представлена структурная схема системы диагностики, а на фиг.2 - структурная схема измерительного модуля.

Система диагностики (фиг.1) содержит измерительные модули 1 и 2 (в общем случае их может быть несколько), информационную шину 3, канал связи 4, первый интерфейсный блок 5, устройство управления 6, пульт оператора 7 и второй интерфейсный блок 8. Измерительные модули 1 и 2, относящиеся к скважинной части системы, закреплены на поверхности ПЭД. Они объединены информационной шиной 3, которая подключена к скважинной части аппаратуры канала связи 4. Наземная часть системы имеет устройство управления 6, соединенное через первый интерфейсный блок 5 с каналом связи 4 и через второй интерфейсный блок 8 с внешними устройствами (системами) 9. Пульт оператора 7 обеспечивает человеко-машинный интерфейс при работе и тестировании системы.

Система работает следующим образом. Перед спуском компоновки УЭЦН в испытательную скважину измерительные модули 1 и 2, объединенные информационной шиной 3, и скважинная часть аппаратуры канала связи 4 крепятся непосредственно на поверхность ПЭД. Каждый измерительный модуль содержит определенную совокупность пространственно распределенных (в характерных точках) на корпусе ПЭД датчиков вибрации и температуры 13-16. Информационная шина 3 выполнена в защищенном от механических и электромагнитных воздействий исполнении. Инициирование работы системы осуществляет устройство управления 6 передачей соответствующей команды через первый интерфейсный блок 5 и канал связи 4. Измерительные модули 1 и 2 осуществляют опрос всех датчиков, принимают, предварительно обрабатывают и хранят измерительную информацию в своей оперативной памяти. По завершению измерительного цикла устройство управления 6 считывает информацию, хранящуюся в измерительных модулях 1 и 2, проводит необходимые вычисления, отображает результат на дисплее пульта оператора 7 и хранит массив результатов. Устройство управления 6 может быть реализовано на базе программируемой логики, включающее в себя центральное процессорное устройство, оперативное запоминающее устройство и устройства ввода/вывода [Гук М. Аппаратные средства PC. Энциклопедия - СПб: Питер Ком, 1988. - 816 с: ил.]. При необходимости, посредством второго интерфейсного блока 8 осуществляется связь с внешними устройствами или системами 9.

Измерительный модуль (фиг.2.) содержит интерфейсный узел 10, контроллер 11, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12, первый и второй датчики виброускорений 13, 14, первый и второй датчики температуры 15, 16 (в общем случае датчиков может быть несколько). Датчики виброускорений 13, 14 формируют аналоговые сигналы, которые кодируются многоканальным АЦП 12. Контроллер 11 обеспечивает управление всеми узлами измерительного модуля, осуществляет прием, предварительную обработку и хранение измерительной информации. Контроллер 11 взаимодействует с наземной частью посредством интерфейсного узла 10, информационной шины 3 и канала связи 4.

Реализация контроллеров, их объединение, интерфейсы и другие схемотехнические вопросы известны из многих источников [например, Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник. - 2 изд. Перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990. - 512 с.: ил.].

Канал связи 4 может быть выполнен по проводной и беспроводной схеме. В том случае, если наземное оборудование расположено близко к скважине, и конструкция стенда позволяет беспрепятственную прокладку кабеля - возможно применение проводного канала связи как наиболее простого и надежного. В других случаях канал может быть реализован по беспроводной схеме, например с использованием радиоканала [Компания ПРОСОФТ [Электронный ресурс]. [2010] URL: http://www.prosoft.ru/ (дата обращения: 06.12.2010)]. Причем, при проводном канале питание скважинной части - дистанционное с использованием проводов, при беспроводном - от автономного источника электропитания.

Реализация наземных программно-технических сред также известна. Эти средства выполнены с использованием программируемой логики, например на базе промышленного компьютера [Компания ПРОСОФТ [Электронный ресурс]. [2010] URL: http://www.prosoft.ru/ (дата обращения: 06.12.2010)].

Пример конкретной реализации. В процессе испытания ПЭД с использованием предложенной системы были синхронно произведены замеры температурных и вибрационных полей в точках расположения подшипниковых узлов.

По полученным данным с каждого измерительного модуля были построены временные зависимости и спектры сигналов вибрации. По измерениям вибрации одной из точек ПЭД построены временная зависимость и спектр вибрации, приведенные на фиг.3. На приведенном спектре наблюдаются доминирующие составляющие на частоте 50 Гц и на частоте 25 Гц. По характерным диагностическим признакам [Гольдин А.С. Вибрация роторных машин. М.: Машиностроение, 1999. 344 с.; Ширман А.Р., Соловьев Б.С. Практическая вибродиагностика и мониторинг состояния механического оборудования. М., 1996. 276 с.], а именно: появление составляющей на частоте вращения ротора двигателя (50 Гц) совместно с появлением составляющей на частоте движения смазки в зазоре подшипника (22-28 Гц), можно сделать вывод о наличии в данном подшипнике неудовлетворительной несущей способности смазочного слоя подшипника. Кроме того, по соотношению амплитуд на указанных частотах можно судить о степени развития указанного дефекта. Если отношение амплитуды составляющей на 25-28 Гц к составляющей на 50 Гц превышает 0,5, можно говорить о потере несущей способности смазочного слоя. В данном случае отношение амплитуд равно 0,44, что говорит о сильно развитом дефекте. Указанный дефект подтверждается локальным повышением температуры, что также является подтверждением наличия развитого дефекта.

По проведенным испытаниям проводится разбор ПЭД и проверяется состояние фрикционного материала подшипника. В случае недопустимого износа подшипник подлежит замене.

Таким образом, предложенная система позволяет повысить качество работ по техническому обслуживанию ПЭД за счет повышения достоверности результатов ПСИ.

1. Система диагностики погружного электродвигателя (ПЭД) в составе рабочей компоновки скважинной установки электроцентробежного насоса в вертикальной испытательной скважине при проведении приемосдаточных испытаний, содержащая в своей скважинной части измерительные модули, объединенные информационной шиной, которая подключена к каналу связи, выход которого через первый интерфейсный блок подключен к первому входу/выходу устройства управления, второй вход/выход которого связан с пультом оператора, а третий вход/выход через второй интерфейсный блок связан с внешними устройствами или системами, причем каждый измерительный модуль содержит датчики вибрации и датчики температуры, подключенные к аналого-цифровому преобразователю, выход которого соединен с контроллером, который соединен с информационной шиной через интерфейсный узел.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что количество измерительных модулей и количество датчиков в измерительных модулях может быть различно в зависимости от конструкции ПЭД.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что канал связи может быть проводным или беспроводным, в зависимости от условий применения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в испытаниях топливной аппаратуры дизельных двигателей. .

Изобретение относится к области экспериментальной техники и может быть использовано для опытного определения динамических характеристик пусковых устройств подводных аппаратов.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для повышения нефтеотдачи продуктивных пластов. .

Изобретение относится к области экспериментальной гидродинамики морского транспорта и касается создания лабораторий для исследований ледовых качеств судов. .

Изобретение относится к испытательным машинам, а конкретно к каплеударным испытательным установкам. .

Изобретение относится к измерительно-испытательной технике и может быть использовано для функционального контроля и испытаний электродных систем скважинных электрогидравлических аппаратов.

Изобретение относится к области экспериментальной гидродинамики. .

Изобретение относится к области экспериментальной техники и может быть использовано для опытного определения динамических характеристик пусковых устройств подводных аппаратов.

Изобретение относится к экспериментальной гидромеханике, в частности к испытаниям в опытовых бассейнах моделей плавучих морских инженерных сооружений с протяженными якорными системами удержания.

Изобретение относится к области экспериментальной техники и может быть использовано для испытаний различных подводных объектов и пусковых устройств, в частности пусковых устройств торпедных аппаратов

Изобретение относится к области экспериментальной техники для исследований гидродинамики и динамики судов и касается создания опытовых бассейнов с возможностями моделирования в них волнения

Изобретение относится к области экспериментальной гидродинамики морского транспорта

Изобретение относится к области судостроения, касается вопроса экспериментального определения характеристик нестационарных сил, возникающих на элементах судовых движителей

Группа изобретений относится к области гидродинамики, в частности к стендовому оборудованию для моделирования гидроабразивного износа насосов. Способ гидроабразивных испытаний погружных насосов, при котором насос с электродвигателем размещают в подвешенном состоянии, абразивный материал подают с рабочей жидкостью из узла подвода во вращающийся насос. Испытания проводят при частоте вращения насоса, превышающей его номинальную частоту, а узел подвода и испытываемый насос размещают в подвешенном состоянии посредством гибких элементов. Стенд для гидроабразивных испытаний погружных насосов содержит приводной механизм в виде электродвигателя, кинематически соединенный с валом испытываемого насоса, бак, подсоединенный к насосу, узел подачи абразивного материала, узел подвода жидкости, соединительные трубопроводы, узел регулирования расхода и систему измерительных датчиков. Электродвигатель, узел подвода и испытываемый насос размещены в подвешенном состоянии посредством гибких элементов, закрепленных на раме стенда. Технический результат группы изобретений - повышение достоверности и ускорение испытаний. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретения относятся к области судостроения, в частности к экспериментальным методам испытания моделей в опытовых и ледовых бассейнах при проведении испытаний заякоренных объектов, и могут быть использованы для непосредственных измерений инерционных характеристик изучаемой модели. Устройство включает испытуемую модель плавучего объекта, имитатор дна водоема, якорные связи, соединяющие модель с имитатором дна и оснащенные тросовыми динамометрами для измерения в них сил натяжения, и измеритель линейных и угловых перемещений выбранной точки испытуемой модели. Модель выполнена состоящей из двух не равнозначных по массе частей, к одной из которых, имеющей массу, не превышающую 5% общей массы модели, прикреплены модельные якорные линии удержания и которая соединена с остальной частью модели через динамометр, предназначенный для измерения силы взаимодействия между этими частями. Способ включает монтаж модели к имитатору дна водоема с помощью якорной системы удержания, измерение линейных и угловых перемещений выбранной точки модели, натяжения в связях якорной системы удержания с помощью тросовых динамометров и определение жесткостной характеристики связей. Испытания проводят на модели, состоящей из двух не равнозначных по массе частей, соединенных через динамометр между ними, к меньшей части из которых крепят якорные линии удержания. После монтажа модели к имитатору дна водоема измеряют углы подхода якорных линий к корпусу испытуемой модели при отсутствии внешней нагрузки, и в процессе проведения эксперимента измеряют с помощью динамометра усилие, возникающее между упомянутыми частями испытуемой модели. В ходе дальнейшей обработки результатов эксперимента определяют суммарную силу, действующую на модель со стороны якорной системы удержания, после чего определяют расчетным путем инерционные характеристики модели как разность между соответствующими величинами, определенными по показаниям динамометра между частями испытуемой модели и величинами, рассчитанными как суммарная реакция якорных связей. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для опытного определения динамических характеристик пусковых устройств подводных аппаратов. Устройство содержит заполненный жидкостью прочный корпус с днищами, на одном из которых размещен быстроразъемный узел крепления пускового устройства подводного аппарата, направляющие элементы для подводного аппарата и устройство для его торможения, заполненную газом демпфирующую полость, систему уставки давления в демпфирующей полости, измерительно-регистрирующую и управляющую работой стенда аппаратуру и систему поддержания в демпфирующей полости постоянства установочного давления. При этом система поддержания давления содержит расположенный в демпфирующей полости уравнивающий цилиндр с пневматическим приводом, шток которого введен в демпфирующую полость прочного корпуса стенда и связан с поршнем уравнивающего цилиндра, замкнутый объем которого снабжен клапаном уравнивания в нем давления с демпфирующей полостью, а пневматический привод включает ресивер с воздухом высокого давления, программно-управляемый клапан и клапан сброса давления из рабочего объема пневматического привода. Технический результат заключается в обеспечении эффективного поддержания постоянного давления в демпфирующей полости стенда. 1 ил.

Изобретение относится к судостроению и касается проектирования экранопланов. При определении аэродинамических характеристик горизонтального оперения экраноплана с установленными на нем работающими маршевыми двигателями изготавливают геометрически подобную модель горизонтального оперения и двигателей силовой установки. Модель испытывается в опытовом бассейне в прямом движении. Модель крепится на пилоне буксировочной тележки через динамометр, используемый для гидродинамических исследований, в зоне отсутствия вихреобразования от движения тележки. Моделирование струи силовой установки производится моделированием диаметра сопла и тяги. При движении тележки на фиксированной скорости и обдувки горизонтального оперения струями двигателей маршевой силовой установки определяются аэродинамические характеристики при различных сочетаниях углов атаки горизонтального оперения, тяги двигателей, отклонения рулей высоты, что позволяет экспериментально-расчетным способом оперативно определять параметры, являющиеся одним из основных элементов инструкции в обеспечении расчета управляемости на всех эксплуатационных режимах движения экраноплана и в чрезвычайных нестандартных ситуациях. Достигается осуществление полного аэродинамического расчета экраноплана в целом. 3 ил.

Изобретение относится к области судостроения, более конкретно - к экспериментальной гидромеханике, и касается вопросов проведения экспериментальных исследований в опытовых бассейнах моделей быстроходных судов с воздушными кавернами на днище. Предложена конструкция корпуса модели судна с искусственной каверной для проведения гидродинамических испытаний в опытовом бассейне, которая в днищевой части корпуса содержит нишу, ограниченную поперечным реданом стреловидной формы, скегами и профилированным кормовым участком днища, на котором происходит замыкание каверны. Профилированный кормовой участок днища, на котором происходит замыкание каверны, выполнен на резьбовых стойках, позволяющих регулировать его высоту над основной плоскостью, угол атаки и форму в поперечном сечении. Технический результат заключается в повышении эффективности проведения испытаний моделей. 3 ил.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при экспериментальной отработке заборных устройств, установленных в топливных баках ракет, для экспериментального определения гидравлических остатков незабора топлива. Стенд содержит сливную емкость, расходную магистраль, в которой установлены датчики сплошности, расходомер, гидравлический насос, отсечной кран, а также устройство для заправки и слива, к которому подключен дозатор для дозаправки воды. Дозатор воды настроен на рабочий объем, равный объему ожидаемого гидравлического остатка незабора испытуемого топливного бака, подключенного к расходной магистрали. Верхняя часть сливной емкости выполнена в виде вертикального сужающегося кверху конусного насадка с конусностью 15°, на котором установлены второй датчик сплошности и емкость для перелива. В состав стенда входит магистраль закольцовки с запорным клапаном, встроенная в расходную магистраль на входе в насос, и магистраль заправки с клапаном, встроенная в расходную магистраль на выходе из насоса, второй конец которой подключен к расходной магистрали перед отсечным краном. Перед заправкой испытуемого бака полностью заполняют водой расходную магистраль и сливную емкость, а затем производят дозаправку гидросистемы дозированным объемом воды, равным ожидаемому гидравлическому остатку незабора. После этого производят испытание. При срабатывании обоих датчиков сплошности в любой последовательности закрывают отсечной кран, фиксируют момент прорыва газа в магистраль расхода и момент полного заполнения сливной емкости. Затем, зная расход и указанные моменты времени, а также объем дозаправки дозатором вычисляют величину гидравлического остатка незабора. Технический результат - повышение точности определения гидравлического остатка в испытуемом баке ракеты и снижение трудоемкости экспериментальных работ. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к методам и средствам проверки технического состояния скважинных установок электроцентробежных насосов при проведении мероприятий по техническому обслуживанию

Наверх