Насосная установка с погружным линейным вентильным электродвигателем



Насосная установка с погружным линейным вентильным электродвигателем
Насосная установка с погружным линейным вентильным электродвигателем

 


Владельцы патента RU 2522347:

Общество с ограниченной ответственностью "Нефтегазовые космические технологии" (RU)

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к установкам с насосами объемного действия, приводимыми в действие погружными линейными электродвигателями. Установка содержит погружную часть, включающую в себя насос и погружной линейный вентильный электродвигатель. Подвижная часть (бегун) выполнена с возможностью возвратно-поступательного движения. Управляющий электронный блок состоит из наземной и погружной частей. Погружной блок выполнен в виде инвертора, размещенного в герметичном корпусе с нормальным давлением воздуха внутри. Выход инвертора электрически связан с наземной частью и обмоткой через гермовводы. Управляющий блок инвертора связан с чувствительными элементами датчика положения бегуна через дополнительные гермовводы. Содержит счетчик шагов бегуна. Наземный блок выполнен в виде последовательно соединенных входного выпрямителя, однофазного высокочастотного инвертора-регулятора и выходного выпрямителя. Повышаются энергетические показатели установки. 4 з.п. ф -лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и направлено на повышение энергетических показателей установок для подъема жидкости с больших глубин погружными установками с насосами объемного действия, приводимыми в действие погружными линейными электродвигателями.

Известна погружная насосная установка, содержащая насос и погружной линейный электродвигатель. Электродвигатель содержит неподвижную часть (статор) с обмоткой и расположенную внутри статора подвижную часть (бегун), выполненные с возможностью возвратно-поступательного движения бегуна относительно статора. Корпус электродвигателя механически связан с корпусом насоса, бегун механически связан с подвижной частью насоса (патент США №7316270 В2, кл. МКИ F04B 17/04, U.S. C1. 166/105, от 2005 г.).

Установка не имеет датчика положения бегуна, поэтому не может иметь высокие энергетические показатели.

Известна насосная установка, содержащая погружную часть, включающую в себя насос и погружной линейный электродвигатель, включающий в себя неподвижную часть (статор) с обмоткой и расположенную внутри статора подвижную часть (бегун), выполненные с возможностью возвратно-поступательного движения бегуна относительно статора, корпус электродвигателя механически связан с корпусом насоса, бегун механически связан с подвижной частью насоса, и управляющий электронный блок, выход силовой части которого электрически связан с обмоткой статора (евразийский патент №009268 В1, кл. F04B 47/06, приоритет 17.10.2004).

Данная установка также имеет недостаточно высокие энергетические показатели, обусловленные отсутствием датчика положения бегуна. Действительно, линейный электродвигатель постоянно работает в режиме пуска и реверса, а даже самая совершенная наземная система управления, не имеющая физического датчика положения, не позволяет определить положение бегуна в начальный момент пуска. Пуск получается затянутым, что приводит к дополнительным потерям в двигателе и установке в целом при пуске.

Цель изобретения состоит в повышении энергетических показателей установки.

Поставленная цель достигается тем, что в насосной установке, содержащей погружную часть, включающую в себя насос и погружной линейный вентильный электродвигатель, включающий в себя неподвижную часть (статор) с обмоткой и расположенную внутри статора подвижную часть (бегун), выполненные с возможностью возвратно-поступательного движения бегуна относительно статора, корпус электродвигателя механически связан с корпусом насоса, бегун механически связан с подвижной частью насоса, управляющий электронный блок, выход силовой части которого электрически связан с обмоткой статора, управляющий электронный блок выполнен состоящим из наземного и погружного блоков, погружной блок выполнен в виде инвертора, размещенного в герметичном корпусе с нормальным давлением внутри, корпус инвертора механически связан с корпусом электродвигателя, выход инвертора электрически связан с обмоткой через гермовводы, электродвигатель снабжен датчиком положения бегуна, выход чувствительных элементов датчика связан с управляющими цепями инвертора через дополнительные гермовводы, а наземный блок выполнен с возможностью регулирования постоянного напряжения на выходе.

Наземный блок наиболее целесообразно выполнять в виде последовательно соединенных входного выпрямителя, однофазного высокочастотного инвертора-регулятора и выходного выпрямителя. Такое выполнение позволяет отказаться от входного трансформатора с рабочей частотой 50 или 60 Гц, имеющего большую массу, габариты и стоимость, сохраняя возможность гальванической развязки погружной части от питающей сети и возможность регулирования выходного напряжения. Развязка необходима для работы системы измерения сопротивления изоляции погружной части электропривода.

Кабель может содержать либо одну силовую изолированную жилу, либо две. В первом случае функцию второго провода выполняет земля и напорно-компрессорная труба. Такое выполнение установки позволяет дополнительно упростить ее конструкцию и снизить стоимость. В случае применения двух жил, одна из них может не иметь электрической изоляции, что также приводит к снижению стоимости установки.

Управляющий блок инвертора содержит счетчик шагов бегуна по сигналам датчика положения и выполнен с возможностью осуществления реверса при достижении заданного числа шагов. Это позволяет исключить для бегуна возможность контакта с ограничителями перемещения бегуна и связанные с ней всплески потребляемого тока и потери мощности.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 схематически изображена установка с погружным инвертором и двухпроводной линией питания.

На фиг.2 схематически изображена установка с погружным инвертором и однопроводной линией питания.

Установка содержит насос 1 и погружной линейный вентильный электродвигатель, включающий в себя неподвижную часть (статор) 2 с обмоткой и расположенную внутри статора подвижную часть (бегун) 3. Статор и бегун выполнены с возможностью возвратно-поступательного движения бегуна относительно статора. Корпус 4 электродвигателя механически связан с корпусом 5 насоса, бегун механически связан с подвижной частью 6 насоса.

Управляющий электронный блок установки состоит из наземного 7 и погружного 8 блоков. Электродвигатель снабжен датчиком 9 положения бегуна, погружной блок выполнен в виде инвертора 10, размещенного в герметичном корпусе 11 с нормальным давлением воздуха внутри, корпус инвертора связан с корпусом электродвигателя. Выход инвертора электрически связан с цепью питания и обмоткой через гермовводы 12, выход чувствительных элементов датчика положения связан с управляющим блоком 13 инвертора через дополнительные гермовводы 14. Наземный блок выполнен в виде последовательно соединенных входного выпрямителя 15, однофазного высокочастотного инвертора-регулятора 16 и выходного выпрямителя 17.

Трансформатор 18 однофазного высокочастотного инвертора-регулятора обеспечивает гальваническую развязку выходного выпрямителя и всей погружной части установки от питающей сети. Нагнетательный клапан 19 и впускной клапан 20 обеспечивают правильную работу насоса. Перекачиваемая пластовая жидкость поступает на поверхность Земли через насосно-компрессорную трубу 21.

Как показано на фиг.1, одноименные полюса выхода наземного блока и питания инвертора соединены между собой изолированным двухпроводным кабелем. Такая схема может найти применение, в частности, в установках, предназначенных к работе в агрессивной среде.

Возможна также конструкция, показанная на фиг.2, в которой первый полюс силового выхода наземного блока связан с первым полюсом цепи питания погружного инвертора изолированным кабелем, а вторые полюса выхода выпрямителя 17 наземного блока и питания инвертора соединены с электрически связанными между собой элементами конструкции установки (насосно-компрессорной трубой 21, корпусом 5 насоса, корпусами 4 электродвигателя и 11 инвертора). В этом случае одна из групп ключей погружного инвертора должна быть обязательно электрически соединена с корпусом.

Работа установки происходит следующим образом. На входные зажимы наземного блока 7 подается напряжение стандартной сетевой частоты 50 Гц. Оно выпрямляется входным выпрямителем 15 наземного блока 7. Преобразование уровня напряжения и регулирование выходного напряжения осуществляется в однофазном высокочастотном инверторе-регуляторе. Частота работы ключа в инверторе-регуляторе на несколько порядков превышает сетевую, поэтому габариты трансформатора 18 в несколько раз ниже габаритов традиционно применяемых в нефтедобыче трансформаторов с номинальной частотой 50 Гц. Трансформатор 18 служит для гальванической развязки питающей сети и погружной части и для повышения уровня напряжения, что позволяет снизить потери в кабеле. После высокочастотного преобразования напряжение выпрямляется в выходном выпрямителе 17 наземной части. Управление скоростью бегуна осуществляется уровнем подводимого к погружному блоку 8 напряжения. Коммутация ключей инвертора 10 осуществляется по сигналу с датчика 9 положения бегуна.

При подаче напряжения на погружной блок 8 инвертор 11 по сигналам с чувствительных элементов датчика 9 положения бегуна подключает к источнику именно те обмотки двигателя, ток в которых обеспечит максимальное движущее усилие на бегуне. Бегун 3, преодолевая давление столба жидкости, приходит в движение, перемещая поршень 6 насоса, закрывая впускной клапан 20 и вытесняя жидкость через открывающийся нагнетательный клапан 19 на поверхность Земли.

Блок 13 управления инвертором 10 погружного блока 8 по сигналам датчика 9 положения бегуна отсчитывает заранее известное число периодов, соответствующее длине хода бегуна 3, после чего изменяет направление движения.

Частота пусков-реверсов может достигать 200 в минуту, поэтому чрезвычайно важно, чтобы пуск электродвигателя осуществлялся в оптимальном режиме.

В насосной установке, выполненной согласно изобретению, наличие погружного инвертора, управляемого от физического датчика положения, позволяет повысить энергетические показатели установки за счет уменьшения потерь мощности при пуске.

Реверсирование по сигналам с датчика положения бегуна, а не по превышению тока при упоре бегуна в ограничители, также способствует повышению КПД установки.

1. Насосная установка, содержащая погружную часть, включающую в себя насос и погружной линейный вентильный электродвигатель, включающий в себя неподвижную часть (статор) с обмоткой и расположенную внутри статора подвижную часть (бегун), выполненные с возможностью возвратно-поступательного движения бегуна относительно статора, корпус электродвигателя механически связан с корпусом насоса, бегун механически связан с подвижной частью насоса, управляющий электронный блок, выход силовой части которого электрически связан с обмоткой статора, отличающаяся тем, что управляющий электронный блок состоит из наземного и погружного блоков, электродвигатель снабжен датчиком положения бегуна, погружной блок выполнен в виде инвертора, размещенного в герметичном корпусе с нормальным давлением воздуха внутри, корпус инвертора механически связан с корпусом электродвигателя, выход инвертора электрически связан с цепью питания и обмоткой через гермовводы, выход чувствительных элементов датчика положения связан с управляющим блоком инвертора через дополнительные гермовводы, а наземный блок выполнен в виде последовательно соединенных входного выпрямителя, однофазного высокочастотного инвертора-регулятора и выходного выпрямителя.

2. Насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что высокочастотный инвертор-регулятор выполнен с возможностью гальванической развязки выходного выпрямителя от входного.

3. Насосная установка по любому из пунктов 1, 2, отличающаяся тем, что первый полюс силового выхода наземного блока связан с первым полюсом цепи питания погружного инвертора изолированным кабелем, вторые полюсы выхода наземного блока и питания инвертора соединены с электрически связанными между собой элементами конструкции установки.

4. Насосная установка по любому из пунктов 1, 2, отличающаяся тем, что одноименные полюсы выхода наземного блока и питания погружного инвертора соединены между собой изолированным двухпроводным кабелем.

5. Насосная установка по любому из пунктов 1, 2, отличающаяся тем, что управляющий блок инвертора содержит счетчик шагов бегуна и выполнен с возможностью осуществления реверса при достижении заданного числа шагов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам для откачки текучей среды преимущественно из нефтяных малодебитных скважин. Поршень электронасоса совмещен с бегуном 3, имеющим герметичную поперечную перегородку 6, расположенную во внутренней цилиндрической полости бегуна 3.

Погружной электронный блок может быть использован для управления погружным электродвигателем. Он содержит корпус 1 цилиндрической формы, закрытый с торцов основанием 3 и обращенной к двигателю головкой 2, элементы электронной схемы, размещенные в герметичном отсеке, гермовводы, служащие для электрического соединения электронной схемы с цепями электродвигателя, и контактный электрический разъем из контактов 7, 9.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в насосных установках для поднятия жидкостей с больших глубин объемными насосами, приводимыми в действие электродвигателями.

(57) Изобретение относится к глубинным гидравлическим насосам, а именно к электромагнитным насосам. В нижнем торце корпуса 1 имеется клапанный узел 4 с запорными шарами 5 и установлен амортизатор 7.

Изобретение относится к нефтепогружному оборудованию и может быть использовано для подъема скважинной жидкости и замера параметров скважины без извлечения насосной установки.

Изобретение относится к устройствам для добычи нефти из малодебитных скважин в нефтедобывающей промышленности. Устройство включает погружной насос объемно-вытеснительного типа с напорным и приемным клапанами, электрический привод, содержащий электромагнитную обмотку в герметичном корпусе и жестко закрепленный сверху рабочий орган, периодически изменяющий свою длину под действием электромагнитного поля.

Изобретение относится к области гидравлических машин объемного вытеснения, в частности к конструкции привода погружных плунжерных насосов, применяемых для добычи пластовых жидкостей с больших глубин, преимущественно в нефтедобыче.

Изобретение относится к области насосного оборудования и может быть использовано для подъема жидкости с большой глубины, в том числе для добычи нефти. .

Изобретение относится к нефтепромысловым насосным установкам и может быть использовано при подъеме жидкостей из скважин. .

Изобретение относится к средствам для откачки текучей среды преимущественно из нефтяных малодебитных скважин. Поршень электронасоса совмещен с бегуном 3, имеющим герметичную поперечную перегородку 6, расположенную во внутренней цилиндрической полости бегуна 3.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в насосных установках для поднятия жидкостей с больших глубин объемными насосами, приводимыми в действие электродвигателями.

(57) Изобретение относится к глубинным гидравлическим насосам, а именно к электромагнитным насосам. В нижнем торце корпуса 1 имеется клапанный узел 4 с запорными шарами 5 и установлен амортизатор 7.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к поршневым насосам с электромагнитным приводом, предназначенным преимущественно для перекачивания жидкого топлива для отопительных приборов.

Изобретение относится к гидравлическим насосам, в частности к электромагнитным насосам возвратно-поступательного действия, и может быть использовано для перекачки и создания высокого давления текучих сред.

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, и может быть использовано для обеспечения жидким топливом. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к насосам, использующим для своей работы электрическую энергию, в частности к электромагнитным насосам, у которых приводом или силовым элементом является электромагнит, использующий энергию накопительного конденсатора.

Насос // 2527928
Изобретение касается насоса для нагнетания текучей среды. Насос включает в себя впуск, выпуск и камеру нагнетания. Между впуском и камерой нагнетания или между камерой нагнетания и выпуском расположен клапан (17). Клапан (17) имеет корпус (30) клапана с направленным в направлении выпуска седлом (32) клапана и взаимодействующий с седлом (32) клапана элемент (31a) клапана. Элемент (31a) клапана нагружен с предварительным напряжением относительно седла (32) клапана в закрытом положении клапана (17). Подъем элемента (31a) клапана против предварительного напряжения позволяет текучей среде проходить в направлении нагнетания. Корпус (30) клапана помещен в гнезде (15c) части (15) насоса. Насос, у которого снижено развитие шумов и вибраций, в соответствии с изобретением получается благодаря тому, что корпус (30) клапана при эксплуатации насоса обладает возможностью осевого перемещения относительно вмещающего его гнезда (15c). 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх