Способ управления линейным электродвигателем привода погружного плунжерного насоса для добычи нефти


 

H02P25/062 - Управление или регулирование электрических двигателей, генераторов, электромашинных преобразователей; управление трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками (конструкции пусковых аппаратов, тормозов или других управляющих устройств см. в соответствующих подклассах, например механические тормоза F16D, механические регуляторы скорости G05D; переменные резисторы H01C; пусковые переключатели H01H; системы для регулирования электрических или магнитных переменных величин с использованием трансформаторов, реакторов или дроссельных катушек G05F; устройства, конструктивно связанные с электрическими двигателями, генераторами, электромашинными преобразователями, трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками, см. в соответствующих подклассах, например H01F,H02K; соединение или управление

Владельцы патента RU 2594898:

"ЦЕНТР РАЗРАБОТКИ НЕФТЕДОБЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ" ("ЦРНО") (SC)

Изобретение относится к способу управления линейным электродвигателем, используемым в качестве привода погружного плунжерного насоса для добычи нефти. Технический результат заключается в обеспечении максимальной производительности насосной установки при заданной мощности электродвигателя и в повышении надежности его работы. Способ заключается в поочередном подключении обмоток статора, обеспечивающем плавное перемещение штока и изменение направления движения штока путем изменения очередности подключения обмоток. Подключение обмоток для рабочего хода штока начинается в исходном положении, отстоящем от нижней мертвой точки на величину, превышающую инерционный выбег штока при его обратном ходе. Нижняя мертвая точка определяется по возрастанию тока электродвигателя при контакте штока с упругим нижним упором. Рабочий ход штока задается числом последовательных подключений обмоток статора исходя из рабочего хода плунжерного насоса, и ограничен числом последовательных подключений обмоток, не доходя до верхней мертвой точки, для исключения механического упора подвижных элементов электродвигателя или плунжерного насоса. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к способам управления линейными электродвигателями, а конкретно, к способу управления линейным электродвигателем, используемым в качестве привода погружного плунжерного насоса для добычи нефти.

Из уровня техники известен способ управления линейным электродвигателем привода плунжерного насоса, который заключается в поочередном подключении обмоток статора, обеспечивающем плавное перемещение штока, и изменении направления движения штока путем изменения очередности подключения обмоток, при этом изменение очередности подключения обмоток происходит по сигналу концевых датчиков, которые и задают амплитуду хода штока (см., например, EP 1018601 (А2), опубл. 12.07.2000, F04B 17/04).

В случае применения вышеуказанного способа для управления линейным электродвигателем, используемым в качестве привода погружного плунжерного насоса для добычи нефти, потребуется соединить кабелем концевые датчики, которые располагаются в скважине, на большой глубине, со станцией управления, которая располагается на поверхности. Длина такого кабеля может составить несколько километров, а следовательно, возникают риски обрыва кабеля, при этом точность передачи информации не гарантирована, что может привести к неэффективной работе плунжерного насоса для добычи нефти. Кроме того, существенно увеличивается стоимость насосной установки. Таким образом, этот способ управления, для линейного электродвигателя, используемого в качестве привода погружного плунжерного насоса для добычи нефти, практически не приемлем.

Наиболее близкими к заявляемому способу являются известные из уровня техники бездатчиковые способы управления линейными электродвигателями, заключающиеся в поочередном подключении обмоток статора, обеспечивающем плавное перемещение штока и изменение направления движения штока путем изменения очередности подключения обмоток, в которых изменение очередности подключения обмоток происходит при возрастании тока электродвигателя в результате механического упора штока в крайних положениях (см., например, US 5793834 (А), опубл. 11.08.1998, Н02Р 6/18).

Применение такого способа управления для линейного электродвигателя, используемого в качестве привода погружного плунжерного насоса для добычи нефти недопустимо, по следующим причинам.

При движении штока и соединенного с ним плунжера насоса вниз срабатывает запорный клапан и начинается всасывание пластовой жидкости в насос, масса столба пластовой жидкости давит на плунжер, при этом ток электродвигателя близок к току холостого хода. Масса штока погружного линейного электродвигателя составляет несколько сотен килограммов и при его движении вниз накапливается большая кинетическая энергия. Для того чтобы не произошло разрушение электродвигателя при контакте штока с нижним упором, помимо установки мощного демпфера, необходимо максимальное снижение скорости перемещения штока, что приводит к существенному снижению производительности насосной установки. Однако для получения максимального КПД, скорость движения штока должна выбираться исходя из получения максимальной производительности.

С другой стороны, при движении штока и соединенного с ним плунжера насоса вверх, на плунжер давит огромный (как правило, более километра) столб пластовой жидкости, при этом ток электродвигателя близок к максимальному, а следовательно, малейшее увеличение сопротивления ходу штока может быть воспринято системой управления как верхний упор. При этом произойдет переключение на обратный ход штока, в результате чего сократится рабочий ход плунжера, а следовательно, и производительности насосной установки.

Заявленное изобретение направлено на устранение указанных выше недостатков. Технический результат заявленного изобретения заключается в обеспечении максимальной производительности насосной установки при заданной мощности электродвигателя и в повышении надежности его работы.

Указанный результат достигается следующим способом управления.

Способ управления линейным электродвигателем привода погружного плунжерного насоса для добычи нефти заключается в поочередном подключении обмоток статора, обеспечивающем плавное перемещение штока и изменение направления движения штока путем изменения очередности подключения обмоток, и характеризуется тем, что подключение обмоток для рабочего хода штока начинается в исходном положении, отстоящем от нижней мертвой точки на величину, превышающую инерционный выбег штока при его обратном ходе, при этом рабочий ход штока задается числом последовательных подключений обмоток статора исходя из рабочего хода плунжерного насоса.

Нижняя мертвая точка определяется по возрастанию тока электродвигателя при контакте штока с упругим нижним упором, а рабочий ход штока ограничен числом последовательных подключений обмоток, не доходя до верхней мертвой точки, для исключения механического упора подвижных элементов электродвигателя или плунжерного насоса.

Под мертвой точкой (верхней и нижней), в рамках данной заявки, следует понимать механический упор штока в крайних точках его хода.

Реализуется заявленный способ следующим образом.

У конкретного электродвигателя ход штока определяется числом последовательных подключений обмоток статора и зависит от количества этих обмоток, но точно определить положение штока после остановки электродвигателя при отсутствии каких-либо датчиков очень сложно. Поэтому после остановки электродвигателя при нарушении в системе питания или срабатывании защиты, сначала определяется нижняя мертвая точка. Для этого производится перемещение штока вниз с пониженной скоростью, при которой кинетическая энергия может быть погашена упругим элементом, установленным между штоком и упором. При возрастании тока электродвигателя до заданной величины отмечается нижняя мертвая точка. Затем шток электродвигателя перемещается вверх в исходное положение, отстоящее от нижней мертвой точки на величину, превышающую инерционный выбег штока при его обратном ходе. Исходное положение фиксируется станцией управления, и насосная установка переходит в рабочий режим. Рабочий ход штока задается числом последовательных подключений обмоток статора исходя из рабочего хода плунжерного насоса, и ограничен числом последовательных подключений обмоток, не доходя до верхней мертвой точки. Обратный ход штока ограничен числом последовательных подключений обмоток до достижения исходного положения, зафиксированного станцией управления. Таким образом, в рабочем режиме исключен механический упор подвижных элементов электродвигателя или плунжерного насоса. Это позволяет в рабочем режиме электродвигателю работать с максимальной скоростью. Таким образом, обеспечивается технический результат заявленного изобретения, который заключается в обеспечении максимальной производительности насосной установки при заданной мощности электродвигателя и в повышении надежности его работы.

1. Способ управления линейным электродвигателем привода погружного плунжерного насоса для добычи нефти, заключающийся в поочередном подключении обмоток статора, обеспечивающем плавное перемещение штока и изменение направления движения штока путем изменения очередности подключения обмоток, отличающийся тем, что подключение обмоток для рабочего хода штока начинается в исходном положении, отстоящем от нижней мертвой точки на величину, превышающую инерционный выбег штока при его обратном ходе, при этом рабочий ход штока задается числом последовательных подключений обмоток статора исходя из рабочего хода плунжерного насоса.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нижняя мертвая точка определяется по возрастанию тока электродвигателя при контакте штока с упругим нижним упором.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рабочий ход штока ограничен числом последовательных подключений обмоток, не доходя до верхней мертвой точки, для исключения механического упора подвижных элементов электродвигателя или плунжерного насоса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в стеклоочистителе. Технический результат - уменьшение габаритов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления синхронной машиной с постоянными магнитами «MSAP». Техническим результатом является обеспечение оптимальной надежности и высокой безопасности.

Изобретение относится к области электропривода устройств, требующих обеспечения повышенной живучести, в частности к области управления трехфазным вентильным электродвигателем имплантируемых электронасосов крови.

Изобретение относится к области ручных приводных инструментов. Технический результат - повышение надежности.

Изобретение относится к контроллеру двигателя, который содержит процессор, выборочно выводящий сигнал включения либо на переключающий элемент верхнего плеча, либо на переключающий элемент нижнего плеча, основываясь на определенном датчиком положения положении, устройства управления затвором, подающие управляющее напряжение на затворы переключающих элементов сдвигом уровня сигнала включения от процессора на переключающий элемент верхнего плеча, и конденсатор в цепи положительной обратной связи, сформированный с возможностью зарядки, когда переключающий элемент верхнего плеча выключен, и выполняющий функции источника напряжения для устройства управления затвором, когда переключающий элемент верхнего плеча включен.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрическом приводе для бесщеточного двигателя с постоянными магнитами и способу его управления.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для управления вентильными двигателями с широким диапазоном регулирования частоты вращения. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для возбуждения синхронного электродвигателя с постоянными магнитами, встроенного в электрическое транспортное средство.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для приведения в действие контактных систем устройств регулирования напряжения силовых трансформаторов под нагрузкой.

Изобретение относится к инструментам с электрическим приводом. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для привода вентиляторов, насосов и т.д. Техническим результатом является улучшение эксплуатационных характеристик.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам переменного тока периодического движения. Электропривод колебательно-вращательного движения содержит двухфазный асинхронный двигатель, обмотка возбуждения которого подключена к источнику переменного тока, а обмотка управления к выходу инвертора напряжения, преобразователь напряжение-частота, частотный демодулятор, прецизионный регулируемый блок питания постоянного напряжения, фазовое звено и два сумматора.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу и устройству управления генератором, приводимым двигателем внутреннего сгорания, установленным с возможностью работы в параллель.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к колебательным электроприводам переменного тока. Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме прерывистого движения содержит источник переменного тока, задающий генератор, амплитудный модулятор, фазовое звено, фазовый детектор, электронный ключ и инвертор, выход которого соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленности и на транспорте в системах электропривода с прямым управлением моментом асинхронных двигателей (АД).

Изобретение относится к способам для управления тяговой системой транспортных средств с электротягой. Способ управления асинхронными тяговыми двигателями включает вычисление текущих значений электромагнитного момента и потокосцепления статора в блоке DTC (Direct Torque Control) по двигателю первой оси тележки.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу переменного тока с режимом динамического торможения асинхронного двигателя. При отказе механического тормоза при аварийной остановке применяется электрический тормоз - электропривод переходит в режим регулируемого динамического торможения.

Группа изобретений относится к устройствам или способам управления двигателями переменного тока. Способ импульсного регулирования электрического дифференциала переменного тока (ЭД) включает в себя то, что собирают статорные обмотки двух асинхронных двигателей в общий треугольник.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в частотно-регулируемом электроприводе переменного тока, в частности в грузоподъемных механизмах, и предназначено для рекуперации электрической энергии в питающую сеть в режиме генераторного торможения при спуске тяжелого груза.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в регулируемом электроприводе переменного тока. Технический результат заключается в уменьшении тока статора в пусковом режиме, обеспечивающего заданный момент двигателя, повышении работоспособности устройства.

Изобретение относится к области малорасходных насосных машин. Насос состоит из цилиндра 7, выполненного из немагнитного материала, с индукционной катушкой 8, соединенной с источником пульсирующего тока.
Наверх