Магнитоупругий динамометр для глубинных штанговых насосов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< в 792086

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 02.11.77 (23) 25 39071/22-03 (53)М. Кл.З с присоединением заявим М—

Государствеиный комитет

СССР ио делам изобретеиий и открытий

G 01 L 1/12 (23) Приоритет—

Опубликовано 301280 Бюллетень М 48

Дата опубликования описания 30.1280 (5З) УДК б 2 2 . 24 ..05(088.8) (72) Авторы изобретения

N.Ô.Çàðèïîâ, Л.Х.Зайнутдинова, Г.Н.Ковшов, Н.Ф.Кагарманов и Ю. Г. Вал иши н

Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе и Башкирский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (71) Заявители (54) ИАГНИТОУПРУГИЙ ДИНАМОМЕТР ДЛЯ ГЛУБИННЫХ

ШТАНГОВЫХ НАСОСОВ

Изобретение относится к области контроля и нефтедобывающей промышленности и предназначено для динамометрирования глубинных штанговых насосов в нефтедобывающих скважинах. S

Известен динамометр, который содержит плоский упругий чувствительный элемент с множеством отверстий, в каждом из которых размещены резистивные датчики. По изменению сопротивле- ( ния датчиков судят о величине нагруэ(г) . . Известно также устройство для динамометрирования, которое содержит чувствительный элемент в виде нагрузоч- 15 ного кольца с наклеенными на его внутренней и наружной поверхностях тензоэлементами 2) .

Недостатком этих устройств является наличие контактных соединений между 20 резистивными датчиками, клеевых соединений между тенэярезисторами и чувствительным элементом, что обуславливает недостаточно высокую для нефтепромысловых условий надежность. 25

Известен также наиболее близкий IIo технической сущности магнитоупругий преобразователь механических усилий, содержащий магнитопровод с четырьмя пазами, в которые уложены две взаим- 3(} но-перпендикулярные обмотки. Глоскости первичной и вторичной обмоток расположены под углом 45 к направлению усилия . Для концентрации механических напряжений в области обмоток предназначены выступы, расположенные на оси симметриии магнитопровода $5J.

Недостаток известного устройства заключается в сложности изготовления обмоток . Обмотки преобразователи наматываются вручную, причем число витков обмоток ограничено по технологическим причинам.

Наименее надежным элементом конструкции известного магнитоупругого преобразователя являются обмотки. Тяжелые условия эксплуатации контролируемого объекта приводят к отказам обмоток. Кроме того, разрушение обмоток может возникнуть при частых ремонтах скважинного оборудования.

Динамометрирование глубиннонасосных установок осуществляется периодически через большие интервалы времени.

В то же время длительность процесса динамометрирования не превышает 1030 мин.

Таким образом, стационарная установка известных магнитоупругих преобразователе;; на каждом станке-качалке

792086 приводит к нерациональному их использованию, уменьшению срока службы и, следовательно, понижению надежности.

Однако кратковременная установка динамометра на контролируемый объект нежелательна, поскольку непосредственно после включения станка-качалки в скважине возникает переходный процеес.

Длительность переходного процесса может быть от нескольких часов до суток.При этом показатели работы скважины будут существенно отличаться от показателей, соответствующих рабочему режиму.

Цель изобретения — повышение надежности динамометрирования.

Поставленная цель достигается тем, что первичные и вторичные обмотки выполнены в виде плоских прямоугольных рамок, установлены на съемной планке и размещены в пазах в плоскостях, параллельных линии действия нагрузки, причем выступы,цля концентрации нагрузки расположены соосно с пазами, число которых в два раза больше числа выступов.

На фиг.1 представлено расположение аппаратуры;, на фиг.2 показана 25 установка магнитопровода в канатной подвеске полированного штока; на фиг.3 — сечение А-A на фиг.2; на фиг.4 — сечение Б-Б на фиг.3; на фиг.5 показано магнитное поле, возни- у» кающее в магнитопроводе.

На фиг.1 изображена скважина, имеющая обсадную колонну 1, проходящую от поверхности земли к глубине. Внутри обсадной колонны расположена ко- 3$ лонна насосно-компрессорных труб 2 с глубинным насосом в нижнем конце

* скважины. Глубинный насос состоит из цилиндра 3, поршня (плунжера) 4 и двух шаровых клапанов 5 и 6 верхнего нагнетательного и нижнего всасывающего соответственно. Плунжер 4 крепится к нижнему концу колонны насосных штанг 7, верхний конец которых прикреплен к полированному штоку

8, подвешенному с по.мощью нижней 45 траверсы 9 и верхней траверсы

10 и троса 11 к головке балансира 12 станка-качалки. Назначение станка-качалки состоит в преобразовании вращательного движения вала элек- Я() тродвигателя в колебательное движение балансира и возвратно-поступательное перемещение цепи полированный шток — штанги — плунжер.

Между траверсами 9 и 10 стационарно устанавливается магнитопровод 13.

Первичные и вторичные обмотки, вкладывающиеся при измерении в магнитопровод 13, связаны с блоком 14 питания и регистрирующим блоком 15 60 посредством кабеля 16. Пазы магнитопровода 13 (см. фиг.2) выполнены4в виде удлиненных пазов, параллельных линии действия измеряемой нагрузки.

Выступы 18 располагаются на оси двух центральных пазов 17 и обеспечивают концентрацию нагрузки на участках магнитопровода, прилегающих к этим пазам. Дополнительная концентрация нагрузки в этой области достигается за счет отверстия 19.

В магнитопроводе 13 предусмотрено также сквозное отверстие 20, через которое проходит полированный шток 8 (cM. фиг.4). В пазы 17 магнитопровода 13 (см. фиг. 3 и 4 ) вложены обмотки 21 выполненные в виде плоских прямоугольных рамок.

Обмотки прикреплены к переносной планке 22. К этой планке прикреплены также упор 23 и постоянные магниты 24, предназначенные для фиксации переносной части прибора на контролируемом объекте.

Обмотки 21 подсоединены к кабелю

16 через патрон 25. Для удобства эксплуатации предусмотрены рукоятки 26.

На фиг.4 показано расположение обмоток 21 в пазах магнитопровода 13.

Первичные обмотки предназначены индексом 21„, вторичные — 21z. Обмотки, расположенные в центральных нагруженных зонах магнитопровода под выступами, имеют в обозначении также индекс р (21„„, 21 р ) . Обмотки периферийных ненагруженных зон магнитопровода обозначены 21, 21 „ .

Все первичные обмотки 21 „и 21„ соединены последовательно и подключены к источнику переменного тока.

Вторичные обмотки нагруженных зон

21 р включены последовательно-согласно. Вторичные обмотки ненагруженных зон 21>„также включены последовательно-согласно.

Между собой эти две группы вторичных обмоток выключены последовательно-встречно.

Первичная и вторичная обмотки, расположенные в одном пазу, наматываются на прямоугольную оправку одновременно. После заливки компаундом обмотки приобретают вид гибких пластин.

Обмотки могут быть также включены по мостовой схеме.

Выполнение отверстий магнитопровода в виде удлиненных пазов обеспечивает возможность выполнения обмоток в виде плоских прямоугольных рамок, вкладывающихся в отверстия магнитопровода в момент динамометрирования. Закрепление обмоток на переносной планке позволяет вынести обмотки в переносную часть прибора и увеличить таким образом срок их службы.

Этим достигается повышение надежности и обеспечивается возможность динамометрирования без остановки станка-качалки.

Повышение технологичности также обусловлено выполнением обмоток в виде плоских прямоугольн 1х рамок, 792086

Такие обмотки легко изготовляются на прямоугольных оправках, причем число витков технологически не ограничено.

Размещение выступов для концентрации нагрузки на оси пазов и располощ ение выступов только над половиной пазов обеспечивает работоспособность устройства и дифференционирование нагрузки по участкам магнитопровода.

Устройство работает следующим образом.

Магнитопровод 13, стационарно установленный в канатной подвеске полированного штока, испытывает циклически изменяющееся усилие сжатия, равное по величине усилию растяжения по- 15 лированного штока.

Переносная часть прибора, содержащая обмотки 21, устанавливается на контролируемом объекте беэ остановки станка-качалки в крайнем нижнем по- 20 ложении канатной подвески полированного штока.

Приподняв эа рукоятки 26 цереносную часть динамометра над поверхностью нижней траверсы 9, оператор вставляет обмотки 21,.имеющие вид гибких пластин, в пазы 17.

После того, как упор 23 коснется поверхности магнитопровода 13, рукоятки 26 опускаются, и положение переносной части устройства фиксируется с помощью постоянных магнитов

24.

B первичные обмотки 21, включенные последовательно-согласно, подается переменный ток, возбуждающий магнитное поле (см. фиг.5) .

Силовые линии поля имеют вид эллипсов, большая ось которых параллельна линии действия нагрузки.

Следовательно, решающую роль будет 4О играть продольный магнитоупругий эффект, т.е. изменение магнитной проницаемости в направлении, параллельном линии действия нагрузки. Если нагрузка на магнитопровод 13 Равна нулю, 4 во вторичных обмотках 21 наводятся электродвижущие силы равной величины, и выходной сигнал устройства, равный разности ЭДС обмоток 211ки 21>, отсутствует. 50

При работе станка качалки магнитная проницаемость центральных нагруженных зон магнитопровода 13 циклически изменяется и модулирует величину ЭДС, нндуктированных во вторичных обмотках 21 . На выходе устрой-. ства появляется сигнал, равный разности ЭДС обмоток 2 Q< и 2 12 „и пропорциональный нагрузке полированного штока.

Предложенное устройство позволяет повысить технологичность и сократить затраты времени на изготовление обмоток в 8-10 раэ.

Особое выполнение отверстий обеспечивает воэможность выполнения обмоток в виде вкладывающихся пластин и вынесение их в переносную часть, что повышает надежность и долговечность устройства.

Сокращение себестоимости динаметрирования достигается и эа счет использования одного переносного комп= лента на большой группе контролируемых объектоа.

Формула изобретения

Магнитоупругий динамометр для глубинных,штанговых насосов, содержащий установленный между траверсами канатной подвески полированного штока магнитопровод с выступами для концентрации нагрузки и четырьмя пазами, в которые уложены первичные и вторичные обмотки, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности динамометрирования, первичные и вторичные обмотки выполнены в виде плоских прямоугольных рамок, установлены на съемной планке и размещены в. пазах в плоскостях, параллельных линии действия нагрузки, причем выступы для концентрации нагрузки расположены соосно с пазами, число которых в два раза больше числа выступов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CMA 9 3024650, кл . 73-141, опублик. 1968.

2. Патент CltlA 9 3457781, сл. 73-151, опублик. 1969.

3. Гуманюк М.H. Магнитоупругие датчики в автоматике. Киев "Техника"

1972,. с.132 .;(прототип).

792086

4-А

Фие. Ф

Составитель Н.Чижикова

Техред М. Рейвес Корректор М.Вигула

Редактор T.Hèêîëüñêàÿ

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4

Заказ 9419/40 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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