Погружной насосный агрегат
Данная полезная модель может быть использована в нефтедобывающей промышленности. В погружном насосном агрегате вентильный электродвигатель выполнен с возможностью размещения его датчика положения ротора и преобразователя частоты вне воздействия перекачиваемой жидкости, на поверхности. Датчик положения ротора выполнен в виде электронного блока, вход которого подключен к выходу преобразователя частоты.
Электронный блок может содержать схему векторного управления двигателем переменного тока, либо схему контроля положения ротора по току и/или напряжению на выходе преобразователя частоты.
Благодаря такому выполнению вентильного электродвигателя расширена область применения погружного насосного агрегата и повышена его надежность.
Данное изобретение относится к насосостроению и может быть использована в нефтяной промышленности для добычи нефти.
Известен погружной насосный агрегат, содержащий электродвигатель постоянного тока, вал которого механически связан с валом насоса (Патент США №3764238, F04В 17/00, 1973 г.).
Недостатком указанного агрегата является наличие в электроприводе постоянного тока коллекторного узла, снижающего надежность агрегата из-за быстрого износа щеток и взрывоопасности при использовании его для добычи нефти.
Известен также погружной насосный агрегат, содержащий бесконтактный асинхронный двигатель, вал которого механически связан с валом насоса (Заявка ФРГ №3820005, F04D 13/08, 1989 г.).
Недостаток указанного насосного агрегата заключается в низких КПД и энергетических показателях.
Наиболее близкое к заявленному изобретению по технической сущности и решаемой задаче является погружной насосный агрегат, содержащий бесконтактный вентильный электродвигатель, вал электромеханического преобразователя которого механически связан с валом насоса (Международная заявка №91/19905, F04D 13/08, 1991 г.).
Недостатками указанного агрегата являются низкая надежность и ограниченная область применения. Эти недостатки обусловлены тем, что датчик положения ротора и электронная схема размещены в одном корпусе с электродвигателем. Это ограничивает область применения агрегата и снижает его надежность. Например, затруднительно использовать этот агрегат для перекачки жидкостей с высокой температурой и давлением, что характерно, например, для агрегатов, предназначенных для добычи нефти, где температура окружающей среды достигает 150°С и выше, а давление превышает 25 МПа. Как известно, с повышением температуры также резко снижается надежность работы электронных схем.
Техническим результатом данного изобретения является расширение области применения и повышение надежности агрегата.
Указанный технический результат достигается тем, что в погружном насосном агрегате, содержащем вентильный электродвигатель, вал электромеханического преобразователя которого связан механически с валом насоса, датчик положения ротора выполнен в виде электронного блока, вход которого подключен к выходу преобразователя частоты вентильного электродвигателя, электронный блок и преобразователь частоты размещены вне корпуса агрегата, на поверхности. Указанный электронный блок может быть выполнен, например, в виде любой из известных схем векторного управления электродвигателями, переменного тока, например, в виде системы «ТРАНСВЕКТОР»: (Т.Куме, Т.Ивакане. Высококачественные электроприводы переменного тока с векторным управлением. Перевод №512/648, 1992 г., ЦООН ТИ/ВНО.
Системы регулирования электроприводов переменного тока с микропроцессорным управлением. «Частотно-регулируемые асинхронные электроприводы на основе новых типов преобразователей частоты за рубежом». Серия 08. Выпуск 26, Информэлектро, 1989).
Электронный блок также может быть выполнен в виде одной из известных схем контроля положения ротора по току и/или напряжению на выходе преобразователя частоты вентильного электродвигателя.
(Патент ФРГ №2428718, кл. Н023 1/18 от 1979 г.;
Авторское свидетельство СССР №1337972, кл. Н02К 29/00 от 1987 г.;
Авторское свидетельство СССР №1007161, кл. Н02К 29/00 от 1982.).
На чертеже представлена блок-схема погружного насосного агрегата. Погружной насосный агрегат содержит вентильный электродвигатель, включающий в себя электромеханический преобразователь (ЭМП)1, преобразователь частоты (ПЧ) 2 и датчик 3 положения ротора 4 ЭМП. Обмотка 5 якоря ЭМП 1 подключена к выходу ПЧ 2 с помощью трехпроводного кабеля 6. Вал 7 ротора ЭМП механически связан с помощью муфты 8 с валом 9 насоса 10.
ЭМП и насос размещены в обсадной трубе 11 и погружены в перекачиваемую жидкость. Перекачиваемая насосом жидкость подается на поверхность по напорной трубе 12.
Узел 13 гидрозащиты предохраняет ЭМП от попадания в него перекачиваемой жидкости. Внутренняя полость ЭМП заполнена изоляционной жидкостью, например, трансформаторным маслом.
Погружной насосный агрегат работает следующим образом.
При подаче напряжения на сетевые зажимы А1, B1, C 1 ПЧ 2 и наличии сигнала на входе задатчика частоты вращения, на выходных зажимах А2, В 2, С2 ПЧ вырабатывается напряжение, величина которого определяется заданием частоты вращения ротора ЭМП 1, а частота равна частоте вращения ротора 4 ЭМП. По обмотке 5 якоря ЭМП протекают токи, величина и частота которых зависят от напряжения на выходе ПЧ и частоты вращения ротора. ЭМП развивает вращающий момент, его ротор приводит во вращение вал 9 насоса, который, захватывая окружающую насос жидкость в обсадной трубе, например, нефть, перекачивает ее на поверхность по напорной трубе 12.
Электронный блок 3, выполненный известным образом, несет функцию датчика положения ротора, то есть обеспечивает строгое равенство частоты вращения и частоты напряжения и тока на выходе ПЧ, и заданное параметрами и алгоритмами работы блока 3 изменение фазового положения тока в обмотке 5 якоря относительно направления магнитного потока ротора 4 ЭМП.
В качестве ЭМП может быть использован ЭМП с возбуждением от постоянных магнитов на роторе, а также ЭМП индукторного типа как с возбуждением с помощью обмотки или постоянных магнитов, расположенных на статоре, так и с вентильным возбуждением. Благодаря такому построению электродвигателя он обладает всеми свойствами бесконтактной машины постоянного тока или вентильного электродвигателя - высоким КПД, равномерностью вращения, регулировочными характеристиками.
Так как все электронные элементы вентильного электродвигателя (ПЧ и датчик положения ротора) размещены на поверхности, вне воздействия на них перекачиваемой жидкости, то погружной насосный агрегат стало возможным применять для перекачивания любых жидкостей, в том числе и жидкостей с высокими температурами и давлением, в частности для добычи нефти. При этом электронные элементы могут находиться в комфортных условиях и работать весьма надежно, даже в случае использования обычной элементной базы.
1. Погружной насосный агрегат для подъема жидкости на поверхность, содержащий насос, вал которого механически связан с валом электромеханического преобразователя вентильного электродвигателя, отличающийся тем, что датчик положения ротора вентильного электродвигателя выполнен в виде электронного блока, вход которого подключен к выходным цепям преобразователя частоты, электронный блок и преобразователь частоты размещены вне корпуса агрегата на поверхности.
2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что электронный блок выполнен в виде векторного управления двигателем переменного тока, например, схемы «ТРАНСВЕКТОР».
3. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что электронный блок выполнен с возможностью контроля положения ротора по току и/или напряжению на выходе преобразователя частоты.
