Привод глубинного насоса

 

Привод предназначен для применения при эксплуатации нефтяных скважин. Привод глубинного насоса содержит размещенный на устье скважины корпус, внутри которого расположен электродвигатель, кинематически связанный с барабаном, на котором расположен гибкий элемент, один конец которого соединен с расположенным в скважине рабочим органом насоса. Механизм реверса приводного вала барабана связан с аккумулятором. В качестве электродвигателя использован биротативный электродвигатель. На поверхности барабана, представляющей собой два усеченных конуса, соединенных своими вершинами, на конических поверхностях выполнены архимедовы спирали. Свободный конец гибкого элемента прикреплен к оси барабана. В качестве аккумулятора использован маховик. Механизм реверса представляет собой связанные между собой серводвигатель с вариатором и левый и правый путевые датчики, функционально связанные с укладчиком троса, выполненного с возможностью перемещения вдоль винтового вала, кинематически связанного с биротативным двигателем. Повышается КПД при одновременном упрощении конструкции и повышении надежности. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а точнее к оборудованию для скважинных насосов, и может найти применение при эксплуатации нефтяных скважин.

Известен привод длинноходового глубинного насоса [1], содержащий размещенный на устье скважины корпус, в котором установлен расположенный на приводном валу барабан с гибким элементом, соединенным одним концом через устьевое уплотнение с расположенным в скважине рабочим органом насоса, а другим - с уравновешивающим устройством и механизм реверса приводного вала барабана. Снабжен винтовым механизмом, винт которого жестко соединен с корпусом, а гайка установлена на приводном валу с возможностью своего осевого перемещения, а механизм реверса барабана снабжен устройством управления в виде установленных в корпусе концевых выключателей с возможностью их взаимодействия с барабаном при его крайних положениях, причем уравновешивающее устройство выполнено в виде взаимодействующего с приводным валом насоса мотора и гидравлически подключенного к нему аккумулятора. Данное устройство выбрано за прототип.

Недостатком устройства прототипа является сложность конструкции, невысокие надежность и КПД, а также масса и габариты.

Задача, на решение которой направлено заявляемое решение, - устранение указанных недостатков, а именно повышение КПД при одновременном упрощении конструкции и повышении надежности.

Поставленная задача решается тем, что в приводе глубинного насоса, содержащего размещенный на устье скважины корпус, внутри которого расположен электродвигатель, кинематически связанный с барабаном, на котором расположен гибкий элемент, один конец которого соединен с расположенным в скважине рабочим органом насоса, и механизм реверса приводного вала барабана, связанный с аккумулятором, в отличие от прототипа в качестве электродвигателя использован биротативный электродвигатель, на поверхности барабана, представляющей собой два усеченных конуса, соединенных своими вершинами, на конических поверхностях выполнены архимедовы спирали, свободный конец гибкого элемента прикреплен к оси барабана, в качестве аккумулятора использован маховик, а механизм реверса представляет собой связанные между собой серводвигатель с вариатором и левый и правый путевые датчики, функционально связанные с укладчиком троса, выполненного с возможностью перемещения вдоль винтового вала, кинематически связанного с биротативным двигателем.

На чертеже представлен общий вид заявляемого привода.

Привод глубинного насоса содержит корпус 1, в верхней части которого закреплен шкив 2, через который перекинут гибкий элемент, в качестве которого использован трос 3. Между вертикальными стойками корпуса 1 размещен тяговый барабан 4, поверхность которого представляет собой два усеченных конуса, соединенных вершинами. На поверхности тягового барабана 4 выполнены пазы в форме архимедовых спиралей. Один конец троса 3 крепится на валу барабана 4, другой конец троса 3 через шкив 2 соединен с расположенным в скважине рабочим органом насоса (не показаны). На валу тягового барабана 4 закреплено зубчатое колесо 5, находящееся в зацеплении с шестерней 6 маховика 7 с одной стороны и с шестерней 8, находящейся на валу биротативного двигателя 9 - с другой. Шестерня 6 соединяется также с винтовым валом 10, по которому перемещается укладчик троса 11. Изменение направления вращения вала электродвигателя осуществляется серводвигателем 12, управляемым с помощью путевых датчиков 13.

В основу работы устройства положен процесс движения крутильного маятника Максвелла.

В начальный момент времени трос 3 на барабане 4 находится в среднем положении. При включении двигателя 9 через шестерню 8 и зубчатое колесо 5 вращающий момент передается на тяговый барабан 4. Трос 3 начинает наматываться на левую половину тягового барабана 4. Одновременно с барабаном начинает вращаться шестерня 6 с маховиком 7 и винтовым валом 10. Укладчик троса перемещается по винту 10 влево, укладывая трос 3 в спиральный желоб тягового барабана 4. Во время перемещения по винту 10 укладчик 11 через путевой датчик дает команду серводвигателю 12, который перемещает замыкающий ролик вариатора биротативного двигателя 9. После того как трос 3 полностью будет уложен в желоб спирального шкива тягового барабана 4, двигатель 9 изменяет направление вращения с помощью вариатора, при этом направление вращения ротора относительно статора не изменяется, так же как и не изменяются параметры электродвигателя 9, который, вращаясь в обратную сторону, начинает раскручивать тяговый барабан 4 так, что трос 3 начинает опускаться. Момент вращения двигателя 9 и вес троса со штангой действуют в одном направлении, раскручивая тяговый барабан 4 и вместе с ним маховик 7. По мере опускания троса 3 скорость вращения тягового барабана 4 растет, она достигает максимальной величины в тот момент, когда трос 3 проходит точку крепления к оси тягового барабана 4. Кинетическая энергия маховика 7 в этот момент достигает максимальной величины. Продолжая вращаться, маховик 7 вращает тяговый барабан 4 в том же направлении, трос 3 при этом наматывается на правую половину барабана 4, используя запасенную при спуске кинетическую энергию. Штанга (не показана) осуществляет подъем. На последней стадии намотки троса маховик теряет энергию за счет потерь в колебательной механической системе (трение в подшипниках, вес поднимаемой жидкости, трение троса о шкивы и т.п.). Тогда на малой скорости подключается двигатель 9 и доводит до конца намотку троса, компенсируя потери. После этого процесс подъема - спуска штанги продолжается. Вращающий момент на барабане 4 М достигает максимума при полностью намотанном тросе, при этом скорость вращения барабана ω достигает нуля и меняет направление на противоположное.

Процесс маятникового движения наиболее экономичен, т.к. электропривод компенсирует только потери в колебательной системе, причем необходимость в этом возникает в конце периода намотки троса, когда скорость вращения барабана минимальна. Поэтому мощность привода составляет 30 - 45% от необходимой для подъема жидкости из скважины.

Предлагаемый привод по сравнению с прототипом и серийно выпускаемыми приводами штанговых глубинных насосов (например, привод ПШГНТ 12 - 3, выпускаемый предприятием "Уралтрансмаш" г. Екатеринбург) обладает значительно меньшими массой и габаритами, малой энергоемкостью, простотой и малым объемом строительно-монтажных работ при установке. Действительно, заявляемый привод не требует фундамента, т.к. вся установка монтируется на устьевой арматуре скважины.

Источник информации 1. SU 1321915 A, 07.07.1987.

Формула изобретения

Привод глубинного насоса, содержащий размещенный на устье скважины корпус, внутри которого расположен электродвигатель, кинематически связанный с барабаном, на котором расположен гибкий элемент, один конец которого соединен с расположенным в скважине рабочим органом насоса, и механизм реверса приводного вала барабана, связанный с аккумулятором, отличающийся тем, что в качестве электродвигателя использован биротативный электродвигатель, на поверхности барабана, представляющей собой два усеченных конуса, соединенных своими вершинами, на конических поверхностях выполнены пазы в форме архимедовых спиралей, свободный конец гибкого элемента прикреплен к оси барабана, в качестве аккумулятора использован маховик, а механизм реверса представляет собой связанные между собой серводвигатель с вариатором и путевые датчики (левый и правый), функционально связанные с укладчиком троса, выполненного с возможностью перемещения вдоль винтового вала, кинематически связанного с биротативным двигателем.

РИСУНКИ

Рисунок 1