Устройство для регулирования частоты вращения двигателя станка-качалки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) Н 1). 3 СЮ. Г 04 В . 47 /О ПИСАН ЕЛЬСТВ АВТОРСКОМУ миров и.Е ед 41 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Азербайджанский институт нихимии им. М. Азизбекова(56) 1, Кулизаде К.Н., Хайкин ИЭлектроэнергетика насосной нефтбичи, И Недрами, 1971, с. 1151, рис. 4.6-4,11,(54) (57 1 УСТРОЙСТВО ДПЯ РЕГУЛИРО ВАНИЯ . ЖСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ СТАНКА-КАЧАЛКИ, содеРжащее РегУлиРУ емый привод с микродвигателем системы управления двигателем станка- качалки, установленный на валу кривошипа последнего датчик положения и датчик усилия, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью увеличениякНИЯкююмежремонтного периода работы скважинного штангового насоса и позы)аения производительности насосной установки, оно снабжено узлами фиксации положения и усилия и логическйм элементом И, подключенным к микродвигателю системы управления двигателем станка-качалкиа выходы датчиков положения и усилия связаны соответственно с входами узлов фиксации положенияи усилия, при этом выходы последних соединены с вхо;ч. дами логического элемента И,2. Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что датчик положения выполненв виде синусно-косинусного поворотного трансформатора. . 3. Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что датчик усилия выполнен в виде дифференциа ного тоансформатора.Изобретение относится к электроприводам глубиннонасосных установок,в частности к устройствам для регулирования частоты вращения двигателястанка-качалки, н может быть использовано в нефтяной промышленности приглубиннонасосной эксплуатации чефтяных скважин.При глубиннонасосной эксплуатациинефтяных скважин работа скважинногонасоса сопровождается износом плунжера, втулок и клапанов, в результате чего производительность насосанепрерывно снижается и приводит кчастой остановке скважин для подземного ремонта, а следовательно, к потерн в добыче нефти.В связи с этим применяются различные виды регулирующих устройств,увеличивающих число качаний станка-качалки (частоту вращения его дви Огателя) по мере износа насоса и темсамым способствукщих осуществлениюподдержания производительности насоса в течение всего межремонтного периода на уровне производительности , 25нового насоса.Износ насоса и, следовательно,снижение его производительностиотражается на изменении динамического уровня жидкости в скважине и соответственно на изменении формы динамограммы. Автоматическое вепрерывное поддержание постоянства подачи насоса основан на поддержанки вскважине постоянного динамическогоуровня. 35Регулирующие устройства, реаги, руя на изменение динамического уров"ня жидкости в скважине, а следовательно, и на изменение формы динамограюеы, выдают нри исчезновении 46незаполнения насоса импульс на увеличение числа качаний станка-качалки.Известно устройство для регулирования частоты вращения двигателястанка"качалки, содержащее Регулируемый привод с микродвигателем сис.темы управления двигателем станкакачалки, установленный на валу кривошипа последнего датчик положенияи датчик усилия. Контакты датчиковположения и усилия последовательновключаются в одну и ту же электрическую цепь регулируемого привода ставка-качалки.Сигнал на увеличение числа качаний станка-качалки выдается при исчезновении незаполнения насосавследствие одновременного замыканияконтактов датчиков; что происходитпри повышении динамического уровня,следовательно при изменении формы 60динамограммы,. Контакты датчиков регулируютсятаким образом, чтобы их одновременное замыкание происходило при исчезновении незаполнения насоса. 5 Для этого контакты датчика положения замыкаются в начале хода точкиподвеса штанг вниз и находятся взамкнутом положении в течение определенного угла поворота кривошнпа, чему соответствует уставка датчика ЯДатчик усилия настраивается такимобразом, чтобы его контакты замыкались при уменьшении нагрузки в точке подвеса штанг ниже величины Г .В режиме незаполнения насоса, вмомент замыкания контакта датчикаположения, Контакт датчика усилияразомкнут. При исчезновении незаполнения нагрузка в точке подвеса штангв этот момент уменьшается до установленной величины Р, вследствиечего контакты обоих датчиков окажутся замкнутыми одновременно, чем достигается подача импульса на увеличение числа Качаний. Величина ЯЗ иР устанавливается заранее, конйретно для каждого случая, исходя из,режима откачки данной скважины,Колебания динамического уровня,определяемые по форме изменения дииамограммы, регистрируются укаэаннымидатчиками, которые через ячейку управления управляют работой сервопривода вариатора, изменяющего числа качаннй балансира (скорость вращениякрквошипа) 1 .Недостатки известного устройствадля регулирования частоты вращениядвигателя станка-качалки состоятв неудобстве монтажа к регулированияуставок датчиков, устанавливаемыхв труднодоступных местах,. содержание и них контактных устройств, снижающих надежность их работы, а такжев трудностях, возникающих при изменении устйвок датчиков, так как пркэтом необходимо остановить глубиннонасосиую установку, Все это ке позволяет приманить казематное устройство на промыслах в целях.цоддержанкяпостоянства добычи нефти,Цель изобретения - увеличениемекремонтного.перкода работы скважинного насоса и повыаекке производительности насосной установки,Цель достигается тем, что устройство для регулирования частоты вращения двигателя станка-качалки, сфдержащее регулируемый привод с мккродвкгателем системы управления двигателем станка-качалки, установленный на валу крквошипа последнего датчкк положения к датчик усилия, снабжено уз-, лами фиксации положения и усилия и логическим элементом И, подключенным к микродвигателю системы управления. двигателем станка-качалки, а выходы датчиков положений к усилия связаны соответственно с входамк узлов фиксации положения и усклкя, при этом выходы узлов фиксации положения кусилия соединены с входами логического элемента И.Датчик положения выполнен в виде синусно-косинусного поворотного трансформатора.Датчик усилия выполнен в виде дифференциального трансформатора.На фиг. 1 представлена теоретическая динамограмма работы глубиннонасосной установки; на фиг. 2 - схема устройства для регулирования частоты вращения двигателя станка- качалки глубиннонасосной установки; на Фиг. 3 - диаграммы, напряжений, поясняющие принцип работы устройстваУстройство для регулирования частоты вращений двигателя станка-качалки содержит регулируемый привод 1 с микродвигателем 2 систеьж 3 управления двигателем 4 станка-качалки (не обозначен), установленный на валу кривошипа последнего датчик 5 положения, выполненный:в виде синусно-косинусного поворотного трансФорматора б и датчик 7 усилия, выпол ненный в виде дифференциального трансформатора 8. Устройство снабжено узлами Фиксации положения 9 и усилия 10 и логическим элементом И 11, подключенным к микродвигателю 2 системы 3 управления двигателем 4 станка-качалки. Выходы датчиков 5 положения выполненного в виде синусно-косинусного поворотного транс, Форматора б, и датчика усилия 7, выполненного в.виде дифференциального трансформатора 8, связаны соответ ственно со входами узлов Фиксации положения 9 и усилия 10, при этом вы- .ходы узлов Фиксации положения 9 и усилия 10 соединены со входами логического элемента И 11.Узел 9 фиксации положения состоит из делителя 12 напряжения, собранного на диодах 13"16,. резисторов 17-21, стабилаэатора 22, транзистора 23 и тиристора 24.Узел 10 Фиксации усилия состоит из выпрямительного моста 25, резисторов 26"29.и транзистора 30.Логический элемент И 11 состоит из резисторов 31 и 32, диодов 33 и 34 и тиристоров 35 и 36.Кроме того, устройство имеет выпрямительный мост 37 и блок-контакт 38.Предлагаемое устройство для регулирования частоты вращения двигателя станка-качалки работает следующим образом. 5 10 г 35 20 25 30 35 40 45 лупериоде напряжения управленуя обусловлено наличием тока в цепи коллектора транзистора 23 до момента егозакрытия.Для предотвращения открытия тиристора 24 сразу при ходе штангвверх, когда еще усилие в точке подвеса штанг не достигло установлен;ного значения Р (фиг. 1), в цепиего управления используется отабилитрон 22, задерживающий открытиетиристора 24 до достижения пробивного для стабнлитрона 22 значения напряжения Ц . Напряжение управления,подаваемое йа тиристор 24, изменяется в соответствии с кривой ъ 1 фиг,З).60 Таким образом, обеспечиваЕтся получение на выходе узла Фиксации положения напряжения У , (крнвая дфиг. 3) в течение поворота кривошипа от положения, соответствукщего 65 открытому состоянию тиристора 24 Синуеоидальное напряжение (кривая а, Фиг, 3), снимаемое с выходной обмотки синусно-косннусного поворотного трансформатора 6, являющееся Функцией угла поворота крнвошипа и изменякщееся с частотой, соответствуацей частоте качаний станкакачалки, подается на делитель 12 напряжения, собранный на диодах 13-16.Выделенный .с него отрицательный полупериод напряжения (кривая б, фиг.3),соответствующий времени движенияточки подвеса штанг вниз, подаетсянавход транзистора 23 узла фиксации положения 9. Во входную цепьтранзистора 23, встречно этому на 1 пряжению вводится напряжение сравнения (кривая в, фиг. 3), регулируемое резистором 19, Наличие удобнорегулируемого по величине напряжениясравнения обеспечивает задерживаниезакрытия транзистора 23 под действием напряжения, снимаемого с датчика 5 положения на время, необходимое для поворота вала кривошипа наугол, соответствующий уставке Я(Фиг. 1) .При значениях напряжения сравнения, меньших или равных напряжению,снимаемому с датчика положения 5транзистор 23 закрывается и падениенапряжения 0 , на резисторе 21уменьшается до нуля.Благодаря наличию тиристора 24в коллекторной цепи транзистора 23предотвращается возможность замыкания цепи коллектор-эмиттер транзистора 23 до конца хода точки подвесаштанг вниз, т.е. когда напряжениесравнения становится больше напряжения, снимаемого с датчика 5 положения,Это обеспечивается подачей в цепь управления тиристора 24 положительного полупериода напряжения, снимаемого с датчика положения 5 через диоды 13 и 14, что обеспечивает его открытое состояние при ходе точки подвеса штанг вверх до момента закрытия транзистора 23.Удержание тиристора 24 во включенФном состоянии при отрицательном по 101782025 при ходе вверх, до положения, соответствующего уставке Я (фиг. 1).Одновременно напряженйе, снимаемое с датчика усилия 7, выполненйого в виде дифференциального трансФорматора 8., пропорциональное величине усилия в точкеподвеса штанг,т.е. изменяющееся по форме кривойдинамограммы (кривая е, фиг. 3),подается на вход транзистора 30 узла1.0 фиксации усилия. К цепи управления транзистора 30 приложено такжевстречно напряжение сравнения (кривая ж, фиг. 3), регулируемое резистором 27. Открытие транзистора 30происходит при напряжениях сравнения, больших или равных напряжению,снимаемому с датчика усилия 7, чтосоответствует значениям усилия вштангах, меньших или равных уставке Р, (Фиг. 1). 20При открывании транзистора 30с резистора 27 снимается выходноенапряжениеОэь 2 продолжительностью, равной продолжительности открытого состояния транзистора 30(кривая з, Фиг. 3).Выходное напряжениеОЗ1 и ВЫХ 2обоих транзисторов 23 и 30 подаютсяк цепям управления тиристоров 35 и36 логического элемента И 11, последовательно включенных в цепь выпрямительного тока микродвигателя 2.Работа микродвигателя 2, предназначенного для перемещения движкарегулировочного сопротивления (не,управления на входе системы управления возможны в случае одновременного открытия тиристоров 35 и 36. Открывание указанных тиристоров происходит при одновременном открытии 40транзисторов 23 и 30, что возможнов случае исчезновения незаполнениянасоса, чему соответствует пунктирная линия кривой изменения динамограммю (Фиг. 1),45Импульс напряжения (кривая и,. Фиг, 3) шириной, равной времени сов падения кривых вы(одных напряжений1)вы 1 ИОеьх(кривые д и э к ФиГе 3) уприводит во вращение микродвигатель2 и следовательно обеспечивает перемещение движка регулировочного сопротивления в цепи системы управления 5приводного двигателя 4 станка-качалки,.Если длительность полученного импульса недостаточна и насос продолжает работать после этого с заполнением, то в течение следующего циклаработы глубиннонасосной установкивновь происходит одновременное откры-.вание тиристоров 35 и 36 логического элемента И 11 с целью осуществления последующего перемещения движкарегулировочного сопротивления системы управления в сторону увеличениячастоты вращения приводного двигателя 4, а следовательно, числа качаний станка-качалки.В результате увеличения частотывращения двигателя 4 станка-качалкипроисходит изменение формы динамограммы, т.е. появление участка незаполнения скважинного насоса, что приводит к незапаздыванию открываниятранзистора 30 и соответственно тиристора 35. Таким образом, появлениенапряжений Озь,иЭ,2 во времени несовпадает .и йа выходе логическогоэлемента И 11 импульс напряжения отсутствует. Вследствие этого увеличение скорости двигателя прекращается.Когда заданный запас производительности глубиннонасосной установкиполностью использован, т.е. перемещение движка регулятора доходит доупора, отключается цепь микродвигателя 2 блок-контактом 38 и станоккачалка останавливается для сменынасоса,. Использование изобретения для регулирования частоты вращения двигателя станка-качалки по мере износанасоса повышает точнОсть регулирования, увеличивает надежность и срокслужбы скважинного насоса, а такжепроизводительность установки в целом,Испытание изобретения на действующей скважине показывает надежностьработы устройства для регулированиячастоты вращения двигателя станкакачалки по мере износа насоса. Какпоказывают испытания, межремонтныйпериод скважинного насоса увеличивается в 2,2 раза, а добыча нефтиувеличивается на 14 по сравнению снерегулируемым режимом.1017820 мху оставитель 3, Гинзб ехред М. Коштура ректор А. Т тулинец едактор Заказ 3504 33 ИИПпо 1)3 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектн Тираж 665 Государстве лам изобрет ква, Ж, Подписноеого комитета СССРий и открытийушская наб., д. 4/5