ПРИВОД СТАНКА-КАЧАЛКИ С ПОВЫШЕННЫМ ПУСКОВЫМ МОМЕНТОМ Российский патент 2004 года по МПК F04B47/02 E21B43/00 

Изобретение относится к оборудованию для эксплуатации нефтяных скважин и может быть использовано для подъема нефти из малодебитных скважин.

Известна глубинно-насосная установка, содержащая штанговый насос, наземный привод с электродвигателем и пускорегулирующей аппаратурой [Авт. свид. RU №1413239, кл. Е 21 В 43/00, 1988 г.].

Недостатком известного устройства является невысокий пусковой момент, что приводит к необходимости использования электродвигателя повышенной мощности.

Наиболее близким к заявляемому объекту по конструктивным параметрам и достигаемому результату является наземный привод станка-качалки балансирного типа, содержащий асинхронный электродвигатель, соединенный клиноременной передачей с редуктором, соединенным кривошипно-шатунным механизмом с балансиром, пусковое устройство, подключающее электродвигатель к электропитанию [Адонин А.Н. Добыча нефти штанговыми насосами. - М.: Недра, 1979. С. 113-138].

Недостатком технического решения, принятого в качестве прототипа, является недостаточно высокий пусковой момент привода, следствием которого является неполная загрузка электродвигателя на стационарных режимах работы.

Задача - повышение пускового момента привода.

Задача решается тем, что в приводе станка-качалки с повышенным пусковым моментом, содержащим асинхронный электродвигатель, соединенный клиноременной передачей с редуктором, пусковое устройство электродвигателя, в отличие от прототипа асинхронный электродвигатель выполнен биротативным, а пусковое устройство содержит редуктор, соединяющий статор с барабаном, на который намотан трос, свободный конец которого соединен с пружиной.

Существо изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показана схема привода с пусковым устройством.

На фиг.2 приведена механическая характеристика привода.

Для обеспечения повышенного пускового момента асинхронного привода станка-качалки выбирается биротативный двигатель [Шаньгин Е.С. Теория биротативного электропривода. - Уфа: Изд-во УТИС, 1998. С. 9-11], мощность которого не превышает расчетной величины, необходимой для подъема жидкости из скважины. В этом случае пусковой момент двигателя будет много меньшим, чем требуется по условию трогания станка-качалки. Статор биротативного двигателя 1 (фиг.1) через соединенный с ним вал 2 и редуктор 3 соединен с барабаном 4, на который накручивается трос 5. Трос 5 соединен с пружиной 6, работающей на сжатие. Вал 7 ротора с помощью клиноременной передачи соединен с редуктором станка-качалки.

Устройство работает следующим образом.

При подключении двигателя 1 к электропитанию вал ротора 7 остается неподвижным, так как он нагружен сопротивлением редуктора станка-качалки. Статор двигателя 1 не нагружен, поскольку пружина 6 находится в свободном состоянии и не оказывает сопротивления вращению барабана 4 и соединенному с ним через шестерню 3 и вал 2 статора двигателя 1. Поэтому в начале процесса пуска статор не встречает никакого сопротивления, т.е. начинает работу в режиме холостого хода. По мере увеличения скорости статора трос 5 наворачивается на барабан 4 и сжимает пружину 6. В связи с тем, что редуктор 3 имеет понижающую передачу, статор двигателя 1 успевает набрать номинальную скорость до того, как пружина 6 начнет оказывать сколько-нибудь заметное сопротивление. При дальнейшем вращении статора пружина 6 продолжает сжиматься, повышая момент сопротивления на валу 2. В то время, когда вследствие сжатия пружины 6 момент сопротивления на статоре будет равен моменту трогания станка-качалки, вал 7 ротора двигателя 1 начинает вращаться, а статор останавливается и остается в таком положении в течение всего периода работы привода, пружина 6 остается в сжатом состоянии. После отключения электропитания пружина 6 разжимается и возвращает барабан 4 и вал 2 в исходное положение.

Эффект увеличения пускового момента достигается за счет того, что пуск двигателя 1 и пуск редуктора станка-качалки разнесены во времени. Сначала начинает вращаться статор на холостом ходу, после достижения номинальной скорости крутящий момент плавно передается на вал ротора 7, но уже при номинальных параметрах взаимодействия вращающегося магнитного поля статора и ротора. Это дает возможность использовать перегрузочную способность двигателя в полной мере, т.е. на валу ротора 2 может быть достигнут момент, в 2-2,5 раза превышающий его номинальное значение (фиг.2). При трогании обычного асинхронного двигателя (с неподвижным статором) его пусковой момент не превышает номинального значения (в лучшем случае достигает значения 1,2М_ном), перегрузочные возможности двигателя не используются в полной мере.

Применение рассмотренной схемы построения нерегулируемого по скорости привода станка-качалки позволяет добиться повышения коэффициента загрузки двигателя до 100%, это ведет к повышению КПД и cosϕ двигателя, а это в свою очередь позволяет на 7-10% снизить энергопотребление. Кроме того, можно использовать двигатель меньшей мощности, что также уменьшает капитальные и эксплуатационные расходы. Из графика пуска биротативного привода станка-качалки (фиг.2) видно, что статор начинает вращение и практически без сопротивления достигает номинальной скорости -ω_ном. Продолжая вращаться, статор нагружается вследствие сжатия пружины и достигает с учетом коэффициента перегрузки момента, равного 2М_ном. В это время начинает вращаться ротор, увеличивая скорость, а статор пропорционально уменьшает скорость. При достижении ротором номинальных скорости и момента статор останавливается и создает с помощью сжатой пружины момент сопротивления на уровне номинального значения -M_ном.

Применение рассмотренной схемы построения электропривода позволит решить проблему самозапуска станка-качалки после аварийного отключения электроэнергии, позволит автоматизировать запуск группы станков-качалок, уменьшить при этом нагрузку на электросеть за счет снижения пускового тока двигателей.

В качестве биротативного двигателя используется серийный асинхронный двигатель, преобразованный в биротативный путем доработки его конструкции и установки на специальную станину с возможностью вращения статора. Каких-либо изменений в системе электропитания и пусковой аппаратуры не требуется. Такой привод сочетает в своих эксплуатационных характеристиках традиционные достоинства асинхронного двигателя (простота конструкции, надежность) с дополнительно приобретенным свойством - повышенным пусковым моментом.

Изобретение относится к оборудованию для эксплуатации нефтяных скважин и может быть использовано для подъема нефти из малодебитных скважин. Техническим результатом является повышение пускового момента привода. Для этого привод содержит асинхронный электродвигатель, соединенный клиноременной передачей с редуктором, пусковое устройство электродвигателя. Причем асинхронный электродвигатель выполнен биротативным, а пусковое устройство содержит редуктор, соединяющий статор с барабаном, на котором намотан трос, свободный конец которого соединен с пружиной. 2 ил.

Привод станка-качалки с повышенным пусковым моментом, содержащий асинхронный электродвигатель, соединенный клиноременной передачей с редуктором, пусковое устройство электродвигателя, отличающийся тем, что асинхронный электродвигатель выполнен биротативным, а пусковое устройство содержит редуктор, соединяющий статор с барабаном, на котором намотан трос, свободный конец которого соединен с пружиной.