ПОГРУЖНОЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2005 года по МПК H02K17/30 H02H7/08 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в погружных электродвигателях.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является погружной электродвигатель (см. Патент РФ на изобретение №2146071. БИМП Стр.3-5, 8-12). Устройство содержит датчик температуры, датчик давления, датчик вибрации, три конденсатора, дроссель, контакт реле, обмотку реле, выпрямитель, два блока управления, источник напряжения, фильтр нижних частот, два коммутатора, масштабный усилитель, выход которого соединен с входом блока регулирования, генератор импульсов, два резистора, преобразователь напряжения в постоянный ток, преобразователь давления в напряжение, преобразователь температуры в напряжение, преобразователь вибрации в напряжение.

Недостатками устройства являются:

- измерение вибрационных характеристик в одной плоскости;

- блок телеметрии установлен вне корпуса двигателя, что увеличивает вероятность повреждения блока телеметрии;

- нет возможности измерения сопротивления изоляции при измерении параметров от погружного блока.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно, создание погружного электродвигателя с блоком телеметрии, позволяющим измерять вибрационные характеристики в трех плоскостях, исключить вероятность повреждения блока телеметрии и измерять сопротивление изоляции.

Для решения этой задачи в погружном электродвигателе, содержащем статор, ротор, датчик температуры, датчик давления, датчик вибрации, источник напряжения и провода, предлагается:

- статор выполнить из трубы;

- магнитопровод запрессовать в трубу;

- трехфазную протяжную обмотку уложить в пазы статора;

- головку соединить с верхним концом статора;

- ротор разместить внутри статора и выполнить его в виде набора пакетов, разделенных между собой промежуточными подшипниками и последовательно надетых навал;

- вал пропустить сквозь головку;

- в головке разместить узел упорного подшипника и узел токоввода, являющийся элементом электрического разъема для подсоединения силовой линии и представляющего собой изоляционную колодку с контактными гильзами, соединенными проводами с обмоткой статора;

- основание расположить в нижней части погружного электродвигателя;

- в головке рядом с валом вдоль его продольной оси выполнить канал;

- в канал установить корпус блока телеметрии;

- блок телеметрии выполнить из датчика давления, датчика температуры и датчика вибрации, процессора, обеспечивающего анализ информации с вышеуказанных датчиков, вычисления, кодирования и передачу информации на станцию управления через устройство сопряжения с силовой линией, усилителя мощности, источника напряжения постоянного тока и устройства сопряжения с силовой линией;

- датчик давления выполнить из последовательно соединенных тензопреобразователя давления, усилителя напряжения, датчика давления и аналого-цифрового преобразователя датчика давления;

- датчик температуры выполнить в виде интегральной микросхемы, состоящей из последовательно соединенных чувствительного элемента датчика температуры, усилителя напряжения датчика давления и аналого-цифрового преобразователя датчика давления;

- выход устройства сопряжения с силовой линией соединить со входом источника напряжения постоянного тока;

- один выход источника напряжения постоянного тока соединить с усилителем мощности, второй выход - с тензопреобразователем давления, а третий выход - соответственно с усилителем напряжения датчика давления, аналого-цифровым преобразователем датчика давления, чувствительным элементом датчика температуры, усилителем напряжения датчика температуры, аналого-цифровым преобразователем датчика температуры, датчиком вибрации и процессором;

- выход усилителя мощности соединить со входом устройства сопряжения с силовой линией;

- аналого-цифровой преобразователь датчика давления интегрировать в процессор;

- аналого-цифровой преобразователь датчика температуры подключить к процессору;

- два выхода датчика вибрации подключить к двум входам процессора;

- выход процессора через усилитель мощности соединить со входом устройства сопряжения;

- устройство сопряжения посредством провода соединить с узлом токоввода.

В результате достигается требуемый результат.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный осевой разрез верхней части погружного электродвигателя, на фиг.2 - принципиальная схема блока телеметрии.

На фиг.1 и 2 приняты следующие обозначения: 1 - аналого-цифровой преобразователь датчика давления; 2 - аналого-цифровой преобразователь датчика температуры; 3 - головка погружного электродвигателя; 4 - датчик вибрации; 5 - двигатель; 6 - источник напряжения постоянного тока; 7 - чувствительный элемент датчика температуры; 8 - корпус блока телеметрии; 9 - провод, соединяющий между собой устройство сопряжения с узлом токоввода; 10 - провод, соединяющий между собой контактные гильзы с обмоткой статора; 11 - процессор; 12 - ротор; 13 - силовая линия; 14 - статор; 15 - тензопреобразователь давления; 16 - узел токоввода; 17 - усилитель мощности; 18 - усилитель напряжения датчика давления; 19 - усилитель напряжения датчика температуры; 20 - устройство сопряжения.

Конструктивные элементы погружного электродвигателя имеют следующие особенности.

Статор 14 выполнен из трубы.

Магнитопровод запрессован в трубу.

Трехфазная протяжная обмотка уложена в пазы статора 14.

Головка 3 соединена с верхним концом статора 14.

Ротор 12 размещен внутри статора 14 и представляет собой набор пакетов. Пакеты разделены между собой промежуточными подшипниками и надеты на вал.

Вал проходит сквозь головку 3.

В головке 3 размещены упорный подшипник и узел токоввода 16.

Узел токоввода 16 является элементом электрического разъема для подсоединения силовой линии 13 и представляет собой изоляционную колодку с контактными гильзами.

Контактные гильзы соединены проводами 10 с обмоткой статора 14.

Основание расположено в нижней части погружного электродвигателя 5.

В головке 3 рядом с валом вдоль его продольной оси предусмотрен канал. В головку 3 ввернут обратный клапан для закачки через него масла.

В канале установлен корпус 8 блока телеметрии.

Блок телеметрии содержит датчик давления, датчик температуры, датчик вибрации 4, процессор 11, усилитель мощности 17, источник напряжения постоянного тока 6 и устройство сопряжения 20 с силовой линией 13.

Датчик давления состоит из последовательно соединенных тензопреобразователя давления 15, усилителя напряжения 18 датчика давления и аналого-цифрового преобразователя 1 датчика давления.

Тензопреобразователь давления 15 выполнен по схеме “замкнутый мост”. Он позволяет преобразовать избыточное давление в электрический сигнал. Питание тензопреобразователя давления 15 осуществляется стабилизированным напряжением постоянного тока.

Датчик температуры представляет собой интегральную микросхему, состоящую из последовательно соединенных чувствительного элемента 7 датчика температуры, усилителя напряжения 19 датчика температуры и аналого-цифрового преобразователя 2 датчика температуры.

Микросхема датчика температуры имеет цифровой вход. Микросхема преобразует физический параметр - температуру в цифровой код. Чувствительный элемент 7 датчика температуры представляет собой полупроводник.

Датчик вибрации 4 представляет собой интегральный акселерометр, чувствительный элемент которого представляет собой эталонную массу. Вибрацию эталонной массы микросхема преобразует в импульсный сигнал. Информацию несет ширина импульса - скважность. Микросхема имеет два канала для измерения вибрации в двух взаимно перпендикулярных плоскостях с отдельными выходами для каждой плоскости.

Выход устройства сопряжения 20 соединен со входом источника напряжения постоянного тока 6.

Первый выход источника напряжения постоянного тока 6 соединен с усилителем мощности 17, второй выход источника напряжения постоянного тока 6 соединен с тензопреобразователем давления 15, третий выход источника постоянного тока 6 соединен соответственно с усилителем напряжения 18 датчика давления, аналого-цифровым преобразователем 1 датчика давления, чувствительным элементом 7 датчика температуры, усилителем напряжения 19 датчика температуры, аналого-цифровым преобразователем 2 датчика температуры, датчиком вибрации 4 и процессором 11.

Выход усилителя мощности 17 соединен со входом устройства сопряжения 20.

Аналого-цифровой преобразователь 1 датчика давления интегрирован в процессор 11.

Аналого-цифровой преобразователь 2 датчика температуры подключен к процессору 11.

Два выхода датчика вибрации 4 подключены к двум входам процессора 11.

Выход процессора 11 через усилитель мощности 17 соединен со входом устройства сопряжения 20.

Устройство сопряжения 20 через провод 9 соединен с узлом токоввода 16.

Процессор 11 предназначен для осуществления следующих основных функций: анализа информации с датчиков давления, температуры и вибрации, выполнения вычислительных операций, кодирования и передачи информации.

Устройство сопряжения 20 представляет собой систему полосовых и режекторных фильтров.

Усилитель мощности 17 представляет собой интегральную микросхему.

Усилитель напряжения 18 датчика давления выполнен в виде микросхемы инструментального усилителя.

Силовая линия 13 выполнена в виде трехжильного кабеля.

Внутренняя полость погружного электродвигателя 5 герметична и заполнена диэлектрическим маслом.

Вне погружного электродвигателя 5 и блока телеметрии расположены станция управления и трансформатор масляный повышающего напряжения.

Станция управления предназначена для управления электродвигателем 5 и блоком телеметрии. Основные функции станции управления: изменение параметров работы погружного электродвигателя 5, его защита от недопустимых значений вибрации, температуры, давления, тока, напряжения и мощности.

Станция управления соединена с первичной обмоткой трансформатора.

Вторичная обмотка трансформатора посредством силовой линии 13 соединена с погружным электродвигателем 5 и устройством сопряжения 20.

Устройство работает следующим образом.

На станцию управления подают трехфазное напряжение. Со станции управления напряжение через трансформатор посредством силовой линии 13 подается на погружной электродвигатель 5 и устройство сопряжения 20.

При подаче напряжения по силовой линии 20 вал погружного электродвигателя 5 приводится во вращение и через шлицевую муфту вращает вал насоса.

С устройства сопряжения 20 через источник напряжения постоянного тока 6 напряжение подается на датчики давления, температуры и вибрации и усилитель мощности 17.

После измерения давления масла в погружном электродвигателе 5 через усилитель напряжения 18 датчика давления и аналого-цифровой преобразователь 1 датчика давления цифровая информация передается в процессор 11.

Сигнал (информация) с датчиков температуры и вибрации 4 также поступает в процессор 11.

После анализа поступившей с датчиков информации с помощью процессора 11 она через усилитель мощности 17 поступает в устройство сопряжения 20.

Затем сигнал с устройства сопряжения 20 попадает на станцию управления для анализа и принятия оператором и/или станцией управления соответствующего решения.

Пример конкретного выполнения устройства

Блок телеметрии установлен в погружном электродвигателе 5 типа 7 ПЭД 32-117 МВ5. Мощность указанного электродвигателя составила 32 кВт, а напряжение - 1000 В.

Станция управления типа АЛСУ-А-180-ПТ-У1 имеет мощность 180 кВт и предназначена для управления асинхронным электродвигателем и блоком телеметрии.

Силовая линия 13 выполнена в виде трехжильного кабеля типа КПБП 3×16.

В датчике давления использован тензопреобразователь давления 15, преобразующий избыточное давление и работающий в диапазоне от 0 до 25 МПа.

Интегральный датчик температуры работает в диапазоне температур от -50°С до +150°С.

Интегральный датчик вибрации 4 работает в диапазоне от 0 до 10 g в полосе частот от 0 до 400 Гц.

Трансформатор типа ТМПН имеет следующие характеристики: мощность - 100 кВт, входное напряжение 380 В и выходное напряжение 1000 В.

Процессор 11 типа PIC16 имеет следующие характеристики: объем памяти - 4 кБайт, рабочую частоту - 4 МГц и напряжение - 5 В.

Создан промышленный образец устройства и показана надежность и эффективность его работы.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в погружных электродвигателях. Погружной электродвигатель состоит из статора, выполненного из трубы, магнитопровода, запрессованного в трубу, трехфазной протяжной обмотки, головки, ротора, размещенного внутри статора, вала, проходящего сквозь головку, узла упорного подшипника и узла токоввода, соединенного с обмоткой статора. В головке выполнен канал для установки корпуса блока телеметрии, содержащего датчики давления, температуры и вибрации, процессор, усилитель мощности, источник напряжения постоянного тока и устройство сопряжения. Датчик давления состоит из последовательно соединенных тензопреобразователя давления, усилителя напряжения датчика давления и аналого-цифрового преобразователя датчика давления. Датчик температуры состоит из последовательно соединенных чувствительного элемента датчика температуры, усилителя напряжения датчика температуры и аналого-цифрового преобразователя датчика температуры. Выход устройства сопряжения соединен со входом источника напряжения постоянного тока, первый выход которого соединен с усилителем мощности, второй - с тензопреобразователем давления, третий - с усилителями напряжения и аналого-цифровыми преобразователями датчиков давления и температуры, чувствительным элементом датчика температуры, датчиком вибрации и процессором, обеспечивающим анализ информации с вышеуказанных датчиков вычисления, кодирования и передачу информации на станцию управления. Выход усилителя мощности соединен со входом устройства сопряжения. Аналого-цифровой преобразователь датчика давления интегрирован в процессор. Аналого-цифровой преобразователь датчика температуры подключен к процессору. Два выхода датчика вибрации подключены к двум входам процессора, выходом через усилитель мощности соединенного со входом устройства сопряжения, соединенного с узлом токоввода. 2 ил.

Погружной электродвигатель, содержащий статор, ротор, датчик температуры, датчик давления, датчик вибрации, источник напряжения и провода, отличающийся тем, что статор выполнен из трубы, магнитопровод запрессован в трубу, трехфазная протяжная обмотка уложена в пазы статора, головка соединена с верхним концом статора, ротор размещен внутри статора и представляет собой набор пакетов, разделенных между собой промежуточными подшипниками и последовательно надетых на вал, проходящий сквозь головку, в головке размещены узел упорного подшипника и узел токоввода, являющийся элементом электрического разъема для подсоединения силовой линии и представляющего собой изоляционную колодку с контактными гильзами, соединенными проводами с обмоткой статора, основание расположено в нижней части погружного электродвигателя, в головке рядом с валом вдоль его продольной оси предусмотрен канал, в который установлен корпус блока телеметрии, блок телеметрии содержит датчик давления, датчик температуры, датчик вибрации, процессор, обеспечивающий анализ информации с вышеуказанных датчиков, вычисления, кодирования и передачу информации на станцию управления через устройство сопряжения с силовой линией, усилитель мощности, источник напряжения постоянного тока, датчик давления состоит из последовательно соединенных тензопреобразователя давления, усилителя напряжения датчика давления и аналого-цифрового преобразователя датчика давления датчик температуры представляет собой интегральную микросхему, состоящую из последовательно соединенных чувствительного элемента датчика температуры, усилителя напряжения датчика температуры и аналого-цифрового преобразователя датчика температуры, выход устройства сопряжения с силовой линией соединен со входом источника напряжения постоянного тока, первый выход источника напряжения постоянного тока соединен с усилителем мощности, второй выход источника напряжения постоянного тока соединен с тензопреобразователем давления, третий выход источника постоянного тока соединен соответственно с усилителем напряжения датчика давления, аналого-цифровым преобразователем датчика давления, чувствительным элементом датчика температуры, усилителем напряжения датчика температуры, аналого-цифровым преобразователем датчика температуры, датчиком вибрации и процессором, выход усилителя мощности соединен со входом устройства сопряжения с силовой линией, аналого-цифровой преобразователь датчика давления интегрирован в процессор, аналого-цифровой преобразователь датчика температуры подключен к процессору, два выхода датчика вибрации подключены к двум входам процессора, выход процессора через усилитель мощности соединен со входом устройства сопряжения с силовой линией, которое проводом соединено с узлом токоввода.