СТАНЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОГРУЖНОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКОЙ Российский патент 2014 года по МПК H02P31/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к нефтедобывающему оборудованию, а именно к станциям управления двигателями электроцентробежных насосов, и может быть использовано для добычи пластовой жидкости с помощью насосов.

Уровень техники

Известна станция управления насосной погружной установки (см. патент на полезную модель RU 97884 U1), которая содержит шкаф управления, защиты и сигнализации, блок преобразователя частоты, включающий блок силовой электроники и систему управления, расположенные на радиаторе, выполненном из двух секций, систему принудительного охлаждения и нагрева первого объема шкафа, систему принудительного охлаждения второго объема шкафа с реактивными элементами станции управления насосной установки и систему принудительного охлаждения и нагрева радиатора преобразователя частоты, включающую первый короб, формирующий два воздушных канала, укрепленный на внутренней стороне задней стенки шкафа, боковая стенка которого имеет отверстие для забора охлаждающего воздуха в оба воздушных канала, два центробежных вентилятора, расположенных напротив каждого выходного отверстия для вывода горячего воздуха соответствующего канала первого короба, кроме того, первый короб имеет отверстие для установки радиатора, причем ребра радиатора расположены в воздушном канале вдоль потока, а основание радиатора установлено внутри шкафа с обеспечением изоляции вышеуказанного воздушного канала от основного объема шкафа, причем система принудительного охлаждения второго объема шкафа с реактивными элементами включает, по меньшей мере, один приточный вентилятор, расположенный внутри второго объема шкафа напротив входного отверстия для забора охлаждающего воздуха окружающей среды, и отверстие вывода нагретого воздуха в окружающую среду. Каждая система принудительного охлаждения содержит собственный климат-контроллер с, по меньшей мере, одним датчиком температуры. Датчик температуры системы принудительного охлаждения радиатора расположен на основании радиатора, датчики температуры других систем принудительного охлаждения расположены внутри соответствующих охлаждаемых объемов. Система принудительного охлаждения первого объема содержит, по меньшей мере, один тепловентилятор и, по меньшей мере, один приточный вентилятор, расположенный напротив выходного отверстия третьего короба, расположенного на внутренней стороне двери шкафа напротив входного отверстия для забора охлаждающего воздуха окружающей среды. Группы клемм электрического ввода и вывода системы принудительного охлаждения и нагрева радиатора преобразователя частоты располагаются в дополнительном объеме шкафа, примыкающего к задней стенке первого объема шкафа. Каждая группа клемм расположена в отдельном отсеке, снабженном собственной дверцей, а крыша шкафа накрывает одновременно первый и дополнительный объемы шкафа. Силовые элементы управляемого выпрямителя и первой фазы трехфазного инвертора преобразователя частоты располагаются на первой секции радиатора. Силовые элементы второй и третьей фаз трехфазного инвертора преобразователя частоты располагаются на второй секции радиатора. На каждой секции радиатора располагаются два датчика температуры, каждый из которых установлен непосредственно около силового элемента. Каждая дверца отсеков группы клемм короче собственного отсека, а нижняя стенка каждого отсека выполнена с наклоном к внешней стороне дополнительного объема шкафа. Второй объем шкафа с реактивными элементами может располагается одновременно под основным и дополнительными объемами.

Недостатком данной станция управления является относительно низкая надежность системы термостабилизации, вследствие автономности систем принудительного охлаждения. Системы принудительного охлаждения и нагрева первого объема шкафа, принудительного охлаждения второго объема шкафа с реактивными элементами станции и система принудительного охлаждения и нагрева радиатора преобразователя частоты гидравлически развязаны и каждая имеет свою группу вентиляторов. Отказ одной из групп вентиляторов приводит к перегреву элементов станции управления и, в конечном счете, к потере работоспсобности станции управления. Кроме того, установка датчиков температуры системы охлаждения реактивных элементов в охлаждаемом объеме, а не на самом дросселе, приводит к существенной погрешности измерения температуры дросселя. Это обстоятельство сильно снижает надежность станции управления.

Технический результат, достигаемый в результате реализации изобретения, состоит в повышении надежности работы станции управления (что особенно важно при эксплуатации станции в сложных климатических условиях), снижении стоимости обслуживания станции, дополнительной экономии электроэнергии в системе охлаждения и прогрева.

Раскрытие изобретения

Для достижения указанного технического результата разработана станция управления погружной насосной установкой, содержащая шкаф управления, защиты и сигнализации /1/, блок преобразователя частоты, включающий блок силовой электроники и систему управления /2/, расположенные на радиаторе /3/, который может быть выполнен из двух секций, причем силовые элементы выпрямителя и первой фазы трехфазного инвертора преобразователя частоты располагаются на первой секции радиатора, а силовые элементы второй и третьей фаз трехфазного инвертора преобразователя частоты располагаются на второй секции радиатора, систему принудительного охлаждения и нагрева первого объема /4/, которая содержит, по меньшей мере, один тепловентилятор и, по меньшей мере, один приточный вентилятор, расположенный напротив выходного отверстия третьего короба /5/, расположенного на внутренней стороне двери шкафа напротив входного отверстия для забора охлаждающего воздуха окружающей среды, систему принудительного охлаждения второго объема шкафа /6/ с реактивными элементами станции управления погружной насосной установкой /7/ и систему принудительного охлаждения и нагрева радиатора преобразователя частоты, включающую первый короб /8/, формирующий два воздушных канала (нижний канал на фиг.3 условно показан линией /9/, а верхний канал расположен выше плоскости сечения), укрепленный на внутренней стороне задней стенки первого объема шкафа /10/, боковая стенка которого имеет отверстие для забора охлаждающего воздуха в оба воздушных канала /11/, два вентилятора /12/, расположенных напротив каждого выходного отверстия для вывода горячего воздуха соответствующего канала первого короба (на фиг.4 закрыты вентиляторами /12/), кроме того, первый короб имеет отверстие для установки радиаторов /3/, причем ребра радиаторов расположены в воздушном канале вдоль потока, а основание радиатора установлено внутри первого объема шкафа с обеспечением изоляции вышеуказанного воздушного канала от основного объема шкафа, причем каждая система принудительного охлаждения содержит собственный климат-контроллер с, по меньшей мере, одним датчиком температуры, а на каждой секции радиатора располагаются два датчика температуры, каждый из которых установлен непосредственно около силового элемента на основании радиатора, а датчики температуры других систем принудительного охлаждения расположены внутри соответствующих охлаждаемых объемов, а группы клемм электрического ввода и вывода системы принудительного охлаждения и нагрева радиатора преобразователя частоты располагаются в дополнительном объеме шкафа /13/, примыкающего к задней стенке шкафа, причем каждая группа клемм расположена в отдельном клеммном отсеке, снабженном собственной дверцей, а крыша шкафа /14/ накрывает одновременно первый и дополнительный объемы шкафа, причем каждая дверца отсеков группы клемм короче собственного отсека, а нижняя стенка каждого отсека выполнена с наклоном к внешней стороне дополнительного объема шкафа, а второй объем шкафа с реактивными элементами /6/ может располагаться одновременно под основным и дополнительными объемами, в которой, согласно изобретения, вентиляторы системы принудительного охлаждения радиаторов преобразователя частоты располагаются во втором дополнительном объеме /15/, который гидравлически связан со вторым объемом с реактивными элементами станции управления погружной насосной установкой /6/ посредством отверстий /16/ в стенке второго объема, а второй объем гидравлически связан с атмосферой посредством отверстий в днище, причем второй дополнительный объем расположен между первым и дополнительным объемами над вторым объемом, причем во втором дополнительном объеме возможна установка элементов станции управления, требующих дополнительного охлаждения /17/, а датчики температуры системы охлаждения реактивных элементов /7/ устанавливаются на поверхности реактивных элементов.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 показан общий вид станции управления погружной насосной установкой, на котором условно прозрачны стенки шкафа и отсутствует дверца.

На Фиг.2 показан разрез станции управления.

На Фиг.3 представлен разрез станции управления, на котором показаны элементы системы охлаждения радиаторов.

На Фиг.4 показан общий вид станции управления сзади, с условно прозрачными стенками второго дополнительного объема.

На Фиг.5 показан вид станции управления сзади, с условно открытыми дверцами клеммных отсеков.

Осуществление изобретения

Режим работы станции управления задается контроллером /18/ в соответствии с заданной программой при включении станции управления в трехфазную цепь питания. При этом контроллер выполняет функцию средства ввода/вывода информации о режиме работы станции. Напряжение питания по трехфазной электросети поступает на блок преобразователя частоты, генеририрующий сигнал заданной частоты и напряжения, служащий для задания частоты вращения вала электродвигателя погружного электроцентробежного насоса насосной установки. Основными контролируемыми параметрами процесса подъема пластовой жидкости являются фазные токи в цепи электродвигателя погружного насоса, которые контролируются посредством датчиков фазных токов /19/ в цепи электродвигателя, с которых полезный сигнал поступает на контроллер, который на основании полученной информации задает режим работы насосной установки.

Поддержание необходимого температурного уровня первого объема /4/, осуществляется системой, которая содержит, по меньшей мере, один тепловентилятор и, по меньшей мере, один приточный вентилятор, расположенный напротив выходного отверстия третьего короба /5/, расположенного на внутренней стороне двери шкафа напротив входного отверстия для забора охлаждающего воздуха окружающей среды.

Поддержание необходимого температурного уровня размещенных внутри шкафа управления защиты и сигнализации электрических устройств (в частности, реактивных элементов (дросселей, конденсаторов) и силовых модулей блока преобразователя частоты) производится системой климатизации (основой которой является система нагрева, нагнетания и вывода из нее воздуха).

Атмосферный воздух за счет разряжения, создаваемого вентиляторами /12/, через отверстие /11/ в первом коробе /8/ поступает в воздушные каналы (нижний канал на фиг.3 условно показан линией /9/, а верхний канал расположен выше плоскости сечения). Обтекая ребра радиаторов /3/, расположенных в каналах первого короба, атмосферный воздух охлаждает блок преобразователя частоты, включающий блок силовой электроники и систему управления /2/, расположенные на радиаторах /3/. Через выходные отверстия для вывода горячего воздуха соответствующего канала первого короба (на фиг.4 закрыты вентиляторами /12/) атмосферный воздух поступает на вход вентиляторов /12/, откуда под действием давления, создаваемого вентиляторами, поступает во второй дополнительный объем /15/, где может охлаждать установленные в нем элементы станции управления /17/, требующие дополнительного охлаждения. Из второго дополнительного объема /15/ атмосферный воздух через отверстия /16/ в стенке второго объема поступает во второй объем /6/ и, охладив реактивные элементы станции управления погружной насосной установкой /7/, удаляется в атмосферу через отверстия в днище второго объема. Датчики температуры системы охлаждения реактивных элементов /7/ устанавливаются на поверхности реактивных элементов.

Предложенная конструкция станции управления может быть использована для управления как приводами погружных насосов, так и приводами любых других устройств с вентильными и асинхронными двигателями.

Изобретение относится к нефтедобывающему оборудованию, а именно к станциям управления двигателями электроцентробежных насосов, и может быть использовано для добычи пластовой жидкости с помощью насосов. Технический результат состоит в повышении надежности работы станции управления, снижении стоимости обслуживания станции, дополнительной экономии электроэнергии в системе охлаждения. Станция управления насосной установки включает шкаф, состоящий из первого, второго и двух дополнительных объемов. Размещение вентиляторов, посредством которых происходит циркуляция охлаждающего воздуха, во втором дополнительном объеме позволила объединить гидравлическую часть систем охлаждения инвертора, выпрямителя и второго объема шкафа с реактивными элементами станции управления погружной насосной установкой. Кроме того, предлагаемое техническое решение позволяет использовать второй дополнительный объем для размещения в нем элементов станции управления, требующих дополнительного охлаждения. Датчики температуры системы охлаждения реактивных элементов устанавливаются на поверхности реактивных элементов. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Станция управления погружной насосной установкой, содержащая шкаф управления, защиты и сигнализации, блок преобразователя частоты, включающий блок силовой электроники и систему управления, расположенные на радиаторе, который может быть выполнен из двух секций, причем силовые элементы выпрямителя и первой фазы трехфазного инвертора преобразователя частоты располагаются на первой секции радиатора, а силовые элементы второй и третьей фаз трехфазного инвертора преобразователя частоты располагаются на второй секции радиатора, систему принудительного охлаждения и нагрева первого объема, которая содержит, по меньшей мере, один тепловентилятор и, по меньшей мере, один приточный вентилятор, расположенный напротив выходного отверстия третьего короба, расположенного на внутренней стороне двери шкафа напротив входного отверстия для забора охлаждающего воздуха окружающей среды, систему принудительного охлаждения второго объема шкафа с реактивными элементами станции управления погружной насосной установкой и систему принудительного охлаждения и нагрева радиатора преобразователя частоты, включающую первый короб, формирующий два воздушных канала, укрепленный на внутренней стороне задней стенки первого объема шкафа, боковая стенка которого имеет отверстие для забора охлаждающего воздуха в оба воздушных канала, два вентилятора, расположенных напротив каждого выходного отверстия для вывода горячего воздуха соответствующего канала первого короба, кроме того, первый короб имеет отверстие для установки радиатора, причем ребра радиатора расположены в воздушном канале вдоль потока, а основание радиатора установлено внутри шкафа с обеспечением изоляции вышеуказанного воздушного канала от основного объема шкафа, причем каждая система принудительного охлаждения содержит собственный климат-контроллер с, по меньшей мере, одним датчиком температуры, а на каждой секции радиатора располагаются два датчика температуры, каждый из которых установлен непосредственно около силового элемента на основании радиатора, а датчики температуры других систем принудительного охлаждения расположены внутри соответствующих охлаждаемых объемов, а группы клемм электрического ввода, вывода и система принудительного охлаждения радиатора преобразователя частоты располагаются во втором дополнительном объеме шкафа, примыкающего к задней стенке первого объема шкафа, причем каждая группа клемм расположена в отдельном отсеке, снабженном собственной дверцей, а крыша шкафа накрывает одновременно первый и дополнительный объемы шкафа, причем каждая дверца отсеков группы клемм короче собственного отсека, а нижняя стенка каждого отсека выполнена с наклоном к внешней стороне дополнительного объема шкафа, а второй объем шкафа с реактивными элементами располагается одновременно под основным и дополнительными объемами, отличающаяся тем, что вентиляторы системы принудительного охлаждения радиаторов преобразователя частоты располагаются во втором дополнительном объеме, который гидравлически связан со вторым объемом с реактивными элементами станции управления погружной насосной установкой посредством отверстий в стенке второго объема, а второй объем гидравлически связан с атмосферой посредством отверстий в днище, причем второй дополнительный объем расположен между первым и дополнительным объемами над вторым объемом.

2. Станция управления насосной установкой по п.1, отличающаяся тем, что во втором дополнительном объеме устанавливаются элементы станции управления, требующие дополнительного охлаждения.

3. Станция управления насосной установкой по п.1, отличающаяся тем, что датчики температуры системы охлаждения реактивных элементов устанавливаются на поверхности реактивных элементов.