НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2016 года по МПК F04B47/06 F04B17/04 

Изобретение относится к оборудованию для подъема пластовой жидкости из скважин.

Известна насосная установка, содержащая привод возвратно-поступательного движения в виде линейного асинхронного электродвигателя со статором и плунжером-ротором, корпус с подключенным к нему трубопроводом для прохода жидкости в скважине, в которой статор жестко связан с корпусом и установлен аксиально на трубопроводе [1].

Недостатками технического решения являются низкая надежность привода из-за возможности попадания скважинной жидкости на обмотки статора двигателя, работа статора постоянно в тяжелых переходных процессах выключения и включения с реверсом фаз и большая трудоемкость ремонта из-за размещения статора двигателя в корпусе и внутри плунжера-ротора, что ограничивает возможность применения насосной установки.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является насосная установка, содержащая привод возвратно-поступательного движения в виде линейного асинхронного электродвигателя со статором и плунжером ротором, корпус с подключенным к нему трубопроводом для прохода жидкости в скважине, статор, жестко связанный с корпусом и установленный аксиально в корпусе и на плунжере-роторе, который является трубопроводом, линейный асинхронный двигатель снабжен станцией управления с датчиком скорости плунжера-ротора и коммутатором фазы трехфазной системы питания статора, причем работой коммутатора управляет датчик скорости плунжера-ротора так, что при движении плунжера-ротора в скважину коммутатора включен, движение плунжера-ротора в корпусе ограничено упругим накопителем механической энергии [2].

Недостатком известного технического решения является низкая надежность из-за частых коммутаций обмотки фазы статора линейного асинхронного двигателя, вызванных ограниченной амплитудой возвратно-поступательного движения плунжера-ротора. Технической задачей, поставленной в изобретении, является повышение надежности привода насосной установки.

Решение задачи достигается тем, что корпус состоит из двух частей, между которыми установлен статор, плунжер-ротор является трубопроводом между частями корпуса, каждая из которых снабжена упругим накопителем механической энергии, установленный с зазором между торцом корпуса в одной части и торцом плунжера-ротора в другой части корпуса.

Техническое решение имеет существенное отличие от известных, заключающееся в том, что линейный асинхронный двигатель обеспечивает в одной насосной установке одновременную работу двух плунжерных насосов, образованных двумя частями корпуса и общим плунжером-ротором, что позволяет добиться цели изобретения: повысить надежность технического решения уменьшением частоты коммутаций обмотки фазы статора линейного асинхронного двигателя.

На фиг. 1 показана предлагаемая насосная установка в разрезе.

Насосная установка содержит цилиндрический линейный асинхронный электродвигатель (ЛАД), статор 1 которого охватывает плунжер-ротор 2. Плунжер-ротор 2 выполнен в виде ферромагнитной трубы для прохода жидкости с медным покрытием со стороны статора. По длине трубы 2 расположены клапаны 3. Труба установлена подвижно в корпусе насосной установки, состоящей из двух частей 4 и 5, выполненных в виде цилиндров. Торцы цилиндров со стороны статора 1 закрыты крышками 6 и 7 с отверстиями для прохождения плунжера-ротора 2 и уплотнениями. Статор 1 ЛАД установлен между частями 4 и 5 корпуса и неподвижно относительно последних. На плунжере-роторе 2 соосно установлены упругие накопители механической энергии (УЭ) 8 и 9. Движение плунжера-ротора 2 относительно частей 4 и 5 корпуса ограничивается УЭ 8 и 9, установленными между крышками 6 и 7 и фланцами 10 и 11. Фланцы 10 и 11 установлены жестко на плунжере-роторе 2 посредством сварки или другим известным способом. Обмотки статора подключены к источнику питания через станцию управления (на фиг. 1 не показана). Станция управления снабжена датчиком скорости плунжера-ротора и коммутатором фазы трехфазной системы питания статора. Между статором 1 и частями 4 и 5 корпуса насоса выполнены полости 12 и 13. 14 - скважина со скважиной жидкостью.

Насосная установка работает следующим образом. При включении станции управления (на фиг. 1 не показана) к статору 1 ЛАД подводится трехфазная система питания. Электрический ток в статоре создает бегущее магнитное поле, направленное вверх из скважины 14. Магнитное поле, взаимодействуя с током, индуцируемым в замкнутом контуре плунжера-ротора 2, вызывает под действием электромагнитной силы двигателя F_д аксиальное перемещение плунжера-ротора относительно корпуса насосной установки и статора 1 ЛАД вверх из скважины: в направлении от части 5 к части 4 корпуса. Выбирается зазор между УЭ 9 и крышкой 6 части корпуса 5. В какой-то момент времени движения плунжера-ротора 2 в части корпуса 5 УЭ 9 начнет взаимодействовать с крышкой 6 и будет сжиматься, создавая увеличивающую силу сопротивления F_c. При достижении равенства сил F_д=F_с скорость плунжера-ротора будет равна нулю, и датчик скорости плунжера-ротора включит коммутатор, который обесточивает любую, одну, фазу статора ЛАД. Бегущее магнитное поле, создаваемое статором, исчезает (F_д=0). Под действием силы F_c предварительно сжатой пружины 6 плунжер-ротор 2 начинает движение в обратном направлении (в скважину) с возрастающей скоростью. Этому способствует и появление при движении плунжера-ротора 2 электромагнитной силы $$F_{д}^{\text{'}}$$ ЛАД при двухфазном питании статора 1. В какой-то момент времени выбирается зазор между фланцем 11 и УЭ 8, под действием веса движущихся в скважину масс и силы $$F_{д}^{\text{'}}$$ начнет сжиматься УЭ 8. Кинетическая энергия движущихся масс насосной установки перейдет в потенциальную энергию деформированной пружины 8. Движение плунжера-ротора 2 прекратится. Датчик скорости отключит коммутатор. Статор ЛАД станцией управления подключится к трехфазной системе питания. Появится сила F_д в направлении из скважины. Под действием этой силы и потенциальной энергии деформированной пружины 8 начнется движение плунжера-ротора 2 в противоположную сторону, в направлении из скважины. Так как в представленном техническом решении плунжер-ротор 2 ЛАД совмещен с трубопроводом для прохода жидкости, при движении трубы 2 в скважину обратный клапан 3 (шаровой, пластинчатый или другой конструкции) пропускает жидкость. При движении трубы из скважины клапан 3 закрывается. Между нижним клапаном 3 и жидкостью в скважине возникает разреженное пространство, в которое из скважины устремляется жидкостной поток. Далее описанный процесс повторяется. Количество установленных клапанов 3 в трубе 2 определяется глубиной подъема жидкости. Чем больше глубина подъема, тем больше должно быть количество установленных клапанов.

Свободный ход трубы - плунжера-ротора между УЭ 8 и 9 - определяет частоту коммутации фазы ЛАД, чем больше свободный ход, тем меньше частота коммутации и тем меньше количество переходных процессов коммутации. При необходимости полости 12 и 13 между статором и частями 4 и 5 корпуса насосной установки могут быть выполнены герметичными и заполненными маслом с хорошими изоляционными и охлаждающими свойствами. В процессе работы масло из полости статора ЛАД с одной стороны будет перетекать в полость другой, создавая постоянство маслонаполненного объема внутренних полостей двигателя, что повышает эффект охлаждения ЛАД и снижает сопротивление движения плунжера-ротора относительно статора ЛАД. Все это вместе дополнительно повышает надежность работы технического решения.

Источники информации

1. АС №521396 SU, МКл² F04B 47/06. Погружной плунжерный электронасос. Ахмедов М.Н., Быков К.А.. Зайцев Ю.К. и другие. БИ №26, опубл. 31.01.77.

2. Патент №2370671, Российская Федерация, МПК F04B 47/06 / Насосная установка [Текст] / Р.С. Аипов, В.Ф. Гильванов, Д.С. Леонтьев, А.В. Линенко (RU). - №2008130485/06; заявл. 22.07.2008; опубл. 20.10.2009, бюл. №29. - 4 с.: ил.

Изобретение относится к оборудованию для подъема пластовой жидкости из скважин. Установка содержит цилиндрический линейный асинхронный электродвигатель (ЛАД), статор 1 которого охватывает плунжер-ротор 2. Плунжер-ротор 2 выполнен в виде ферромагнитной трубы для прохода жидкости с медным покрытием со стороны статора. По длине трубы 2 расположены клапаны 3. Труба установлена подвижно в корпусе насосной установки, состоящей из двух частей 4 и 5, выполненных в виде цилиндров. Торцы цилиндров со стороны статора 1 закрыты крышками 6 и 7 с отверстиями для прохождения плунжера-ротора 2 и уплотнениями. Статор 1 ЛАД установлен между частями 4 и 5 корпуса. На плунжере-роторе 2 соосно установлены упругие накопители механической энергии (УЭ) 8 и 9. Движение плунжера-ротора 2 относительно частей 4 и 5 корпуса ограничивается УЭ 8 и 9, установленными между крышками 6 и 7 и фланцами 10 и 11. Фланцы 10 и 11 установлены жестко на плунжере-роторе 2. Станция управления снабжена датчиком скорости плунжера-ротора и коммутатором фазы трехфазной системы питания статора. Повышается надежность привода насосной установки. 1 ил.

Насосная установка, содержащая привод возвратно-поступательного движения в виде линейного асинхронного электродвигателя со статором и плунжером-ротором, корпус с подключенным к нему трубопроводом для прохода жидкости в скважине, статор, жестко связанный с корпусом и установленный аксиально в корпусе и на плунжере-роторе, который является трубопроводом, линейный асинхронный двигатель снабжен станцией управления с датчиком скорости плунжера-ротора и коммутатором фазы трехфазной системы питания статора, причем работой коммутатора управляет датчик скорости плунжера-ротора так, что при движении плунжера-ротора в скважину коммутатор включен, движение плунжера-ротора в корпусе ограничено упругим накопителем механической энергии, отличающаяся тем, что корпус состоит из двух частей, между которыми установлен статор, плунжер-ротор является трубопроводом между частями корпуса, каждая из которых снабжена упругим накопителем механической энергии, установленным с зазором между торцом корпуса в одной части и торцом плунжера-ротора в другой части корпуса.