СПОСОБ И УСТРОЙСТВО РАННЕГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗРУШЕНИЯ КРИВОШИПНО-ШАТУННОЙ ГРУППЫ ПРИВОДА СШНУ Российский патент 2020 года по МПК E21B47/09 F04B51/00 

Предложенная группа изобретений относится к области ранней диагностики (определения) отказа элементов кривошипно-шатунной группы (КШГ) станка-качалки и может быть использована для предупреждения разрушительных последствий для привода СШНУ в целом. Техническим результатом является предупреждение лавинного разрушения редуктора, балансира, стойки и основания привода СШНУ в результате отказа КШГ (обрыв шатуна, слом пальца шатуна, сход кривошипа с вала).

Отказы узлов КШГ сопровождаются лавинным разрушением привода СШНУ, приводящим к длительным остановам работы скважины, потерям скважинной продукции и большим затратам при капитальном ремонте оборудования [1].

Как правило, обнаружение такой аварии происходит при заклинивании редуктора (останов двигателя по активной нагрузке) или обрыву приводных ремней (останов двигателя по реактивной нагрузке) после полного разрушения привода СШНУ[2]. В связи с этим возникают избыточные капитальные затраты, связанные с «реанимацией» наземного оборудования.

Известен способ предупреждения аварийных выходов узлов (опора траверсы 1, шатуны 5, пальцы шатунов 2, 3, ведомый вал 4) КШГ (фиг. 1), заключающийся в периодическом обследовании температуры валов (подшипников) и измерении так называемого «скрипа», вызываемого отсутствием смазки трущихся деталей и т.д. [2]. Однако, такое обследование не может гарантировать отсутствие отказов КШГ.

Для обнаружения отказа КШГ предлагается создать электрическую цепь левый шатун - левый кривошип - приводной вал редуктора (линия положительного потенциала), обозначив ее - «I» и вторую цепь: правый кривошип - правый шатун - приводной вал редуктора (линия отрицательного потенциала) - «II», неразрывность которой служит достаточным признаком целостности КШГ (фиг. 2).

Суть способа. На площадке станка-качалки, с помощью источника стабилизированного тока (фиг. 2), входящего в состав блока питания и слежения (за целостностью линии) 2, подключенного одним контактом (зажимом) к линии «I», а другим контактом (зажимом) - к линии «II», подают постоянный стабилизированный по величине ток I_стаб., который создает разность потенциалов U_целое на концах «I-II», имеющий конечное известное сопротивление: R_целое~0.

При аварийном разрушении КШГ электрическое сопротивление цепи «I - II - металл КШГ - блок питания» будет резко возрастать: R_{разрушен}→∞.

что вызовет синхронное возрастание U_{разрушен} для поддержания I_стаб., а значит: U_{разрушен}/U_целое>>1.

Наблюдение за величиной напряжения U_целое (то есть измерение эффективного значения сопротивления цепи) позволяет достоверно определять отсутствие R_целое~0 или наличие R_{разрушен} →∞ аварии КШГ. Последнее служит критерием обнаружения аварии КШГ и может быть использовано блоком 2 для выработки сигнала отключения и подачи его на станцию управления двигателем станка-качалки, что предупреждает дальнейшее разрушение привода СШНУ.

Таким образом, полезным сигналом служит изменение напряжения на зажимах источника тока, который поддерживает постоянный по величине (стабилизированный) ток I_стаб., величина которого определяется условиями передачи - целостностью электрической цепи, в состав которой входит узлы КШГ.

Реализация способа может быть осуществлена представленным устройством.

Заявляется устройство для реализации способа в составе фиг. 2: блок слежения и выработки управляющих сигналов 2, содержащий генератор постоянного тока, подключенного одним контактом (зажимом) к линии «I», а другим контактом (зажимом) - к линии «II», электрические проводники «I » и «II » нулевого сопротивления, подключенные, соответственно, через изолирующие втулки 1 фиг. 2 к шатунам 5 фиг. 1).

Устройство фиг. 3 содержит источник стабилизированного тока 1, подключенный одним контактом к линии «I», а другим контактом - к линии «II». Между указанными контактами установлен блок регистрации изменения напряжения (дифференциальный вольтметр) 2, который вырабатывает управляющий сигнал «III» для отключения двигателя станка-качалки.

Источник стабилизированного тока 1 вырабатывает постоянный по величине ток, который, проходя по цепи «I - П - металл КШГ - блок регистрации», создает разность потенциалов U_целое.

Измерительный блок отслеживает и определяет величину сопротивления цепи «I - П - металл КШГ»: при нарушении целостности узлов КШГ величина указанного сопротивления (Ом) вырастает до R_{разрушен}→∞.

Последнее служит критерием выработки управляющего сигнала на отключение двигателя станка-качалки «Ш».

ЛИТЕРАТУРА

1. Андреев В.В., Уразаков К.Р., Далимов В.У. Справочник по добыче нефти / Под ред. К.Р. Уразакова. - М.: Недра-Бизнесцентр, 2000. - 374 с.

2. Сыромятников И.А. Режимы работы синхронных и асинхронных двигателей. М: Энергоатомиздат, 1984. - 243 с.

Группа изобретений относится к области ранней диагностики отказа элементов кривошипно-шатунной группы (КШГ) станка-качалки. Техническим результатом является предупреждение разрушений привода СШНУ. Способ включает возбуждение электрического стабилизированного тока в узлах КШГ при помощи источника тока, подключенного к обоим шатунам. При этом наличие аварийного разрушения КШГ фиксируется в зависимости от модуляции величины напряжения, необходимого для стабилизации постоянного тока генератора (источника стабилизированного тока) при изменении эффективного значения сопротивления электрической цепи, вызванного отказом КШГ. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ раннего определения разрушения кривошипно-шатунной группы (КШГ) при эксплуатации станка-качалки скважинных штанговых насосов, включающий возбуждение электрического стабилизированного тока в узлах КШГ при помощи источника тока, подключенного к обоим шатунам, отличающийся тем, что наличие аварийного разрушения КШГ фиксируется в зависимости от модуляции величины напряжения, необходимого для стабилизации постоянного тока генератора (источника стабилизированного тока) при изменении эффективного значения сопротивления электрической цепи, вызванного отказом КШГ.

2. Устройство для определения аварийного разрушения кривошипно-шатунной группы (КШГ) при эксплуатации станка-качалки скважинных штанговых насосов, содержащее источник стабилизированного тока, подключенный к обоим шатунам, отличающееся тем, что эффективное сопротивление цепи определяется дифференциальным вольтметром.