Устройство для автоматического выключения электродвигателя нефтяного станка-качалки Советский патент 1939 года по МПК G05B9/02 

Такие аварии в нефтедобывающем хозяйстве, как обрыв контргруза, обрыв штанг, буксование ремня и т. д., являются в эксплоатации наиболее частыми и обычно оканчиваются сгоранием электрического двигателя, длительным перебоем в добыче нефти и даже пожаром станков-качалок (вследствие буксования ремня).

Известные приспособления для автоматической остановки при обрыве контргруза не могут решить поставленной перед ними задачи вследствие трудности регулировки и весьма примитивной механической конструкции, не исключающей, например, срабатывания автомата при пуске, когда двигатель еще не развил оборотов.

Предлагаемое устройство имеет целью установить путем несложной регулировки следующие предельные положения в режиме эксплоатации, переход за границы которых неизбежно вызывает автоматическую остановку станка-качалки: 1) пусковое время станка-качалки, т. е. время с момента включения двигателя по момент установления нормальных оборотов, 2) допуск в балансировании качалки (балансирование, как известно, имеет целью уменьшить расход электроэнергии, сделать равномерным движение механизмов, а следовательно, уменьшить динамические усилия в насосных штангах и кинематическом механизме станкакачалки, т. е. облегчить самую конструкцию их).

Баланс может нарушаться в результате изменения режима эксплоатации скважины (изменения статического уровня), а также вследствие аварийных причин (обрыв контргруза или обрыв штанг, заедание штанг, запарафинирование штанг).

Помимо этого предлагаемое устройство производит автоматическую остановку станка-качалки при обрыве ремая, а также при буксовании (скольжении) ремня.

На работе устройства совершенно не отражаются изменения числа оборотов двигателя качалки, числа ходов качалки или изменение величины хода насоса.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.

Переключатель, состоящий из двух герметических ртутных контактов 2, 3, смонтирован на балансире / станка-качалки поближе к оси балансира и соединен кабелем 4 с собственно автоматом, который может быть смойтирован в кожухе моторного ящика/2 (например, магнитного пускателя).

Автомат состоит из серводвигателя 5, направление вращения которого изменяется переключателем 2, 3 на балансире, и механизма 6, 7, 9, превращающего вращательное движение шкива 6 в поступательное движение ходовой гайки 9 вдоль винта 7 и направляющего стержня 8.

При крайних положениях ходовой гайки 9 последняя нажимает своим упором 10 на контактную группу пружин 11, которые при этом размыкаются и разрывают цепь катущки магнитного пускателя 12, в результате чего контактор отпадает и двигатель 13 станка-качалки останавливается.

Одновременно с остановкой двигателя 75 прекращается питание серводвигателя 5.

Действие устройства следующее.

1.При нормальной работе балансир совершает строго периодическое колебательное движение; серводвигатель включается вперед-назад на равные промежутки времени; ходовая гайка 9 перемещается по ходовому винту 7 на небольшие расстояния (относительно длины винта), причем перемещения гайки происходят в средней части винта иа равные расстояния от середины в ту и другую сторону.

2.При нарушении баланса балансир (верхний конец балансира) совершает путь в одну сторону (например, вверх) быстрее, чем в другую (вниз); серводвигатель включается в одну сторону (например, вперед) на более длительные промежутки времени, чем в другую; ходовая гайка будет перемещаться в одну сторону (например, влево) на большую величину, чем в другую (вправо).

Таким образом, ходовая гайка, перемешаясь влево-вправо, будет постепенно перемещаться в одну из сторгн (например, в левую) и за некоторый промежуток времени дойдет до своего крайнего положения, произведя автоматическую остановку двигателя.

Очевидно, что чем больше нарушен баланс, тем быстрее ходовая гайка дойдет до крайнего положения, произведя срочное выключение, и, наоборот, незначительное разбалансирование вызовет автоматическую остановку через длительный промежуток времени (автоматическую остановку можно предупредить, заметив „сползание гайки и ликвидировав разбаланс).

3.При буксовании ремня движение балансира происходит рывками, серводвигатель же передвигает ходовую гайку все время; последняя дойдет до края тем раньше, -чем больше буксование ремня.

4.Пуск двигателя качалки при резком разбалансировании или попадании посторонних предметов, или поломке механизма качалки и тому подобных причинах, -влечущихза собой чрезмерное удлинение пускового времени (время разворота двигателя до нормального числа оборотов), также вызовет автоматическое отключение, так как балансир будет медленно перемещаться, и ходовая гайка, перемещаясь в одну сторону, успеет дойти до края, пока балансир перейдет через )оризонтальное положение.

5.При обрыве или спадании ремня балансир останавливается в каком-то одном положении, и серводвигатель о, вращаясь только, в одну сторону, доводит гайку 9 до края, осуществляя автоматическую остановку.

Во всех случаях автоматической остановки необходимо устранить причину остановки, и, вращая вручную шкив 6, поставить гайку 9 на середину ходового винта 7 и после этого обычным путем произвести пуск двигателя станка-качалки.

При монтаже автомата следует отрегулировать серводвигатель так, чтобы число об/мин, как в одну, так и в другую сторону у него было одинаковым. У коллекторного серводвигателя такая регулировка осуществляется передвижением траверсы со щетками. Практически удобно проверять не число оборотов серводвигателя, а время, потребное на перемещение ходовой гайки 9 из одного крайнего положения в другое и обратно.

Это время должно быть порядка 30-50 сек. и должно быть одинаковым как при движении гайки слева направо, так и справа налево.

Самая величина времени хода 30- 50 сек., а возможно и в более широких пределах (в зависимости от режима работы станка-качалки) может быть регулируема при помощи реостата, включаемого в общий провод серводвигателя, или фрикцией на оси шкива 6.

Применение предлагаемого устройства дает следующий технический эффект:

1.Ликвидация возможности пожаров вследствие скольжения приводного ремня на шкивах.

2.Предупреждение несчастных случаев и аварий при поломках .механизма станка-качалки, заеданий его, обрыва и захлестывании ремня.

3.Предупреждение возможности иережога двигателя при пуске его с разбалансированной качалкой.

4.Применение устройства приведет к экономии электроэнергии, так как достаточно сбалансировать скважину, как понижается требуемая для работы станка мощность. Зачастую мощные двигатели устанавливают только лишь потому, что двигатель меньшей мощности не берет с места.

При этом для скважины, работающей не сбалансированной,сила тока, потребляемая двигателем, колеблется на 25-50-100% и более от своей номинальной величины.,

5.Устройство заставит поддерживать оптимальный эксплоатационный режи.м скважины, ибо при выходе из режима (понижении статического уровня) качалка будет автоматически останавливаться. Этим повысится коэфициент полезного действия двигателя качалки, а необходимость работы в оптимальном режиме приведет к увеличению добычи нефти.

6.При запарафинировании штанг -(отяжелении штанг) произойдет автоматическая остановка, что предупредит обрыв щтанг и ликвидирует непроизводительный расход электроэнергии. Кроме того, следует учесть, что при запарафинировании штанг уменьшается кольцевое пространство в насосных трубах, снижающее дебит скважины, и автоматическая остановка в этом случае заставит очистить штанги и тем самым увеличит добычу нефти.

7.Устройство во время пуска двягателя качалки в ход выполняет роль максимального реле с выдержкой времени на защите двигателя.

8.Устройство производит автоматическую остановку станка при несимметрии фаз питающей сети (понижение напряжения в одной из фаз) и, таким образом, по своему действию заменяет диференциальное реле.

Приуменьшении напряжения между питаюшими шинами а к с серводвигатель будет с наклоном балансира вправо вращаться медленнее, чем при наклоне влево; в результате ходовая гайка, смепхаясь в одну сторону больше, чем в другую, произведет автоматическое выключение тем скорее, чем больше неснмметрия фазовых напряжений.

Аналогичное действие устройства будет и при снижении напряжения на шинах b и с.

При снижении напряжения на шкнах а и b автоматическая остановка произойдет в результате отпадания контактора 12.

Предмет изобретения.

Устройство для автоматического выключения электродвигателя нефтяного станка-качалки при нарушении нормального режима работы с применением реверсируемого серводвигателя, предназначенного передвигать гайку, могущую воздействовать на конечные выключатели рабочего электродвигателя, отличающееся тем, что, с целью автоматической остановки электродвигателя через промежуток времени, зависящий от степени нарушения равномерности работы балансира станка, управляющие

серводвигателем ртутные контакты установлены по обе стороны центра качания балансира с тем, чтобы при равнок ерчыху качаниях последнего се.рввд вигате.ть включался на равные промежутки времени и передвигаемая им гайка совершала равномерное возвратно-поступательное движение, не доходя до конечных выключателей, а при нарушении равномерности качания постепенно сдвигалась в одну сторону и воздействовала на один из указанных выключателей.