Магнитоупругий динамометр для глубинных штанговых насосов Советский патент 1980 года по МПК G01L1/12 

1

Изобретение относится к области контроля и нефтедобывающей промышленности и предназначено для динамометрирования глубинных штанговых насосов В нефтедобывающих скважинах. 5

Известен динамометр, который содержит плоский упругий чувствительный элемент с множеством отверстий, в каждом из которых размещены резистивные датчики. По изменению сопротивле- «в ния датчиков судят о величине нагрузки 1 .

Известно также устройство для динамометрирования, которое содержит чувствительный элемент в виде нагрузоч- 15 ного кольца с наклеенными на его внутренней и наружной поверхностях тензоэлементами 2.

Недостатком этих устройств является наличие контактных соединений между 20 резистивными датчиками, клеевых соединений между тензорезисторами и чувствительным элементом, что обуславливает недостаточно высокую для неф тепромысловых условий надежность. 25

Известен также наиболее близкий по технической сущности магнитоупругий преобразователь механических усилий, содержащий магнитопровод с четырьмя пазами, в которые уложены две взаим- 30

но-перпендикулярные обмотки. Плоскости первичной и вторичной обмоток расположены под углом 45° к направлению усилия. Для концентрации механических напряжений в области обмоток предназначены выступы, расположентае на оси симметриии мarнитoпpoвoдa ЗJ.

Недостаток известного устройства заключается в сложности изготовления обмоток. Обмотки преобразователя яаматываются вручную, причем число витков обмоток ограничено по технологи- ческим причинам.

Наименее надежньгм элементом конструкции известного магнитоупругого преобразователя являются обмотки. Тяжелые условия эксплуатации контролируемого объекта приводят к отказам обмоток. Кроме того, разрушение обмоток может возникнуть прк частых ремонтах скважинного оборудования.

Динамометрирование глубиннонасосных установок осуществляется периодически через большие интервалы времени. В то же время длительность процесса динамометрирования не превышает 1030 мин.

Таким образом, стационарная установка известных магнитоупругих преобразователе;; на каждом станке-качалке

приводит к нерациональному их использованию, уменьшению срока службы и, слеловатёльно, понижению надежности.

Однако кратковременная установка динамометра на контролируемый объект Нежелательна, поскольку непосредствеbjp после включения станка-качалки в скважине возникает переходный процес Длительность переходного процесса может быть от нескольких часов до суток.При этом показатели работы скважины будут существенно отличаться от показателей, соответствующих рабочему режиму.

Цель изобретения - повышение надежности динамометрирования.

Поставленная цель достигается тем что первичньле и вторичные обмотки выполнены в виде плоских прямоугольных рамок, установлены на съемной планке и размещены в пазах в плоскостях, параллельных линии действия нагрузки, причем выступы для концентрации нагрузк:и расположены соосно с пазами, ч-исло которых в два раза болше числа выступов.

На фиг.1 представлено расположение аппаратуры;,на фиг.2 показана установка магнитопровода в канатной подвеске полированного штока; на фиг.З - сечение А-А на фиг. 2; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.З; на фиг.5 показано магнитное поле, возни KaKHiiee в магнитопроводе.

На фиг.1 изображена скважина, имещая обсадную колонну 1, проходящую от поверхности земли к глубине. Внутри обсадной колонны расположена колонна насосно-компрессорных труб 2 с глубинным насосом в нижнем конце скважины. Глубинный насос состоит из цилиндра 3, поршня .(плунжера 4 и двух шаровых клапанов 5 и б верхнего нагнетательного и нижнего всасывающего соответственно. Плунжер 4 крепится к нижнему концу колонны насосных штанг 7, верхний конец которых прикреплен к полированному штоку 8, подвешенному с помощью нижней траверсы 9 и верхней траверсы 10 и троса 11 к головке балансира 12 станка-качалки. Назначение станка-качалки состоит в преобразовании врсццательного движения вала электродвигателя в .колебательное движение балансира и возвратно-поступательное перекрещение цепи полированный шток - штанги - плунжер.

Между траверсами 9 и 10 стационарно устанавливается магнитопровод,13. Первичные и вторичные обмотки, вкладывающиеся при измерении в магнитопровод 13, связаны с блоком 14 питания и регистрирующим блоком 15 посредством кабеля 16. Пазы магнитопровода 13 (см.. фиг.2) выполнены в виде удлиненных пазов, параллельных линии действия измеряемой нагрузки. Выступы 18- располагаются на оси двух

центральных пазов 17 и обеспечивают концентрацию нагрузки на участках магнитопровода, прилегающих к этим пазам. Дополнительная концентрация нагрузки в этой области достигается за счет отверстия 19.

В магнитопроводе 13 предусмотрено также сквозное отверстие 20, через которое проходит полированный шток 8 (см. фиг.4}. в пазы 17 магнитопровода 13 (см. фиг. 3 и 4 ) вложен обмотки 2Ijвыполненные в виде плоски пр я моу гол ь ных р амок.

Обмотки прикреплены к переносной планке 22. к этой планке прикреплены также упор 23 и постоянные магниты 2 предназначенные для фиксации переносной части прибора на контролируемом объекте.

Обмотки.21 подсоединены к кабелю 16 через патр.он 25. Для удобства эксплуйтации предусмотрены рукоятки 26

На фиг.4 показано расположение обмоток 21 в пазах магнитопровода 13. Первичные обмотки предназначены индексом 21 , вторичные - 21.. Обмотки, расположенные в центральных нагружённых зонах магнитопровода под выступами, имеют в обозначении также индекс р (, 2l2p). Обмотки периферийных ненагруженных зон магнитопровода обозначены 21 , 2l2i; .

Все первичные обмотк.и 21,и соединены последовательно и подключены к источнику переменного тока. Вторичные обмотки нагруженных зон включены последовательно-согласно. Вторичные обмотки ненагруженных зон 212ктакже включены последовательно-согласно.

Между собой эти две группы вторичных обмоток выключены последовательно-встречно. /

Первичная и вторичная обмотки, расположенные в одном пазу, наматываются на прямоугольную оправку одновременно. После заливки компаундом обмотки .приобретают вид гибких пластин.

Обмотки могут быть также включены по мостовой схеме.

Выполнение отверстий магнитопровода в виде удлиненных пазов обеспечивает возможность выполнения обмоток в виде плоских прямоугольных рамок, вкладывающихся в отверстия магнитопровода в момент динамометрирования. Закрепление обмоток на переносной планке позволяет вынести обмотки в переносную часть .прибора и увеличить таким образом срок их службы.

Этим достигается повышение надежности и обеспечивается возможность динамометрирования без остановки станка-качалки.

Повышение технологичности также обусловлено выполнением обмоток в виде плоских прямоуг ольних рамок. Такие обмотки легко изготовляются на прямоугольных оправках, причем число витков технологически не ограничено. Размещение выступов для концентрации нагрузки на оси пазов и располофение выступов только над половиной пазов обеспечивает работоспособность устройства и дифференционирование нагрузки по участкам магнитопровода. Устройство работает следуюпщм образом. Магнитопровод 13, стационарно установленный в канатной подвеске поли рованного штока, испытывает цикличес ки изменяющееся усилие сжатия, равное по величине усилию растяжения по лированного штока. Переносная часть прибора, содержа щая обмотки 21, устанавливается на контролируемом объекте без остановки станка-качалки в крайнем нижнем положении канатной подвески .полированного штока. Приподнягв за рукоятки 26 цереносную часть динамометра над поверхност нижней траверсы 9, оператор вставляе обмотки 21,.имеющие вид гибких пластин, в пазы 17. После того, как yiidp 23 коснется поверхности магнитопровода 13, рукоятки 26 опускаются, и положение переносной части устройства фиксиру ется с помощью постоянных магнитов 24. В первичные обмотки 21 , включен ные последовательно-согласно, подает ся переменный ток, возбуждающий магнитное поле (см. фиг.5). Силовые линии поля имеют вид эллип сов, большая ось которых параллельна линии действия нагрузки. Следовательно, решающую роль буде играть продольный магнитоупругий эффект, т.е. изменение магнитной прони цаемости в направлении, параллельном линии действия нагрузки. Если нагруз ка на Магнитопровод 13 равна нулю, во вторичных обмотках 212 наводятся электродвижущие силы равной величин и выходной сигнал устройства, равный разности ЭДС обмоток отсутствует.При работе станка качалки Магнитная проницаемость центральных нагруженных зон магнитопровода 13 циклически изменяется и модулирует величину ЭДС, индуктированных во вторичных обмотках 2l2p. На выходе устройства появляется сигнгш, равный разности ЭДС обмоток и пропорциональный нагрузке полированного штока. Предложенное устройство позволяет повысить технологичность и сократить затраты времени на изготовление обмоток в 8-10 раз. Особое выполнение отверстий обеспечивает возможность выполнения обмоток в виде вкладывсиощихся пластин и вынесение их в переносную часть, что повышает надежность и долговечность устройства. Сокращение себестоимости динаметрирования достигается и за счет использования одного переносного комп-ь лекта на большой группе контролируемых объектов. Формула изобретения Магнитоупругий динамометр для глубинных, штанговых насосов, содержащий установленный между траверсакм канатной подвески полированного штока Магнитопровод с выступами для концентрации нагрузки и четырьмя пазами, в которые уложены первичные и вторичные обмотки, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности динамометрирования, первичные и вторич ные обмотки выполнены в виде плсхзких прямоугольных рамок, установлены на съемной планке и размещены в. пазах в плоскостях, параллельных линии действия нагрузки, причем выступы для концентрации нагрузки расположены соосно с пазами, число которых в два раза больше числа выступов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент ОНА 3024650, кл. 73-141, опублик. 1968. 2.Патент США 3457781, Л. 73-151, опублик. 1969. 3.Гуманюк М.Н. Магнитоупругие датчики в автоматике. Киев Техника 1972,. с. 132 .(прототип).

/ / // //y/A f n

М

19

-A±

r1317

li

VA

til

n