Устройство для защиты электродвига-ТЕля глубиННОНАСОСНОй пОРшНЕВОйуСТАНОВКи OT пЕРЕгРузКи Советский патент 1981 года по МПК H02H7/08 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

ГЛУБИННОНАСОСНОЙ ПОРШНЕВОЙ УСТАНОВКИ

ОТ ПЕРЕГРУЗКИ

1

Изобретение предназначено для использования в нефтяной промышленности, в частности для отключения электродвигателя станка-качалки от сети при аварийных случаях.

Известен инерционный магнитный выключатель типа ИМВ-1М, который включает в себя рычаг, один конец которого шарнирно закреплен к переднему плечу балансира станка-качалки, а другой закреплен к грузу, постоянный магнит, жестко связанный с балансиром, и электрический контакт.

Работа инерционного магнитного выключателя заклкхчается в следующем. При нормальной работе глубиннонасосной поршневой установки рычаг с грузом удерживается магнитом, а электрический контакт разомкнут.

При нарушениях нормальной работы глубиннонасосной поршневой установки, приводяццих к значительному увеличению отрицательного участка кривой момента на валу электродвигателя, под действием груза рычаг отрывается от магнита и замыкает контакт, который способствует отключению электродвигателя станка-качалки от сети 1.

Недостатком инерционных магнитных выключателей является то, что для срабатывания они требуют большого разбаланса станка-качалки. Например, такой разбаланс получается при обрывах штанг на небольшой глубине.

Наиболее близок к предлагаемому автоматический анализатор работы глубиннонасосной установки, содержащий статический преобразователь мощности и блок усилителей, включающий выходной усилитель, усилители по перегрузке и недогрузке, а также детекторы сигналов, цепи временной задержки и цепи сигнализации. Усилители по перегрузке и недогрузке снабжены источника.ми опорного напряжения.

Работа автоматического анализатора заключается в следующем. Известно, что кривая изменения нагрузки электродвигателя в течение одного цикла качания имеет два максимума (максиму.м при ходе плунжера насоса вверх и максимум при ходе плунжера насоса вниз) и изменяется по некоторой синусоидальной функции. При отклонениях работы глубиннонасосной поршневой установки от нормальной нагрузка на электродвигатель изменяется. на графиках потребляемой электродвигателем мощности могут появиться как отрицательные участки, так и завышенные участки относительно графиков потребляемой электродвигателем мощности при н рмальной работе глубиннонасосной установки. Изменение нагрузки на электродвигатель сопровождается изменением выходного напряжения статического преобразователя мощности. Если это напряжение превыишет но величине опорное напряжение усилителей по перегрузке или изменяет полярность, то при каждом качке срабатывает усилитель по перегрузке или недогрузке ,и выдает сигналы через цепь задержки на вход выходного усилителя. Последний с некоторой задержкой выдает команду на отключение электродвигателя станка-качалки от сети 2. К недостатку этого устройства следует отнести то, что защита по перегрузке происходит при превышениях амплитуд потребляемой электродвигателе.м. мощности относительно некоторой принятой величины, так как превьанение амплитуды потребляемой электродвигателем мощности относительно некоторой величины может произойти и при нормальной работе глубиннонасосной установки вследствие возникновения колебания штанговой колонны. Амплитуда нагрузки на двигатель вследствие указанных колебаний может увеличиться на и более и вызвать необоснованное отключение электродвигателя станка-качалки от-сети. Цель изобретения - повышение надежности защиты глубиппонасосной установки при аварийных ситуациях. Поставленная цель достигается тем, что в, устройство для защиты электродвигателя глубиннонасосной поршневой установки от перегрузки, содержащее статический преобразователь мощности, блок усилителей, включающий усилители по перегрузке, недогрузке, предварительный, исполнительный и инвертирующий усилители, детектор сигналов и элемент задержки, где входы усилителей по нелтогрузке и перегрузке подключены через детектор сигналов к выходу предварительного усилителя, а их выходы и дополнительно выход инвертирующе о усилителя, у которого вход подключен к выходу статического преобразователя мощности,, через цепь задержки подключены па вход исполнительного усилителя, введены нуль-орган. элемент вычитания, элемент сравнения и генератор линейно падающего напряжения, выход которого подключен па первые входы нуль-органа и элемента вычитания, второй вход нуль-органа нодключен к выходу статического преобразователя мощности, а выход его ко второму входу элемента вычи- 55 тания, выход которого через элемент сравнения подключен ко входту предварительного усилителя. На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - графики, поясняющие его работу. Устройство содержит (фиг. 1) статический преобразователь 1 мощности, нуль-орган 2, генератор 3 линейно падающеего напряжения, элемент 4 вычитания., элемент 5 сравнения и блок 6 усилителей. Выход статического преобразователя 1 мощности подключен па второй вход нульоргана 2, а выход генератора 3 линейно падающего напряжения на первый вход нуль-органа 2 и первый вход элемента 4 вычитания, второй вход которого подключен на выход нуль-органа 2, выход элемента 4 вычитания подключен на вход элемента 5. В блоке 6 усилителей усилители по нерегрузке 7 и недогрузке 8 свои.ми входами через детектор 9 сигналов подключены на выход предварительного усилителя 10, вход которого подключен на выход элемента 5 сравнения. Вход инвертируюпдего усилителя 11 подключен на выход статического преобразователя 1 мощности, а выход его, а также выходы усилителей по перегрузке 7 и недогрузке 8 через элемент 12 задержки подключены на вход исполнительного усилителя 13. Устройство работает следующим образом. Работу устройства для общего случая рассмотрим, когда, например, при ходе плунжера насоса вверх имеется некоторое превышение потребляемой электродвигателем мощности, а при ходе плунжера насоса вниз некоторое понижение мощности от нормального графика потребляемой электродвигателем мощности. Отклонение графиков потребляемой электродвигателем .мощности могут возникнуть, например, при разбалансе станка-качалки, при запарафинировании труб, наличии завьппенного трения между цилиндром и плунжером насоса, выходе из строя насоса глубиннонасосной установки и т. д. При ходе плунжера вверх с выхода статического преобразователя 1 мощности напряжение, пропорциональное потребляемой электродвигателем (не показан) мощности, сравнивается нуль-органом 2 с линейно падающим напряжением генератора 3. При совпадении уровней (точка А, фиг. 2 а/ на выходе нуль-органа 2 вырабатывается импульс напряжения и подается на элемент 4 вычитания, где из его амплитуды вычитается достигнутый к этому моменту времени уровень линейно падающего напряжения генератора 3 (точка А , фиг. 2 б). Полученная разность подается на элемент 5 сравнения (импульс 1,фиг. 2 в) и вычитается из уставки этого эле.мента (импульс 1, фиг. 2 г). Отрицательный импульс с выхода элемента 5 сравнения усиливается предварительным усилителем 10 и через детектор 9 сигналов подается на вход усилителя 7 по перегрузке. Если уровень входного сигнала усилителя 7 по перегрузке выше опорного, то последний срабатывает и выдает положительный сигнал в элемент 12 задерж ки (фиг. 2е). По приходу в элемент 12 задержки нескольких подтверждающих сигналов срабатывает исполнительный усилитель 13, который выдает команду на отключение электродвигателя станка-качалки от сети.

При нормальной работе станка-качалки уровень выходного напряжения статического преобразователя мощности на нуль-органе 2 совпадает с уровнем линейно падающего напряжения генератора 3 в точке В (фиг. 2 а), а разность на выходе элемента вычитания 4 совпадает с установкой элемента 5 сравнения (импульс 2,фиг. 2 в). В этом случае на выходе элемента 5 сравнения сигнал отсутствует и отключение Электродвигателя не происходит.

Если потребляемая электродвигателем мощность по некоторой причине уменьщилась до предельно-допустимого значения, отключение электродвигателя станка-качалки от сети происходит аналогичным образом.

Пусть при ходе плунжера насоса вниз потребляемая электродвигателем мощность уменьщилась до некоторого значения. В этом случае уровень выходного напряжения статического преобразователя мощности на нуль-органе 2 совпадает с уровнем линейно падающего напряжения генератора 3 в точке Д (фиг. 2 а). В этот момент на выходе нуль-органа 2 вырабатывается импульс и подается на элемент 4 вычитания, где из амплитуды импульса вычитания достигнутый к моменту выработки импульса уровень линейно падающего напряжения генератора 3 (фиг. 2 б). Полученная разность подается на элемент 5 сравнения и вычитается из этой разности уставка элемента 5 сравнения (импульс 3, фиг. 2 в). Положительный импульс с выхода элемента 5 сравнения (фиг. 2 г) усиливается предварительным усилителем 10 и через детектор 9 сигналов подается на вход усилителя 8 по недогрузке. Если уровень входного сигнала усилителя по недогрузке (фиг. 2 д) выше опорного, то ycиJJитeль 8 по недогрузке срабатывает и выдает сигнал в элемент 12 задержки (фиг 2 е). По приходу в элемент 12 задержки нескольких подтверждающих сигналов срабатывает исполнительный усилитель 13, который- выдает команду на отключение электродвигателя станка-качалки от сети.

При проявлениях отрицательного значения мощности на выходе статического преобразователя 1 мощности полярность напряжения также изменяется. В этом случае

это напряжение распознается и инвертируется инвертирующим усилителем 11, а затем передается через элемент 12 задержки на вход исполнительного усилителя 13. Последний срабатывает и дает команду на отключение электродвигателя станка-качалки от сети.

Данное устройство защиты глубиннонасосной установки повыщает по сравнению с известным анализатором работы глубиннонасосной щтанговой установки надежность работы, так квк оно не чувствительно к случайным повыщениям амплитуды потребляемой электродвигателем мощности, а контролирует работу установки по сдвигу восходящего участка графика потребляемой электродвигателем мощности. Уменьщается число необоснованных выключений электродвигателя станка-качалки от сети, уменьшается количество простоев CTaHKa-Ka4aviки, повыщается количество добытой нефти.

Формула изобретения

Устройство для защиты электродвигателя глубиннонасосной порщневой установки от перегрузки, содержащее статический преобразователь мощности, блок усилителей, включающий детектор сигналов, цепь задержки, усилители по перегрузке и недогрузке, предварительный, исполнительный и инвертируюп-1ий усилители, где входы усилителей по недогрузке и перегрузке- подключены через детектор сигналов к выходу предварительного усилителя, а их выходы и выход инвертирующего усилителя, - вход которого подключен к выходу статического преобразователя мощности, подключены через элемент задержки ко в.ходу исполнительного усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности защиты глубиннонасосной порщневой установки при аварийных ситуациях, в него введены нуль-орган, элемент вычитания, элемент сравнения и генератор линейно падающего напряжения, выход которого нодключен на первые входы нуль-органа и элемента вычитания, второй вход нуль-органа подключен к выходу статического преобразователя мощности, а выход его ко второму входу элемента вычитания, выход которого через элемент сравнения подключен ко входу предварительного усилителя.

Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе

2.Кричке В. О. Автоматический анализатор работы глубиннонасосной установки РИТС «Автоматизация и телемеханизация нефтяной промыщленности, 1975, № 12, с. 10-14.