Прилад управління та захисту заглибних електронасосів

1. Пристрій управління та захисту заглибних електронасосів, що містить щонайменше один заглибний електронасос, обладнаний електродвигуном та підключений до незалежного силового комутатора, зв'язаного із блоком датчиків рівня рідини, блоки управління та контролю режимів роботи електронасоса, реле захисту електронасосів від перевантажень, коротких замикань та попадання сторонньої рідини, а також витратомір відкачуваної рідини, який відрізняється тим, що послідовно із робочою обмоткою електродвигуна з'єднане струмове реле, нормально відкриті контакти якого ввімкнені у ланцюг управління силовим комутатором електродвигуна. 2. Пристрій управління та захисту заглибних електронасосів за п. 1, який відрізняється тим, що струмове реле настроєно на струм відпускання, прийнятий рівним струму реального холостого ходу електродвигуна. Даний передбачуваний винахід відноситься до електротехніки, здебільшого до області управління асинхронними електродвигунами відкачувальних насосів, конвеєрів, транспортерних стрічок, навантаження яких може вичерпатися або вагомо зменшитися під час робочого циклу. Прикладом може служити процес ліквідації техногенних скупчень нафтопродуктів із поверхні ґрунтових вод першого від денної поверхні водоносного горизонту, як правило, на надто малих глибинах, із надто малим об'ємом відкачуваного продукту, що є специфічною особливістю проблеми, яка вирішується. При досягненні рівнем відкачуваної рідини, що може бути і у галузях промисловості, що мають діло з переробкою або зберіганням рідких вуглеводнів (нафтою, конденсатом, гасом, бензином, маслами і т. п.), свого нижнього положення заглибні електронасоси вимикаються, як правило по сигналу датчика нижнього рівня, однак у силу певної гідрогеологічної динаміки, об'єм реально відкачуваної із призабойної зони рідини часто закінчується раніше, чим це передбачене настройкою системи управління. Для виключення роботи заглибних електронасосів на холостому ході без рідини використовують датчики тиску або датчики наявності у магістралі заглибних електронасосів рідини, при зникненні якої відбувається відключення насоса. Відомий по книзі Богданова О. О. заглибні центробіжні насоси. - М.: Держтехвидав, 1957 р. С. 126 - 129, прилад управління з елементами захисту при експлуатації малодебітних свердловин, характеризується відключенням привідного електродвигуна при заданому значенні тиску на прийомі насоса, яке вимірюється датчиками тиску, та наступним запуском по закінченні встановленої для даної свердловини тривалості технологічної паузи. Недоліками відомого приладу є обмежене регулювання продуктивності насоса шляхом зміни протитиску на устя свердловини та складність перетворення сигналу датчика протитиску в електричний сигнал, необхідний для відключення електродвигуна у режимах, близьких до холостого ходу, а також складність завдання довготривалості технологічної паузи, у продовж якої відбувається (19) UA (11) 29180 (13) C2 (21) 98010426 (22) 27.01.1998 (24) 15.05.2002 (46) 15.05.2002, Бюл. № 5, 2002 р. (72) Павлучинський Юрій Юрійович, Циганков Олександр Миколайович, Бабенко Володимир Дмитрович, Солодовников Юрій Сергійович, Карагодін Григорій Васильович, Михайлюта Юрій Михайлович, Дука Анатолій Костянтинович (73) Товариство з обмеженою відповідальністю "Український міжрегіональний центр "Гідротон ЛТД" (56) Проспект фірми "VITOL S.A.", Великобританія, 1994. Проспект фірми "GESCO", ФРН, 1993. SU 1423795 A2, 15.09.1988. SU 1090922 A, 07.05.1984. SU 1721303 A2, 23.03.1992. SU 806902 A, 07.03.1981. 3 29180 4 злив рідини з підйомних труб у свердловину та ралях насосів, при появі нульових значень сигнавідновлення притоки пластової рідини, що не залів яких виробляється вимикання живильної набезпечує е фективного регулювання режимів експруги. плуатації свердловини по продуктивності та надійВідомий пристрій захисту та управління заглиності роботи електрообладнання, а також його бними електронасосами має недостатню продукоптимальних енергетичних характеристик (к. к. д., тивність та характеризується низькими енергетичcosφ та ін.). ними параметрами характеристик (к. к. д., cosφ та Відома система управління та захисту нафтоін.) електродвигуна, а також складністю настройки піднімального електронасоса (див. наприклад, тимчасової затримки від вимкнення напруги живпроспект фірми "GESCO", ФРН. 1993), що містить лення при пуску електронасоса, коли в його магіспогружний електронасос, ультразвуковий та ємнітралях буде відсутня рідина й сигнали витратомісний датчики, розташовані на різній висоті, блок рів будуть дорівнювати нулю. Окрім того заглибні управління з датчиками робочих режимів та датчиелектронасоси виявляються недостатньо захищеком управління електронасосом, перетворювач, ними від можливості перегріву та заклинення підякий постачений реле часу, реле теплового захисшипників. ту та захисту від перевантажень та короткого заПричинами відмічених недоліків є: микання. Система управління та захисту електроа) недосконалість засобів захисту від роботи насоса працює так: електронасоса на холостому ході; Електронасос заглиблюється у свердловину б) відсутність у системі управління блоків, що на глибину, що визначається ультразвуковим датоптимізують електроенергетичні параметри електчиком рівня нафтопродуктів, який подає сигнал на родвигуна; блок управління, що вмикає електронасос. Електв) неможливість адаптивної настройки на макронасос відкачує частину об'єм у те хногенного посимальну продуктивність відкачки нафтопродуктів. кладу нафтопродуктів, які поступили у свердловиПроблема, яку вирішує винахід, що заявляєтьну, до тих пір, поки ємнісний датчик, що ся, пов'язана з особливостями експлуатації маловикористовується в якості датчика рівня розділу дебітних свердловин, пробурених у зоні техногенфаз, не наштовхується на воду. них скупчень нафтопродуктів, та дебет яких Після подачі сигналу на блок управління для настільки малий, що виходить з області можливосвідключення електронасоса, останній відключатей узгодження із продуктивностями електронасоється з деякою затримкою по часу, величина якої сів. Тому відкачку рідин з таких свердловин потрівстановлюється реле часу. При цьому протягом бно періодично припиняти з метою необхідного деякого часу відбувається подача водонафтової накопичення нафтопродуктів у свердловині за расуміші, що призводить до попадання води у відкахунок притока пластової продукції, зокрема, яка чувані нафтопродукти. привноситься пластовими водами, у зв'язку з чим і Недоліками системи GESCO є низька продуквиникає потреба у такому управлінні заглибними тивність і неможливість запобігти попаданню води електронасосами, щоб виключити їхню роботу на у магістраль електронасоса, який відкачує нафтохолостому ході, що забезпечує захист насосів від продукти, а також відсутність захисту від роботи перегріву та заклинення підшипників, що може заглибного електронасоса на холостому ході, що призвести до істотно аварійної ситуації. Це радиможе виявитися можливим, наприклад, при відмокальним чином відображається на безпеці та наві ємнісного датчика. При роботі заглибного електдійності роботи заглибних електронасосів, їхньої ронасоса на холостому ході (без рідини) відбувадовговічності та часу безвідмовної роботи. ється інтенсивний перегрів та знос підшипників, Таким чином, задачею цього винаходу є ствощо може призвести до їх заклинювання та виходу рення пристрою управління та захисту заглибних електронасоса з ладу. електронасосів, що дозволить забезпечити високу Означені недоліки обумовлені відсутністю запродуктивність електронасосів при найкращих собів, що забезпечують роздільне відкачування їхні х енергетичних параметрах, за рахунок відвернафтопродуктів та води, а також захисту від роботання можливості роботи електронасосів при відти заглибного електронасоса на холостому ході. сутності перекачуваної рідини, що підвищить проНайбільш близьким до даного передбачуванодуктивність вилучення нафтопродуктів та го винаходу по числу співпадаючих ознак та ефекнадійність роботи, а також ресурс електрообладту, що досягається, є пристрій управління та захинання. сту заглибних електронасосів (див. Проспект Для вирішення поставленої задачі у відомому фірми "VITOL S.A.", Великобританія, 1994 p.), що й пристрої управління та захисту заглибних електбув прийнятий нами як прототип. ронасосів, що містить по меншій мірі один заглибТехнічне рішення-прототип являє собою приний електронасос, постачений електродвигуном та стрій управління та захисту заглибних електронапідключений до незалежного силового комутатору, сосів, що містить по меншій мірі один заглибний зв'язаного із блоком датчиків рівня рідини, блоки електронасос, постачений електродвигуном та управління і контролю режимів роботи електронапідключений до незалежного силового комутатору, соса, реле захисту електронасосів від перевантазв'язаного із блоком датчиків рівня рідини, блоки жень, коротких замикань та попадання сторонньої управління та індикації режимів роботи електронарідини, а також витратомір відкачуваної рідини, сосів, реле захисту електронасосів від перевантазгідно з винаходом, послідовно із робочою обмотжень, коротких замикань та попадання сторонньої кою електродвигуна з'єднане струмове реле, норрідини, а також витратоміри відкачуваних рідин, мально відкриті контакти якого ввімкнені у ланцюг що є водночас датчиками наявності рідин у магіступравління силовим комутатором електродвигуна, 5 29180 6 а у блок контролю режимів роботи введений дателектронасосами, що відображує функціонування чик активної потужності, при цьому струмове реле нововведених елементів. настроєно на струм відпускання, прийнятий рівним Пристрій управління заглибними електронасоструму холостого ходу електродвигуна. сами містить заглибний електронасос 1, який Введення нормально відкритих контактів включає електродвигун 2 із робочою обмоткою 3 струмового реле послідовно з'єднаного із робочою та насосну частину 4. Робоча обмотка 3 підключеобмоткою електродвигуна у ланцюг управління на через послідовно з'єднане із нею струмове ресиловим комутатором електродвигуна дозволяє ле 5 (ТР) до силового комутатора 6 (КК1.1), у ланоптимізувати електроенергетичні параметри робоцюг управління обмоткою 7 (КК) якого ввімкненні ти системи за рахунок високої точності настройки нормально закриті контакти 8 реле захисту від на мінімум часу роботи у діапазоні струмів реальпопадання сторонньої рідини, наприклад, води. ного холостого ходу електронасоса. В якості реаТакож пристрій містить: блок датчиків рівня рідини; льного струму холостого ходу при даній величині реле захисту електродвигунів від перевантажень, живильної напруги приймається експерименталькоротких замикань та попадання сторонньої рідине знайдений струм у режимі, коли з магістралі ни, блок управління та контролю; витратомір, які насоса припиняється надходження рідини, внасліна схемі не вказані. Технологічний цикл увімкнення док її зникнення у забірних приладах насоса, при силового комутатора 6 в автоматичному режимі цьому у вертикальних ділянках трубопроводу рівизначається реле часу 9 (РВ), контакти 10 якого дина присутня. При інших рівних умовах (висота подають напругу на зажими обмотки 7. Паралельпідйому, опір магістралі та ін.) для різних типів но контактам 10 ввімкненні нормально відкриті рідини, у залежності від їхньої питомої ваги та в'яконтакти 11 (ТР1.1) струмового реле 5, а реле часу зкості, струми холостого ходу електродвигуна бу9 з'єднане із зажимами мережі через нормально дуть різними, але завжди вище у порівнянні із закриті контакти 12, що управляються обмоткою 7. струмом холостого ходу електродвигуна, що вкаПристрій управління та захисту погружних зуються в його паспорті. електронасосів, що пропонується, працює так. Таким чином струм реального холостого ходу При увімкненні пристрій у роботу, обмотка 7 електронасоса містить мінімальну активну складосилового комутатора 6 одержує живлення через ву, мінімум якої можливо зафіксувати датчиком контакти реле часу 9, що відключається при розіактивної потужності, що дозволяє здійснювати мкненні нормально закритих контактів 12 силового адаптивне регулювання електронасоса при зміні комутатора 6 із деякою тимчасовою затримкою. У його продуктивності шляхом зниження живильної процесі запуску електронасоса 1, струм в робочій напруги. обмотці 3 електродвигуна 2 значно переважає З другого боку, наявність струмового реле як струм відпускання струмового реле 5, нормально регулятора, у першому наближенні релейного тивідкриті контакти 11 якого зашунтують розімкнені пу, що мінімізує або навіть виключає холостий хід контакти 10 реле часу 9, перевівши завдяки цьому електронасоса дозволяє запобігти аварійні ситуапристрій управління у режим захисту від холостого ції попадання насоса у режими роботи без рідини, ходу електронасоса 1. У кінці робочого циклу, коли що допускаються лише у виняткових випадках, відкачувана рідина вичерпається, струм холостого наприклад, при перевірках працездатності протяходу електродвигуна 2 зменшиться до величини гом 4 - 5 секунд. реального струму холостого ходу електронасоса 1, Аналіз вітчизняної та зарубіжної науковоприйнятому в якості струму відпускання сурового технічної та патентної літератури не виявив те хніреле 5, і воно розімкне свої контакти 11 у ланцюзі чних рішень, що володіють подібними признаками обмотки 7 силового комутатора 6, що вимкне рота ефектом, що досягається, це дозволяє вважати, бочу обмотку 3 від живильної мережі, завершивши що винахід, який заявляється, задовольняє критезавдяки цьому цикл вилучення рідини та підготурію новизни і винахідницького рівня. вавши пристрій управління до наступного увіТаким чином, суттєвістю даного винаходу є мкнення по закінченні часу накопичення. створення другого рівня захисту - захисту від роУ цілому запропонований пристрій управління боти електронасоса при припиненні надходження та захисту заглибних електронасосів дозволяє рідини, яка всмоктується в його забірний прилад, оптимізувати процес їхнього функціонування з на основі токового реле як релейного регулятору більш високими електроенергетичними параметрежимів холостого ходу електродвигуна електрорами та захистити електронасоси від роботи без насоса. рідини, шляхом більш точної настройки та узгоСуттєвість запропонованого винаходу пояснюдження режимів роботи електронасосів із гідротеється кресленням, де на фіг. показана схема прихнічним станом свердловини. строю системи управління та захисту заглибними 7 29180 ДП «Український інститут промислов ої в ласності» (Укрпатент) вул. Сім’ї Хохлов их, 15, м. Київ , 04119, Україна (044) 456 – 20 – 90 ТОВ “Міжнародний науков ий коміт ет” вул. Артема, 77, м. Київ , 04050, Україна (044) 216 – 32 – 71 8