многоскоростной биротативный привод станка-качалки со ступенчатым регулированием скорости

Формула изобретения

Многоскоростной привод станка-качалки со ступенчатым регулированием скорости, содержащий асинхронный электродвигатель с устройством управления, отличающийся тем, что устройство управления выполнено в виде блока биротативных двигателей, содержащих общий корпус статора, внутри которого размещены две статорные обмотки и два ротора, причем вал одного из роторов соединен муфтой с асинхронным двигателем, а вал второго - с нагрузкой, муфта снабжена фрикционным тормозом, приводимым в действие электромагнитом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию для эксплуатации нефтяных скважин и может быть использовано для управления технологическими режимами добычи нефти из малодебитных скважин.

Известна глубинно-насосная установка, содержащая штанговый насос, наземный привод с электродвигателем и пускорегулирующей аппаратурой [Авт. свид. RU №1413239, кл. Е 21 В 43/00, 1988 г.].

Недостатком известного устройства является невозможность регулирования скорости вращения привода, что не позволяет регулировать режимы подъема нефти из скважин.

Наиболее близким к заявляемому объекту по конструкции и достигаемым результатам является наземный привод станка-качалки балансирного типа, содержащий асинхронный электродвигатель с устройством управления, приводящий во вращение редуктор, соединенный кривошипно-шатунным механизмом с балансиром, устройство управления выполнено в виде набора сменных шкивов для изменения передаточного отношения передачи вращения от электродвигателя к редуктору станка-качалки [Адонин А.Н. Добыча нефти штанговыми насосами. - М.: Недра, 1979, с. 113-138].

Недостатком этого технического решения, принятого в качестве прототипа, является невозможность изменения скорости вращения привода, что затрудняет выбор оптимальных режимов добычи нефти.

Задача - обеспечение возможности регулирования режимов добычи нефти из малодебитных скважин.

Задача решается тем, что в многоскоростном биротативном приводе станка-качалки со ступенчатым регулированием скорости, содержащем асинхронный электродвигатель с устройством управления, в отличие от прототипа устройство управления выполнено в виде блока биротативных двигателей, содержащих общий корпус статора, внутри которого размещены две статорные обмотки и два ротора, причем вал одного из роторов соединен муфтой с асинхронным двигателем, а вал второго - с нагрузкой, муфта снабжена фрикционным тормозом, приводимым в действие электромагнитом.

Электропривод со ступенчатым регулированием скорости представлен на чертеже.

На основании 1 на подшипниках установлен блок биротативных двигателей 2, состоящий из статора 3 и 4 и роторов 5 [Шаньгин Е.С. Теория биротативного электропривода. - Уфа: Изд-во УТИС, 1998, с. 9-11]. Вал ротора 6 через муфту 7 с тормозом 8 соединен с основным двигателем 9. Все электродвигатели - основной 9, биротативные - 3 и 4 - имеют различные скорости вращения. Например, двигатель 9 имеет синхронную скорость 2000 об/мин, двигатель 4 - 1500 об/мин, двигатель 3 - 750 об/мин. С помощью электрической коммутации цепей электропитания каждый из этих двигателей может быть включен в одном из двух направлений вращения. Кроме того, двигатель 9 может быть отключен и ротор его может быть зафиксирован с помощью тормоза 8.

Принцип регулирования скоростей выходного вала привода 5 основан на возможности алгебраического сложения скоростей в биротативном двигателе.

Поскольку все двигатели привода имеют различные скорости вращения, сочетание их скоростей позволяет получить шесть различных значений скорости на выходном валу 5 (см. таблицу).

Как видно из таблицы, ступенчатое изменение скорости выходного вала производится в достаточно широком диапазоне скоростей (от 250 до 4250 об/мин). Этот диапазон можно существенно расширить путем использования двухскоростных обмоток статоров двигателей. В этом случае количество скоростей увеличивается до 24 при одновременном увеличении диапазона скоростей от 125 до 8500 об/мин. При необходимости получения бесступенчатого регулирования скорости выходного вала можно ввести плавное изменение частоты электропитания в небольших пределах (например, от 50 до 100 Гц).

Применение предлагаемой схемы построения привода станков-качалок не требует какого-либо усложнения в процессе регулирования и обслуживания привода. Эксплуатационные качества такого привода соответствуют качествам асинхронного двигателя, т.е. привод является практически необслуживаемым.

Управление предлагаемым приводом достаточно просто можно осуществлять в автоматическом режиме, подключив блок релейного управления приводом к системе автоматического управления процессом штанговой добычи нефти. Простым переключением обмоток двигателей привода можно согласовать скорость цикла “спуск-подъем” штанги с реальным дебитом скважины.