專利名稱：一種受控變工況電潛泵的制作方法
技術領域：
一種受控變工況電潛泵，它適用于油井的液體開采等，屬于石油開采設備。
電潛泵是油田的主要裝備之一，用于將石油和水(在石油開采中，從油井中抽出的都是油水混合物)抽送到地面。泵葉輪是多組串聯的，在油井內，通過一級一級的葉輪把油水混合液抽提出井口。由于現在的電潛泵是不可變工況的，因此，電潛泵的單級流量與揚程在液體性質一定時，它們呈單值函數關系。在生產過程中，需要根據具體情況合理分配每口油井的產量，因而實際上流量是要加以控制和調節的。同時，由于種種原因，地面輸油管線中的回壓也經常變化，在地面回壓變化時，也會引起揚程流量的變化。為了滿足生產時對抽送流量調節與控制的需要，采用節流閥門調節其流量。通過改變節流閥門開口大小，在電潛泵出口處附加一個可調壓差，通過改變電潛泵輸出口的回壓，來控制泵的輸出流量。為了留出調節的富余量，通常都將設備的揚程安排在額定工作揚程的75％左右，也就是說，現在的電潛泵在工作時，通常都是處于節流工作狀態，因此，工作效率不高。此外，由于節流閥門多是手工調節，調節頻率不能高，不能對回壓的波動作出反應。為使油井的生產不因回壓波動而受影響，在井口還裝有一個油嘴作為長節流小孔，以穩定流量，這進一步降低了抽液效率，并且也不能充分發揮電潛泵的性能。
本實用新型的目的是發明一種可控變工況電潛泵，它不使用節流來調節輸出流量和抑制地面輸油管道回壓波動對輸出流量的影響，有高的抽液效率。
本實用新型的結構示意圖如附
圖1所示。它有普通電潛泵葉輪(1)，傳動軸(2)，交流電機(3)，其特征在于在交流電機(3)輸入端接有變頻供電器(4)和變頻控制器(5)，在泵出口處裝有流量傳感器(6)。
本實用新型在已有的普通電潛泵葉輪(1)、傳動軸(2)和交流電機(3)的基礎上，在交流電機(3)的輸入端加接了一個變頻供電器(4)，通過調整變頻供電器(4)的輸出電流頻率，可以改變交流電動機(3)的轉速，從而調整本實用新型的工況。這樣，可以在揚程、回壓不變的情況下調整電潛泵的輸出流量，也可以在流量和揚程不變的條件下適應回壓的變化。本實用新型還在泵出口處裝有流量傳感器(6)，通過流量傳感器(6)測量輸出液體的流量(或流速)參數，把測得的信號返回到變頻控制器(5)。在變頻控制器(5)中，測量數據與控制設定數據進行比較，根據比較結果對變頻供電器(4)的輸出頻率進行調整，從而達到閉環控制的目的。
本實用新型使用原有電潛泵的葉輪(1)，傳動軸(2)和普通交流電機(3)，通過在電機輸入端加接一臺變頻供電器(4)對交流電機(3)的輸入頻率加以調節，可以控制、改變交流電機的轉速，從而調節和控制電潛泵的輸出流量，達到可控和不受輸油管網回壓影響的目的。由于本實用新型盂有使用節流閥門和節流小孔，盂有這一部分能量損失，因此在整個工作范圍內都有較高的效率，而且使用閉環控制流量，一方面提高了控制精度，另一方面也有較高的響應頻率。對輸油管網中的回壓波動有很高的自適應性。
本實用新型可以在原有電潛泵的基礎上進行改造，只要加裝變頻供電器(4)、流量傳感器(6)和變頻控制器(5)即可，列新改造容易，改造成本低廉。
在本實用新型中流量傳感器(6)可以是使用動、靜壓力測量元件，通過測量管路中動、靜壓之比，來間接測量流速。也可以使用轉速計測量管道中取樣渦輪轉速來間接測量管道中液體的流速，或使用多卜勒聲波測速裝置測量管道中液體流速。由于管道測量處的截面積是恒定的，液體不可壓縮，所以通過測量液體流速就能確定液體流量。上述幾種流速(流量)測量裝置都已有現成的，并被做成自動化儀表形式出售，不需專門設計制造。
本實用新型中的變頻供電器(4)也已形成現成產品，可以直接使用。變頻供電器(4)一般是使用可控硅把普通工頻交流電整流為直流，然后再使用可關斷可控礎進行開關控制，形成可變周期的調寬方波，實現直流一交流逆變。直流－交流逆變除可以使用可關斷可控硅外，也可以使用大功率達林頓管的結構，還可以使用如CN89209067.7專利的形式，使用多VMOS管并聯。
本實用新型中的變頻控制器(5)可以由硬件邏輯與模擬電路組成。變頻控制器(5)輸出可變周期的調寬方波、或者是經微分后的可變周期脈沖來直接驅動變頻供電器(4)中的VMOS管、達林頓管或是可關斷可控硅。變周期方波產生的簡單方法是使用一個多諧振蕩器，使用差分放大器比較由流量傳感器(6)的輸出電壓與設定電壓(設定輸出流量所對應的電壓值)進行比較，把它們的差積分后直接調節多諧振蕩器的積分端負壓，從而調節振蕩周期。改變設定電壓(可以使用電位器)，就能改變本實用新型的輸出流量。而由于回壓變化引起流量變化時，由于流量傳感器(6)的輸出變化，引起差分放大器的不平衡，它的差放大后，改變了多諧振蕩器積分端的負壓，從而調整變頻供電器(4)的輸出頻率，改變電機的轉速，調整本實用新型工況，以調節輸出流量達到輸出值。本實用新型變頻控制器(5)的變周期方波也可以用CTC(計數器定時電路)加時鐘發生電路產生，流量傳感器(6)測得的信號經A／D轉換后，與設定流量數值進行比較，通過它們的差調整CTC定時器中的定時設定值，從而達到調整CTC輸出的脈沖周期，達到控制變頻的目的。控制邏輯可以用硬邏輯電路的方式，也可以采用一個單板機，使用軟件邏輯方式處理。
本實用新型中的流量傳感器(6)和變頻控制器(5)也可以使用機電一體化的方法，其結構形式如附圖2所示。它由測量敏感元件(11)、標準工業控制介面(7)、插于標準工業控制介面(7)中的與測量敏感元件(11)相接的測量適配模塊(8)、變頻供電器(4)的控制適配模塊(9)以及通過標準串行通訊接口與之相連的、且可以與其它測控部分或整個大系統公用的中央控制計算機(10)組成。在這種結構中，中央控制計算機(10)為主控設備，它通過軟件對電潛泵的啟停、工況進行統一控制。使用中央控制計算機(10)，可以對工況進行優化控制。根據工作條件選用最佳工作參數。由于測量部分成為標準化的，可以很方便地加入不同的測量單元。如只須加入電機轉速傳感元件／電機溫度傳感元件、電機輸入電流敏感元件以及功率因素敏感元件，并將它們相應的適配模塊插入標準工業控制介面(7)的插槽中，變完成了相應的硬件擴充。中央控制計算機通過不同的地址選通，就可以取到它們各自的測量值，通過軟件的方法比較計算所得測量值，然后通過標準工業控制介面(7)選通控制適配模塊(9)，改變控制適配模塊(9)的定時參數，完成變頻調節。使用這種方式，便于機電一體化的實施。通過在標準工業控制介面(7)的插槽中插入多個適配模塊，可以檢測不同的系統參數，以便中央控制計算機(10)進行工況的優化控制。還可以在標準工業控制介面(7)的插槽中插入更多的適配模塊和(或)增加多個標準工業控制介面(7)，把各個獨立的抽油電潛泵和其他一些設備納入到一個綜合的開采和管理系統中，使油田生產最優化。
權利要求1.一種受控變工況電潛泵，它有普通電潛泵葉輪(1)，傳動軸(2)，交流電機(3)，其特征在于在交流電機(3)輸入端接有變頻供電器(4)和變頻控制器(5)，在泵出口處裝有流量傳感器(6)。
2.如權利要求1所述的變工況電潛泵，其特征在于流量傳感器(6)和變頻控制器(5)由測量敏感元件(11)、標準工業控制介面(7)、插于標準工業控制介面(7)中的與測量敏感元件(11)相接的測量適配模塊(8)、變頻供電器(4)的控制適配模塊(9)以及通過標準串行通訊接口與之相連的、且可與其它測控部分或整個大系統公用的中央控制計算機(10)組成。
專利摘要一種受控變工況電潛泵，它適用于油田等鉆井的液體開采中。它有普通電潛泵葉輪(1)、傳動軸(2)，交流電機(3)，其特征在于在交流電機(3)輸入端接有變頻供電器(4)和變頻控制器(5)，在泵出口處裝有流量傳感器(6)。它不使用節流來調節輸出流量和抑制地面輸油管道回壓波動對輸出流量的影響，有高的抽液效率，并很容易調節以改變抽液工況，便于集中控制。
文檔編號F04D19/02GK2084994SQ9120000
公開日1991年9月18日 申請日期1991年1月3日 優先權日1991年1月3日
發明者石行, 尤裝 申請人:北京市西城區新開通用試驗廠