专利名称：一种受控变工况电潜泵的制作方法
一种受控变工况电潜泵，它适用于油井的液体开采等，属于石油开采设备。
电潜泵是油田的主要装备之一，用于将石油和水(在石油开采中，从油井中抽出的都是油水混合物)抽送到地面。泵叶轮是多组串联的，在油井内，通过一级一级的叶轮把油水混合液抽提出井口。由于现在的电潜泵是不可变工况的，因此，电潜泵的单级流量与扬程在液体性质一定时，它们呈单值函数关系。在生产过程中，需要根据具体情况合理分配每口油井的产量，因而实际上流量是要加以控制和调节的。同时，由于种种原因，地面输油管线中的回压也经常变化，在地面回压变化时，也会引起扬程流量的变化。为了满足生产时对抽送流量调节与控制的需要，采用节流阀门调节其流量。通过改变节流阀门开口大小，在电潜泵出口处附加一个可调压差，通过改变电潜泵输出口的回压，来控制泵的输出流量。为了留出调节的富余量，通常都将设备的扬程安排在额定工作扬程的75%左右，也就是说，现在的电潜泵在工作时，通常都是处于节流工作状态，因此，工作效率不高。此外，由于节流阀门多是手工调节，调节频率不能高，不能对回压的波动作出反应。为使油井的生产不因回压波动而受影响，在井口还装有一个油嘴作为长节流小孔，以稳定流量，这进一步降低了抽液效率，并且也不能充分发挥电潜泵的性能。
本发明的目的是发明一种可控变工况电潜泵，它不使用节流来调节输出流量和抑制地面输油管道回压波动对输出流量的影响，有高的抽液效率。
本发明的结构示意图如附
图1所示。它有普通电潜泵叶轮(1)，传动轴(2)，交流电机(3)，其特征在于在交流电机(3)输入端接有变频供电器(4)和变频控制器(5)，在泵出口处装有流量传感器(6)。
本发明在已有的普通电潜泵叶轮(1)、传动轴(2)和交流电机(3)的基础上，在交流电机(3)的输入端加接了一个变频供电器(4)，通过调整变频供电器(4)的输出电流频率，可以改变交流电动机(3)的转速，从而调整本发明的工况。这样，可以在扬程、回压不变的情况下调整电潜泵的输出流量，也可以在流量和扬程不变的条件下适应回压的变化。本发明还在泵出口处装有流量传感器(6)，通过流量传感器(6)测量输出液体的流量(或流速)参数，把测得的信号返回到变频控制器(5)。在变频控制器(5)中，测量数据与控制设定数据进行比较，根据比较结果对变频供电器(4)的输出频率进行调整，从而达到闭环控制的目的。
本发明使用原有电潜泵的叶轮(1)，传动轴(2)和普通交流电机(3)，通过在电机输入端加接一台变频供电器(4)对交流电机(3)的输入频率加以调节，可以控制、改变交流电机的转速，从而调节和控制电潜泵的输出流量，达到可控和不受输油管网回压影响的目的。由于本发明盂有使用节流阀门和节流小孔，盂有这一部分能量损失，因此在整个工作范围内都有较高的效率，而且使用闭环控制流量，一方面提高了控制精度，另一方面也有较高的响应频率。对输油管网中的回压波动有很高的自适应性。
本发明可以在原有电潜泵的基础上进行改造，只要加装变频供电器(4)、流量传感器(6)和变频控制器(5)即可，列新改造容易，改造成本低廉。
在本发明中流量传感器(6)可以是使用动、静压力测量元件，通过测量管路中动、静压之比，来间接测量流速。也可以使用转速计测量管道中取样涡轮转速来间接测量管道中液体的流速，或使用多卜勒声波测速装置测量管道中液体流速。由于管道测量处的截面积是恒定的，液体不可压缩，所以通过测量液体流速就能确定液体流量。上述几种流速(流量)测量装置都已有现成的，并被做成自动化仪表形式出售，不需专门设计制造。
本发明中的变频供电器(4)也已形成现成产品，可以直接使用。变频供电器(4)一般是使用可控硅把普通工频交流电整流为直流，然后再使用可关断可控础进行开关控制，形成可变周期的调宽方波，实现直流-交流逆变。直流-交流逆变除可以使用可关断可控硅外，也可以使用大功率达林顿管的结构，还可以使用如CN89209067.7专利的形式，使用多VMOS管并联。
本发明中的变频控制器(5)可以由硬件逻辑与模拟电路组成。变频控制器(5)输出可变周期的调宽方波、或者是经微分后的可变周期脉冲来直接驱动变频供电器(4)中的VMOS管、达林顿管或是可关断可控硅。变周期方波产生的简单方法是使用一个多谐振荡器，使用差分放大器比较由流量传感器(6)的输出电压与设定电压(设定输出流量所对应的电压值)进行比较，把它们的差积分后直接调节多谐振荡器的积分端负压，从而调节振荡周期。改变设定电压(可以使用电位器)，就能改变本发明的输出流量。而由于回压变化引起流量变化时，由于流量传感器(6)的输出变化，引起差分放大器的不平衡，它的差放大后，改变了多谐振荡器积分端的负压，从而调整变频供电器(4)的输出频率，改变电机的转速，调整本发明工况，以调节输出流量达到输出值。本发明变频控制器(5)的变周期方波也可以用CTC(计数器定时电路)加时钟发生电路产生，流量传感器(6)测得的信号经A/D转换后，与设定流量数值进行比较，通过它们的差调整CTC定时器中的定时设定值，从而达到调整CTC输出的脉冲周期，达到控制变频的目的。控制逻辑可以用硬逻辑电路的方式，也可以采用一个单板机，使用软件逻辑方式处理。
本发明中的流量传感器(6)和变频控制器(5)也可以使用机电一体化的方法，其结构形式如附图2所示。它由测量敏感元件(11)、标准工业控制介面(7)、插于标准工业控制介面(7)中的与测量敏感元件(11)相接的测量适配模块(8)、变频供电器(4)的控制适配模块(9)以及通过标准串行通讯接口与之相连的、且可与其它测控部分或整个大系统公用的中央控制计算机(10)组成。在这种结构中，中央控制计算机(10)为主控设备，它通过软件对电潜泵的启停、工况进行统一控制。使用中央控制计算机(10)，可以对工况进行优化控制。根据工作条件选用最佳工作参数。由于测量部分成为标准化的，可以很方便地加入不同的测量单元。如只须加入电机转速传感元件/电机温度传感元件、电机输入电流敏感元件以及功率因素敏感元件，并将它们相应的适配模块插入标准工业控制介面(7)的插槽中，变完成了相应的硬件扩充。中央控制计算机通过不同的地址选通，就可以取到它们各自的测量值，通过软件的方法比较计算所得测量值，然后通过标准工业控制介面(7)选通控制适配模块(9)，改变控制适配模块(9)的定时参数，完成变频调节。使用这种方式，便于机电一体化的实施。通过在标准工业控制介面(7)的插槽中插入多个适配模块，可以检测不同的系统参数，以便中央控制计算机(10)进行工况的优化控制。还可以在标准工业控制介面(7)的插槽中插入更多的适配模块和(或)增加多个标准工业控制介面(7)，把各个独立的抽油电潜泵和其他一些设备纳入到一个综合的开采和管理系统中，使油田生产最优化。
权利要求
1.一种受控变工况电潜泵，它有普通电潜泵叶轮(1)，传动轴(2)，交流电机(3)，其特征在于在交流电机(3)输入端接有变频供电器(4)和变频控制器(5)，在泵出口处装有流量传感器(6)。
2.如权利要求1所述的变工况电潜泵，其特征在于流量传感器(6)和变频控制器(5)由测量敏感元件(11)、标准工业控制介面(7)、插于标准工业控制介面(7)中的与测量敏感元件(11)相接的测量适配模块(8)、变频供电器(4)的控制适配模块(9)以及通过标准串行通讯接口与之相连的、且可与其它测控部分或整个大系统公用的中央控制计算机(10)组成。
全文摘要
一种受控变工况电潜泵，它适用于油田等钻井的液体开采中。它有普通电潜泵叶轮(1)，传动轴(2)，交流电机(3)，其特征在于在交流电机(3)输入端接有变频供电器(4)和变频控制器(5)，在泵出口处装有流量传感器(6)。它不使用节流来调节输出流量和抑制地面输油管道回压波动对输出流量的影响，有高的抽液效率，并很容易调节以改变抽液工况，便于集中控制。
文档编号F04D15/00GK1062958SQ9110000
公开日1992年7月22日 申请日期1991年1月3日 优先权日1991年1月3日
发明者石行, 尤装 申请人:北京市西城区新开通用试验厂