SU1652525A1 - Устройство дл контрол температуры погружного электродвигател и давлени на приеме насоса - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к нефтедобывающей промышленности. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей и повышение надежности. Устр-во содержит измерительный преобразователь (П) 15 температуры, блок 8 питани , генератор 14 импульсов, элементы (Э) И 20 И 21, ЗИЛ И 22, погружной электродвигатель 1, соединенный кабелем 2 с силовым трансформатором (Т) 3, питающей Т 30, Э И 38 - 41, генератор 35 импульсов, триггер 37, блок 52 индикации, Дл  достижени  цели устр-во имеет блок 23 формировани  временных ин

Description

Изобретение относитс  к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам дл  контрол  технологических параметров в скважине и защиты погружного электродвигател  от аномальных режимов .

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей и повышение надежности контрол .

На фиг.1 представлена структурна  схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - схема блока регулировани .

Устройство содержит погружной электродвигатель (ПЭД) 1. силовой кабель 2, силовой трансформатор 3, первый разделительный конденсатор 4, второй разделительный конденсатор 5, первый разделительный трансформатор 6, дроссель 7, блок 8 питани , содержащий выпр митель 9, конденсаторы 10 и 11 и стабилизатор 12, усилитель 13 мощности, первый генератор 14 импульсов, измерительные преобразователи 15 и 16 температуры и давлени , первый и второй преобразователи 18 и 19 напр жение-частота, первый второй элементы И 20 и 21, элемент ИЛИ 22, блок 23 формировани  временных интервалов , содержащий счетчик 24 импульсов, дешифратор 25 и элементы ИЛИ 26 и 27. третий разделительный конденсатор 28, четвертый разделительный конденсатор 29, питающий трансформатор 30, второй разделительный трансформатор 31. полосовой фильтр 32. пороговый элемент 33. Устройство имеет преобразователь 34 пачек импульсов в пр моугольные импульсы, второй

генератор 35 импульсов, делитель 36 частоты , триггер 37 элементы И 38 - 41. формирователи 42 и 43 импульсов, счетчики 44 и 45 импульсов, регистры 46 и 47, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 48 и 49, масштабные усилители 50 и 51, блок 52 индикации , блок 53 регулировани .

Блок 53 регулировани  содержит потенциометры 54 - 57 задани  установок, компараторы 58-61, триггеры 62, 63, элемент 64 ИЛИ, усилитель 65 мощности, исполнительный механизм 66, пороговый элемент 67, резистор 68, конденсатор 69. Шинами 70,71 обозначены входы регулировани .

Силовой трансформатор 3 через силовой кабель 2 соединен с обмотками погружного электродвигател  1, нулева  точка которого соединена с конденсатором 4, второй вывод которого соединен с конденсатором 5 и с дросселем 7. Второй вывод конденсатора 5 соединен с вторичной обмоткой трансформатора 6, второй вывод которой соединен с шиной Земл , а первична  обмотка трансформатора 6 соединена с выходом усилител  13 мощности. Выходы измерительных преобразователей 15 и 16 соединены с входами преобразователей 18 и 19 напр жение-частота, выходы которых соединены с входами элементов И

20 и 21, вторые входы которых соединены с выходами блока 23 формировани  временных интервалов. Выходы элементов И 20 и 21 соединены с входами элемента ИЛИ 22, выход которого соединен с входом усилител  13. Второй вывод дроссел  7 соединен с входом выпр мител  9. выход которого соединен с конденсатором 10 и стабилизатором 12 напр жени , выход которого соединен с конденсатором 11. Выход генератора 14 импульсов соединен с входом блока 23 формировани  временных интервалов, которым  вл етс  вход счетчика 24. Выходы счетчика 24 соединены с входами дешифратора 25. Первые два выхода дешифратора 25 соединены с входами элемента ИЛИ 26. Четвертый, п тый, шестой и седьмой выходы дешифратора 25 соединены с входами элемента ИЛИ 27. Выход элементов ИЛИ 25 и 27  вл ютс  выходами блока 23 формировани  временных интервалов.

Нулева  точка вторичной обмотки силового трансформатора 3 соединена через конденсатор 28 с вторичной обмоткой трансформатора 30 и далее, через конденсатор 29, разделительный трансформатор 31, полосовой фильтр 32 - с входом порогового элемента 33. Выход порогового элемента 33 соединен с входом третьего элемента И 38 и первым входом преобразовател  34 пачек импульсов в пр моугольные импульсы, второй вход которого соединен с выходом делител  36 частоты, а выход соединен с входами формирователей 42 и 43 и входом четвертого элемента И 39 Выход генератора 35 соединен с входом делител  36 частоты, второй выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И 39. Выход первого формировател  42 соединен с установочными входами счетчиков 44 и 45 и входом триггера 37, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И 38. Выход элемента И 38 соединен со счетным входом пер( ого счетчика 44, выходы которого соединены с входами регистров 46 и 47. Выход четвертого элемента И 39 соединен со счетным входом второго счетчика 45, первый выход которого соединен с вторым входом триггера 37 и первым входом п того элемента И 40. Второй выход второго счетчика 45 соединен с входом шестого элемента И 41, выход которого соединен с входом записи второго регистра 47, выход второго формировател  43 соединен с вторыми входами шестого и п того элементов И 41 и 40. Выход элемента И 40 соединен с входом записи регистра 46, выходы которого соединены с входами первого цифроаналогового преобразовател  48) Выходы второго регистра 47 соединены с входами второго цифроаналогового преобразовател  49, выход которого через масштабный усилитель 51 соединен с входом блока 52 индикации и входом блока 53 регулировани , выход первого цифроаналогового преобразовател  48 соединен через масштабный

усилитель 50 с вторыми входами блока 52 информации и блока 53 регулирований.

Устройство работает следующим образом .

5Измерительные преобразователи 15 и

16 преобразуют значени  температуры и давлени  в пропорциональные значени  напр жени  посто нного тока, поступающие на входы преобразователей 18 и 19 на0 пр жение-частота. На выходе преобразователей 18 и 19 формируютс  импульсы, поступающие на входы элементов И 20 и 21. Частота следовани  импульсов определ етс  следующим выражением:

5

FX - FO + К UBX.

где - Fo начальна  частота;

UBX - входное напр жение преобразователей 18 и 19;

0 К - коэффициент пропорциональности. На вторые входы элементов И 20 и 21 подаютс  стробирующие сигналы с выходов блока 23 формировани  временных интервалов. Блок 23 формировани  вре5 менных интервалов работает следующим образом.

Тактовые импульсы (ТИ) с выхода генератора 14 поступают на вход трехразр дного счетчика 24 импульсов. На выходах

0 счетчика 24 формируетс  двоичный код, который поступает на входы дешифратора 25, имеющего восемь выходов. При каждом поступлении на вход счетчика 24 восьми импульсов на входах дешифратора 25

5 последовательно по вл етс  логическа  единица. Врем  нахождени  каждого выхода дешифратора 25 в состо нии логической единицы равно периоду повторени  ТИ. Элемент ИЛИ 27 объедин ет четвертый, п 0 тый, шестой и седьмой выходы дешифратора 25. Таким образом, на выходе элемента ИЛИ 26 логическа  единица существует два периода ТИ, затем наступает пауза в один период ТИ, затем логическа  едини5 ца по вл етс  на выходе элемента ИЛИ 27 и существует четыре периода ТИ, затем пауза в течение восьмого периода ТИ и далее все повтор етс . Логическа  единица с выходов элементов ИЛИ 26 и 27 разреша

0 ет прохождение импульсов Fx через элементы И 20 и 21. В течение двух первых периодов ТИ импульсы FX с выхода преобразовател  18 поступают через элемент И 20, элемент ИЛИ 22 на вход усилител  13 мощности.

5 Затем наступает пауза и импульсы F не проход т на вход усилител  13. Далее в течение четырех периодов ТИ импульсы Fx уже с выхода преобразовател  19 через элемент И 21. элемент ИЛИ 22 поступает на вход усилител  13 Затем формируетс  пауза и наступает новый цикл передачи информации .

Так обеспечиваетс  временное разделение информации, котора  передаетс  на одном диапазоне частот дл  разных датчиков . Это позвол ет выбрать оптимальный диапазон частот с точки зрени  прохождени  сигнала через линию св зи и дальнейший путь его фильтрации на пункте приема.

Соотношение между длительностью сигнала и паузы в принципе может быть и другим, но соотношение между длительност ми стробов с выходов элементов И 26 и 27 равное 1:2  вл етс  оптимальным с точки зрени  простоты определени  номера канала при обработке информации на пункте приема.

Информационный сигнал усиливаетс  усилителем 13 мощности и через разделительный трансформатор 6, разделительные конденсаторы 5 и 4, через нулевую точку ПЭД 1 поступает в линию св зи (силовой кабель 2). Сьем информации осуществл етс  через нулевую точку вторичной обмотки силового трансформатора 3 и далее через третий и четвертый разделительные конденсаторы 28 и 29 и разделительный трансформатор 31.

Нулевую точку также можно организовать искусственно с помощью трех конденсаторов, подключенных к фазам силового кабел  и соединенных между собой. Это устранит нежелательное вли ние большой индуктивности силового трансформатора 3 на прохождение сигнала.

Напр жение питани  снимаетс  с вторичной обмотки трансформатора 30 и через третий разделительный конденсатор 28, нулевую точку силового трансформатора 3, силовой кабель 2, нулевую точку ПЭД 1 первый разделительный конденсатор 4, дроссель 7, поступает на выпр митель 9 блока 8 питани . Второй шиной служит земл . Выпр мленное напр жение поступает на стабилизатор 12 и далее на питание скважинных блоков.

Параметры цепей питани  и цепей прохождени  информации выбираютс  из следующих соображений. Частота Рх должна быть намного больше промышленной частоты 50 Гц, например в 500 раз. Емкость конденсатора 28 должна быть намного больше емкости конденсатора 29, так как напр жение питани  50 Гц должно существенно ослабл тьс  на конденсаторе 29 и достаточно свободно проходить через конденсатор 28. Сопротивление первичной обмотки трансформатора- 31 должно быть мало дл  частоты Fx. Аналогично должно

быть соотношение между емкост ми конденсаторов 4 и 5. Дроссель 7 служит дл  того, чтобы информационный сигнал не закорачивалс  через блок 8 питани .

Разделительные трансформаторы 31 и 6 осуществл ют гальваническую разв зку между силовыми цеп ми и цеп ми обработки информации, а также ослабл ют действие питающего напр жени  50 Гц на

0 информационные цепи.

С разделительного трансформатора 31 информационный сигнал через полосовой фильтр 32 поступает на пороговый элемент 33. На выходе порогового элемента 33 фор5 мируютс  пачки пр моугольных импульсов с частотой следовани  Fx. Временные диаграммы сигналов на выходе элемента 33 должны повтор ть картину сигналов на выходе элемента ИЛИ 22.

0 Импульсы Fx поступают на вход преобразовател  34 пачек импульсов в пр моугольные импульсы. На второй вход преобразовател  34 поступают тактовые импульсы с выхода делител  36 частоты,

5 входными импульсами которого  вл ютс  импульсы генератора 35. На выходе преобразовател  34 формируютс  пр моугольные импульсы, которые  вл ютс  огибающими дл  входных пачек импульсов

0 с сохранением пауз между пачками. По началу каждого огибающего импульса формирователь 42 генерирует короткий импульс, который устанавливает в исходные состо ни  счетчики 44 и 45 и триггер

5 37. Исходное состо ние счетчика 45 нулевое . В течение текущей пачки импульсов на вход элемента И 39 поступает разрешение и тактовые импульсы с второго .выхода делител  36 частоты поступают на

0 счетный вход счетчика 45. Исходное состо ние триггера 37 единичное и импульсы Fx через элемент И 38 поступают на счетный вход счетчика 44. Исходное состо ние счетчика 44 в общем случае должно быть отлич5 но от нул  дл  вычитани  начального значени  F0. Дл  этого импульс с выхода формировател  42 поступает на вход предварительной записи числа (установочный вход) и в счетчик 44 записываетс  парал0 лельный код (не показано). Значение этого кода выбираетс  из следующих соображений . Дл  того, чтобы значение Fx было намного больше 50 Гц, нужно увеличивать значение Fo, которое затем нужно вычесть,

5 чтобы получить большой динамический диапазон выходного сигнала (из соображений точности).

Допустим, что врем  преобразовани  частоты в код равно Т. тогда Т Fx -T(F0 + Швх}1 n есть значение кода. Дл  вычитани  F0 необходимо , чтобы TF0 S N, где N - количество состо ний счетчика 44. Поскольку это требование не всегда можно выполнить, то производитс  запись дополнительного числа No в счетчик 44 и выражение будет иметь вид TF0+ NO N, отсюда вычисл етс  значение No.

Знак больше или равно означает, что за врем  измерени  всегда должно быть переполнение счетчика 44, даже если частота Fx окажетс  немного меньше частоты F0 (за счет нестабильности или неисправности датчика). Если значение F0 окажетс  очень большим, то счетчик 44 за врем  измерени  может переполнитьс  несколько раз.

Через врем  преобразовани  Т на первом выходе счетчика 45 по витс  единичный потенциал и триггер 37 переходит в нулевое (запрещающее) состо ние. Б счетчике 44 к этому моменту сформировалс  код, пропорциональный измер емому параметру .

После окончани  выходного импульса преобразовател  34 на входе элемента И 39 по вл етс  запрещающий потенциал, а формирователь 43 генерирует короткий выходной импульс, поступающий на входы элементов И 40 и 41. В счетчике 45 записан код, пропорциональный длительности импульса с выхода преобразовател  34 (длительности пачки импульсов с выхода элемента 33). Если измер емый канал был первым (коротким), то единичный потенциал останетс  на первом выходе счетчика 45 и импульс с выхода формировател  43 через элемент И 40 поступит на вход записи регистра 46, В результате этого код счетчика 44 перепишетс  в регистр 46. На выходе ЦАП 48 по витс  напр жение посто нного тока, пропорциональное коду или значению измер емого параметра первого канала.

Если измер емый канал был вторым (широким), то единичный потенциал переместитс  на второй выход счетчика 45 и импульс с выхода формировател  43 через элемент И 41 поступит на вход записи регистра 47. Код счетчика 44 запишетс  в регистр 47. На выходе ЦАП 49 по витс  напр жение, пропорциональное коду или значению второго параметра.

Масштабные усилители 50 и 51 обеспечивают соответствие своих выходных напр жений значени м измер емых параметров температуры и давлени . Далее напр жени  поступают на блок 52 индикации и блок 53 регулировани . Блок 52 индикации представл ет собой вольтметр со шкалой в именованных единицах давлени 

и температуры и может быть как цифровым,; так и стрелочным.

Блок 53 регулировани  функционирует следующим образом.

Напр жение с выхода масштабного усилител  50 через шину 70 поступает на входы двух компараторов 58 и 59. На другие входы компараторов поступают пороговые напр жени  (уставки) с потенциометров

0 54 и 55. Одна уставка называетс  нижней , друга  верхней. Аналогично компараторы 60 и 61 св заны с выходом усилител  51 и потенциометрами 56 и 57. При уменьшении давлени  на приеме насоса ниже

5 нижней уставки триггер 62 переходит в единичное состо ние, которое через элемент ИЛИ 64 и усилитель 65 поступает на исполнительный механизм 66, в качестве которого может использоватьс  электромаг0 нитное реле. Реле срабатывает и включает питание погружного электродвигател , но питание на скважинные блоки продолжает поступать.

Далее давление в скважине начинает

5 расти за счет притока нефти и в некоторый момент времени превысит верхнюю уставку . Тогда триггер 62 перейдет в нулевое состо ние и если на другом входе элемента ИЛИ 64 также будет нулевое состо ние, то

0 исполнительный механизм 66 включит ПЭД 1 в работу. Алгоритм управлени  по температуре будет противоположный за счет того, что сигнал с триггера 63 снимаетс  с его инверсного выхода. Поэтому, если температу5 ра статорной обмотки ПЭД превысит верхнюю уставку, то триггер 63 перейдет в нулевое состо ние, на вход элемента ИЛИ 54 поступит логическа  единица и реле выключит ПЭД 1.

0Применение предлагаемого устройства

позвол ет повысить отношение сигнал-шум из-за наличи  одного диапазона частот дл  передачи информации, а также увеличить надежность работы.

5

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  контрол  температуры погружного электродвигател  и давлени  на приеме насоса, содержащее измеритель0 ный преобразователь температуры, первый , второй элементы И, элемент ИЛИ, блок питани , первый генератор импульсов , соединенный кабелем с силовым трансформатором, погружной электродви5 гатель, второй генератор импульсов, триггер, третий, четвертый, п тый, шестой элементы И, блок индикации, питающий трансформатор, отличающеес  тем, что. с целью расширени  функциональных возможностей и повышени  надежности контрол , оно

   снабжено измерительным преобразователем давлени , первым и вторым преобразовател ми напр жение-частота, блоком формировани  временных интервалов, первым, вторым, третьим, четвертым разделительными конденсаторами, первым, вторым разделительными трансформаторами, дросселем, усилителем мощности, полосовым фильтром , пороговым элементом, делителем частоты , преобразователем пачек импульсов в пр моугольные импульсы, первыми и вторыми формировател ми импульсов, регистрами, счетчиками импульсов, цифро- аналоговыми преобразовател ми, масштабными усилител ми и блоком регулировани , причем вход блока питани  соединен через дроссель с первыми выходами первого и второго разделительного конденсатора, вторые выводы которых соответственно подключены к нулевой точке погружного электродвигател  и вторичной обмотке первого разделительного трансформатора, первична  обмотка которого соединена с выходом усилител  мощности, выходы измерительных преобразователей температуры и давлени  подключены соответственно через первый и второй преобразователи напр жение-частота к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых соответственно соединены с первым и вторым выходами блока формировани  временных интервалов, вход которого подключен к выходу первого генератора импульсов, первый вход элемента ИЛИ соединен с выходом первого элемента И, второй вход подключен к выходу второго элемента И, выход соединен с входом усилител  мощности, при этом первый выход третьего разделительного конденсатора соединен с нулевой точкой вторичной обмотки силового трансформатора, второй вывод подключен к вторичной обмотке питающего трансформатора и к первому выводу четвертого разделительного конденсатора, второй вывод которого соединен с первичной обмоткой

   второго разделительного трансформатора, вторична  обмотка которого через полосовой фильтр подключена к входу порогового элемента, выход которого соединен с перпым входом третьего элемента И и первым входом преобразовател  пачек импульсов и пр моугольные импульсы, второй вход которого соединен с первым выходом делител  частоты, а выход соединен с входами

   первого, второго формирователей импульсов и первым входом четвертого элемента И, выход второго генератора импульсов соединен с входом делител  частоты, второй выход которого соединен с вторым

   входом четвертого-элемента И, выход первого формировател  импульсов соединен с установочными входами первого, второго счетчиков импульсов и входом триггера, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, выходы которого соединены с входом первого и второго регистров, выход четвертого элемента И соединен со счетным входом второго счетчика импульсов, первый выход

   которого соединен с вторым входом триггера и первым входом п того элемента И, второй выход второго счетчика импульсов соединен с первым входом шестого элемента И, выход которого соединен с входом записи второго регистра, выход второго формировател  импульсов соединен с вторым входом шестого элемента И и вторым входом п того элемента И, выход которого соединен с входом записи первого регистра, выходы которого соединены с входом первого цифроаналогового преобразовател , выходы второго регистра соединены с входами второго цифроаналогового преобразовател , выход которого через масштабный усилитель соединен с первыми входами блока индикации и блока регулировани , выход первого цифроаналогового преобразовател  соединен через масштабный усилитель с вторыми входами

   блока индикации и блока регулировани .

   70

   65

   66

   Фиг. г