УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к исследованиям скважин и может быть использовано для передачи телеметрической информации по линиям электроснабжения, в частности частоты вращения погружного электронасоса (ПЭН) при добыче нефти.
Известен «Блок погружной для системы телеметрии установки погружного центробежного насоса для добычи нефти» (патент РФ №46889, U1, E21B 47/12, Н02Н 7/08, 2005) позволяющий передавать результаты измерений температуры, давления, вибрации установки, при чем средства для измерения вибрации выполнены с возможностью изменения своего электрического параметра в зависимости от величины линейного ускорения чувствительного элемента вдоль заданной оси. Однако, блок не предусматривает возможности определения частоты вращения ротора ПЭН.
Наиболее близким по технической сущности является «Система передачи телеметрической информации» (патент РФ №2230187, С2, E21B 47/12, Н04В 3/54, 2004), содержащая подземное передающее устройство, состоящее из стабилизатора напряжения, устройства сбора и передачи информации от датчиков (приемопередающее устройство), управляющего электронным ключом, и двух резисторов. Данное устройство обеспечивает лишь передачу информации о показаниях датчиков. Для потребителя важно получить более полную информацию о работе ПЭН (например, о его производительности и КПД), которую определяют по частоте вращения ротора погружного электродвигателя (ПЭД). Однако, данное передающее устройство не позволяет определить такой параметр.
Целью предлагаемой полезной модели является создание погружного устройства, позволяющего определить частоту вращения ротора ПЭД для передачи на наземные устройства для оценки производительности ПЭН, скольжения ротора относительно статора ПЭД и, соответственно, нагрузки на ПЭН. Расширение диапазона контролируемых параметров позволит осуществлять более полный контроль над работой ПЭН. Передача обработанной информации на поверхность позволяет применять погружные устройства с любыми наземными устройствами в системах передачи телеметрической информации,
укомплектованные блоками сопряжения, а так же повысить достоверность измеряемой информации.
Цель достигается тем, что приемопередающее устройство, входящее в устройство определения частоты вращения погружного электродвигателя, содержит вычислительное устройство для расчета частоты вращения ротора по цифровым данным о его вибрации, преобразованным из аналоговых сигналов с датчиков вибрации. Заявляемое устройство содержит устройство преобразования, включающее стабилизатор, для питания всех его узлов, подключенный между входом/выходом устройства и заземленным корпусом. Причем вибросигнал с датчиков поступает в вычислительное устройство, которое преобразует его в цифровой сигнал, известными способами находит частоту вращения ротора и передает вычисленный параметр приемопередающему устройству, которое также считывает аналоговые сигналы с остальных датчиков (например, температуры, давления и др.) и преобразует их в цифровые сигналы.
Предпочтительно, чтобы информация с приемопередающего устройства поступала на вход/выход устройства для передачи наземному устройству через коммутирующее устройство, выполненное с возможностью изменения входного сопротивления устройства и включенное между входом/выходом устройства и заземленным корпусом. Это позволяет повысить помехоустойчивость и надежность при передаче информации.
Предпочтительно также, чтобы датчики вибрации передавали вибросигналы приемопередающему устройству через последовательно соединенные усилитель и фильтр, что повышает чувствительность при сигналах малой амплитуды и повышает точность вычислений.
Вычислительное устройство представляет собой программно-аппаратные средства, выполненные с возможностью считывания и передачи информации приемопередающему устройству.
В дальнейшем устройство будет рассматриваться в предпочтительном варианте.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства определения частоты вращения погружного электродвигателя в предпочтительном варианте.
На фиг.2 представлен вариант сигнала с датчика вибрации.
Устройство определения частоты вращения погружного электродвигателя состоит из устройства преобразования (УП), включающего стабилизатор 1 и ограничивающий резистор 2, при этом стабилизатор подключен между входом/выходом (вх/вых) устройства через резистор 2 и заземленным корпусом для подачи питания на приемопередающее устройство 3, включающее вычислительное устройство 4. Питание от стабилизатора поступает так же как минимум на один датчик вибрации 5, передающий регистрируемую информацию через усилитель 6 и фильтр 7 приемопередающему устройству, которое передает данные
коммутирующему устройству (КУ), включающему электронный ключ 8 и резистор 9. При этом электронный ключ подключен между входом/выходом через резистор 9 и заземленным корпусом. Питание также подается на остальные датчики 10, соединенные с приемопередающим устройством, на усилитель и на фильтр.
Устройство работает следующим образом. Питающее напряжение с входа/выхода и корпуса, поступает на стабилизатор через ограничивающий резистор 2, и коммутирующее устройство. Стабилизатор создает питающее напряжение для всех узлов устройства. Датчики сбора параметров (температуры, давления, вибрации и др.) регистрируют данные в забое скважины и данные о вибрации ПЭН и преобразуют поступающую информацию в электрические сигналы. С датчиков сбора параметров (кроме датчиков вибрации) сигналы в реальном масштабе времени поступают в приемопередающее устройство, где преобразуются в цифровые сигналы. Датчик вибрации (например, акселерометр) преобразует биение ротора ПЭД, создаваемое при его вращении, в пропорциональный электрический сигнал. Один из возможных вариантов вибросигнала для частоты вращения ротора двигателя 3000 об/мин и для пяти гармоник показан на фиг.2. Вибросигнал - периодический сигнал, представляющий собой наложение гармоник, кратных первой гармонике, период которой равен периоду вращения ротора ПЭД. Чем более сбалансирована работа ПЭН, тем меньше биение ротора, а, соответственно, и амплитуда вибросигнала. Усиление вибросигнала производится усилителем. Фильтр производит выделение одной гармоники, порядок которой определяется его типом, и подавление кратных гармоник. При этом частота биения ротора пропорциональна частоте его вращения, а коэффициент пропорциональности обусловливается порядком гармоники, выделенной для вычисления. Обработанный таким образом вибросигнал поступает в вычислительное устройство, которое оцифровывает его, вычисляет период, умножает на коэффициент пропорциональности и преобразует найденную частоту вращения ПЭД соответственно необходимой размерности (например, [об/мин]).
При отсутствии фильтра вычислительное устройство для вычисления периода вибросигнала дополнительно выделяет заданную гармонику.
В случае, когда устройство содержит более одного датчика вибрации (обычно установленных с возможностью улавливания сигнала во взаимно перпендикулярных плоскостях), частоту вращения определяют с большей точностью.
Вычислительное устройство передает найденную частоту вращения ПЭД приемопередающему устройству, которое вместе с остальной информацией через электронный ключ и резистор 9 передает ее на вход/выход устройства и далее известными способами - на наземное устройство (патент РФ №2230187, С2, 2004). При отсутствии коммутирующего устройства приемопередающее устройство передает всю информацию
непосредственно на вход/выход устройства. Вычисление частоты вращения непосредственно в устройстве, измеряющем вибрацию, позволяет избежать искажения вибросигнала при передаче его по проводнику на наземное устройство, а так же уменьшить объем передаваемой информации. Кроме того, предлагаемое устройство может использоваться с любых станциях управления ПЭН, адаптированных к приему телеметрической информации.
В другом варианте вычислительное устройство может осуществлять только расчет частоты вращения ротора без преобразования аналогового сигнала в цифровой. В этом случае приемопередающее устройство принимает сигналы со всех датчиков сбора параметров, оцифровывает их и передает вибросигналы вычислительному устройству для расчета частоты вращения.