УСТРОЙСТВО БЕСКОНТАКТНОЙ АКТИВНОЙ ЗАЩИТЫ ПРИВОДА ШТАНГОВЫХ СКВАЖИННЫХ НАСОСОВ

Полезная модель относится к нефтяной промышленности и может найти применение при защите устьевой арматуры от механического воздействия при возникновении аварийных ситуаций вследствие разрушения узлов и составных частей привода штанговых скважинных насосов (ПШСН) всех типов, как отечественного, так и зарубежного производств.
Ввиду того, что ПШСН представляет собой взаимосвязанный комплекс технических устройств и конструкций, являясь сложной технической системой, то при эксплуатации ПШСН возможно возникновение ряда аварийных ситуаций, которые влекут за собой повреждение или полное разрушение устьевой арматуры.
На данный момент заявителю неизвестны устройства защиты устьевой арматуры от механического воздействия при возникновении аварийных ситуаций вследствие разрушения узлов и составных частей ПШСН.
Известны устройства для контроля работы технологических объектов (SU 1651689 А1, опубл. 15.08.1994 г.), предназначенное для контроля работы оборудования типа машин химчистки, стирки, холодильных машин и т.п.Устройство содержит блок задания режима, работа которого определяет выбор режима объекта и обработку признаков отказа оборудования. Недостатком данного устройства является то, что оно не отключает оборудование, что может привести к выходу его из строя.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для бесконтактного активного контроля состояния вращающихся и перемещающихся узлов и агрегатов нефтяного станка-качалки, т.е. ПШСН, а именно выходного вала редуктора с кривошипами, пальцев кривошипов с нижними головками шатунов, содержащее электронно-контролирующий блок, на который поступают сигналы с датчиков контроля состояния (RU 23011 U1, опубл. 10.05.2002 г.). Датчики установлены на ограниченном круге узлов ПШСН, что влечет за собой невозможность контроля возникновения аварийных ситуаций при изменении углов наклона траверсы и стойки ПШСН, а также возникновение и развития дефектов головки балансира и самого балансира, что может привести к серьезным последствиям, таким, как:
- разрушение балансира, траверсы, стойки, рамы, постамента ПШСН с нанесением механических повреждений устьевой арматуре;
- обрыв и падение на грунт головки балансира, влекущие за собой повреждение или полное разрушение устьевой арматуры, серьезные экологические последствия и возможные человеческие жертвы.
Использование известного устройства с установкой датчика на выходном валу редуктора не позволяет зафиксировать дефект и предотвратить аварийную ситуацию при выпадении шпонки, исключающей возможность прокручивания кривошипа на выходном валу редуктора, что влечет за собой возникновение аварийной ситуации и разрушение узлов ПШСН.
Использование электронных компонентов с микросхемами в электронно-магнитных датчиках контроля состояния ведет к неизбежному усложнению процессов в производстве, обслуживании, защиты от воздействия внешних факторов и, как следствие, удорожанию и снижению надежности всей системы в целом.
Известное устройство не является универсальным, так как разнообразие видов ПШСН влияет на размеры их составных узлов и агрегатов и, как следствие, возникает необходимость изменения размеров датчиков (магнитных полуколец) относительно размера выходного вала и пальцев кривошипа.
Недостатком также является сложность монтажа известного устройства. Использование сварки при монтаже невозможно ввиду того, что магнитный материал полуколец датчиков при повышении температуры теряет свои магнитные свойства. При проведении монтажа датчиков с помощью крепежных элементов монтажные бригады могут столкнуться со следующими проблемами:
- необходимость демонтажа узлов станка-качалки для крепления датчиков, что влечет за собой вывод оборудования из эксплуатации на длительный срок;
- если не производить демонтаж узлов, то монтажной бригаде придется производить монтаж датчиков в стесненных условиях с большой вероятностью получения травм персоналом и высоким риском для жизни.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей устройства, связанных с предотвращением развития аварийных ситуаций на узлах и агрегатах ПШСН различных конструкций, ведущих к повреждению устьевой арматуры, за счет своевременной остановки ПШСН, а также в обеспечении высокой надежности работы устройства при минимальных затратах на ее монтаж и обслуживание.
Технический результат обеспечивается тем, что в устройстве бесконтактной активной защиты ПШСН, включающем датчики контроля состояния, размещенные на узлах и агрегатах ПШСН и связанные с управляющим блоком, датчиками контроля состояния служат датчики наклона и магнитно-контактный датчик, при этом датчики наклона закреплены на траверсе и верхней полке стойки ПШСН, магнитно-контактный датчик - на балансире и головке балансира ПШСН. Управляющий блок выполнен с возможностью остановки ПШСН при превышении уставочных величин срабатывания указанных датчиков. На балансире и головке балансира установлено страховочное приспособление, удерживающее головку балансира от падения, которое может быть выполнено со страховочным элементом в виде, например, цепи, каната или иного грузозахватного элемента.
Установка указанных датчиков на траверсе, верхней полке, балансире и головке балансира ПШСН позволяет контролировать уровень отклонения углов α и β от допустимых значений, а связь датчиков с управляющим блоком позволяет при возникновении аварийных ситуаций своевременно останавливать ПШСН.
Кроме того, использование датчиков наклона и герконов, не имеющих в своем составе электронных компонентов, обеспечивает высокую надежность работы устройства при минимальных затратах на ее монтаж и обслуживание.
Полезная модель проиллюстрирована следующим образом.
На фиг.1 показано размещение элементов заявляемого устройства на ПШСН, на фиг.2 - вид А на фиг.1 с торца.
Датчик наклона 1 (шариковый, оптический или ртутный) закреплен на траверсе 2 и фиксирует отклонение угла α наклона траверсы 2 относительно рабочего положения. Датчик наклона 3 (шариковый, оптический или ртутный) закреплен на верхней полке стойки 4 и фиксирует отклонение угла наклона β стойки 4 относительно вертикальной оси 5.
Магнитно-контактный датчик 6 (геркон) установлен на балансире 7 и головке балансира 8.
Датчики 1, 3, 6 связаны электрической цепью 9 с управляющим блоком 10, который при возникновении аварийной ситуации останавливает привод 11 ПШСН.
Страховочное приспособление 12 содержит страховочный элемент -цепь, канат или иной грузозахватный элемент 13, связывающий страховочное приспособление 12 с головкой балансира 8 и удерживающий ее от падения на устьевую арматуру 14 при возникновении аварийной ситуации «обрыв головки балансира». Длина и натяжение элемента 13 регулируется в зависимости от модели и конструктивных особенностей ПШСН.
На устьевой арматуре 14 датчики не установлены. В этом нет необходимости, т.к. заявляемое устройство при возникновении аварийной ситуации своевременно среагирует на нее и остановит работу ПШСН с помощью управляющего блока 10, предотвратив развитие аварийной ситуации, ведущей к повреждению или полному разрушению устьевой арматуры 14.
Устройство бесконтактной активной защиты ПШСН работает следующим образом.
При изменении угла наклона а траверсы 2 или угла отклонения β стойки 4 от вертикальной оси 5, на величину, превышающую уставочное значение датчиков 1 и 3, происходит срабатывание указанных датчиков. При возникновении аварийной ситуации по обрыву головки балансира 8 происходит срабатывание магнитно-контактного датчика (геркона) 6, установленного на балансире 7 и на головке балансира 8.
При срабатывании каждого из датчиков 1, 3, 6 происходит размыкание электрической цепи 9, вследствие чего реле размыкания (не показано) в управляющим блоке 10 осуществляет остановку привода 11 ПШСН.
Одновременно с остановкой привода 11 при возникновении аварийной ситуации «обрыв головки балансира» срабатывает страховочное приспособление 12.
Использование заявляемого устройства имеет следующие преимущества:
- минимизация затрат по ликвидации последствий аварийных ситуаций;
- высокая надежность устройства ввиду простоты исполнения;
- высокая сопротивляемость воздействиям внешних факторов;
- простота монтажа и эксплуатации, а также отсутствие необходимости частого технического обслуживания;
- безопасность в эксплуатации;
- низкое энергопотребление.