УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАМОТКИ КАБЕЛЯ НА БАРАБАН

Полезная модель относится к устройствам для разматывания и намотки нитевидного длинномерного материала на катушки, а именно к специализированным барабанам для погружения и подъема нагревательных электрических кабелей с целью проведения профилактики образования асфальтосмолопарафиновых отложений на стенках колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) или осуществления ремонтных работ нефтяных скважин.
Из уровня техники известен грузоподъемный механизм [SU 734134 A1, МПК B66D 1/08, опубл. 15.05.1980], содержащий насос, связанный трубопроводами с гидромотором через золотник реверса и предохранительным клапаном, выход которого связан со сливом, регулируемый дроссель, выход которого также связан со сливом, а вход - с регулятором перепада давления, при этом полость последнего, в которой установлена пружина, связана трубопроводом с выходом регулируемого дросселя.
Недостатком известного механизма является сложность его адаптации для установки на раму транспортного средства технологического назначения, в частности автокран, для осуществления ремонта нефтяных скважин.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству механизмом, выбранным в качестве прототипа, признан гидропривод лебедки [RU 2196722 C2, МПК B66D 1/08, опубл. 20.01.2003], содержащий реверсивный гидромотор с магистралями подъема и опускания груза, соединенными с гидросистемой крана при помощи трехпозиционного распределителя, гидроуправляемого от блока дистанционного управления, причем магистрали управления трехпозиционным распределителем через логический клапан ИЛИ-ИЛИ связаны с магистралью управления тормозом лебедки, тормозной клапан, установленный в магистрали подъема параллельно с обратным клапаном, и бак, соединенный дренажной магистралью с гидромотором.
Недостатком прототипа признана его низкая технологичность, связанная со сложной конструкцией гидропривода, что в целом также снижает его надежность в полевых условиях при ремонте нефтяных скважин.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является обеспечение возможности автоматической размотки и намотки двух нагревательных электрических кабелей при выполнении ремонтных работ на нефтяных скважинах.
Указанная задача решена тем, что устройство для намотки кабеля на барабан содержит корпус с установленной в нем лебедкой, состоящей из опорного барабана, снабженного ленточным тормозом, с закрепленными на его торцах ребордами, внутри которого размещена ось на стойках, связанная цепной передачей с валом гидромотора гидравлического привода. Отличает устройство от известных приводов то, что в корпусе установлен направляющий ролик, барабан снабжен третьей ребордой, закрепленной в его центре, а стойки выполнены гидравлическими, при этом гидравлический привод состоит из маслобака, который сообщается с напорной и сливной гидролиниями, гидроцилиндров стоек и гидромотора. Напорная гидролиния, снабженная предохранительным клапаном, соединена с насосом, вал которого через муфту связан с валом электродвигателя. От насоса напорная гидролиния через фильтр и обратный клапан подключена к гидроаккумулятору, а также к первым входным линиям первого и второго трехпозиционных распределителей, снабженных электромагнитными переключателями, вторые входные линии которых подключены к сливной гидролинии. Первая и вторая выходные линии первого трехпозиционного распределителя подключены к гидроцилиндрам стоек, а первая и вторая выходные линии второго трехпозиционного распределителя подключены к гидромотору. Устройство снабжено блоком управления, первый силовой выход которого подключен к электродвигателю, второй силовой выход подключен к электромагнитному переключателю первого трехпозиционного распределителя, а третий силовой выход - к электромагнитному переключателю второго трехпозиционного распределителя.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков устройства, является возможность автоматической размотки и намотки с его помощью двух нагревательных электрических кабелей УПС-150-00-80, спускаемых непосредственно в колонну насосно-компрессорных труб для осуществления прогрева скважин и проведения профилактики образования асфальтосмолопарафиновых отложений на стенках колонны НКТ или осуществления ремонтных работ.
Конструкция устройства для намотки кабеля на барабан поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан его общий вид в изометрии, на фиг. 2 приведена схема гидравлического привода устройства, а на фиг. 3 - упрощенная структурная схема блока управления.
Устройство для намотки кабеля на барабан имеет следующую конструкцию.
Его основой является корпус 1 с установленной в нем лебедкой, состоящей из опорного барабана 2, снабженного ленточным тормозом (на фигурах условно не показан), с закрепленными на его торцах ребордами 3 и 4, внутри которого размещена ось 5 на стойках 6, связанная цепной передачей 7 с валом гидромотора 8 гидравлического привода 9. В корпусе 1 установлен направляющий ролик 10, барабан снабжен третьей ребордой 11, закрепленной в его центре, а гидравлический привод 9 состоит из маслобака 12, который сообщается с напорной 13 и сливной 14 гидролиниями, гидроцилиндров стоек 15 и гидромотора 8. Напорная гидролиния 13, снабженная предохранительным клапаном 16, соединена с насосом 17, вал которого через муфту связан с валом электродвигателя 18. От насоса напорная гидролиния 13 через фильтр 19 и обратный клапан 20 подключена к гидроаккумулятору 21, а также к первым входным линиям первого 22 и второго 23 трехпозиционных распределителей, снабженных электромагнитными переключателями, вторые входные линии которых подключены к сливной гидролинии 14. Первая и вторая выходные линии первого трехпозиционного распределителя 22 подключены к гидроцилиндрам 15 стоек 6, а первая и вторая выходные линии второго трехпозиционного распределителя 23 подключены к гидромотору 8.
Устройство снабжено блоком управления 24, который может быть выполнен на основе микроконтроллера, построенного, например, на основе высокопроизводительной архитектуры STM8, содержащего микропроцессорное ядро, соединенное с помощью системной шины с FLASH-памятью программ, SRAM-памятью данных, аналого-цифровым преобразователем и универсальными восьмиразрядными двунаправленными портами ввода-вывода 25, 26, 27, 28, 29, 30, к которым подключены блок ввода данных 31, выполненный в виде клавиатуры, блок индикации 32, выполненный в виде линейки семисегментных индикаторов, а также первый 33, второй 34 и третий 35 силовые выходы блока управления 24, причем последние могут быть выполнены, например, на основе транзисторных ключей.
Для поддержания температуры в маслобаке при низких температурах в него может быть введен резистивный температурный датчик 36, выход которого через операционный усилитель соединен с измерительным входом блока управления 24, в качестве которого используется одна из линий аналого-цифрового преобразователя 37 микроконтроллера, и нагревательный элемент 38, выполненный, например, в виде тэна, в цепь коммутации которого с электрической сетью включен четвертый силовой выход 39 блока управления 24, подключенный к порту ввода-вывода 30 микроконтроллера.
Устройство для намотки кабеля на барабан используют следующим образом.
Первоначально устройство готовят к работе, наматывая два электрических нагревательных кабеля длиной до 1500 м каждый на секции барабана 2, образованные третьей ребордой 11, и заправляя маслобак 12 гидравлического привода 9 лебедки. Затем, управляя гидравлическим приводом 8 с помощью блока ввода данных 31 блока управления 24, активируют электродвигатель 18, обеспечивая работу насоса 17. Напорная гидролиния 13 обеспечивает поступление рабочей жидкости в гидроаккумулятор 21, в результате чего в нем происходит сжатие газа, что создает необходимое для работы гидропривода давление. Далее переключают электромагнитный переключатель первого трехпозиционного распределителя 22 в реверсный режим, опуская стойки 6, надежно фиксируя барабан на днище корпуса 1. После осуществления указанных действий работу гидравлическим приводом 8 останавливают, корпус 1 устройства устанавливают на шасси транспортного средства технологического назначения и доставляют его на приустьевую площадку.
При начале работ по разрушению асфальтосмолопарафиновых отложений, управляя гидравлическим приводом 8 с помощью блока ввода данных 31 блока управления 24, включая электродвигатель 18 активируют гидравлическим приводом 8, переключают электромагнитный переключатель первого трехпозиционного распределителя 22 в прямой режим, поднимая стойки 6 и приводя устройство из транспортировочного положения в рабочее, обеспечив свободное вращение барабана 2 вокруг оси 5. Затем для погружения электрических нагревательных кабелей в скважину с помощью блока ввода данных 31 блока управления 24, переключают электромагнитный переключатель второго трехпозиционного распределителя 23 в прямой режим, приводя в действие гидромотор 9, который посредством цепной передачи 7 вращает барабан 2 и обеспечивает разматывание кабелей. Для более равномерной размотки кабели перекидывают через направляющий ролик 11. При достижении кабелями нужной глубины погружения выключают гидромотор 9, переключая электромагнитный переключатель второго трехпозиционного распределителя 23 в среднее положение, а барабан тормозят, используя ленточный тормоз.
После завершения работ по разрушению асфальтосмолопарафиновых отложений выполняют обратную последовательность действий по смотке кабелей, переключая электромагнитный переключатель второго трехпозиционного распределителя 23 в реверсный режим, обеспечивая вращение барабана 2 в обратном направлении.
Во все время работы устройства защиту напорной гидролинии 13 от чрезмерного повышения давления обеспечивает предохранительный клапан 16. В случае применения в конструкции устройства узла подогрева, во время работы гидропривода микроконтроллер блока управления 24 выполняет опрос температурного датчика 36 с помощью аналого-цифрового преобразователя и выводя его показания на семисегментные индикаторы блока индикации 32. В случае если датчик 36 регистрирует недопустимое снижение температуры рабочей жидкости в маслобаке 12, блок управления с помощью четвертого силового выхода 39 включает нагревательный элемент 38, обеспечивая тем самым подогрев жидкости.
Таким образом, рассмотренное в настоящей заявке устройство позволяет автоматизировать процесс погружения и подъема электрических нагревательных кабелей, что облегчает проведение профилактики образования асфальтосмолопарафиновых отложений на стенках колонн насосно-компрессорных труб нефтяных скважин.