СТАНЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ НАСОСНОЙ УСТАНОВКОЙ

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к нефтедобывающему оборудованию, а именно к станциям управления двигателями электроцентробежных насосов и может быть использована для добычи пластовой жидкости с помощью насосов.
Уровень техники
Известна станция управления насосной погружной установки (см. патент на полезной модели №46617, опубликована 2005.07.10). Станция управления насосной установки содержит шкаф управления защиты и сигнализации, блок преобразователя частоты, включающий блок силовой электроники и систему управления, расположенных на радиаторе, систему принудительного охлаждения и нагрева внутреннего объема шкафа. Крыша шкафа выполнена из нижней и верхней секций. Верхняя секция выполнена сплошной, а нижняя секция имеет отверстие для вывода нагретого воздуха из шкафа во внутреннею область между верхней и нижней секциями. Крыша имеет выходное отверстие для вывода нагретого воздуха в окружающую среду.
К недостаткам данной станция управления относится относительно неэффективная система охлаждения. В частности, система охлаждения, не обеспечивает эффективного индивидуально подобранного охлаждения наиболее тепловыделяющих отдельных элементов станций, в частности, преобразователя частоты. Такая система требует прокачки воздуха по всему внутреннему объему станции и требует больших габаритных фильтрующих элементов на пути воздушных потоков, требуемых для охлаждения тепловыделяющих элементов. Это также не способствует экономичной и более эффективной работы системы климатизации.
Технический результат, достигаемый вышеуказанным устройством, состоит в снижении стоимости обслуживания станции, дополнительной экономии электроэнергии в системе охлаждения и прогрева, повышении ее надежности работы в сложных климатических условиях за счет оптимизации режимов охлаждения отдельных элементов системы (в частности наиболее интенсивного теплового источника - силовых элементов преобразователя частоты).
Раскрытие полезной модели
Для достижения указанного технического результата разработана станция управления насосной установки, содержащая шкаф управления, защиты и сигнализации, блок преобразователя частоты, включающий блок силовой электроники и систему управления, расположенные на радиаторе, систему принудительного охлаждения и нагрева внутреннего объема шкафа, а крыша шкафа выполнена из нижней и верхней секций, причем верхняя секция выполнена сплошной, а нижняя секция имеет отверстие для вывода нагретого воздуха из шкафа во внутреннею область между верхней и нижней секциями, кроме того, крыша имеет выходное отверстие для вывода нагретого воздуха в окружающую среду, отличающаяся тем, что содержит систему принудительного охлаждения реактивных элементов станции управления насосной установки и систему принудительного охлаждения и нагрева радиатора преобразователя частоты, включающую первый короб, формирующий воздушный канал, укрепленный на внутренней стороне задней стенки шкафа, боковая стенка которого имеет отверстие для забора охлаждающего воздуха напротив входного отверстия первого короба, центробежный вентилятор, расположенный внутри второго короба, формирующего воздушный поток, и расположенного внутри шкафа на стыке первого короба и боковой стенки шкафа, имеющей отверстие для выхода горячего воздуха, а выходное отверстие воздушного канала первого короба расположено напротив входа центробежного вентилятора, кроме того, первый короб имеет отверстие для установки радиатора, причем ребра радиатора расположены в воздушном канале вдоль потока, а основание радиатора установлено внутри шкафа с обеспечением изоляции вышеуказанного воздушного канала от внутреннего объема шкафа, причем система принудительного охлаждения реактивных элементов включает, по меньшей мере, один приточный вентилятор, расположенный внутри шкафа напротив входного отверстия для забора охлаждающего воздуха окружающей среды, которое вместе с выходными отверстиями вывода нагретого воздуха в окружающую среду расположены на задней стенке шкафа, а реактивные элементы отделены от основного объема шкафа перегородкой, расположенной выше входного и выходных отверстий, которые защищены кожухами, расположенными на внешней стороне задней стенки шкафа и обеспечивают соответственно забор и отвод воздуха в нижней своей части, причем внутри кожуха входного отверстия расположен защитный фильтр, каждая система принудительного охлаждения содержит собственный климат-контроллер с датчиком температуры, датчик температуры системы принудительного охлаждения радиатора расположен на основании радиатора, датчики температуры других систем принудительного охлаждения расположены внутри соответствующих охлаждаемых объемов, а система принудительного охлаждения внутреннего объема содержит, по меньшей мере, один тепловентилятор и, по меньшей мере, один приточный вентилятор, расположенный напротив выходного отверстия третьего короба с фильтрующим элементом, расположенного на внутренней стороне двери шкафа напротив входного отверстия для забора охлаждающего воздуха окружающей среды, причем выходное отверстие крыши расположено со стороны двери шкафа, а тепловентилятор расположен на панели крепления элементов управления, защиты и сигнализации.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показан общий вид станции управления содержащей шкаф управления, защиты и сигнализации с открытой дверью.
На Фиг.2 поясняется конструкция и особенности работы системы принудительного воздушного охлаждения преобразователя частоты (вид сверху).
На Фиг.3 поясняется конструкция и особенности работы приточного вентилятора системы принудительного охлаждения реактивных элементов станции управления (вид сбоку).
На Фиг.4 поясняется конструкция и особенности работы приточного вентилятора принудительного охлаждения внутреннего объема шкафа (вид сбоку).
Осуществление полезной модели.
Станция управления включается в трехфазную цепь питания и при этом режим работы станции управления задается контроллером 14 со средствами ввода/вывода информации о режиме работы станции, в соответствии с заданной программой. При этом напряжение питания по трехфазной электросети через входной фильтр от перенапряжений в питающей сети подается на блок преобразователя частоты, генеририрующий сигнал заданной частоты и напряжения, служащий для задания частоты вращения вала электродвигателя погружного электроцентробежного насоса насосной установки. Основными контролируемыми параметрами процесса подъема пластовой жидкости являются фазные токи в цепи электродвигателя погружного насоса, которые контролируются посредством датчиков фазных токов в цепи электродвигателя, с которых полезный сигнал поступает на контроллер, который на основании полученной информации задает режим работы насосной установки.
Для охлаждения размещенных внутри шкафа управления, защиты и сигнализации электрических устройств (в частности, реактивных элементов (дросселей, конденсаторов и силовых модулей блока преобразователя частоты)) в станции управления также реализована система климатизации (основой которой является система нагрева, нагнетания и вывода из нее воздуха). В процессе работы станции управления сильно нагреваются ее электрические элементы, в частности силовые модули преобразователя частоты. Для предотвращения перегрева оборудования в станции управления реализована система нагнетания и вывода из шкафа управления, защиты и сигнализации воздуха для охлаждения размещенных внутри него электрических устройств, состоящая из отверстий для подвода к электрическим устройствам холодного воздуха из окружающей среды, приточных вентиляторов станции, и отверстий для вывода из шкафа управления, защиты и сигнализации отработанного горячего воздуха во внешнюю среду. Основным конструктивным элементом станции управления является шкаф станции управления 1 с дверью 2 с резиновым уплотнением 18, которые и содержит основные электрические и механические элементы системы (контроллеры, вентиляторы, коробы и.т.п). Шкаф станции управления находится на подставке 20.
В системе климатизации станции управления (СУ), кроме системы принудительного охлаждения и нагрева внутреннего объема шкафа, можно выделить две отдельные системы - систему принудительного охлаждения реактивных элементов 10 и систему принудительного охлаждения и нагрева радиатора преобразователя частоты (ПЧ). Система климатизации поддерживает температуры соответственно реактивных элементов, преобразователя частоты, а также остальных электрических элементов в заданных пределах и просушивает СУ в случае, если влажность в нем превышает заданное максимально допустимое значение. В состав системы климатизации входят контроллер СУ 14 со встроенной системой обогрева, термостат 6 системы принудительного охлаждения и нагрева внутреннего объема шкафа, климат-контроллер преобразователя частоты 3, климат-контроллер 7 системы принудительного охлаждения и нагрева внутреннего объема шкафа, климат-контроллер 12 системы принудительного охлаждения реактивных элементов, центробежный вентилятор 5 охлаждения радиатора 4, тепловентилятор/циркуляционный вентилятор 8 системы принудительного охлаждения и нагрева внутреннего объема шкафа 10, приточный вентилятор системы принудительного охлаждения и нагрева внутреннего объема шкафа 16, приточный вентилятор 13 системы принудительного охлаждения реактивных элементов. Климат-контроллер 3 системы принудительного охлаждения и нагрева радиатора преобразователя частоты установлен на радиаторе 4 и служит для включения/выключения центробежного вентилятора вентилятора радиатора 5 ПЧ в зависимости от значения температуры датчика. Климат-контроллер 7 служит для включения вентилятора с функцией обогрева 8 системы принудительного охлаждения и нагрева внутреннего объема шкафа (тепловентилятора/циркуляционного вентилятора), в зависимости от температуры (и влажности) внутреннего объема шкафа. Кроме того, вентилятор 8 может включаться механическим термостатом 6 (порог срабатывания устанавливается на термостате) независимо от контроллера, тем самым уменьшается время прогрева СУ. Климат-контроллер 12 системы принудительного охлаждения и нагрева радиатора преобразователя частоты служит для включения приточного вентилятора 13 в зависимости от температуры в том объеме шкафа, в котором есть реактивные элементы.
При подаче питающего напряжения на СУ включается контроллер (если температура внутри контроллера выше минус 20°С). В конструкции контроллера предусмотрена система обогрева, которая при необходимости обеспечивает его прогрев до рабочей температуры. С контроллера подается напряжение питания на все блоки климат-контроллеров системы климатизации. Кроме этого контроллер СУ после включения производит конфигурирование всех климат-контроллеров СУ (запись в них уставок, по которым они будут осуществлять свою работу). Если соответствующая температура превышает минимально допустимое значение (заданное в контроллере СУ), контроллер немедленно включает систему управления ПЧ.
На Фиг.1 и 2 поясняются основные особенности работы и конструкции системы принудительного охлаждения и нагрева радиатора преобразователя частоты. Основные ее элементы: климат-контроллер преобразователя частоты 3, радиатор охлаждения (прежде всего силовых элементов) преобразователя частоты 4 с основанием радиатора 24, центробежный вентилятор охлаждения радиатора 5. Воздух из внешней среды поступает во входное отверстие 25 для забора воздуха внешней среды в радиатор для охлаждения радиатора и преобразователя частоты. Первый короб 31 (установленный на корпусе шкафа станции управления 26, например, укрепленный на внутренней стороне задней стенки шкафа) формирует воздушный канал - поток воздуха проходит вдоль продольных ребер 29 радиатора охлаждения силовых элементов преобразователя частоты и далее через выходное отверстие 27 для вывода горячего воздуха поступает на вход центробежного вентилятора охлаждения радиатора 5, который находится в втором коробе 28 (коробе центробежного вентилятора охлаждения радиатора силовых элементов преобразователя частоты) и через выходное отверстие второго короба 30 для вывода нагретого воздуха во внешнюю среду поток воздуха поступает во внешнюю среду.
На Фиг.1 и 3 поясняются детали работы и конструктивные особенности системы принудительного воздушного охлаждения системы принудительного охлаждения реактивных элементов 10, выше которого соответственно находятся остальные охлаждаемые компоненты станции управления. Система 10 изолирована от системы принудительного охлаждения и нагрева внутреннего объема шкафа перегородкой 9. Она обеспечивает независимость работы соответствующих систем принудительного воздушного охлаждения. На задней стенке шкафа 19 выполнено входное отверстие 23 для забора воздуха приточным вентилятором 13 системы принудительного охлаждения реактивных элементов. Оно закрыто кожухом 22 для входного отверстия 23. В кожухе 22 расположен фильтрующий элемент 21 приточного вентилятора 13. При заборе охлаждающего во внутренний объем шкафа с реактивными элементами поток воздуха внешней среды проходит через фильтрующий элемент 21 и через отверстие 23 попадает на вход приточного вентилятора 13. Вывод нагретого воздуха через выходные отверстия 11 системы принудительного охлаждения реактивных элементов.
На Фиг.1 и 4 поясняются детали работы и конструктивные особенности системы принудительного воздушного охлаждения и нагрева внутреннего объема шкафа. Имеется третий короб 15 с фильтрующим элементом 17 (осуществляющим, в частности, очистку воздуха от крупных частиц из внешней среды), расположенный на внутренней стороне двери шкафа 2 напротив входного отверстия 33 для забора охлаждающего воздуха. В третьем коробе выполнено выходное отверстие 32, напротив которого расположен приточный вентилятор 16. На Фиг.4 стрелками показано направление потока охлаждающего воздуха из внешней среды к выходному отверстию 32 третьего короба по воздушному каналу, образованному внутренней поверхностью дверцы шкафа и третьим коробом. Вывод нагретого воздуха в соответствующей системе принудительного воздушного охлаждения принудительного воздушного охлаждения и нагрева внутреннего объема шкафа, как и в известной станции управления (прототипе) осуществляется через отверстия для вывода горячего воздуха, выполненные в крыше шкафа.
Предложенная конструкция станции управления может быть использована для управления как приводами погружных насосов, так и приводами любых других устройств с вентильными и асинхронными двигателями.