СТАНЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОГРУЖНОЙ 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 механизированной добычи пластовой жидкости.
Уровень техники
В настоящее время станции управления практически всех производителей («АЛНАС», «БОРЕЦ», «ЭЛЕКТОН», «ТРИОЛ».), включают шкаф управления с размещенными в нем преобразователем частоты, состоящим из блока силовой электроники, и системы управления и блоком реактивных элементов (см. Руководство по эксплуатации СУ ЭЦН ТРИОЛ, стр.7, 8). Охлаждение термонапряженных элементов станций управления осуществляется потоком воздуха. При этом элементы блока силовой электроники и системы управления устанавливаются на основании радиатора, ребра которого охлаждаются воздушным потоком, создаваемым вентилятором.
Недостатком известных станций управления является относительно неэффективная система охлаждения блоков силовой электроники и системы управления. На фиг.1 показан радиатор 1, на котором размещены блоки силовой электроники 2. На фиг.2 буквой А отмечен профиль температуры основания радиатора вдоль линии 3-4 на фиг.1. Из фигуры видно, то в зоне установки блоков силовой электроники температура основания радиатора значительно превышает температуру радиатора вне зоны установки блоков силовой электроники. Это обстоятельство обуславливает соответствующий перегрев блоков силовой электроники и, тем самым, снижает ресурсные показатели станции управления.
Раскрытие полезной модели
Техническая задача полезной модели состоит в повышении надежности работы станции управления, экономии затрат электроэнергии в системе охлаждения и унификации узлов станций управления.
Указанный технический результат достигается тем, что станция управления погружной насосной установкой, содержащая преобразователь частоты, состоящий из блока силовой электроники, системы управления и блока реактивных элементов, расположенный в шкафу управления, защиты и сигнализации, причем блок реактивных элементов расположен в отдельной части шкафа,, отделенной перегородкой от основной части шкафа, и системы термостабилизации, одна из которых содержит, по меньшей мере, один тепловентилятор, расположенный в основной части шкафа, и, по меньшей мере, один вентилятор для притока охлаждающего воздуха в основную часть шкафа, по меньшей мере, один климат-контроллер, расположенный в основной части шкафа, вторая содержит вводное отверстие в передней стенке отдельной части шкафа, предназначенное для ввода охлаждающего воздуха внутрь отдельной части шкафа, выводное отверстие в передней стенке отдельной части шкафа, предназначенное для вывода охлаждающего воздуха из отдельной части шкафа, вентилятор, гидравлический вход которого гидравлически соединен с вводным отверстием, и двух датчиков температуры, расположенных в отдельной части шкафа, и третья из которых включает, по меньшей мере, один воздушный канал, расположенный внутри основной части шкафа, в котором установлен вентилятор третьей системы охлаждения, создающий поток охлаждающего воздуха, причем вход и выход канала гидравлически связаны с атмосферой, и, по меньшей мере, один радиатор, на основании которого размещены элементы блока силовой электроники и системы управления, причем ребра радиатора расположены в воздушном канале вдоль потока охлаждающего воздуха, а основание радиатора установлено внутри основной части шкафа с обеспечением изоляции вышеуказанного воздушного канала от основной части шкафа, при этом, согласно полезной модели, с внутренней стороны передней стенки отдельной части шкафа установлен вводной короб, герметично накрывающий вводное отверстие и выводной короб, герметично накрывающий выводное отверстие, в верхней части выводного короба выполнены отверстия выводного короба, а в верхней части вводного короба выполнены отверстия вводного короба, которые с внешней стороны вводного короба герметично накрывает вентиляторный короб, внутри которого установлен вентилятор, вентиляторный короб имеет выходное отверстие вентиляторного короба, кроме этого, на внешней поверхности отдельной части шкафа установлена вводная крышка, имеющая в нижней части выдавленные в одном направлении отверстия, герметично накрывающая вводное отверстие, и выводная крышка, имеющая в нижней части выдавленные в одном направлении отверстия, герметично накрывающая выводное отверстие, а внутри отдельной части шкафа установлена перегородка, сводящая гидравлическую связь между выходным отверстием вентиляторного короба и отверстиями выводного короба к зазору между перегородкой и задней стенкой отдельной части шкафа, при этом, электрические соединения между реактивными элементами могут производиться через отверстия в перегородке, при этом, один из датчиков температуры, расположенных в отдельной части шкафа, установлен непосредственно на поверхности реактивных элементов, а в пространстве между ребрами радиатора под тепловыделяющими элементами блока силовой электроники и системы управления установлены завихрители - турбулизаторы воздушного потока в виде зубцов гребенки, отогнутых относительно сплошной части гребенки, причем, гребенка сплошной частью закреплена на стенке воздушного канала.
Кроме того, в станции управления погружной насосной установкой перегородка, сводящая гидравлическую связь между выходным отверстием вентиляторного короба и отверстиями выводного короба к зазору между перегородкой и задней стенкой отдельной части шкафа может состоять из нескольких деталей.
Также, в станции управления погружной насосной установкой в пространстве между ребрами радиатора под тепловыделяющими элементами блока силовой электроники и системы управления установлены завихрители
- турбулизаторы воздушного потока в виде цепи, состоящей из U-образных проволочных элементов, один из концов которых выполнен в виде спирали, а сочленение двух соседних элементов цепи осуществлено путем введения гладкого конца одного элемента в пространство, ограниченное спиралью другого элемента, при этом каждый U-образный проволочный элемент закреплен основанием на стенке воздушного канала.
Кроме этого, в станции управления погружной насосной установкой при размещении элементов блока силовой электроники и системы управления на двух или нескольких радиаторах между радиаторами установлен завихритель-турбулизатор воздушного потока в виде спирали из плоской ленты, закрепленный на стенке воздушного канала.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показано характерное расположение элементов блока силовой электроники на радиаторе.
На Фиг.2 показаны профили температуры основания радиатора при наличии и отсутствии турбулизаторов - завихрителей.
На Фиг.3 показан внешний вид станции управления.
На Фиг.4 представлен разрез станции управления, на котором видны элементы второй системы охлаждения.
На Фиг.5 показана отдельная часть шкафа управления, защиты и сигнализации.
На Фиг.6 представлен разрез станции управления, на котором видны элементы третьей системы охлаждения.
На Фиг.7 показан радиатор с элементом блока силовой электроники и турбулизатором - завихрителем.
На Фиг.8 показан турбулизатор - завихритель между радиаторами третьей системы охлаждения.
Осуществление полезной модели
Общий вид станции управления погружной насосной установкой показан на фиг.3. Дверцы и часть стенок шкафа условно прозрачны. Станция управления содержит преобразователь частоты, состоящий из блока силовой электроники 5, системы управления 6 и блока реактивных элементов 7, расположенный в шкафу управления, защиты и сигнализации 8, причем блок реактивных элементов расположен в отдельной части шкафа 9, отделенной перегородкой 10 от основной части шкафа 11, термостабилизация элементов которой осуществляется, по крайней мере, тремя системами. Первая система термостабилизации содержит, по меньшей мере, один тепловентилятор 12, расположенный в основной части шкафа 11, и, по меньшей мере, один вентилятор 13 для притока охлаждающего воздуха в основную часть шкафа. Включение и выключение вентиляторов производится по сигналам, по меньшей мере, одного климат-контроллера 14, расположенного в основной части шкафа 11.
Вторая система охлаждения предназначена для термостабилизации блока реактивных элементов, расположенного в отдельной части шкафа 9. Система включает вводное отверстие 16 в передней стенке отдельной части шкафа 9, предназначенное для ввода охлаждающего воздуха внутрь отдельной части шкафа 9 и выводное отверстие 17 в передней стенке отдельной части шкафа 9, предназначенное для вывода охлаждающего воздуха из отдельной части шкафа 9. Согласно полезной модели, с внутренней стороны передней стенки отдельной части шкафа 9 устанавливаются вводной короб 18, герметично накрывающий вводное отверстие 16 и выводной 19 короб, герметично накрывающий выводное отверстие 17, при этом в верхней части выводного короба выполнены отверстия выводного короба 22, а в верхней части вводного короба 18 выполнены отверстия вводного короба 20, которые с внешней стороны вводного короба 18 герметично накрывает вентиляторный короб 21, внутри которого устанавливается вентилятор 15, причем вентиляторный короб имеет выходное отверстие вентиляторного короба (на фиг.4 выходное отверстие вентиляторного короба закрыто его боковой поверхностью), при этом на внешней поверхности отдельной части шкафа/9 устанавливается вводная крышка 23, имеющая в нижней части выдавленные в одном направлении отверстия 25, герметично накрывающая вводное отверстие 16, и выводная крышка 24, имеющая в нижней части выдавленные в одном направлении отверстия 26, герметично накрывающая выводное отверстие 17. Согласно полезной модели, внутри отдельной части шкафа 9 устанавливается перегородка 27, сводящая гидравлическую связь между выходным отверстием вентиляторного короба и отверстиями выводного короба 22 к зазору 28 между перегородкой 27 и задней стенкой 29 отдельной части шкафа 9, при этом электрические соединения между реактивными элементами могут производиться через отверстия в перегородке. Перегородка может состоять из нескольких деталей. Включение и выключение вентилятора 15 осуществляется по сигналам двух датчиков температуры, расположенных в отдельной части шкафа 9, один из которых, согласно полезной модели, установлен непосредственно на поверхности реактивных элементов 7.
Третья система охлаждения включает, по меньшей мере, один воздушный канал 30, расположенный внутри основной части шкафа 11, в котором установлен вентилятор третьей системы охлаждения 31, создающий поток охлаждающего воздуха, причем вход 32 и выход 33 канала гидравлически связаны с атмосферой, и, по меньшей мере, один радиатор 34, на основании которого размещены элементы блока силовой электроники и системы управления 35, причем ребра радиатора расположены в воздушном канале вдоль потока охлаждающего воздуха, а основание радиатора установлено внутри основной части шкафа с обеспечением изоляции вышеуказанного воздушного канала от основной части шкафа, при этом, согласно полезной модели, в пространстве между ребрами радиатора под тепловыделяющими элементами блока силовой электроники и системы управления 35 устанавливаются завихрители - турбулизаторы воздушного потока в виде зубцов гребенки 37, которые отогнуты относительно сплошной части гребенки 38, при этом, гребенка сплошной частью крепится на стенку воздушного канала 39. Турбулизаторы воздушного потока могут быть выполнены в виде цепи, состоящей из U-образных проволочных элементов, один из концов которых выполнен в виде спирали, а сочленение двух соседних элементов цепи осуществляется путем введения гладкого конца одного элемента в пространство, ограниченное спиралью другого элемента, при этом каждый U-образный проволочный элемент крепиться основанием на стенку воздушного канала. При размещении элементов блока силовой электроники и системы управления на двух или нескольких радиаторах 34 между радиаторами устанавливается завихритель - турбулизатор воздушного потока в виде спирали из плоской ленты, который крепиться на стенку воздушного канала 39.
Станция управления включается в трехфазную цепь питания. При этом напряжение питания подается на преобразователь частоты, генерирующий сигнал заданной частоты и напряжения, необходимый для задания частоты вращения вала насоса погружной насосной установки. Определяющими параметрами процесса подъема пластовой жидкости являются токи в цепи электродвигателя погружного насоса, контролируемые системой управления 6, которая на основании полученной информации задает режим работы насосной установки.
Поддержание необходимого температурного уровня в основной части шкафа 11 осуществляется путем нагрева воздух тепловентилятором 12 или притоком охлаждающего воздуха вентилятором 13. Включение и выключение вентиляторов производится по сигналам, по меньшей мере, одного климат-контроллера 14, расположенного в основной части шкафа 11.
Термостабилизации блока реактивных элементов, расположенного в отдельной части шкафа 9 производится второй системой охлаждения.
За счет разряжения, создаваемого вентилятором 15, поток атмосферного воздуха, последовательно, через отверстия 25 вводной крышки 23 и вводное отверстие 16 поступает в вводной короб 18, откуда через отверстия вводного короба 20 поступает в на вход вентилятора 15, расположенного в вентиляторном коробе 21. Под действием напора, создаваемого вентилятором 15 и за счет наличия перегородки 27 поток охлаждающего атмосферного воздуха через выходное отверстие вентиляторного короба направляется к задней стенке 29 отдельной части шкафа 9, движется вдоль нее и поступает в отверстия выводного короба 22, через которые по выводному коробу 19, последовательно, через выводное отверстие 17 и отверстия 26 удаляется в атмосферу. Наличие перегородки 27 не позволяет потоку охлаждающего воздуха двигаться напрямую от выходного отверстия вентиляторного короба к отверстиям выводного короба 22, минуя тепловыделяющие узлы блока реактивных элементов, что способствует повышению эффективности охлаждения узлов блока реактивных элементов. Повышается надежность работы станции управления. Достичь необходимого эффективности охлаждения при отсутствии перегородки 27 можно путем увеличения расхода охлаждающего воздуха. В этом случае, даже при отсутствии перегородки, часть охлаждающего воздушного потока будет обтекать тепловыделяющие узлы блока реактивных элементов. Однако, при таком положении дел необходимо значительно увеличить мощность вентилятора 15, что ведет к повышению затрат электроэнергии. Следовательно, наличие перегородки 27 обуславливает экономию затрат элетроэнергии на привод вентилятора системы охлаждения. Перегородка, состоящая из нескольких деталей, может быть более технологичной при изготовлении и монтаже внутри станции управления. При движении потока охлаждающего воздуха в вводном коробе 18, благодаря относительному смещению отверстий вводного короба 20 и отверстия вводной крышки 25, имеет место резкое изменение направления движения потока, что снижает вероятность попадания воды и снега внутрь отдельной части шкафа 9 при работе станции управления. Этот лабиринт и аналогичный лабиринт на выходе потока из станции управления в атмосферу снижают вероятность попадания воды и снега внутрь станции управления при выключенном вентиляторе системы охлаждения 18. Попадание снега и воды внутрь отдельной части шкафа 9 крайне негативно сказывается на надежности работы станции управления. В этой связи, заявляемая конструкция, создающая лабиринты для воздушного потока на входе в станцию управления и на выходе из нее, и тем самым, снижающая вероятность попадания снега и воды в станцию управления, повышает надежность работы станции. Расположение одного из датчиков температуры непосредственно на поверхности реактивных элементов повышает достоверность информации о температуре элементов, что повышает надежность работы станции управления.
Термостабилизация блока силовой электроники осуществляется третьей системой охлаждения. За счет разряжения, создаваемого вентилятором третьей системы охлаждения 31, поток атмосферного воздуха через вход 32 воздушного канала 30 протекает в межреберном пространстве радиатора 34, причем под тепловыделяющими элементами завихрителями - турбулизаторами повышается степень турбулентности воздушного потока. Теплота, выделяемая в элементах блока силовой электроники и системы управления, через основание и ребра радиатора отводится к воздушному потоку. Под действием напора, создаваемого вентилятором 31 поток охлаждающего воздуха через выход 33 воздушного канала 30 удаляется в атмосферу.
На фиг.2 буквой А отмечен профиль температуры основания радиатора при отсутствии завихрителей - турбулизаторов, а буквой В отмечен профиль температуры основания радиатора при наличии завихрителей - турбулизаторов в виде зубцов гребенки 37. Из рисунка видно, что наличие завихрителей - турбулизаторов значительно снижает температуру основания радиатора под тепловыделяющими элементами блока силовой электроники и системы управления 35. Соответственно, снижается температура элементов блока силовой электроники и системы управления, что повышает надежность работы станции управления. Завихрители - турбулизаторы воздушного потока в виде цепи, состоящей из U-образных проволочных элементов, один из концов которых выполнен в виде спирали, позволяют дополнительно закручивать воздушный поток, что увеличивает интенсивность теплоотдачи от ребер радиатора к воздушному потоку и, как следствие, снижение температуры радиатора, что повышает надежность работы станции управления.
При размещении элементов блока силовой электроники и системы управления на двух или нескольких радиаторах между радиаторами устанавливается завихритель - турбулизатор воздушного потока в виде спирали из плоской ленты 40, который крепиться на стенку воздушного канала 39. Это дополнительно турбулизирует воздушный поток и создает принудительный поток воздуха в область основания ребер, где теплоотдача к воздуху наиболее эффективна, что увеличивает интенсивность теплоотдачи от ребер радиатора к воздушному потоку и, как следствие, снижает температуру радиатора, что повышает надежность работы станции управления.
Применение завихрителей - турбулизаторов позволяет использовать их для унификации узлов станций управления. Например, радиатор, предназначенный для охлаждения тепловыделяющих элементов блока силовой электроники и системы управления 35, при наличии завихрителей - турбулизаторов, можно использовать для более мощной станции управления.