ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД ДЛЯ СКВАЖИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА

Полезная модель относится к устройствам для добычи нефти, в частности к наземному электро-гидравлическому оборудованию, которое приводит в действие штанговый скважинный насос.
Основным видом устройств, широко используемых в настоящее время в качестве приводов штанговых скважинных насосов, являются механические балансирные станки-качалки. Значительный вес механических частей таких приводов требует существенных затрат на изменение длины хода штока, балансировку и на обустройство фундаментов. Значительный вес приводов ограничивает возможность их переноса с одной скважины на другую, а также установку на плавучих, болотистых и обводняемых грунтах. Балансирные станки-качалки с ходом штока более 4 м практически не осуществимы в связи с резким увеличением их массы.
В связи с этим все более широкое применение находят гидроприводы штанговых скважинных насосов. В России действует ГОСТ Р 51763-2001 «Приводы скважинных штанговых насосов», который регламентирует общие требования к механическим и гидравлическим приводам. Такие приводы имеют в 3-5 раз меньшую массу, чем механические. Гибкость управления потоком масла обеспечивает гидравлическим приводам преимущество в эксплуатации. При этом за счет малой инерции гидромашин достигается быстрое и автоматизируемое изменение хода штока скважинного насоса, числа ходов в минуту, изменение скорости подъема и опускания штанг.В конструкции гидропривода штангового скважинного насоса используется насосная установка, обеспечивающая поток масла под давлением, и гидроцилиндр, поршень и шток которого движутся под действием потока масла от насосной установки. Шток гидроцилиндра непосредственно или через механическую систему (например, через блок с гибким тяговым органом) соединен со штоком штангового скважинного насоса. Насосная установка, в свою очередь, состоит из приводного двигателя, насоса и системы управления. При этом, для обеспечения равномерного потребления энергии приводным двигателем во всем цикле подъема и опускания штанг выполняют балансирование гидропривода, которое, также как в обычных станках-качалках, состоит в статическом уравновешивании колонны штанг скважинного насоса и в динамическом уравновешивании моментов инерции движущихся частей.
Недостаток известного гидропривода заключается в отсутствии возможности оперативного изменения условий балансировки при изменении параметров добычи и характеристик скважины в процессе эксплуатации, а именно: изменение нагрузки на шток гидроцилиндра, количество откачиваемой нефти и ее плотность, длина хода штока скважинного насоса.
Известен электро-гидравлический привод по патенту US 5827051 «Regenerative hydraulic power transmission for down-hole pump» US Classes 417/375, 417/904, 60/414, опубл. 27 октября 1998 г., используется приводной электродвигатель, гидроцилиндр и реверсивный по потоку регулируемый аксиально-поршневой насос-мотор. Реверс качающего узла насоса и изменение подачи гидравлического насоса-мотора осуществляется устройством управления, представляющим собой механическую связь с движущимся штоком (патент US 5743716 "Reversible pump controller" F04B 49/00). При подъеме штанг насос-мотор работает как насос и подает масло в штоковую полость гидроцилиндра, а при опускании штанг масло через насос-мотор сливается в бак. При ходе штанг вниз насос-мотор переходит в моторный режим и раскручивает маховик, соединенный с валом приводного двигателя. За счет сил инерции маховика осуществляется динамическое балансирование привода и повторное использование (регенерация) энергии для подъема штанг в следующем цикле.
Недостатком указанного известного гидравлического привода является большой объем и масса маховика, а также фиксированный момент инерции маховика для балансирования, который невозможно оперативно изменять при изменении параметров добычи и характеристик скважины в процессе эксплуатации, таких как нагрузка на штоке, количество откачиваемой нефти и ее плотность, длина хода штока скважинного насоса. В этом данная конструкция повторяет недостатки механических станков-качалок.
Известен гидравлический привод по патенту US 5996688 «Hydraulic pump jack drive system for reciprocating an oil well pump rod» класс МПК E21B 43/00, опубликовано 28 апреля 1998 г., кроме основного гидроцилиндра используют дополнительный гидроцилиндр, соединенный с резервуаром, заполненным сжатым газом (пневмогидроаккумулятор). Давление и энергию сжатого газа используют для статического и динамического балансирования гидравлического привода и возвратно-поступательного движения штока.
Однако недостатком известного гидравлического привода, в первую очередь, является большой объем и масса пневмогидроаккумулятора, а также фиксированное давление газа (азота) в пневмоаккумуляторе для балансирования, которое невозможно оперативно изменять при изменении параметров добычи и характеристик скважины в процессе эксплуатации, таких как нагрузка на штоке, количество откачиваемой нефти и ее плотность, длина хода штока скважинного насоса. Кроме того, недостатком является относительно невысокий КПД гидропривода, в котором при движении масла в трубах и гидроаппаратах происходит завихрение жидкости и превращение гидравлической энергии в тепловую.
Известны гидроприводы глубинного штангового насоса по патентам Российской федерации №2277644 С1 МПК F04B 47/04 опубл. 10.06.2006 и №76085 МПК F04B 47/04 опубл. 10.09.2008, а также "Гидравлический привод подъемного устройства", предназначенный для приведения в действие скважиного штангового насоса по патенту РФ №92488 U1 МПК F04B 47/04 опубл. 20.03.2010.
Гидропривод глубинного насоса по патенту РФ №2277644 C1 МПК F04B 47/04 опубл. 10.06.2006 содержит гидроцилиндр, соединенный со штоком скважинного насоса, емкость (бак) для рабочей жидкости, силовой насос и пневмогидроаккумулятор. Реверсирование движения штока и изменение скорости его движения производится с помощью пропорционального дросселирующего гидрораспределителя, связанного с системой управления. Система управления содержит верхний и нижний выключатели и управляемый ими электромагнитный элемент, обеспечивающий переключение гидрораспределителя. Для зарядки пневмогидро-аккумулятора используют дополнительный насос и гидрораспределитнель.
Гидропривод глубинного насоса по патенту РФ №76085 МПК F04B 47/04 опубл. 10.09.2008 также содержит гидроцилиндр, соединенный со штоком скважинного насоса, емкость (бак) для рабочей жидкости, гидравлический насос и пневмогидроаккумулятор. Реверсирование движения штока производится с помощью гидрораспределителя, связанного с системой управления.
Гидравлический привод подъемного устройства, предназначенный для приведения в действие скважиного штангового насоса, патент РФ №92488 U1 МПК F04B 47/04 опубл. 20.03.2010, содержит рабочий и уравновешивающий гидроцилиндры, насос с электродвигателем, гидробак и гидрораспределитель, соединенный с блоком управления, вход которого соединен с датчиками конечных положений штока. Частота реверса хода штока определяется изменением времени паузы между переключениями направления потока рабочей жидкости гидрораспределителем.
Недостатком вышеописанных гидроприводов является отсутствие возможности оперативного изменения режима работы гидропривода при изменении параметров добычи и характеристик скважины в процессе эксплуатации, таких как нагрузка на штоке, количество откачиваемой нефти и ее плотность, длина хода штока скважинного насоса, а также низкий кпд, обусловленный гидравлическими потерями в гидрораспределителе при работе с нерегулируемым насосом.
Наиболее близким к предлагаемому является электро-гидравлический привод для скважинного штангового насоса по заявке на патент US 2011/0014064 Al "Hydraulic Oil Well Pumping Apparatus" класс МПК Е21В 43/12, F04B 35/00 опубл. 20 января 2011 г. заявитель "Petro Hydraulic Lift System" (Lafkin, US). В этом устройстве применен гидроцилиндр, приводной двигатель, регулируемый насос компенсационного типа с наклонной шайбой, два гидрораспределителя (пропорциональный дроссселирующий гидрораспределитель, регулирующий поток, и, реверсирующий поток, дискретный гидрораспределитель, функционально аналогичный запорному электрогидравлическому элементу), предохранительный клапан, бак для рабочей жидкости, электронная система управления, включающая программируемое устройство управления (контроллер), соединенная с датчиками хода штока гидроцилиндра. Устройство управления обеспечивает реверс и изменения скорости движения штока гидроцилиндра.
Недостатком указанного электро-гидравлического привода является пассивное уравновешивание поднимаемой колонны штанг скважинного насоса силами гидравлического трения, что снижает его кпд.
Заявленная полезная модель решает задачу создания электрогидравлического привода для скважинного штангового насоса, осуществление которого позволяет достичь технического результата, заключающегося в возможности оперативного изменения режимов работы гидропривода при изменении нагрузок на шток поршня штангового скважинного насоса при одновременном повышении КПД путем повышения экономии электроэнергии.
Сущность полезной модели заключается в том, что в заявленном электро-гидравлическиом приводе для скважинного штангового насоса, содержащем гидравлический насос, подключенный к приводному электродвигателю, гидроцилиндр, бак для рабочей среды, запорный электрогидравлический элемент и предохранительный клапан, присоединенные к напорной линии насоса, датчик перемещения штока гидроцилиндра, систему управления, включающую программируемое устройство управления, при этом насос гидравлически соединен с баком для рабочей среды и, через запорный электрогидравлический элемент, с полостью гидроцилиндра, новым является то, что гидравлический насос представляет собой реверсивный, нерегулируемый гидравлический насос-мотор, а приводной электродвигатель выполнен реверсивным, кроме того, в систему управления введен частотный преобразователь, при этом система управления состоит из соединенных между собой программируемого устройства управления и частотного преобразователя, причем частотный преобразователь соединен с приводным электродвигателем, а программируемое устройство управления соединено с датчиком перемещения штока гидроцилиндра. При этом, частотный преобразователь выполнен с возможностью рекуперации электрической энергии и снабжен устройством накопления рекуперируемой электрической энергии. Кроме того, электро-гидравлический привод для скважинного штангового насоса снабжен: реверсивным фильтром, включенным в напорную магистраль насоса-мотора; соединенными между собой маслоохладителем и циркуляционным насосом, которые циркуляционным насосом подключены к баку для рабочей среды; датчиком давления в рабочей магистрали между насосом-мотором и штоковой полостью гидроцилиндра, который подключен к программируемому устройству управления.
Технический результат достигается следующим образом.
Признаки полезной модели: «Электро-гидравлический привод для скважинного штангового насоса, содержащий гидравлический насос, подключенный к приводному электродвигателю, гидроцилиндр, бак для рабочей среды, запорный электрогидравлический элемент и предохранительный клапан, присоединенные к напорной линии насоса, датчик перемещения штока гидроцилиндра, систему управления, включающую программируемое устройство управления, при этом насос гидравлически соединен с баком для рабочей среды и, через запорный электрогидравлический элемент, с полостью гидроцилиндра,…» являются неотъемлемой частью заявленного гидропривода и обеспечивают его работоспособность, а, следовательно, обеспечивают достижение заявленного технического результата, заключающегося в возможности оперативного изменения режимов работы гидропривода при изменении нагрузок на шток поршня штангового скважинного насоса при одновременном повышении КПД путем повышения экономии электроэнергии.
Кроме того:
- гидравлический насос представляет собой нерегулируемый гидравлический насос-мотор (не имеющий внутреннего регулятора), реверсируемый по потоку рабочей среды (масла) путем изменения направления вращения его вала; подача насоса регулируется изменением частоты вращения от внешнего устройства;
- приводной электродвигатель, к которому присоединен вал насоса-мотора, выполнен реверсивным и имеет (конструктивно обеспечивает) частое реверсивное вращение;
- реверсивный приводной электродвигатель присоединен к частотному преобразователю, управляемому программируемым устройством управления, что обеспечивает возможность регулирования частоты вращения вала электродвигателя;
- введен частотный преобразователь (это устройство, которое состоит из выпрямителя с шиной постоянного тока и контура преобразования частоты и напряжения. К шине постоянного тока могут подключаться внешние устройства, например, устройства для накопления электрической энергии). Частотный преобразователь подключен к приводному электродвигателю, что обеспечивает возможность регулирования частоты вращения и реверс валов связанных с ним и между собой приводного электродвигателя и насоса-мотора, возможность регулирования времени реверса и зависимости изменения угловой скорости (и ускорения) от времени. При этом частотный преобразователь выполнен с возможностью рекуперации электрической энергии с отдачей ее в сеть или с накоплением в накопительном устройстве привода;
- система управления состоит из соединенных между собой программируемого устройства управления (например, программируемый контроллер) и частотного преобразователя, причем частотный преобразователь соединен с приводным электродвигателем, а программируемое устройство управления соединено с датчиком перемещения штока гидроцилиндра.
Программируемое устройство управления контролирует режим работы электро-гидравлического привода и управляет приводом по заданной оператором программе.
Датчик перемещения штока гидроцилиндра осуществляет непрерывное слежение за положением штока. Сигнал от датчика перемещения штока поступает в электронную систему управления.
Устройство может быть снабжено датчиком давления в магистрали между насосом и гидроцилиндром, который включен в соответствующую магистраль и подключен к программируемому устройству управления. Датчик давления в рабочей полости используют для контроля параметров работы гидросистемы и скважинного штангового насоса.
Частотный преобразователь по управляющему сигналу из программируемого устройства управления, формируемому по данным датчика перемещения штока, плавно разгоняет или плавно тормозит электродвигатель и связанный с ним насос-мотор, тем самым регулирует время разгона-торможения и установившуюся скорость движения штока гидроцилиндра, изменяет (реверсирует) направление движения штока гидроцилиндра.
В заявленном электро-гидравлическом приводе в качестве гидравлического насоса применен реверсивный, нерегулируемый гидравлический насос-мотор, являющийся полностью обратимой и реверсивной по потоку гидромашинной. При этом насос-мотор подключен к приводному электродвигателю, который выполнен реверсивным и является полностью обратимой электромашиной. Заявленное выполнение насоса-мотора и электродвигателя обеспечивает возможность управления режимом работы электродвигателя посредством, соединенного с приводным электродвигателем, частотного преобразователя, управляемого программируемым управляющим устройством. В результате, при достижении заданного верхнего положения штока, определяемого датчиком перемещения штока гидроцилиндра, система управления плавно изменяет частоту вращения электродвигателя посредством частотного преобразователя и останавливает его, затем плавно меняет направление вращения валов электродвигателя и соединенного с ним насоса-мотора на противоположное. Рабочая среда начинает перекачиваться насосом из рабочей (штоковой) полости гидроцилиндра в маслобак. Поршень и шток гидроцилиндра под действием сил тяжести начинают движение вниз и позволяют опускаться штоку штангового скважинного насоса, который при этом преодолевает силу трения штанг о стенки скважины. При этом опускающиеся части оборудования начинают двигаться с ускорением в поле тяготения Земли по закону Ньютона. В результате чего ротор электродвигателя начинает вращаться быстрее, чем вращается бегущее с заданной частотой электромагнитное поле в его статоре. Вследствие этого приводной электродвигатель переходит в генераторный режим. Частотный преобразователь, фиксирует отклонение в режиме работы электродвигателя и вносит требуемую корректировку, инициируя торможение электродвигателя. Благодаря выполнению частотного преобразователя с возможностью рекуперации электрической энергии и с устройством накопления рекуперируемой электрической энергии, генерируемая электромашиной электрическая энергия накапливается в частотном преобразователе в устройстве накопления рекуперируемой электрической энергии, например, накапливается в батарее конденсаторов, подключенной на клеммы частотного преобразователя.
Таким образом, при торможении колонны штанг в верхнем положении и при ее опускании электродвигатель переходит в генераторый режим. При этом крутящий момент сопротивления электромашины в режиме генератора, автоматически регулируемый частотным преобразователем (торможение электродвигателем), обеспечивает балансировку (уравновешивание) гидропривода при опускании колонны штанг скважинного насоса в соответствии с воздействующей в настоящий момент времени нагрузкой на шток поршня штангового скважинного насоса.
Благодаря заявленным связям, обратимая электромашина позволяет при помощи частотного преобразователя возвращать (рекуперировать) в питающую сеть или в накопитель электроэнергии часть энергии, запасенной при опускании штанг скважинного насоса. Частотный преобразователь использует рекуперированную энергию в цикле подъема штанг скважинного насоса, снижая тем самым количество электроэнергии, потребляемой из сети. В результате обеспечивается более равномерное потребление мощности из электросети при изменении нагрузок на шток поршня штангового скважинного насоса.
Таким образом, в заявляемом электро-гидравлическом приводе для скважинного штангового насоса торможение электродвигателем выполняет функцию уравновешивания гидравлического привода скважинного штангового насоса маховиком или пневмогидроаккумулятором, в приведенных аналогах, или пассивного уравновешивания поднимаемой колонны штанг скважинного насоса силами гидравлического трения - в прототипе. При этом крутящий момент сопротивления электродвигателя в режиме генератора, автоматически регулируемый частотным преобразователем, обеспечивает балансировку (уравновешивание) гидропривода при опускании колонны штанг скважинного насоса в широком диапазоне нагрузок, а рекуперация энергии частотным преобразователем приводит к снижению количества потребляемой электроэнергии при подъеме штанг.
Таким образом, в электро-гидравлическом приводе для скважинного штангового насоса, выполненном в соответствии с заявленной формулой изобретения, обеспечивается возможность создания оптимального варианта управления входящими в него исполнительными устройствами, позволяющего оперативно изменять их режимы работы при изменении нагрузок на шток поршня штангового скважинного насоса в процессе эксплуатации скважины, одновременно обеспечивая и равномерное потребление электроэнергии приводным электродвигателем во всем цикле подъема и опускания штанг, и снижение потребления электрической энергии, что повышает КПД заявленного электро-гидравлического привода.
Как показали испытания, заявленный электро-гидравлический привод скважинного штангового насоса потребляет на 30-35% меньше электроэнергии, чем станок-качалка в тех же условиях, КПД которой оценивается величиной 70%. КПД заявляемого устройства в целом приближается к 85%, что соответствует лучшим известным достижениям в современном гидроприводе на транспорте.
Кроме того, предлагаемое выполнение заявленного электрогидравлического привода для скважинного штангового насоса упрощает его гидравлическую часть и снижает металлоемкость конструкции.
Предохранительный клапан, включен в напорную линию насос-мотора для предотвращения в аварийных ситуациях повышения рабочего давления в гидросистеме свыше допустимого.
Устройство может быть снабжено реверсивным фильтром, включенным включенным в напорную магистраль насоса-мотора между запорным электрогидравлическим элементом и гидроцилиндром. Фильтр обеспечивает очистку масла от продуктов износа и увеличивает ресурс устройства.
Устройство может быть дополнительно снабжено соединенными между собой маслоохладителем и циркуляционным насосом, которые циркуляционным насосом подключены к баку для рабочей среды. При этом использование маломощного насоса для прокачивания рабочей среды через фильтр и маслоохладитель по отдельному контуру, не связанному с основным контуром, обеспечивает дополнительную экономию электроэнергии. Использование отдельного контура для охлаждения рабочей среды эффективно для электро-гидроприводов заявленной конструкции при большой мощности.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что заявленный электрогидравлический привод для скважинного штангового насоса при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в возможности оперативного изменения режимов работы гидропривода при изменении нагрузок на шток поршня штангового скважинного насоса при одновременном повышении КПД путем повышения экономии электроэнергии.
На фиг.1 изображена принципиальная гидравлическая схема заявленного электро-гидравлического привода для скважинного штангового насоса; на фиг.2 - с отдельным контуром для охлаждения рабочей среды.
Заявленный электро-гидравлический привод для скважинного штангового насоса содержит реверсивный, нерегулируемый гидравлический насос-мотор 1, реверсивный приводной электродвигатель 2, гидроцилиндр 3, бак для рабочей среды 4, запорный электрогидравлический элемент 5, например, золотникового или клапанного типа, и предохранительный клапан 6, включенные в напорную линию насос-мотора 1, реверсивный фильтр 7, частотный преобразователь 8, программируемое устройство управления 9 (далее - контроллер), датчик 10 перемещения штока гидроцилиндра 3.
Кроме того, заявленный электро-гидравлический привод для скважинного штангового насоса может быть снабжен:
датчиком давления 11 в магистрали между насосом 1 и гидроцилиндром 3, который включен в соответствующую магистраль и подключен к контроллеру 9;
соединенными последовательно маслоохладителем 12 и циркуляционным насосом 13, подключенными циркуляционным насосом 13 к баку 4 для рабочей среды.
Нерегулируемый гидравлический насос-мотор 1 подключен к реверсивному приводному электродвигателю 2 и гидравлически соединен с баком 4 для рабочей среды, а, через запорный электрогидравлический элемент 5, - с полостью гидроцилиндра 1. Запорный электрогидравлический элемент 5 и предохранительный клапан 6 включены в напорную линию насоса-мотора 1. Система управления состоит из соединенных между собой контроллера 9 и частотного преобразователя 8. Частотный преобразователь 8 соединен с реверсивным приводным электродвигателем 2, а программируемое устройство управления 9 соединено с датчиком 10 перемещения штока гидроцилиндра 3 и датчиком давления 11.
Частотный преобразователь 8 выполнен с возможностью рекуперации электрической энергии. Кроме того, частотный преобразователь 8 снабжен устройством накопления рекуперируемой электрической энергии.
Электро-гидропривод содержит линию очистки и охлаждения масла, в частности, реверсивный фильтр 7, включенный между запорным элементом 5 и гидроцилиндром 3. Охлаждение масла происходит в маслобаке 4, но дополнительно могут быть установлены соединенные последовательно маслоохладитель 12 и циркуляционный насос 13, которые подключены к маслобаку 4 циркуляционным насосом (фиг.2).
Датчик 10 перемещения штока гидроцилиндра 3, например, магнитострикционного или лазерного типа, может быть размещен над или рядом со штоком гидроцилиндра 3.
В заявленном электро-гидроприводе применен частотный преобразователь 8 совместно с реверсивным приводным электродвигателем 2, обеспечивающими возможность достаточно частого реверса и регулирование частоты вращения приводного вала насоса-мотора 1.
Для обеспечения надежной работы привода применен специальный электродвигатель 2 с низким уровнем вибрации, с высокой электрической прочностью изоляции и частотный преобразователь 8 с функцией плавного торможения и реверса. Последнее обеспечивает нормальный режим работы электродвигателя 2, без превышения допустимого тока и момента на валу, несмотря на частоту реверса до 6 раз в минуту.
В заявленном электро-гидравлическом приводе частотный преобразователь 8 выполнен с возможностью рекуперации электрической энергии и может быть снабжен устройством накопления рекуперируемой электрической энергии. Для обеспечения экономии и равномерности потребления энергии из сети в цикле подъем-опускание штанг скважинного насоса к шине постоянного тока частотного преобразователя может быть присоединен накопитель электроэнергии, например, батарея электролитических конденсаторов большой емкости (0,2 Ф и более).
При относительно небольшой потребляемой мощности может быть использован обычный частотный преобразователь с накопителем энергии в контуре постоянного тока. В этом случае также будет обеспечено уравновешивание гидропривода крутящим моментом электромашины и выравнивание (сглаживание) потребления энергии, но без возврата энергии в питающую сеть.
Принцип действия специального высокоэффективного двухконтурного частотного преобразователя, используемого для возврата электроэнергии в сеть и для накопления в контуре постоянного тока, аналогичен описанному в патенте США №5449993 "Regenerative AC to DC converter" класс МПК H02P 3/14, 6/00 опубликовано 12.09.1995 г. Известный частотный преобразователь состоит из выпрямителя с шиной постоянного тока и контура преобразования частоты и напряжения. Для возможности рекуперации электроэнергии используется дополнительный контур преобразования, повышающий напряжение, генерируемое электромашиной, выше напряжения питающей сети. К шине постоянного тока могут подключаться внешние устройства, например, устройства для накопления энергии. В заявленном устройстве частотный преобразователь 8 соединен с реверсивным приводным электродвигателем 2, что обеспечивает возможность управления режимом работы электродвигателя 2 посредством частотного преобразователя 8.
Заявленный электро-гидравлический привод для скважинного штангового насоса работает следующим образом.
В исходном положении частотный преобразователь 8 находится в отключенном положении, двигатель 2 не работает и насос 1 не подает рабочую жидкость (масло) в гидросистему. Запорный элемент 5 удерживает шток гидроцилиндра от опускания.
При пуске устройства от контроллера 9 поступает сигнал управления на открытие запорного элемента 5 и на частотный преобразователь 8. Электродвигатель 2 начинает вращаться в заданную сторону, его частота вращения плавно увеличивается и масло подается насосом-мотором 1 в рабочую полость гидроцилиндра 3. Поршень и шток гидроцилиндра 3 приходят в движение и тянут вверх шток штангового скважинного насоса, преодолевая силу веса штанг и скважинной жидкости, а также силу трения штанг о стенки скважины. Часть нагретой рабочей жидкости (утечки масла) через дренажное отверстие насоса-мотора 1 сливается в бак 4 через предохранительный клапан 6, включенный в напорную линию насос-мотора 1, и охлаждается.
При достижении заданного верхнего положения штока, фиксируемого датчиком 10, контроллер 9 плавно изменяет частоту вращения электродвигателя посредством частотного преобразователя 8 и останавливает его, затем плавно меняет направление вращения электродвигателя 2 и соединенного с ним насоса-мотора 1 на противоположное. Насос-мотор 1 начинает перекачивать масло из рабочей (штоковой) полости гидроцилиндра 3 в маслобак 4. Поршень и шток гидроцилиндра 3 под действием сил тяжести начинают движение вниз и позволяют опускаться колонне штанг скважинного насоса, при этом преодолевая силу трения штанг о стенки скважины. При этом опускающиеся части оборудования начинают двигаться с ускорением в поле тяготения Земли по закону Ньютона. В результате чего ротор электродвигателя 2 начинает вращаться быстрее, чем вращается бегущее с заданной частотой электромагнитное поле в его статоре. Вследствие этого электродвигатель 2 переходит в генераторный режим, включается второй контур генерации в частотном преобразователе 8, возрастает напряжение на его шине постоянного тока и электроэнергия отдается в сеть или накапливается в батарее конденсаторов, подключенной на клеммы частотного преобразователя.
В результате, в заявляемом электро-гидравлическом приводе для скважинного штангового насоса торможение электродвигателем выполняет функцию уравновешивания гидравлического привода скважинного штангового насоса маховиком или пневмогидроаккумулятором, в приведенных аналогах, или пассивного уравновешивания поднимаемой колонны штанг скважинного насоса силами гидравлического трения - в прототипе.
При достижении нижнего положения штока гидроцилиндра 3, фиксируемого датчиком 10 контроллер 9 плавно снижает до нуля частоту выходного тока частотного преобразователя 8 и электродвигателя 2. Далее цикл повторяется. Электроэнергия, запасенная в батарее конденсаторов при опускании штанг, возвращается в основной контур частотного преобразователя 8 и суммируется с электроэнергией, потребляемой из сети. Этим обеспечивается более равномерное потребление мощности из электросети.
В конкретном примере исполнения устройства в гидравлической части устройства в качестве реверсивного, нерегулируемого гидравлического насоса-мотора 1 применены: нерегулируемый гидромотор типа 310; предохранительный клапан производства ОАО «Пневмостроймашина»; фильтр "Argo-Hytos"; электроуправляемый гидравлический клапан DBW. Применен гидроцилиндр с максимальным усилием 8 тонн и ходом штока 3,5 м с лазерным датчиком перемещения, электронный датчик (преобразователь) давления СДВ-И-40,0-4-20 мА.
В электрической части привода использован специальный асинхронный электродвигатель мощностью 30 кВт, 380 В типа рДМ180LВ4; частотный преобразователь с функцией рекуперации фирмы "Mitsubishi" или частотный преобразователь VACON с блоком конденсаторов фирмы FACON емкостью 0,2 Ф.
Управляющая система выполнена на основе серийного промышленного контроллера IFM.,
Заявленный электро-гидравлический привод для скважинного штангового насоса устраняет все недостатки, имеющиеся в аналогах и, кроме того, является простым в применении и производстве.