Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2472278

(19)

RU

(11)

2472278

(13)

C1

(51) МПК H02K44/02 (2006.01)

H02K5/12 (2006.01)

E21B47/02 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 27.12.2012 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011127420/07, 04.07.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

04.07.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 04.07.2011

(45) Опубликовано: 10.01.2013

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2264537 С1, 20.11.2005. RU 2060383 С1, 20.05.1996. RU 2184225 С2, 27.06.2002. SU 1191567 А1, 15.11.1985. ЕР 0762606 А2, 12.03.1997. FR 2486820 А1, 22.01.1982.

Адрес для переписки:

452323, Республика Башкортостан, г. Дюртюли, ул. Ф. Зайлалова, 16, кв.82, И.З. Денисламову

(72) Автор(ы):

Галимов Артур Маратович (RU),

Мустафин Валерий Юрьевич (RU),

Денисламов Ильдар Зафирович (RU),

Ибрагимов Шамиль Мирвалиевич (RU),

Галимов Игорь Анатольевич (RU),

Гафаров Шамиль Анатольевич (RU),

Ишмурзин Абубакир Ахмадулович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Галимов Артур Маратович (RU),

Мустафин Валерий Юрьевич (RU),

Денисламов Ильдар Зафирович (RU)

(54) ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР СТАНКА-КАЧАЛКИ СКВАЖИНЫ

(57) Реферат:

Предполагаемое изобретение относится к области электротехники, в частности - к устройствам по выработке электроэнергии, и может быть использовано в конструкции станка-качалки добывающей скважины. Вращение противовеса кривошипно-шатунного механизма станка-качалки (СК) предложено преобразовать во вращательное движение статора электрогенератора вокруг ротора при сохранении необходимой весовой характеристики преобразованного противовеса - электрогенератора. Согласно настоящему изобретению, статор электрогенератора установлен с возможностью свободного вращения на оси электрогенератора вокруг ротора, а ротор с осью электрогенератора неподвижно закреплен в нижней части вертикально расположенного водила, которое в своей верхней части установлено с возможностью свободного вращения на горизонтальной оси внешнего ведущего колеса и благодаря силе тяжести постоянно находится в вертикальном положении, при этом ведущее колесо неподвижно закреплено в кривошипе СК, а статор выполняет роль внутреннего ведомого колеса с меньшим диаметром и вращается в несколько раз быстрее кривошипа благодаря тому, что вместе с кривошипом вращается ведущее колесо. За счет разницы в диаметрах этой колесной пары достигается технический результат, состоящий в обеспечении выработки электрогенератором СК электроэнергии большей мощности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Предполагаемое изобретение относится к устройствам по выработке электрической энергии и может быть использовано на добывающих скважинах нефтедобывающих предприятий, оснащенных станками-качалками для преобразования вращательного движения электродвигателя в возвратно-поступательное движение плунжера глубинного насоса.

В нефтедобывающей промышленности не менее 80% всего фонда добывающих скважин составляют скважины с глубинным плунжерным насосом и станком-качалкой (СК) на поверхности земли. Между ними находится связующая линия - колонна штанг весом в несколько тонн. За один поворот кривошипа вокруг своей оси на 360° колонна штанг один раз поднимается за счет усилия кривошипно-шатунного механизма и один раз спускается под собственным весом. Чтобы на вал электродвигателя постоянно оказывалась равномерная нагрузка на кривошипы СК устанавливают противовес, примерно равнозначный по весу нагрузкам колонны штанг при его подъеме /1/.

Недостатком существующей конструкции СК является то, что противовес выполняет только роль статической балансирующей составляющей СК. Между тем постоянное и равномерное вращение по окружности значительной массы металла (для станка-качалки 7СК8-3,5-4000 - 3 тонны) можно использовать и для исполнения второй функции - выработки электроэнергии.

Известна заявка на изобретение 2011122072 «Скважинный электрогенератор», в которой в качестве противовеса станка-качалки предложено использовать электрогенератор. Статор с обмотками наведения тока этого генератора вращается вместе с кривошипом СК, а ротор остается неподвижным относительно оси генератора. Недостатком такого технического решения является только одно - небольшая производительность генератора - в пределах нескольких кВт электроэнергии. Это объясняется небольшой скоростью вращения статора вокруг ротора.

Целью заявляемого изобретения является создание механизма быстрого вращения одной части электрогенератора вокруг другой применительно к вращающейся конструкции СК для выработки большего количества электроэнергии.

Поставленная цель выполняется тем, что общеизвестный электрогенератор, содержащий статор с обмотками наведения тока и ротор в качестве источника магнитного поля, установленный на кривошипе станка-качалки скважинной насосной установки, выполнен так, что ротор с осью электрогенератора находятся в неподвижном горизонтальном положении относительно водила и неподвижно закреплены к его нижней части, водило в своей верхней части расположено с возможностью свободного вращения на горизонтальной оси внешнего ведущего колеса и благодаря силе тяжести постоянно находится в вертикальном положении, ведущее колесо неподвижно закреплено на кривошипе станка-качалки, а статор электрогенератора выполняет роль ведомого колеса и свободно вращается на оси электрогенератора благодаря силе трения между внешней поверхностью статора и внутренней поверхностью ведущего колеса. Способ зацепления между статором и ведущим колесом может быть зубчатым или иным, обеспечивающим свободное вращение статора при вертикальном положении водила.

По необходимости функции статора и ротора могут быть поменяны местами, а именно: вместе с кривошипом будет вращаться внешний ротор в качестве источника магнитного поля, а неподвижным в генераторе будет его внешний статор с обмотками наведения электрического тока.

Скважинный генератор изображен на фиг.1, где 1 - кривошип станка-качалки, 2 - ведущее колесо, 3 - ось ведущего колеса, 4 - водило, 5 - ротор, создающий магнитное поле, 6 - подвижный статор, 7 - ось электрогенератора.

Ведущее колесо 2 и его ось 3 неподвижно закреплены к верхней части кривошипа 1 и вместе с ним вращаются с постоянной частотой: 2-7 оборотов в минуту. Водило 4 имеет определенную тяжесть, значительную тяжесть имеет и сам электрогенератор. Их суммарная тяжесть значительно превосходит силу трения в зацеплении рабочей пары колес «статор - ведущее колесо», поэтому при вращении кривошипа 1 вместе с ведущим колесом 2 водило 4 будет находится в вертикальном положении.

Ось электрогенератора 7 неподвижно соединена как с водилом 4, так и с ротором 5, поэтому систему «водило - ось генератора - статор» можно рассматривать как одно целое. Статор 6, как и все известные генераторы, расположен по оси 7 на подшипниках и может свободно вращаться. Статор имеет внешнюю поверхность в форме круга (колеса) и эта поверхность имеет те же характеристики, что и внутренняя поверхность ведущего колеса 2 так, чтобы крутящий момент от колеса 2 передавался ротору 6. Это может быть резиновое или иное твердое покрытие или статор с ведущим колесом 2 могут быть зубчатыми колесами. Благодаря такой поверхности при вращении кривошипа станка-качалки вместе с ведущим колесом 2 будет вращаться и ротор 6, но с гораздо большей угловой скоростью или частотой.

За один оборот в 360° ведущего колеса 2 диаметром D ротор 6 с внешним диаметром d за счет зацепления между ними пройдет расстояние, равное длине круга колеса 2:

П*D=n p *П*d

где: n р - число оборотов ротора при одном обороте кривошипа, n р =D/d.

Рассмотрим потенциально возможную выработку электроэнергии с помощью предлагаемого генератора по следующим характеристикам:

- общая масса генераторов с водилом и ведущим колесом 2000 кг;

- частота вращения кривошипа СК: 5 об/мин;

- диаметр ведущего колеса D=1,2 м;

- диаметр статора d=0.4 м.

Генератор переменного тока типа ГП-15-100-140-1 В массой 0,5 тонн имеет частоту вращения ротора n в пределах 100 об/мин и выдает мощность до 15 кВт. Согласно /2, стр.195/ электродвижущая сила, возникающая в обмотках генератора находится в прямой зависимости от угловой скорости вращения ротора относительно статора или частоты их относительного вращения.

Если вместо противовесов СК требуемой массы 2 тонны установить условные 4 генератора по 500 кг типа ГП-15-100-140-1 В и согласно изобретения в 3 раза повысить частоту вращения статора, то можно ожидать выработку электроэнергии мощностью в 9 кВт:

W=4*15 кВт*5 об/мин/100 об/мин*n р =60/2*1,2 м/0,4 м=9 кВт.

Поставленная цель достигнута за счет увеличения скорости вращения статора электрогенератора относительно неподвижного ротора. В отличие от заявки 2011112072 неподвижное положение ротора 5 достигается тем, что ось 7 электрогенератора подвешивается на водило 4 за ось вращения 3. Вторым отличием является организация на статоре такой внешней поверхности, которая обеспечивает эффективное вращение ротора от ведущего колеса 2 благодаря силе трения. Отметим, что ведущее колесо 2 является одним целым с кривошипом 1. И если раньше число оборотов кривошипа равнялось числу вращений ротора вокруг статора, то теперь то же число оборотов кривошипа ведет к значительно большему числу оборотов электрогенератора и выработке большего количества электроэнергии.

На наш взгляд, по заявке имеется новое техническое решение с положительным эффектом.

Технико-экономическая эффективность от применения генератора СК скважины заключается в выработке электрической энергии непосредственно на скважинах со станками-качалками, при этом не создавая дополнительную нагрузку на электропривод СК. Эта дополнительная электроэнергия будет использоваться для обслуживания этих же объектов нефтедобычи: обогрев автоматических групповых замерных установок, блочных устройств по дозировке химических реагентов, обогрев подземного оборудования и устьевой арматуры скважины с помощью «греющих кабелей».

Источники литературы

1. Махмудов С.А. Монтаж, эксплуатация и ремонт скважинных насосных установок: Справочник мастера. - М.: Недра, 1987. - 208 с.

2. Трофимова Т.Н. Курс физики: Учебное пособие для вузов, - 2-е изд. - М.: Высш. шк., 1990. - 478 с.

Формула изобретения

1. Электрогенератор станка-качалки скважины, содержащий статор с обмотками наведения тока, ротор в качестве источника магнитного поля, установленный на кривошипе станка-качалки скважинной насосной установки, отличающийся тем, что ротор с осью электрогенератора находятся в неподвижном горизонтальном положении относительно водила и неподвижно закреплены к его нижней части, водило в своей верхней части расположено с возможностью свободного вращения на горизонтальной оси внешнего ведущего колеса и благодаря силе тяжести постоянно находится в вертикальном положении, ведущее колесо неподвижно закреплено на кривошипе станка-качалки, а статор электрогенератора выполняет роль ведомого колеса и свободно вращается на оси электрогенератора благодаря силе трения между внешней поверхностью статора и внутренней поверхностью ведущего колеса.

2. Электрогенератор по п.1, отличающийся тем, что способ зацепления между статором и ведущим колесом может быть зубчатым или иным, обеспечивающим свободное вращение статора при вертикальном положении водила.

РИСУНКИ