Электрификация предприятий нефтяной и газовой промышленности

Существует несколько формул для определения мощности. Остановимся на двух из них, дающих достаточно хорошие ре­ зультаты при выборе двигателей по нагреву для станков-ка­ чалок нормального ряда.

Согласно формуле, предложенной сотрудниками АзИННЕФТЕХИМА им. Азизбекова Б. М. Плющом и В. О. Сарки­

кривошипа, которым учитываются потери в редукторе и кли­ ноременной передаче (0,96—0,98); К\ — коэффициент, завися­ щий от типа станка-качалки; Кг— коэффициент, значение ко­ торого может быть найдено для насосов диаметром 28—120 мм из выражения

Здесь.^ — диаметр плунжера насоса, мм; ап — коэффициент подачи установки, представляющий собой отношение фактиче­ ской подачи установки Q к теоретической подаче QT, определя­ емой полным объемом, описываемым плунжером при'равенстве хода последнего ходу полированного штока 5 .

Фактически ход плунжера меньше 5 вследствие деформации штанг и труб. Часть объема, освобождающегося под плунже­ ром при ходе его вверх, остается незаполненной из-за нали­ чия газа в цилиндре и запаздывания открытия и закрытия кла­ панов, часть жидкости утекает через неплотности. Значения ап принимаются для условий нового насоса и лежат в пределах

Как следует из изложенного, для определения мощности электродвигателя привода станка-качалки необходимо в каж­ дом случае использовать по крайней мере две формулы (5.2) и (5.3 ) и одну таблицу, что при расчетах по нескольким сот­ ням скважин становится весьма трудоемкой операцией и не позволяет должным образом оперативно контролировать ра-

151

боту станков-качалок. Для облегчения и оперативности работы можно пользоваться номографическим методом расчета (рис. 63, а) [17]. При построении номограммы введены вспомо­ гательные переменные: A,i= 100s/d3 и %2 = 1 + lOOs/г2/^3= 1 + Х\П2. После определения коэффициента К2 можно найти мощность двигателя при помощи номограммы на рис. 63, б. При построе­

= К\ +^4- Ключ пользования номограммами нанесен стрелками.

щего момента на валу электродвигателя, равный отношению фактического коэффициента формы кривой к коэффициенту формы для синусоиды, равному 1 ,1 1 , т. е. /Со = Аф/1 ,1 1 ; Ка — по­ правочный коэффициент, зависящий от отношения истинного

чтобы Рн>РэПри разработке новых серий электроприводов станков-качалок или выполнении специальных исследований, когда необходимо получить более точные данные для выбора двигателя, строят нагрузочные диаграммы Р =f(t). Построение последних, а также исследование переходных процессов элек­ тропривода основываются на составлении и решении уравне­ ний движения электропривода. Имея нагрузочную диаграмму, методом эквивалентного тока или мощности находят необходи­ мую номинальную мощность электродвигателя.

Выбранный по условиям нагрева двигатель не во всех слу­ чаях будет удовлетворять требованиям работы в приводе стан­ ка-качалки. Он должен удовлетверять условиям пуска станкакачалки и условиям преодоления пиков нагрузочного момента при работе установки. При пуске станка-качалки двигатель должен развивать момент, обеспечивающий преодоление ста­ тического момента сопротивления, и некоторый избыточный момент, необходимый для его разгона до установившейся ско­ рости. Статический момент сопротивления при пуске превы­ шает соответствующий момент при установившемся режиме вследствие увеличенных сил трения, обусловленных заеданием движущихся частей, выжиманием смазки, наличием песчаных

153

пробок. Протекание пускового процесса зависит также от на­ чального положения кривошипа станка и от того, как изменя­ ется нагрузка непосредственно после начала пуска. Следует также учитывать, что в случае снижения напряжения в питаю­ щей сети во время пуска двигателя соответственно уменьша­ ется начальный пусковой момент двигателя [5].

Расчеты и практика показывают, что при Мп/Мн= 2 ус­ пешно запускаются все типы станков-качалок, причем время разгона для малых и средних станков составляет 0,5—5 с, а для некоторых типов тяжелых станков возрастает до 4—10 с.

перегрузок двигателя возрастает в случае использования на­ сосов малых диаметров при больших числах качаний в минуту, больших длинах хода и большой глубине подвески насоса.

к номинальному у асинхронных двигателей привода станковкачалок составляет 2,1 —2,8, что обеспечивает надежную ра­ боту электропривода с перегрузками и при значительных сни­ жениях напряжения в питающей сети.

Даже при идеальном уравновешивании станка-качалки гра­ фик нагрузки двигателя остается неравномерным, так как не уничтожаются ее пульсации, определяемые законом изменения скорости точки подвеса штанг. Вследствие этого к. п. д. и cos ср асинхронного двигателя снижаются против номинальных, со­ ответствующих постоянной нагрузке, даже при условии равен­ ства номинальной мощности Рн среднеквадратичной мощности нагрузки Рэ. При ухудшении уравновешивания увеличивается коэффициент формы нагрузочного графика /Сф. Недогрузка дви­ гателя по нагреву, т. е. работа при РЭ< Р Н, в свою очередь, снижает его к. п. д. и cos q>. При работе двигателя с периоди­ чески меняющейся нагрузкой его к. п. д. и cos ф зависят от коэффициента формы нагрузочного графика /Сф и соответст­ венно от к. п. д. и соэф при постоянной во времени нагрузке.

При переменной циклической нагрузке к. п. д. двигателя

154

Бивалентной мощности, через г|э, получим, что

Подставляя (5.7) и учитывая, что Рэ/Рср = Кф, получаем

Из формулы (5.8) видно, что т}ц тем сильнее зависит от коэффициента формы нагрузочного графика, чем меньше г|э.

Эксплуатационный коэффициент мощности при циклической нагрузке cos<p4 определяется исходя из формулы

где Р1 ср — средняя активная мощность, потребляемая трехфаз­ ным двигателем из сети за цикл нагрузки; / 1э — среднеквадра­ тичное за цикл нагрузки значение силы тока статора двига­ теля; U1 — линейное напряжение сети.

Учитывая, что

^1 ср = РСр/Лц — Рэ!КфЛц,

получаем

При помощи формул (5.8) и (5.13) можно вычислить зна­ чения т}ц и совфц в зависимости от коэффициента формы на­ грузочного графика Кф для различных степеней загрузки дви­

0,5 м/с2 коэффициент формы нагрузочного графика изменяется от 1,46 при идеально уравновешенном станке-качалке до 3,94 при неуравновешенном.

Если применять здесь электродвигатель АОП2-52-4 мощ­

155

к. п. д. цикла при переходе от уравновешенного станка к не­ уравновешенному снижается от 0,834 до 0,65, a coscp4 — от 0,605 до 0,312.

Эти коэффициенты еще сильнее уменьшаются, если двига­ тель не полностью нагружен, т. е. /С3=1. Однако даже при са­ мых благоприятных условиях, соответствующих /Сз=1 , и при полностью уравновешенном станке-качалке двигатель будет работать, имея т]ц = 0,834 и cos фц = 0,605 вместо т|э = 0,88 и (^ = 0,83, соответствующих постоянной нагрузке [5].

5

двигатель в закрытом обдуваемом исполнении. Асинхронные короткозамкнутые двигатели единой серии А02 не обладают

156

достаточным начальным пусковым моментом, кратность кото­ рого составляет 0,9—1,7 при кратности пускового тока 6—7. Существуют еще две модификации двигателей этой серии: с по­ вышенным моментом, серии АОП2, у которых Мп/Мн= 1,8-ь2 при кратности пускового тока 5,5—7, и с повышенным сколь­ жением, серии АОС2, у которых кратность пускового момента

больше, а номинальный к. п. д. значительно меньше, чем у дви­ гателей АОП2. В то же время кратность пускового момента у двигателей АОП2 в большинстве случаев оказывается до­ статочной. Поэтому для привода станков-качалок применяют двигатели АОП2. Так как двигатели с синхронной частотой вращения 1500 об/мин имеют более высокие номинальные к. п. д. и cos ср и меньшую массу, чем двигатели с меньшей синхронной частотой вращения, то им отдают предпочтение. Лишь при малых частотах качания (меньших 8 в 1 мин) стан­ ка-качалки, когда при минимальном диаметре шкива двига­ теля и нормальном редукторе не обеспечивается нужная ча­ стота качаний, применяют двигатели на 1000 об/мин.

Двигатели АОП2 общепромышленного назначения не пол­ ностью отвечают условиям работы на открытом воздухе и ока­ зываются недостаточно надежными. Поэтому в последнее время для привода станков-качалок применяют двигатели с теми же

Начат выпуск электродвигателей единой серии 4А (табл. 21), которые в диапазоне мощности от 1,1 до 11 кВт и для мощ­

157

имеют меньшие по сравнению с двигателями АОП2 габарит­ ные размеры, и в них применена более нагревостойкая изо­ ляция. Двигатели серии 4А начинают применять для новых установок станков-качалок (рис. 65).

Вычисленные по формуле (5.10) значения коэффициента мощности, соответствующие номинальным значениям соэф» асинхронных двигателей, для практических условий эксплуата­ ции станков-качалок лежат в пределах 0,55—0,84 в зависимо-

Таблица 2

Основные технические данные двигателей серии 4А на 380 В для привода станков-качалок

етн от значения /С3 и номинальной мощности применяемых двигателей. Стремление повысить коэффициент мощности на подстанциях, питающих глубиннонасосные скважины, привело к разработке приводов с синхронными двигателями для стан­ ков-качалок. Развитие полупроводниковой техники позволило применить в этом случае маломощные синхронные двигатели с питанием обмотки возбуждения от сети переменного тока через компактные полупроводниковые выпрямители [5].

В Фнзнко-энергетнческом институте АН ЛатвССР были раз­ работаны бесконтактные синхронные двигатели. Такие двига­ тели тппа СДБ 81-4 н СДБПК-81-4 мощностью 20 кВт успешно прошли опытную эксплуатацию на нефтепромысле объединения Азнефть для привода станков-качалок. Намечен серийный вы­ пуск подобных двигателей для нефтяной промышленности на 380 В, 1 500 об/мнн.

158