книги из ГПНТБ / Блантер С.Г. Электрооборудование для нефтяной промышленности учебник

тде Qr — максимальная теоретическая производительность, рассчи­ танная по диаметру цилиндра и штока, длине хода поршня и числу ходов поршня в 1 с, м3 /с; р — полное давление нагнетания при мак­ симальної! производительности в И/и2; срп — коэффициент подачи; г)н — полный к. п. д. насоса; т)п „ — к. п. д. передач между двига­ телем и насосом; а — коэффициент, учитывающий возможность дли­ тельной перегрузки насоса.

Величина полного давления нагнетания определяется в соответ­ ствии с формулами из курса бурения; значения коэффициентов: Фн == 0,9; т]н =. 0,8; т]п>н = 0,96; а = 1,05 -г 1,1. Поскольку режим работы насоса продолжительный, двигатель насоса выбирают так, чтобы его номинальная мощность была несколько больше или равна мощности, вычисленной по формуле (6.6). Номинальное напряжение обмоток двигателя должно быть равно напряжению питающей сети (6 или 10 кВ). Номинальная частота вращения двигателя опреде­ ляется кинематикой насоса и клиноременной передачи; для суще­ ствующих поршневых насосов она составляет 750 об/мин.

Электродвигатели и станции управления

В серийных электрифицированных буровых установках для при­ вода насосов применяются синхронные двигатели, рассчитанные для эксплуатации в неотапливаемых помещениях с нормальной средой при температуре окружающего воздуха ±40° С и относительной влажностью 90% при 20° С. Исполнение двигателей брызгозащищенное с влагостойкой изоляцией, горизонтальное с самовентиляцией; вал на щитовых подшипниках со свободным концом под шкив для клиноременной передачи. На верху корпуса двигателя смонтирован возбудитель, связанный клиноременной передачей с валом двигателя. Номинальное напряжение двигателей 6000 В, номинальная частота вращения 750 об/мин.

Обмотка статора двигателя соединена в «звезду», ротор с явно вы­ раженными полюсами, пусковая обмотка в виде латунных стержней, расположенных в башмаках полюсов. Двигатель снабжен грелкой для обогрева обмотки при перерывах в работе в зимнее время.

Технические данные двигателей привода насосов приведены в табл. 6.6.

Электродвигатель СДЗБ-13-42-8 показан на рис. 6.14.

На рис. 6.15 дана принципиальная схема управления синхрон­ ным двигателем насоса буровой установки БУ-125БЭ.

Поскольку условия пуска двигателя бурового насоса являются сравнительно легкими (момент статического сопротивления на валу двигателя составляет примерно 20% номинального момента двига­ теля, время разгона составляет 3—4 с, мощность сетей, как правило, достаточная), в схеме предусмотрен его прямой пуск с наглухо под­ ключенным возбудителем.

Управление пуском и остановкой двигателя насоса СД дистан­ ционное посредством переключателя 1УП с пульта типа ПУЭ-113/208,

с помощью которой цепь управления двигателем СД отключается, если отсутствует напряжение 6 кВ цепи питания двигателя.

Для контроля за работой привода насоса в схеме предусмотрены приборы измерения напряжения и тока в цепях статора и обмотки возбуждения (амперметры 1А и 2А, вольтметры 1В и 2В). Чтобы исключить перемагничивание возбудителя при пуске двигателя в цепь обмотки ОВВС, включен диод ВК.

Для улучшения эксплуатационных характеристик синхрон­ ного электропривода буровых насосов по разработке ВНИИНефтемаш выпускается шкив-муфта ШМ-750 (см. табл. 6.5), представля­ ющая собой шкив двигателя под клиноременную передачу, внутри которого встроена электромагнитная ферропорошковая муфта. Шкивмуфта насаживается на вал двигателя вместо обычного шкива.

Применение электромагнитных муфт в приводе буровых насосов позволяет запускать приводной двигатель без нагрузки и уменьшить общее число пусков, т. е. устранить основные причины повреждения синхронных двигателей. Пуск бурового насоса после запуска двига­ теля производится плавно как при открытых, так и закрытых за­ движках слива. При неработающих насосах и отключенных электро­ магнитных муфтах синхронный двигатель может быть использован в режиме компенсатора реактивной энергии. Так как передача вра­ щающего момента происходит без скольжения, коэффициент полез­ ного действия шкив-муфты составляет 99,8%. Питание обмотки воз­ буждения шкив-муфты осуществляется от возбудителя синхронного двигателя. В схеме предусмотрена возможность размагничивать муфту перед использованием синхронного двигателя насоса в режиме компенсатора.

Электромагнитные муфты упрощают обслуживание насосной установки, позволяют медленно проворачивать насос во время ре­ монтных работ, что облегчает труд слесарей, так как отпадает необ­ ходимость проворачивать насос вручную. При работе нескольких буровых насосов можно плавно подключать насосы к уже работа­ ющим и отключать их, а также осуществлять равномерную загрузку приводных двигателей. Кроме того, шкив-муфта, являясь ограничи­ телем момента, надежно защищает синхронный двигатель от работы в асинхронном режиме под нагрузкой.

§41. ДИЗЕЛЬ-ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Дизельный привод главных механизмов буровых установок обла­ дает рядом существенных недостатков. Стремление улучшить харак­ теристики дизельного привода, упростить кинематику и повысить производительность буровых установок, увеличить срок службы дизеля и улучшить условия труда буровых бригад привело к созда­ нию гидравлических и электромашинных передач от дизеля к ис­ полнительным механизмам.

Введение гидравлических передач (турботрансформаторов) уве­ личивает перегрузочную способность привода по моменту, исключает

ряд нежелательных явлений при совместной работе дизелей на об­ щую трансмиссию, улучшает условия работы дизелей, в ряде слу­ чаев увеличивает скорости подъема инструмента.

Электромашинные передачи постоянного тока дают почти те же результаты и, кроме того, позволяют упростить кинематическую схему установки и улучшить условия труда буровой бригады.

Применение электромашинных передач переменного тока имеет те же цели, а также дает возможность упразднить вспомогательные дизель-электростанции, осуществив питание двигателей вспомога­ тельных механизмов от генераторов электромашинной передачи, и обеспечивает наиболее благоприятные условия для унификации буровых установок, предназначенных для работы в электрифициро­ ванных и неэлектрифицированных районах.

Однако во всех случаях применение электромашинных и особенно гидравлических передач связано с потерями мощности. Кроме того, в ряде случаев может оказаться, что электромашинные передачи усложняют обслуживание привода, увеличивают его вес или сни­ жают надежность.

Поэтому применение дизель-электрического или дизель-гидравли­ ческого привода вместо чисто дизельного не всегда целесообразно; в каждом отдельном случае должен быть проведен соответствующий технико-экономический сопоставительный анализ с учетом конкрет­ ных условий работы установки: способа и времени проходки сква­ жин, расстояния, на которое нужно перевозить установку, геологи­ ческих условий проходки скважин, квалификации обслуживающего персонала, наличия в конторе бурения электроремонтной базы и пр.

Наибольшего развития дизель-электрический привод получил в зарубежных буровых установках. Согласно литературным данным за рубежом определялись следующие области эффективного примене­ ния буровых установок с дизель-электрическим приводом:

для эксплуатационного и разведочного бурения глубоких нефтя­ ных и газовых скважин;

для передвижных и полупередвижных наземных установок (глу­ бина бурения 2000—3500 м);

для всех видов бурения во внешних и внутренних водоемах (мор­ ские и озерные баржи, плавучие основания, платформы и пр.);

для бурения на пересеченной местности и в густонаселенных районах.

Технико-экономическое сравнение вариантов дизель-электриче­ ского привода в отечественных условиях показывает, что дизельэлектрический привод переменного тока целесообразно применять в установках грузоподъемностью до 1250 кН. Дизель-электрические передачи постоянного тока оказываются наиболее выгодными при грузоподъемности установок более 2000 кН.

Примером установки с дизель-электрическим приводом перемен­ ного тока является буровая установка типа БУ-50Бр-1, предназна­ ченная для бурения геологоразведочных поисковых скважин малого диаметра глубиной до 3000 м и эксплуатационных скважин глубиной

до 1200 м. В этой установке для привода лебедки используются два асинхронных короткозамкнутых двигателя типа А-103-8 (по 125 кВт, 740 об/мин, 380 В), работающие в режиме постоянного вращения. Для привода ротора предусмотрен отдельный асинхронный короткозамкнутый двигатель типа А-101-8 75 кВт, 730 об/мин, 380 В.

Питание этих двигателей, а также двигателей вспомогательных механизмов осуществляется от двух генераторов переменного тока типа СГД3-12-24-6 по 250 кВт, 1000 об/мин, 400 В, вращаемых двумя дизелями В2-400 по 400 л. с. Каждый из этих дизелей кроме генера­ тора приводит во вращение через зубчатый редуктор буровой насос. Установка допускает регулирование частоты вращения электропри­ водов путем регулирования частоты тока генераторов (вследствие изменения частоты вращения дизелей). Аналогичные технические решения приняты в агрегатах для освоения скважин типа А-50М

иА-80.

Вдизель-электрической установке БУ-300 ДЭ с электромашин­ ной передачей постоянного тока в качестве первичных двигателей применены транспортные дизели типа 2Д100 (1800 л. с , 850 об/мин). Каждый из трех таких дизелей вращает один главный генератор

постоянного тока типа МПТ-99/47 (1350 кВт, 850 об/мин, 800 В) и один вспомогательный генератор постоянного тока типа П142-12К (300 кВт, 850 об/мин, 170 В). Возбуждение главных и вспомогатель­ ных генераторов осуществляется от реверсивных силовых магнит­ ных усилителей. Система автоматического регулирования напряже­ ния главных генераторов обеспечивает оптимальный режим работы дизеля и наиболее полное использование его мощности.

Двигатели постоянного тока главных механизмов получают пита­ ние от главных и вспомогательных генераторов по системе Г — Д, которая обеспечивает регулирование частоты вращения механизмов в заданных пределах и плавный пуск двигателей при всех возмож­ ных нагрузках. Поскольку лебедка и насосы работают в разное время, для питания их двигателей используются одни и те же глав­ ные генераторы. Вспомогательные генераторы используются для питания двигателя ротора при бурении и для питания двигателей лебедки при работающих насосах.

Изменение схемы включения электрических машин осуществля­ ется силовыми переключателями при наборе схемы и контакторами при оперативном управлении машинами. Схема выполнена таким образом, что работа установки с нормальной производительностью обеспечивается при выходе из строя одного из насосов и одного из дизель-генераторов, т. е. любые два двигателя насосов, двигатели лебедки и ротора могут получать питание от любых двух дизель-ге­ нераторов. При выходе из строя одного из двигателей лебедки ра­ бота может, продолжаться с пониженными скоростями подъема ин­ струмента.

Управление главными электроприводами осуществляется Ъ ос­ новном в цепях управления магнитных усилителей; релейно-кон- такторная аппаратура используется только для подготовки схемы

к работе и обеспечения требуемых защит и блокировок. Для питания двигателей вспомогательных механизмов в установке имеются ди­ зель-генераторы переменного тока е регуляторами напряжения.

§42. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ

Независимо от типа электропривода главных механизмов привод большей части вспомогательных механизмов осуществляется асин­ хронными двигателями с короткозамкнутым ротором напряжением 380 В с дистанционным управлением. Электропривод компрессора низкого давления после его пуска управляется автоматически в за­ висимости от давления сжатого воздуха. После увеличения давле­ ния до 0,8—0,9МН/м2 реле давления отключает электропривод, при снижении давления до 0,6—0,7 МН/м2 — вновь включает его.

Всхемах управления предусмотрены различные блокировки, обеспечивающие требуемую последовательность включения вспомо­ гательных и главных механизмов. Все двигатели вспомогательных механизмов имеют нулевую защиту, защиту от коротких замыканий, перегрузки и однофазного включения, осуществляемую расцепителями установочных автоматов и тепловыми реле пускателей. Все аппараты сосредоточены на соответствующих станциях и пультах управления.

Вустановках с неавтономным приводом главных механизмов питание электроприводов вспомогательных механизмов осущест­

вляется от электрической сети через трансформатор 6000/400 В. От этого же трансформатора питаются цепи освещения. В перерывах в электроснабжении буровой установки питание необходимых вспо­ могательных механизмов производится от резервной дизель-генера­ торной электростанции. В установках с автономным приводом (ди­ зельных или дизель-электрических), независимо от рода тока элек­ троприводов главных механизмов, двигатели вспомогательных ме­ ханизмов питают от дизель-генераторной электростанции перемен­ ного тока. Для автоматического регулирования напряжения этой электростанции применена схема регулятора с фазовым компаунди­ рованием.

Современные буровые установки оснащены комплексом механиз­ мов для автоматизации спуско-подъема типа АСП-3, позволяющим совмещать развинчивание, свинчивание и перестановку свечей с пе­ ремещением порожнего элеватора. В качестве привода тележки и стрелы механизмов АСП-3 применены асинхронные двигатели с ко­ роткозамкнутым ротором типа МТК-111-6 (3,5 кВт, 380 В, 870 об/мин при ПВ = 25%). Принципиальная схема управления АСП-3 пока­ зана на рис. 6.16.

Напряжение на цепи управления подается через автоматический выключатель 2А. Перемещение тележки или стрелы осуществляется постановкой соответствующего командоаппарата (ККТ или ККС) в нужное положение («Вправо» или «Влево», «Назад» или «Вперед»). Включение и отключение двигателей производится реверсивными