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

магнитными пускателями (ПП, ПЛ и ПВ, ПН) с тепловыми реле 1РТ

и2РТ.

Висходном положении все контакты в цепях пускателей за­ мкнуты и схема подготовлена к работе. Исходным (нулевым) положе­ нием тележки и стрелы принято считать положение, когда тележка находится точно посредине магазинов, а стрела — в крайнем, от­ веденном от центра скважины положении (закрыт контакт конеч­ ного выключателя 1ВКС). Для выдвижения стрелы вперед оператор включает командоконтроллер в положение «Вперед» (контакт ККС-1 закрывается); при этом включается пускатель ПВ и подключается

двигатель стрелы ДС к сети. Одновременно втягивается реле РВС и подготовляется цепь контактора динамического торможения стре­ лы КДС к включению. Происходит выдвижение стрелы до упора в свечу. Для защиты двигателя стрелы от работы в режиме упора служит шариковая муфта.

Затем оператор устанавливает ККС в нулевое положение, пус­ катель ПВ отпадает и отключает двигатель ДС от сети. Контактор КДС включается и замыкает цепь питания обмотки статора ДС выпрямленным током от выпрямителя 1ВС, в результате чего проис­ ходит динамическое торможение двигателя. Интенсивность тормо­ жения можно регулировать резистором 2СД. Реле времени РВС настраивается на выдержку 1—2 с при отключении, после чего его контакт отключает контактор КДС. Движение стрелы назад или при заведении в любую кассету происходит аналогично.

Схема управления тележкой подобна схеме управления стрелой. Контакты командоконтроллера ККТ включают пускатели ПП («Вправо») или ПЛ («Влево») в зависимости от выбранной кассеты. При отключении пускателей происходит динамическое торможение двигателя ДТ, интенсивность которого регулируется резистором 1СД. Точность остановки тележки против любой из кассет полностью зави­ сит от оператора.

В цепях управления стрелой и тележкой имеется ряд блокировок, которые недопускают одновременного включения пускателей ПП

и ПЛ; ПВ и ПН; ПП, ПЛ и КДТ; ПВ, ПН и КДС, а также ряд бло­ кировок от возможных механических повреждений, например удара талевого блока по стреле. Блокировки осуществляются с помощью конечных выключателей стрелы 1ВКС и 2ВКС и путевого командо­ апарата КА , фиксирующего положение талевого блока. Конечный выключатель 1ВКС срабатывает, когда стрела полностью убрана от центра скважины, 2ВКС — когда стрела выдвинута на 1,5 м от нуле­ вого положения. Контакты командоаппарата КА замкнуты: 1КА — если талевый блок находится на расстоянии не более 26 м от ротора;

в схемах принято раздельное питание цепей освещения и цепей упра­ вления. Освещение буровой установки общей мощностью 14 кВт разбито на группы: вышка освещена 14 светильниками; буровая пло-

Глава 7

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК НАСОСНОЙ ДОБЫЧИ НЕФТИ

§ 43. ГЛУБИННОНАСОСНЫЕ ШТАНГОВЫЕ УСТАНОВКИ

Значительную долю добываемой в СССР нефти получают из сква­ жин, оборудованных для механизированной добычи, которую в юж­ ных районах осуществляют компрессорным и насосным способами, а в восточных районах — в основном насосным способом.

Насоеная эксплуатация осуществляется при помощи штанговых плунжерных насосов и при помощи бесштанговых погружных цен­ тробежных электронасосов. Область экономически целесообразного применения того или иного вида насосной установки определяется сочетанием суточной производительности скважины Q и глубины подвески насоса Нп.

Для глубиннонасосных штанговых установок эта область харак­ теризуется значениями Q = 5,8 • 10"5 —58 • 10"5 м3 /с при Нп до 1600 м и доходит до Q = 350 • 10"5 м3 /с при уменьшении Нп до 400 м.

ные насосы с подачей Q = 11,5-10"6 м3 /с при Нп = 1000 м, поршне­ вой эксцентриковый насос которых приводится в действие электро­

колонне насосных труб 3; колонну штанг 4, при помощи которой сообщается возвратно-поступательное движение плунжеру насоса с передачей плунжеру энергии от балансира 7 станка-качалки; ста­ нок-качалку с электродвигателем 12 и редуктором 10, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное движение балан­ сира.

Собственно насос (рис. 7.1, б) состоит из цилиндра 1, внутри кото­ рого перемещается плунжер 2. При ходе плунжера вверх открывается

регулировать ход полированного штока, т. е. длину хода точки подвеса штанг, а значит, и плунжера насоса.

Для уравновешивания нагрузки подвижной системы станка-ка­ чалки и двигателя при ходе колонны штанг вниз и вверх применены балансирный 13 и кривошипный 14 противовесы. Число качаний балансира можно изменять, устанавливая шкивы различных диа­ метров в клиноременной передаче 11. Диапазон изменения числа качаний у разных типов станков-качалок составляет от 4,7 до 15,5 в минуту.

На промыслах распространены станки-качалки нормального ряда по ГОСТ 5866—56: СКН2-615, СКНЗ-1515, СКН5-3015, СКН-10-3315, СКН10-3012. В условном обозначении станков-качалок этого ряда первое число указывает наибольшую допустимую нагрузку в точке подвеса штанг в т, второе число — максимальную длину хода точки подвеса штанг в дм и наибольшее число качаний балансира в минуту. Например, обозначение СКН5-3015 относится к станку-качалке нормального ряда с наибольшей допустимой нагрузкой 5 т, макси­ мальной длиной хода 30 дм и наибольшим числом качаний 15 в ми­ нуту.

Согласно новому ГОСТ 5866—66 предусматривается девять базо­ вых моделей (и 20 типоразмеров) станков-качалок от 1СК до 9СК с наибольшей допустимой нагрузкой от 1 до 20 т, максимальной дли­ ной, хода точки подвеса штанг от 30 до 600 дм и наибольшим числом качаний балансира от 15,5 до 10 в минуту. Мощности электродвига­ телей для привода этих станков лежат в пределах от 1,7 до 55 кВт.

Если не снабдить станок-качалку приспособлениями для уравнове­ шивания, то нагрузки приводного электродвигателя при ходе плун­ жера вверх и вниз будут резко отличаться друг от друга, что сильно ухудшает энергетические показатели привода. При ходе плунжера вверх в точке подвеса штанг приложена статическая нагрузка, созда­ ваемая весом столба жидкости над плунжером, весом самих штанг и силами трения. Последние обусловлены трением плунжера о стенки цилиндра насоса, трением штанг о жидкость и внутреннюю поверх­ ность насосных труб, гидравлическими сопротивлениями при пере­ мещении жидкости через насос и трубы. Эта нагрузка не приклады­ вается внезапно, а постепенно возрастает в начальный период хода плунжера вверх благодаря демпфирующему действию упругих де­ формаций штанг и труб. Кроме статической нагрузки к точке подвеса штанг оказываются приложенными и динамические силы, возника­

Результирующая сила, приложенная в точке подвеса штанг, при ходе плунжера вверх направлена против движения и создает момент сопротивления, который преодолевается двигателем. При ходе плун­ жера вниз результирующая статическая нагрузка в точке подвеса штанг действует в направлении движения и разгружает двигатель. Она определяется весом штанг за вычетом веса занимаемого ими объема жидкости и сил трения. Вес жидкости над плунжером не дей-

ствует на штанги. Так как верхний клапан насоса открыт, а нижний закрыт, то этот вес через нижний клапан передается насосным трубам.

При изменении направления движения плунжера усилие в точке подвеса не принимает мгновенно своего установившегося значения, а постепенно убывает из-за упругих деформаций штанг и труб.

Момент, обусловленный динамическими силами, при ходе плун­ жера вниз направлен против движения. Результирующий момент сопротивления при ходе плунжера вниз у неуравновешенного станкакачалки много меньше, чем при ходе плун­ жера вверх, и во многих случах он даже меняет знак, т. е. совпадает с направлением движения. При этом двигатель переходит

вгенераторный режим и работает в ка­ честве рекуперативного тормоза с отдачей

всеть электрической энергии.

Максимумы относятся к средним положениям балансира, а ми­

уравновешивании, во втором — о кривошипном уравновешивании. Часто применяется комбинированное уравновешивание (см. рис. 7.1, а), при котором противовесы размещаются и на балансире и на кривошипах.

На некоторых станках-качалках (8СК и 9СК) вместо кривошип­ ного уравновешивания может быть предусмотрено пневматическое, при котором уравновешивающее устройство выполняется в виде

При переменной циклической нагрузке к. п. д. двигателя привода станка-качалки за цикл нагрузки выразится [2]

Выражение (7.2) показывает, что г|ц тем сильнее зависит от коэффи­ циента формы нагрузочной кривой, чем меньше Г|э.

Эксплуатационный коэффициент мощности при циклической нагрузке cos срц определяется из выражения [2]

(7.3)

где cos ф э — коэффициент мощности при постоянной нагрузке, рав­ ной среднеквадратичной за цикл Рэ.

При помощи формул (7.2) и (7.3) могут быть вычислены значения т]ц и cos ф ц в зависимости от коэффициента формы кривой Кф для раз-

р

личных степеней загрузки двигателя К3 = -~ . От величины Кг зависят г)э и cos ф э данного двигателя. Как указывалось уже ранее, чем лучше уравновешен станок-качалка, тем меньше Кф. Например, для станка-качалки, приводящего в действие насос диаметром 56 мм, при ускорении перемещения точки подвеса штанг 0,5 м/с2 коэффи­ циент формы нагрузочной кривой изменяется от 1,46 при идеальноуравновешенном станке-качалке до 3,94 — при неуравновешенном.

Если применить здесь электродвигатель АОП2-ЕІ2-4 мощностью

и cos ф ц при полностью уравновешенном и неуравновешенном станкекачалке и при загрузке двигателя по нагреву К3 = 1 и Кл = 0,3. Из табл. 7.1 видно, что при полном использовании двигателя по нагреву (К3 = 1) к. п. д. цикла при переходе от уравновешенного станка к неуравновешенному снижается от 0,834 до 0,65, a cos ф„ — от 0,605 до 0,312.

Эти коэффициенты еще сильнее уменьшаются, если двигатель не

О п р е д е л е н и. е м о щ н о с т и э л е к т р о д в и г а т е л я для привода станка-качалки требует знания производительности насоса и ряда параметров насоса и станка. За период 1928—1954 гг. был предложен ряд формул: Д. В. Ефремовым, А. Н. Ларионовым, работниками б. АзЭлектропром, АзИнмаш, б. АзИИ и др.

Остановимся на одной из формул, предложенной сотрудниками АзИнмаш.

где К0 — относительный коэффициент формы кривой вращающего момента на валу электродвигателя, равный отношению фактического коэффициента формы кривой к коэффициенту формы для синусоиды,

равному 1,11, т. е. К0 = ; Ка—поправочный коэффициент, зави­ сящий от отношения истинного пробега плунжера к длине хода поли­ рованного штока (учитывающий влияние деформации штанг и труб); dH— диаметр плунжера насоса в мм; Н — высота подвеса насоса в м; S — длина хода полированного штока в м; п — число качаний

По значению Рэ, найденному по формуле (7.4), подбирается дви­ гатель с номинальной мощностью Ри так, чтобы Рн ^ Рэ. При разра­ ботке новых серий электроприводов станков-качалок или выполне­ нии специальных исследований, когда необходимо получить более точные данные для выбора двигателя, строят нагрузочные диаграммы Р = / (t). Построение последних, а также исследование переходных процессов электропривода основываются на составлении и решении уравнений движения электропривода. Имея нагрузочную диаграмму, методом эквивалентного тока или мощности находят необходимую номинальную мощность электродвигателя. Выбранный по условиям нагрева двигатель не во всех случаях будет удовлетворять требова­ ниям работы в приводе станка-качалки. Он должен быть проверен по условиям пуска станка-качалки и по условиям преодоления пиков нагрузочного момента при работе установки. При пуске станкакачалки двигатель должен развивать момент, обеспечивающий преодо-

ление статического момента сопротивления системы и некоторый избыточный момент, необходимый для ее разгона до установившейся скорости. Статический момент сопротивления системы при пуске превышает соответствующий момент при установившемся режиме из-за увеличенных сил трения, обусловленных заеданием движу­ щихся частей, выжиманием смазки, наличием песчаных пробок.

Протекание пускового процесса зависит также от начального положения кривошипа станка и от того, как изменяется нагрузка непосредственно после начала пуска.

Следует также учитывать, что в случае снижения напряжения в питающей сети во время пуска двигателя соответственно умень­ шается величина начального пускового момента двигателя.

Расчеты и практика показывают, что при Мп/М„ = 2 успешно 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. Двигатели с кратностью пус­ кового момента 1,8—2 следует считать пригодными для привода станков-качалок.

хорошем уравновешивании станка-качалки. Вероятность перегрузок двигателя возрастает в случае использования насосов малых диа­ метров при больших числах качаний и длинах хода, большой глубине подвески насоса. Поэтому большие значения Кйг Т А Х ОТНОСЯТСЯ к этим условиям.

Обычно величина Кст т а х составляет 2,1—2,3, что обеспечивает надежную работу электропривода с перегрузками и при значитель­ ных снижениях напряжения в питающей сети.

§ 45. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ДЛЯ СТАНКОВ - КАЧАЛОК

Для привода станков-качалок в последние годы наиболее распро­ страненным является короткозамкнутый асинхронный двигатель в закрытом обдуваемом исполнении. Такое исполнение гарантирует надежную работу двигателей, устанавливаемых на открытом воздухе, которые подвергаются воздействию влаги, песка, снега.

Асинхронные короткозамкнутые двигатели единой серии АО, выпускавшиеся промышленностью до последнего времени, не обла­ дают 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 повы­ шенным моментом (серии АОП), у которых МПШН — 1,8—2 при кратности пускового тока 5,5—7, и с повышенным скольжением (се­ рии АОС), у которых кратность пускового момента еще выше — 2,6—3,3 при кратности пускового тока 4,5—8,2.

У двигателей АОС скольжение в 2—3 раза больше, а к. п. д. значительно меньше, чем у двигателей АОП. В то же время кратность