WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Окунеева Надежда Анатольевна

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

ДЛЯ НЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ НАСОСОВ С ПОГРУЖНЫМ

МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ДВИГАТЕЛЕМ

Специальность 05.09.03 – «Электротехнические комплексы и системы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2008

Работа выполнена на кафедре “Электротехнические комплексы автономных объектов” Московского энергетического института (технического университета).

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент

Сугробов Анатолий Михайлович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, доцент

Козаченко Владимир Филиппович

кандидат технических наук

Петленко Артём Борисович

Ведущая организация

ООО «Борец» г. Москва

Защита диссертации состоится « 27 » июня 2008 года в 16 час. 00 мин. в аудитории М-611 на заседании диссертационного совета Д 212.157.02 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д.13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского Энергетического института (технического университета)

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направить по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д.14, Ученый совет МЭИ (ТУ)

Автореферат разослан «___» мая 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.02

канд. техн. наук, доцент Цырук С.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Важнейшим фактором современной мировой экономики, во многом определяющим и политику, является наличие и использование нефтяных ресурсов. Современная цивилизация не может существовать без нефти и нефтепродуктов, потребление которых постоянно растет. Основным является энергетическое направление их использования. В настоящее время доля нефти в мировом энергобалансе составляет более 46%.

Одной из главных задач, стоящих перед нефтедобытчиками, является задача рационального использования истощенных месторождений и залежей с тяжело добываемой нефтью. В связи с этим все более значимыми являются вопросы научно обоснованного создания и эксплуатации более надежного нефтепромыслового оборудования, обладающего улучшенными выходными характеристиками, эффективность которого, в том числе экономическая, определяет эффективность всего процесса эксплуатации нефтяного месторождения.

В подавляющем числе случаев добыча нефти не обходится без специального оборудования и такой его важной составляющей, как насосная установка. Одним из основных видов техники добычи неф­ти в России являются установки погружных центробежных (УЦН) и винтовых насосов (УВН). За последние годы изготовителями проделана большая работа по повышению качества традиционных погружных насосных установок. Однако и сегодня они нуждаются в дальнейшем техническом совершенствовании, которое позволило бы удовлетворить возросшие требования потребителей и обеспечить рост эффективности их использования.

Изменяющиеся в процессе работы привода нагрузки и интенсивность охлаждения электродвигателя, выдвигаемые требования к обеспечению функционирования в наклонных и сильно искривленных скважинах, сокращению энергопотребления, а также уменьшению стоимости изготовления, ремонта и эксплуатации приводов заставляют вести поиск новых технических решений.

Суммируя требования, изложенные в различных источниках, можно заключить, что электропривод нефтедобывающих насосов должен обладать следующими основными качествами:

  • быть регулируемым в широком диапазоне частот вращения (1:8) и нагрузок (1:10);
  • КПД электропривода и коэффициент мощности электродвигателя должны оставаться высокими при всех основных режимах эксплуатации;
  • обеспечивать длительную работу при минимальных частотах вращения и минимальных расходах охлаждающей (пластовой) жидкости;
  • иметь малые потери в длинной силовой линии связи погружного электродвигателя с поверхностью;
  • отношение вращающего момента электродвигателя в кратковременном режиме перегрузки к номинальному значению должно быть не менее 2;
  • обеспечивать возможность автоматической адаптации к изменяющимся условиям функционирования для оптимизации режима работы насосной установки;
  • электродвигатель должен обладать свойствами, позволяющими применить достаточно простые, но эффективные алгоритмы управления.

Помимо обеспечения указанных качеств важно минимизировать себестоимость электропривода, что обусловливает необходимость применения соответствующей полупроводниковой элементной базы, материалов и выбора рациональной структуры привода, обеспечения высокой технологичности его изготовления.

До настоящего времени для привода нефтедобывающих насосов, как правило, используются погружные асинхронные электродвигатели серии ПЭД. Этому типу привода присущи невысокие КПД и коэффициент мощности, большие пусковые токи, относительно большая длина электродвигателя, а также сложность реализации алгоритма эффективного управления.

Таким образом, в связи с возрастающими требованиями в повышении эффективности добычи нефти, используемые в настоящее время погружные асинхронные двигатели, не удовлетворяют запросам потребителей. Поэтому необходима и актуальна разработка нового электропривода насосов с погружными электродвигателями, отвечающего современным требованиям.

Цель диссертационной работы

Разработка и исследование электроприводов, обладающих высокими потребительскими свойствами, для центробежных и винтовых нефтедобывающих насосов с погружными электродвигателями.

Для достижения поставленной цели в работе потребовалось решить следующие задачи:

1. Выбрать тип электропривода и погружного электродвигателя для нефтедобывающих насосов.

2. Обосновать рациональные конструкции магнитных систем электродвигателей погружного исполнения для центробежных и винтовых насосов, обеспечивающие заданные показатели качества.

3. Разработать математическую модель электромагнитных процессов для исследования и проектирования электропривода с погружным магнитоэлектрическим двигателем (МЭД), учитывающую конструктивные особенности и алгоритмы управления электроприводом, разработать схемы замещения исследуемых магнитных систем, проверить адекватность разработанной модели.

4. Дать рекомендации для выбора конструктивных решений, размеров магнитных систем и электромагнитных параметров погружного МЭД с учетом особенностей применения, а также по алгоритму управления вентильным электроприводом (ВЭП).

5. Спроектировать и исследовать погружные МЭД предложенных конструкций для ВЭП с бездатчиковым способом управления.

Объект исследования

Объектом исследования в работе является вентильный электропривод для центробежных и винтовых нефтедобывающих насосов с погружными маслозаполненными МЭД.

ВЭП состоит из наземной и подземной (погружной) части. В состав наземной части входит станция управления, которая подключается к промышленной трехфазной сети напряжением 380 В, частотой 50 Гц и повышающий трансформатор, обеспечивающий гальваническую развязку цепей. Погружная часть ВЭП состоит из МЭД и линии передачи.

Особенности конструкций разработанных МЭД заключаются в следующем:

– погружной двигатель заполняется трансформаторным маслом под давлением около 25 МПа, а снаружи охлаждается прокачиваемой между корпусом и обсадной трубой скважины пластовой жидкостью с температурой до 135С;

– регулирование выходных характеристик ВЭП осуществляется с помощью бездатчикового способа управления;

– при существенно большой мощности (от 16 до 400 кВт) погружные МЭД выполняют в корпусе малого диаметра (92, 103, 117 и 130 мм), но большой длины (до 6 м);

– в магнитных системах используются статор с закрытыми пазами и ротор с замкнутыми для размещения постоянных магнитов окнами;

– магнитопровод набирается из тонколистовой электротехнической стали так же, как выполняются магнитные системы погружных асинхронных двигателей.

Методы исследования

Комплексное исследование электропривода на базе МЭД включает в себя анализ электромагнитных процессов с помощью аналитических методов исследования, базирующихся на методе мгновенных значений, теории обыкновенных дифференциальных уравнений и матричной алгебре. Исследования электромагнитных и тепловых процессов в МЭД проводились с помощью специально разработанных математических моделей, основанных на методе эквивалентных схем замещения, и с применением пакета конечно-элементного анализа ELCUT.

Достоверность полученных результатов

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций в диссертационной работе обосновывается хорошим совпадением результатов теоретического исследования и экспериментальных данных, полученных на опытных образцах для различных режимов работы привода.

Научная новизна и практическая ценность

1. Обоснована целесообразность применения ВЭП с погружным МЭД для нефтедобывающих установок центробежных и винтовых насосов.

2. Разработаны рациональные конструкции технологичных в изготовлении магнитных систем погружных МЭД с высокими энергетическими показателями, предназначенных для работы в составе ВЭП УЦН и УВН.

3. Разработаны математическая модель электромагнитных процессов и схемы замещения выбранных магнитных систем для исследования и проектирования погружных МЭД, учитывающие их конструктивные особенности и алгоритмы управления ВЭП, позволяющие с малыми затратами времени и приемлемой точностью рассчитывать выходные показатели и характеристики ВЭП. Проверена адекватность разработанной модели.

4. Даны рекомендации для выбора конструктивных решений, размеров магнитных систем, электромагнитных параметров погружных МЭД с учетом особенностей их применения, а также по алгоритму управления ВЭП.

5. С использованием разработанной математической модели спроектированы и исследованы погружные МЭД предложенных конструкций для ВЭП с бездатчиковым способом управления, отвечающие современным требованиям, предъявляемым к электродвигателям подобного назначения.

Внедрение результатов работы:

Разработанные математические модели реализованы в виде комплекса программ и готовы для использования на персональном компьютере. Их использование позволяет проводить исследования и проектирование МЭД погружного исполнения рассмотренных конструкций для ВЭП с бездатчиковым способом управления.

Результаты диссертационной работы использованы:

1. При серийном производстве ГК «БОРЕЦ» погружных МЭД серии 1ВЭДБТ в габарите 117 мм мощностью 18, 26, 36, 45, 72, 110, 128, 180 и 20 кВт (5003500 об/мин) для центробежных насосов, и серии 2ВЭДБТ в габарите 117 мм мощностью 10, 14, 21, 28, 35, 42, 49, 56 и 70 кВт (2501500 об/мин) для винтовых насосов. Электродвигатели в габаритах 103 и 130 мм находятся на стадии производства и испытания.

2. При разработке ООО «РИТЭК-ИТЦ» типоразмерных рядов МЭД для погружных центробежных и винтовых насосов в корпусах диаметром 92, 117 мм, мощностью 16, 24, 40, 48 и 64 кВт.

3. ФГУП «Альфа» при проведении работ, связанных с разработкой вентильного электропривода специального назначения и поиском рациональных режимов управления электроприводом со сходной магнитной системой.

Разработанное в рамках данной работы программное средство учебного назначения (ПСУН) реализовано в учебном процессе на кафедре ЭКАО МЭИ (ПСУН «Программа моделирования электромагнитных процессов в вентильных синхронных машинах с возбуждением от постоянных магнитов»), а также используется при выполнении госбюджетных и хоздоговорных работ в данной области.

Область применения результатов:

Основной областью применения результатов работы является ВЭП для нефтедобывающих погружных насосов. Кроме того, разработанные математические модели, а также результаты расчетных исследований по определению влияния параметров на выходные характеристики, могут быть использованы при проектировании и исследовании ВЭП другого назначения.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Обоснование выбора типа электропривода и погружного электродвигателя для нефтедобывающих насосов.

2. Рациональные конструкции магнитных систем электродвигателя погружного исполнения для центробежных и винтовых насосов, обладающие высокой технологичностью и высокими энергетическими показателями.

3. Математическая модель электромагнитных процессов и схемы замещения выбранных магнитных систем для исследования и проектирования погружных МЭД. Результаты проверки адекватности разработанной модели.

4. Результаты математического моделирования ВЭП на базе спроектированных МЭД.

5. Рекомендации для выбора конструктивных решений, размеров магнитных систем, электромагнитных параметров погружного МЭД с учетом особенностей применения, а также по алгоритму управления ВЭП.

Апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Электротехнические комплексы автономных объектов» Московского Энергетического института (технического университета), а также на следующих конференциях: одиннадцатая, двенадцатая, тринадцатая и четырнадцатая международные научно-технические конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, МЭИ март 2005-2008 гг.

Публикации

По результатам проведенных исследований и теме диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ, в том числе 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 95 наименования. Ее содержание изложено на 201 странице машинописного текста, включая 92 рисунка, 26 таблиц и 4 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и основные задачи исследований, дана общая характеристика работы.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»