Новый высокоэффективный привод для погружных центробежных и винтовых насосов (стр. 2 из 3)

Технически эта задача нашла решение, однако, на наш взгляд, остаются проблемы цены, ресурса, возможности их обслуживания и ремонта.

Для повышения эффективности работы погружных винтовых электронасосов необходимо создать двигатель с регулируемой частотой вращения в диапазоне 250-1000 об./мин.

Поставленные задачи наиболее успешно решены созданием установок погружных центробежных насосов с приводами на основе вентильных электродвигателей (рис. 1).

Вентильные электродвигатели не являются изобретением последних лет, тем не менее их широкое использование стало возможным только на базе последних достижений в области микроэлектроники, силовой электроники и программных средств управления.

В нефтедобывающем оборудовании приводы на основе вентильного электродвигателя до последнего времени не использовались.

В результате совместной работы специалистов ОАО «ЛУКОЙЛ» и ОАО «РИТЭК» создан и поставлен на производство новый тип привода погружных центробежных насосов, который обладает лучшими по сравнению с серийными асинхронными электродвигателями функциональными, ресурсными и энергетическими характеристиками.

Привод состоит из погружного электродвигателя типа ВД (рис. 2) и специальной станции управления (cм. рис. 1).

Привод работает в комплекте с насосами, кабельными линиями и трансформаторами, используемыми в составе УЭЦН с асинхронными погружными электродвигателями типа ПЭД.

Диапазон регулирования частоты вращения электродвигателя — 500÷3500 об./мин.

Технические характеристики КП ЭЦН-ВД представлены в табл. 1.

Табл. 1. Технические характеристики КП ЭЦН-ВД
Тип привода	Мощность номинальная, кВт	Напряжение номинальное, В	Ток номинальный, А	КПД, %	cos φ
КП ЭЦН-ВД16-117В5	16	800	14,5	89,7	0,95
01КП ЭЦН-ВД24-117В5	24	1200	14,5	89,7	0,95
08КП ЭЦН-ВД24-117В5	24	850	20	89,7	0,95
02КП ЭЦН-ВД32-117В5	32	1150	20	89,7	0,95
09КП ЭЦН-ВД32-117В5	32	900	25,5	90	0,95
03КП ЭЦН-ВД40-117В5	40	1400	20,5	89,7	0,95
10КП ЭЦН-ВД40-117В5	40	1150	25,5	89,2	0,95
04КП ЭЦН-ВД48-117В5	48	1350	25,5	90,2	0,95
11КП ЭЦН-ВД48-117В5	48	1050	33,5	90,2	0,95
05КП ЭЦН-ВД56-117В5	56	1600	25,5	90,2	0,95
12КП ЭЦН-ВД56-117В5	56	1200	34	90,2	0,95
06КП ЭЦН-ВД64-117В5	64	1800	25,5	90,2	0,95
13КП ЭЦН-ВД64-117В5	64	1400	34	90,2	0,95

Погружные электродвигатели типа ВД

Вентильный погружной электродвигатель типа ВД представляет собой синхронную электрическую машину, у которой ротор 1 выполнен на постоянных магнитах, а питание обмотки статора 2 осуществляется по определенному алгоритму от находящейся на поверхности специальной станции управления типа «Ритэкс».

Электродвигатель ВД имеет высокую степень унификации с электродвигателем типа ПЭД. В нем применены материалы, комплектующие изделия и отработанные технические решения, которые используются в асинхронных электродвигателях ПЭД.

Технические характеристики вентильных электродвигателей типа ВД при частоте вращения 3000 об./мин. представлены в табл. 2.

В табл. 3 указаны преимущества приводов на основе вентильных электродвигателей и их параметры, за счет которых обеспечиваются эти преимущества.

Возможности созданного вентильного привода могут быть реализованы:

при эксплуатации УЭЦН, подобранных с учeтом характеристик насоса при номинальной частоте вращения 2910 об./мин.;

при эксплуатации УЭЦН с выбранной частотой вращения.

Номинальная частота вращения насоса 2910 об./мин. в серийной УЭЦН определена частотой вращения работающего в составе установки погружного асинхронного 2-хполюсного электродвигателя типа ПЭД. Однако эта частота вращения не для всех условий эксплуатации является оптимальной. Для некоторых скважин более близкие к оптимальным значениям рабочих показателей подачи, напора, мощности, наработки на отказ, КПД и др. можно достичь при работе установки с частотой вращения, отличающейся от номинальной частоты 2910 об./мин.

Регулируемый вентильный привод позволяет также изначально выбрать частоту вращения насоса, при которой будет обеспечена более эффективная работа ЭЦН в скважинах с низким пластовым давлением, высоким газовым фактором, высокой вязкостью продукции, большим содержанием механических примесей и других осложняющих факторах. Новая частота вращения может снизить вероятность возникновения резонансных явлений в установке, являющихся одной из причин самопроизвольного их расчленения в процессе работы.

Если в используемой на предприятии программе или методике не предусмотрен алгоритм подбора ЭЦН, работающего при новой частоте вращения, то подбор насоса производится с использованием параметров, рассчитанных для насосов, работающих с частотой вращения 2910 об./мин., с последующим пересчетом на новую частоту вращения.

При пересчете используются известные зависимости подачи, напора, мощности и ожидаемого ресурса от частоты вращения насоса:

Qn=Q29 n/2910 (1),

Hn=H29 (n/2910)2 (2),

Nn=N29 (n/2910)3 (3),

где:

Qn, Hn, Nn — подача, напор, мощность при частоте вращения n;

Q29, H29, N29 — подача, напор, мощность при номинальной частоте вращения 2910 об./мин.

При выборе новой частоты вращения насоса следует руководствоваться условием:

nmin< n < nmax (4),

где:

nmin — частота вращения меньше номинальной, нижнее значение которой ограничивается конструктивной и экономической целесообразностью использования в конкретной скважине насосов с увеличенным количеством ступеней;

nmax — частота вращения больше номинальной, верхнее значение которой ограничивается допустимой величиной снижения ресурса деталей проточной части насоса, работающего при повышенных частотах вращения.

Ориентировочное значение ожидаемого ресурса деталей проточной части насоса при новой частоте вращения n:

Rn = R29(2910/n)3 (5),

где Rn — ожидаемый ресурс при частоте вращения n;

R29 — среднее значение ресурса деталей проточной части насоса в данной скважине при номинальной частоте вращения 2910 об./мин.

Вентильный привод позволяет эксплуатировать УЭЦН в широком диапазоне частот вращения. Для практического использования принят:

Рабочий диапазон частот вращения насосов:

2500 < n < 3500 об./мин. (6).

Рекомендуемый диапазон частот вращения насосов:

2700 < n < 3100 об./мин. (7).

Вентильные электродвигатели для комплектации насосов, которые планируется эксплуатировать при различных частотах вращения n, выбираются из условия обеспечения требуемой мощности, ресурса, КПД и модификации по номинальному напряжению.

Требования по мощности должны удовлетворять условию:

Nдn > Nнn , (8)

где Nнn — мощность, потребляемая насосом, при частоте вращения n;

Nдn — мощность, развиваемая ВД, при частоте вращения n.

Nдn = N30 х n/3000 , (9),

где N30 — номинальная мощность ВД, кВт;

3000 — номинальная частота вращения ВД, об./мин.

Требования по ресурсу обеспечиваются при выполнении следующих условий:

эксплуатация ВД при любой частоте вращения из рабочего диапазона 2500-3500 об./мин. допускается при рабочем токе, не превышающем номинальный ток вентильного электродвигателя Iн;

с увеличением частоты вращения более номинальной величины — 3000 об./мин., мощность, развиваемая электродвигателем, превышает номинальную. При этом ухудшается тепловой режим работы ВД, что может привести к снижению его ресурса. Поэтому загрузка ВД при работе с частотой вращения более 3000 об./мин. не должна превышать его номинальной мощности;

комплектацию насосов вентильными электродвигателями рекомендуется производить по мощности максимального ресурса, которая принимается на 20% ниже его мощности при частоте вращения n.

При n<3000 об./мин.

NRn = 0,8 Nдn (10),

где NRn — мощность максимального ресурса при частоте вращения n, кВт.

При n>3000 об./мин.

NR30 = 0,8 N30 (11),

где NR30 — мощность максимального ресурса при частоте вращения n = 3000 об./мин., кВт.

Требования по обеспечению высокого КПД: для обеспечения работы ВД с высоким КПД не рекомендуется загружать двигатель ниже 30% его номинальной мощности.

Таким образом для обеспечения требуемой мощности, КПД и ресурса выбранный вентильный электродвигатель должен удовлетворять условию:

0,3 Nдn < Nнn < 0,8 Nдn (12).

При выборе модификации вентильного электродвигателя по номинальному напряжению должны быть учтены следующие факторы:

1. Двигатели с большими значениями номинальных напряжений имеют меньшие значения номинальных токов.

При уменьшении тока:

сокращаются потери мощности в кабельной линии;

возможно использование кабеля меньших сечений;

повышается надежность электрических разъемов кабельной муфты.

При увеличении напряжения снижается надежность электрической системы «кабель — ВД» в условиях падения в процессе эксплуатации диэлектрической прочности изоляции кабеля, обмоточных проводов и заполняющего полость ВД масла.

2. При оценке значения фактора величины рабочего тока необходимо учитывать различия в условиях работы систем «кабель — ПЭД» и «кабель — ВД» при пусковых режимах.