Исследование и разработка массового асинхронного электропривода станков-качалок

• Автор: Кузнецов, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 182 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБОСНОВАНИЕ ПОСТАНОВКИ ЗАДАЧ ДЛЯ
ИССЛЕДОВАНИЙ
1Л. Обзор методик расчета нагрузок на механизм станка-качалки
1.2. Обзор систем электропривода для станков-качалок
1.3. Использование электропривода по системе ТПН-АД для энергосбережения и формирования переходных процессов
1.4. Моделирование системы ТПН-АД
1.5. Постановка задач для исследований
ГЛАВА 2. РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ НАГРУЗОК В
ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ СТАНКА-КАЧАЛКИ
2.1. Кинематика механизма станка-качалки
2.2. Расчет приведенного статического момента
2.3. Расчет суммарного приведенного момента инерции
2.4. Расчет суммарного момента нагрузки
2.5. Пример расчета
2.6. Выводы по главе
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ СИСТЕМЫ ТПН-АД ДЛЯ

3.1. Модель силовой электрической части системы
3.2. Модель механической части системы
3.3. Модель информационной части системы управления
3.4. Моделирование электропривода по системе ТПН-АД и анализ результатов моделирования
3.5. Выводы по главе
ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕЖИМА ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ ШГНУ ПО СИСТЕМЕ ТПН-АД
4.1. Расчет переменных в асинхронном электроприводе без учета насыщения цепи намагничивания и потерь в стали
4.2. Расчет переменных в асинхронном электроприводе с учетом насыщения цепи намагничивания
4.3. Расчет переменных в асинхронном электроприводе с учетом
потерь в стали
4.4. Обоснование упрощенного представления нагрузки электропривода станка-качалки
4.5. Выводы по главе
ГЛАВА 5. ФОРМИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В
ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ СТАНКА-КАЧАЛКИ
5.1. Прямой пуск двигателя
5.2. Приближенные расчеты переходных процессов пуска и переключения скоростей для двухскоростного электропривода станков-качалок
5.3. Формирование плавного пуска
' 5.4. Формирование плавного перехода с низкой скорости на высокую
5.5. Экспериментальные исследования
5.6. Выводы по главе
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Россия является ведущей нефтедобывающей страной, на территории которой добывается почти 10% от уровня мировой добычи нефти. Нефтедобывающая отрасль является в настоящее время одной из главных в российской экономике. Вместе с тем ряд факторов, в том числе особенности географического расположения нефтедобывающих районов и залегания нефтеносных пластов, делают себестоимость российской нефти одной из самых высоких в мире. Поэтому снижение эксплуатационных затрат, связанных с добычей нефти, является одной из важных задач в нефтедобывающей отрасли.
Более половины из 100 тыс. нефтяных скважин в России эксплуатируются штанговыми глубинно-насосными установками (ШГНУ), в качестве приводного механизма для которых используются станки-качалки. Большинство электроприводов станков-качалок являются нерегулируемыми, укомплектованными асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором. Регулирование производительности установок с такими приводами до настоящего времени производится вручную механическим способом путем изменения длины хода насоса и диаметра шкива клиноременной передачи.
Несоответствие производительности станка-качалки и притока нефти в скважину при использовании нерегулируемого привода приводит к увеличению числа отказов наземного и внутрискважинного оборудования, ремонт которого является трудоемким и дорогостоящим и приводит к выводу скважины из эксплуатации на длительный срок. Доказано, что для большинства скважин технология откачки нефти связана с необходимостью автоматического регулирования производительности установки в диапазоне примерно 2:1-2.5:1 [36].
Из установок с автоматическим регулированием производительности наибольшее распространение получили электроприводы с периодической откачкой нефти. Частотно-регулируемые приводы находят единичное применение и пока еще не получили широкого распространения из-за высокой стоимости преобразователей, тяжелых условий эксплуатации станков-качалок и отсутствия оперативного обслуживания.

С учетом выражений (2.9) и (2.16) статический момент на кривошипе можно выразить через длину хода как
5' ■ Р
МКР(<рк)=—^ фт<рк. (2.21)
Зависимость момента статической нагрузки, приведенного к валу двигателя, представляется следующим образом
мс(<Рк)= 7— -Ип^Ь (2.22)
С учетом (2.3) выражение (2.22) можно записать в виде:
Мс{<р)~ МСтах (2.23)

8 ■ р.

(2.24)
Кривая момента статической нагрузки при представлена на рис. 2.5 утолщенной линией.
Значения максимального приведенного к двигателю статического момента нагрузки для двух типоразмеров станков-качалок серии СК приведены на рис. 2.3. Исходные данные для расчета взяты из каталога [62], число качаний выбрано максимально возможным для данных станков (см.табл 2.1), т.е. для максимально возможного диаметра ведущего шкива клиноременной передачи. Для определения момента при передаточном числе ікл, отличном от минимального, значение момента на графиках рис. 2.3 необходимо уменьшить во столько же раз, во сколько увеличилось значение 1кл-
Как видно из графиков рис. 2.3, значение МСтах не превосходит значение номинального момента двигателя Мы, находясь в пределах 10-95%