A hagyományos függesztett gerendás szivattyúegység állandó sebességű működést alkalmaz fékezőegység vagy energia-visszacsatolási séma hozzáadásával, ami jelentős hátrányokkal jár az energiafogyasztás és a költségek tekintetében. Ez a cikk bemutatja a Dongli Kechuang CT100 sorozatú frekvenciaváltóval ellátott elektronikus vezérlőrendszer alkalmazását olajmező szivattyúegységekben, és egy új, hatékonyabb és költségkímélőbb energia- és teljesítmény kettős zárt hurkú vezérlési sémát javasol.
Dongli Kechuang CT100 frekvenciaváltó alkalmazása függesztett gerendás szivattyúegységben
A hagyományos függesztett gerendás szivattyúegység állandó sebességű működést alkalmaz fékezőegység vagy energia-visszacsatolási séma hozzáadásával, ami jelentős hátrányokkal jár az energiafogyasztás és a költségek tekintetében. Ez a cikk bemutatja a Dongli Kechuang CT100 sorozatú frekvenciaváltóval ellátott elektronikus vezérlőrendszer alkalmazását olajmező szivattyúegységekben, és egy új, hatékonyabb és költségkímélőbb energia- és teljesítmény kettős zárt hurkú vezérlési sémát javasol.
Bevezetés
Hazánkban az olajmezők túlnyomó többsége alacsony energiafelhasználású és alacsony hozamú olajmezők, ellentétben a külföldi olajmezőkkel, amelyek erős önbefecskendező képességgel rendelkeznek. Az olaj nagy részét vízbefecskendezéssel kell a kútba fecskendezni, és szivattyúgépekkel (ütőgépekkel) kell kiemelni a formációból. Kínában az olajmezőkön jelenleg az olajat vízzel, az olajat pedig elektromos árammal helyettesítik, és az elektromos áramfogyasztás az olajkitermelés költségeinek jelentős részét teszi ki hazánkban. Ezért az olajipar nagy jelentőséget tulajdonít az áramfogyasztás megtakarításának, az áramfogyasztás megtakarítása pedig közvetlenül az olajkitermelés költségeinek csökkentését jelenti.
A szivattyúegység energiatakarékos megoldása a motorhajtás-rendszer frekvenciaváltóval történő módosítása. A szivattyúegység frekvenciaváltóra való átállítása után számos előnye van:
(1) Teljesítménytényező javítása: A bemeneti oldali teljesítménytényező az eredeti 0,25-0,5-ről 0,9 fölé növelhető, ami jelentősen csökkenti a tápegység áramát, ezáltal csökkenti az elektromos hálózat és a transzformátorok terhelését, a vonali veszteségeket, és jelentősen megtakarítja a "kapacitásbővítési" költségeket.
(2) A működési hatékonyság javítása: A kitermelési sebesség dinamikusan állítható az olajkút tényleges folyadékellátási kapacitásának megfelelően, ami nemcsak energiatakarékossági célokat ér el, hanem növeli a nyersolajtermelést is, jelentősen javítva a rendszer hatékonyságát.
(3) Valódi „lágyindítást” sikerült elérni: elkerülhető a villanymotorra, a sebességváltóra és a szivattyúegységre nehezedő túlzott mechanikai behatás, ami jelentősen meghosszabbítja a berendezés élettartamát, csökkenti az állásidőt és javítja a termelési hatékonyságot.
Azonban számos olyan kérdés is felmerül, amelyeket figyelembe kell venni a szivattyúegység motorjához használt frekvenciaváltó használatakor, főként a túláram és a regeneratív energia kezelésének problémája, amelyeket az alábbiakban külön elemzünk.
Bevezetés a függesztett gerendás szivattyúegységek jelenlegi helyzetébe
Bevezetés a felfüggesztett gerenda szivattyúegység mechanikai mechanizmusába
A sugárszivattyú egység főként négy részből áll:
(1) Gerendaszakasz: szamárfej, gerenda, keresztgerenda, farokgerenda, összekötő rúd, kiegyenlítő blokk (összetett kiegyenlítő szivattyúegység)
(2) Konzolrész: kereszttartó csapágyülés, munkalétra, védőgyűrű, kezelőplatform, konzol.
(3) Reduktor alkatrész: alap, reduktor hengerülés, reduktor, főtengely, ellensúly, fék és egyéb alkatrészek.
(4) Áramelosztó szakasz: motor alaplap, motor, elosztódoboz stb.
Shenzhen Dongli Sci Tech Innovációs Technológiai Kft.
1. Alap; 2-Konzol; 3-Függesztőkötél-szerkezet; 4- Szamárfej; 5-gerenda; 6-gerenda csapágyülés; 7-keresztgerenda; 8-összekötőrúd; 9-forgattyúscsap-szerkezet; 10-forgattyússzerkezet; 11- Lassító; 12. Fékbiztosító; 13- Fékezőszerkezet; 14- Villanymotor; 15- Elosztódoboz.
Amint az ábrán látható, a gerendaszivattyú egység egy deformált négyrudas összekötő mechanizmus, és általános szerkezeti jellemzői egy egyensúlyhoz hasonlítanak. Az egyik vége a szivattyúterhelés, a másik vége a kiegyensúlyozott nehéz teher. A konzol esetében, ha a szivattyúterhelés és az egyensúlyi terhelés által létrehozott nyomaték egyenlő vagy következetesen változik, akkor a szivattyúegység folyamatosan és megszakítás nélkül működhet nagyon kis energiával. Vagyis a szivattyúegység energiatakarékos technológiája az egyensúlytól függ. Minél alacsonyabb az egyensúlyi arány, annál nagyobb teljesítményre van szükség az elektromos motortól. Mivel a szivattyúterhelés folyamatosan változik, és az egyensúlyi súly nem lehet teljesen összhangban a szivattyúterheléssel, a gerendaszivattyú egységek energiatakarékos technológiája nagyon bonyolulttá válik. Ezért elmondható, hogy a gerendaszivattyú egység energiatakarékos technológiája a kiegyensúlyozó technológia.
Bevezetés a függesztett gerenda változó frekvenciájú transzformációjának jelenlegi állapotába
A frekvenciaátalakításos átalakítás tényleges helyzetéből adódóan a szivattyúegységek ellensúlyainak többsége valójában súlyosan kiegyensúlyozatlan, ami túlzott túláramot eredményez, ami nemcsak sok elektromos energiát pazarol feleslegesen, hanem komolyan veszélyezteti a berendezés biztonságát is. Ugyanakkor nagy nehézségeket okoz a frekvenciaváltós fordulatszám-szabályozás használata során: a frekvenciaváltó kapacitását általában a motor névleges teljesítménye alapján választják ki, és a túlzott túláram a frekvenciaváltó túlterhelésvédelmét okozhatja, amely nem tud normálisan működni.
Ezenkívül az olajkút kitermelésének korai szakaszában nagy mennyiségű olajtároló és elegendő folyadékellátás áll rendelkezésre. A hatékonyság javítása érdekében a teljesítményfrekvenciás működés biztosítható a magas olajtermelés biztosítására. A középső és későbbi szakaszokban azonban az olajtároló kapacitás csökkenése miatt könnyen előfordulhat elégtelen folyadékellátás. Ha a motor továbbra is teljesítményfrekvenciás állapotban működik, az elkerülhetetlenül elektromos energiát pazarol, és szükségtelen veszteségeket okoz. Ekkor figyelembe kell venni a tényleges munkakörülményeket, és a töltési sebesség hatékony javítása érdekében megfelelően csökkenteni kell a motor fordulatszámát és löketét.
Bevezetés a hagyományos frekvenciaátalakítási megoldásokba
A frekvenciaátalakításos technológia bevezetése a gerendás szivattyúegységek vezérlésébe a trend. A változtatható frekvenciájú sebességszabályozás a fokozatmentes sebességszabályozáshoz tartozik, amely a motor üzemi frekvenciáját az üzemi áram nagysága alapján határozza meg. Ez lehetővé teszi a szivattyúegység löketének kényelmes beállítását a kútkörülmények változásainak megfelelően, energiamegtakarítást érve el és javítva az elektromos hálózat teljesítménytényezőjét. A vektoros frekvenciaátalakításos vezérlési technológia alkalmazása alacsony fordulatszámot és nagy nyomatékkimenetet biztosít, és a fordulatszám simán és széles körben állítható. Ugyanakkor a frekvenciaváltó teljes motorvédelmi funkciókkal rendelkezik, mint például rövidzárlat, túlterhelés, túlfeszültség, alulfeszültség és leállás, amelyek hatékonyan védik a motort és a mechanikus berendezéseket, biztosítják, hogy a berendezés biztonságos feszültségen működjön, és számos előnnyel rendelkezik, mint például a sima és megbízható működés, a jobb teljesítménytényező stb. Ideális megoldás az olajtermelő berendezések átalakítására. A jelenlegi főbb megoldások a következők:
Inverter energiafogyasztás-fékező egységgel
Ez a módszer viszonylag egyszerű, de a működési hatásfoka alacsony. Ez főként a motor által állandó fordulatszámú működés közben, lefelé irányuló üzemmódban termelt energia visszacsatolásának köszönhető. Hagyományos frekvenciaváltó használata esetén a bemenet dióda-egyenirányított, és az energia nem tud az ellenkező irányba áramlani. A fenti elektromos energiarésznek nincs visszaáramlási útja a hálózatba, és helyben, ellenállások segítségével kell fogyasztani. Ezért kell energiafogyasztó fékezőegységeket használni, ami közvetlenül magas energiafogyasztáshoz és alacsony összhatásfokhoz vezet.
Hátrányok: Alacsony energiahatékonyság, valamint fékezőegységek és fékellenállások beépítésének szükségessége.
Visszacsatoló egység vezérlésű inverter
A regenerált energia visszatáplálása és a hatékonyság javítása érdekében egy energia-visszacsatoló eszköz használható a regenerált energia hálózatba való visszatáplálására. Ily módon a rendszer bonyolultabbá válik, és a beruházás is magasabb. Az úgynevezett energia-visszacsatoló eszköz valójában egy aktív inverter. Egy energia-visszacsatoló egységgel ellátott frekvenciaváltó telepítésével a felhasználók az olajkút folyadékszintje és nyomása alapján meghatározhatják a szivattyúegység öblítését, sebességét és folyadéktermelését, csökkentve az energiafogyasztást és javítva a szivattyú hatékonyságát; csökkentve a berendezések kopását, meghosszabbítva az élettartamot, magas hatásfokot, energiatakarékosságot és alacsony költségeket érve el, valamint automatizált működést valósítva meg maximális energiatakarékos körülmények között. A frekvenciaváltó és a visszacsatoló eszköz üzemmódja miatt azonban az energia-visszacsatolási séma használata jelentős harmonikus szennyezést okoz a tápegység végén, ami az elektromos hálózat minőségének jelentős romlásához vezet.
Hátrányok: Visszacsatoló eszközök telepítését igényli, ami költséges és jelentős szennyezést okoz a villamos hálózatban.
Bevezetés a Dongli Sci Tech CT100 sorozatú frekvenciaátalakító megoldásába
A hagyományos frekvenciaátalakítási transzformációs sémák különféle hátrányait figyelembe véve a Shenzhen Dongli Sci Tech Innovation Technology Co., Ltd. mélyreható kutatást végzett a függesztett gerendás szivattyúegység folyamatával kapcsolatban, egy a függesztett gerendás szivattyúegység vezérlési folyamatán alapuló, dedikált szoftverlogikát vezetett be, és kettős, zárt hurkú energia- és teljesítményszabályozást vezetett be a kimeneti frekvencia folyamatos és sima szabályozása, a negatív nyomatékszabályozás kiküszöbölése, valamint a motor mozgási energiájának és a magas buszfeszültségnek a visszacsatolása elkerülése érdekében. Továbbá a fékezőegység és az energia-visszacsatoló eszköz kiküszöbölésének célja is megvalósult, elkerülve a hagyományos frekvenciaátalakítási transzformációs sémák különféle hátrányait.
A séma központi vezérlési koncepciója az állandó kimeneti szabályozás. A frekvenciaváltó PID szabályozási módban működik, állandó kimeneti hurokkal. A kimeneti frekvencia beállításával állandó kimeneti szabályozás érhető el, ami hatékonyan csökkenti az átlagos kimeneti teljesítményt, hatékony energiamegtakarítást eredményez, és védi a szivattyúegység mechanizmusát, miközben kielégíti az impulzuskövetelményeket. Ez azt jelenti, hogy a frekvenciaváltónak nem kell meghatározott üzemi frekvenciát beállítani, és a tényleges kimeneti frekvenciát automatikusan állítja be a PID zárt hurok. Lefelé irányuló löket során, a terhelés nagy tehetetlensége miatt, amikor a szinkronsebesség alacsonyabb, mint a motor fordulatszáma, a motor áramot termel, és a frekvenciaváltó kimeneti nyomatéka negatív. Ekkor a frekvenciaváltó automatikusan növeli a kimeneti frekvenciát, hogy kiküszöbölje a negatív nyomatékot, és elkerülje, hogy a motor generátoros állapotba kerüljön. Felfelé irányuló löket során a potenciális energia teljes mértékben mozgási energiává alakul. Ekkor a maximális sebesség és tehetetlenség lép fel, és a motor lelassul, hogy végrehajtsa a felfelé irányuló löketet. Alacsony fordulatszám esetén a frekvenciaváltó állandó kimeneti PID szabályozási módban működik, és automatikusan növeli a felfelé irányuló löket sebességét a felfelé irányuló löket befejezéséhez. A teljes vezérlési folyamat során ismert, hogy a motor nem volt generátoros állapotban, így nincs szükség fékezőegység és RBU visszacsatoló eszköz telepítésére. Eközben a teljes löketfolyamat során a lefelé irányuló löket lassú, és több olaj merülhet be; a gyors felfelé irányuló löket csökkenti az olajszivárgást: ez jelentősen növeli az olajtermelést.
Előnyök: Nincs szükség energiafogyasztást vagy visszacsatoló eszközöket telepíteni, és optimalizált olajkivonási folyamatot biztosít, ami jelentősen javítja az általános hatékonyságot.
Bevezetés a Dongli Sci Tech CT100 sorozatú frekvenciaátalakításba
A Shenzhen Dongli Kechuang Technology Co., Ltd. CT100 frekvenciaváltója DSP vezérlőrendszeren alapul, és a hazai piacvezető PG-mentes vektorvezérlési technológiát alkalmazza, többféle védelmi módszerrel kombinálva, amely aszinkron motorokra is alkalmazható, és kiváló hajtási teljesítményt biztosít. A termék jelentősen javította az ügyfelek általi használhatóságot és a környezeti alkalmazkodóképességet a légcsatorna-kialakítás, a hardverkonfiguráció és a szoftverfunkciók tekintetében.
Műszaki jellemzők
Iparágspecifikus: A sugárszivattyúegység vezérlési folyamatának szoftverlogikájára építve valóban iparágspecifikus és vezető megoldásokat valósít meg.
Nagy megbízhatóságú választék: A főbb alkatrészek mind ismert hazai és külföldi márkáktól származnak, biztosítva az alkatrészek megbízható és stabil működését.
◆ Nagy redundanciájú tervezés: Szigorú számítások és kísérleti ellenőrzések révén a kulcsfontosságú alkatrészeket nagy tartalékokkal tervezik, hogy biztosítsák a teljes gép integritását az olajmezőkön
Hosszú távú stabilitás kedvezőtlen környezeti körülmények között.
Optimalizált vektorvezérlés: belföldön vezető sebesség-visszacsatolásmentes vektorvezérlés nagy, alacsony frekvenciájú nyomatékkal és gyors nyomatékválaszjellel.
◆ Szoftveres áram- és feszültségkorlátozó funkció: Jó feszültség- és áramkorlátozás, amely hatékonyan korlátozza a kulcsfontosságú szabályozási paramétereket az inverter meghibásodásának kockázatának csökkentése érdekében.
Erős környezeti alkalmazkodóképesség: Magas túlmelegedési ponttal, független légcsatorna-kialakítással és sűrített, háromrétegű festékkezeléssel alkalmasabb a kültéri olajmezőkön való hosszú távú üzemeltetésre.
◆ Sebességkövető újraindítási funkció: a forgó motorok sima, ütésmentes indítását teszi lehetővé
◆ Automatikus feszültségszabályozási funkció: Amikor a hálózati feszültség megváltozik, automatikusan állandó kimeneti feszültséget tud fenntartani
Átfogó hibavédelem: túláram, túlfeszültség, alulfeszültség, túlmelegedés, fáziskiesés, túlterhelés és egyéb védelmi funkciók
Következtetés
A nyalábszivattyú egység hagyományos frekvenciaátalakításos alkalmazási módjának különféle hátrányai miatt a frekvenciaátalakításos transzformációs vezérlési séma folyamatos fejlesztése elkerülhetetlen. A Shenzhen Dongli Sci Tech Innovation Technology Co., Ltd. innovatív vezérlési megoldásaival az iparág átalakulásának élére áll. Ugyanakkor a CT100 sorozatú frekvenciaváltó megbízható szoftveres és hardveres stabilitása biztosítja, hogy az ügyfelek számára rendkívül költséghatékony felhasználói élményt nyújtson.