واحد پمپاژ پرتویی یک مکانیزم اتصال چهار میلهای تغییر شکل یافته است و ویژگیهای ساختاری کلی آن مانند یک ترازو است. یک سر آن بار پمپاژ و سر دیگر آن بار سنگین متعادل است. برای براکت، اگر گشتاور ایجاد شده توسط بار پمپاژ و بار تعادل برابر باشد یا به طور مداوم تغییر کند، واحد پمپاژ میتواند به طور مداوم و بدون وقفه با توان بسیار کمی کار کند. به عبارت دیگر، فناوری صرفهجویی در انرژی واحد پمپاژ به تعادل بستگی دارد. هرچه نسبت تعادل کمتر باشد، توان مورد نیاز از موتور الکتریکی بیشتر است. از آنجا که بار پمپاژ دائماً در حال تغییر است و وزن تعادل نمیتواند کاملاً با بار پمپاژ سازگار باشد، فناوری صرفهجویی در انرژی واحدهای پمپاژ پرتویی را بسیار پیچیده میکند. بنابراین، میتوان گفت که فناوری صرفهجویی در انرژی واحد پمپاژ پرتویی، فناوری متعادلسازی است.
مقدمهای بر وضعیت فعلی تبدیل فرکانس متغیر تیر معلق
از وضعیت واقعی تبدیل تبدیل فرکانس، اکثر وزنههای تعادل واحدهای پمپاژ در واقع به شدت نامتعادل هستند و در نتیجه جریان ضربهای بیش از حد ایجاد میشود که نه تنها انرژی الکتریکی زیادی را بیجهت هدر میدهد، بلکه ایمنی تجهیزات را نیز به طور جدی تهدید میکند. در عین حال، این امر مشکلات بزرگی را برای استفاده از کنترل سرعت مبدل فرکانس ایجاد میکند: ظرفیت مبدل فرکانس عموماً بر اساس توان نامی موتور انتخاب میشود و جریان ضربهای بیش از حد میتواند باعث محافظت در برابر اضافه بار مبدل فرکانس شود که نمیتواند به طور عادی کار کند.
علاوه بر این، در مراحل اولیه بهرهبرداری از چاه نفت، مقدار زیادی ذخیره نفت و منبع کافی مایع وجود دارد. برای بهبود راندمان بازیابی نفت، میتوان از عملکرد فرکانس ثابت برای اطمینان از تولید بالای نفت استفاده کرد. با این حال، در مراحل میانی و بعدی، به دلیل کاهش ظرفیت ذخیرهسازی نفت، به راحتی میتوان منبع کافی مایع ایجاد کرد. اگر موتور هنوز در حالت فرکانس فعلی کار کند، ناگزیر انرژی الکتریکی را هدر میدهد و باعث تلفات غیرضروری میشود. در این زمان، لازم است وضعیت واقعی کار را در نظر گرفته و سرعت و ضربه موتور را به طور مناسب کاهش داد تا به طور موثر نرخ شارژ بهبود یابد.
معرفی فناوری تبدیل فرکانس در کنترل واحدهای پمپاژ پرتو، روندی رو به رشد است. تنظیم سرعت فرکانس متغیر، بخشی از تنظیم سرعت بدون پله است که فرکانس کار موتور را بر اساس بزرگی جریان کار آن تعیین میکند. این امر امکان تنظیم راحت کورس واحد پمپاژ را با توجه به تغییرات در شرایط چاه، دستیابی به صرفهجویی در انرژی و بهبود ضریب توان شبکه برق فراهم میکند. کاربرد فناوری کنترل تبدیل فرکانس برداری میتواند خروجی گشتاور کم سرعت و بالا را تضمین کند و سرعت را میتوان به طور روان و گسترده تنظیم کرد. در عین حال، مبدل فرکانس دارای عملکردهای کامل حفاظت از موتور مانند اتصال کوتاه، اضافه بار، اضافه ولتاژ، افت ولتاژ و توقف ناگهانی است که میتواند به طور موثر از موتور و تجهیزات مکانیکی محافظت کند، اطمینان حاصل کند که تجهیزات با ولتاژ ایمن کار میکنند و مزایای بسیاری مانند عملکرد روان و قابل اعتماد، بهبود ضریب توان و غیره دارند. این یک راه حل ایدهآل برای تبدیل تجهیزات تولید نفت است. راه حلهای اصلی فعلی به شرح زیر است:
گزینه ۱: درایو فرکانس متغیر با واحد ترمز کاهش مصرف انرژی
این روش نسبتاً ساده است، اما راندمان عملیاتی آن پایین است. این امر عمدتاً به دلیل بازخورد انرژی تولید شده توسط موتور در حالت حرکت رو به پایین در حین کار با سرعت ثابت است. هنگام استفاده از مبدل فرکانس معمولی، ورودی با دیود یکسو میشود و انرژی نمیتواند در جهت مخالف جریان یابد. بخش فوق از انرژی الکتریکی مسیری برای بازگشت به شبکه ندارد و باید با استفاده از مقاومتها به صورت محلی مصرف شود. به همین دلیل است که باید از واحدهای ترمز مصرفکننده انرژی استفاده شود که مستقیماً منجر به مصرف بالای انرژی و راندمان کلی پایین میشود.
معایب: راندمان انرژی پایین و نیاز به نصب واحدهای ترمز و مقاومت ترمز.
گزینه ۲: درایو فرکانس متغیر با واحد کنترل فیدبک
به منظور بازخورد انرژی بازیابی شده و بهبود راندمان، میتوان از یک دستگاه بازخورد انرژی برای بازگرداندن انرژی بازیابی شده به شبکه برق استفاده کرد. به این ترتیب، سیستم پیچیدهتر و سرمایهگذاری بیشتر میشود. دستگاهی که به آن بازخورد انرژی میگویند، در واقع یک اینورتر فعال است. با نصب یک مبدل فرکانس با واحد بازخورد انرژی، کاربران میتوانند میزان شستشو، سرعت و تولید مایع واحد پمپاژ را بر اساس سطح مایع و فشار چاه نفت تعیین کنند و مصرف انرژی را کاهش داده و راندمان پمپ را بهبود بخشند. فرسودگی تجهیزات را کاهش دهند، عمر مفید را افزایش دهند، به راندمان بالا، صرفهجویی در مصرف انرژی و هزینه کم دست یابند و عملکرد خودکار را در شرایط حداکثر صرفهجویی در مصرف انرژی محقق کنند. با این حال، به دلیل نحوه کار مبدل فرکانس و دستگاه بازخورد، استفاده از طرح بازخورد انرژی باعث آلودگی هارمونیکی قابل توجهی در انتهای منبع تغذیه میشود که منجر به کاهش قابل توجه کیفیت شبکه برق میشود.
معایب: نیاز به نصب دستگاههای فیدبک دارد که پرهزینه است و آلودگی قابل توجهی را برای شبکه برق ایجاد میکند.
از طریق بررسی عمیق فرآیند واحد پمپاژ پرتو معلق، یک منطق نرمافزاری اختصاصی مبتنی بر فرآیند کنترل واحد پمپاژ پرتو معلق اتخاذ شده است و از یک کنترل حلقه بسته دوگانه انرژی و توان برای دستیابی به تنظیم پیوسته و روان فرکانس خروجی، حذف کنترل گشتاور منفی و جلوگیری از بازخورد انرژی جنبشی موتور و ولتاژ بالای باس استفاده میشود. علاوه بر این، هدف حذف واحد ترمز و دستگاه بازخورد انرژی محقق شده و از معایب مختلف طرحهای تبدیل فرکانس سنتی اجتناب میشود.
ایده اصلی کنترل این طرح، کنترل توان خروجی ثابت است. مبدل فرکانس بر اساس حالت کنترل PID با حلقه توان خروجی ثابت است. با تنظیم فرکانس خروجی، میتوان به کنترل توان خروجی ثابت دست یافت که میتواند به طور موثر میانگین توان خروجی را کاهش دهد، به صرفهجویی موثر در انرژی دست یابد و از مکانیسم واحد پمپاژ در عین برآورده کردن الزامات ضربه محافظت کند. به عبارت دیگر، مبدل فرکانس نیازی به تنظیم فرکانس کاری خاص ندارد و فرکانس خروجی واقعی به طور خودکار از طریق حلقه بسته PID تنظیم میشود. در طول حرکت رو به پایین، به دلیل اینرسی زیاد بار، هنگامی که سرعت سنکرون کمتر از سرعت موتور است، موتور برق تولید میکند و گشتاور خروجی مبدل فرکانس منفی است. در این زمان، مبدل فرکانس به طور خودکار فرکانس خروجی را افزایش میدهد تا گشتاور منفی را از بین ببرد و از قرار گرفتن موتور در حالت تولید جلوگیری کند. در طول حرکت رو به بالا، انرژی پتانسیل به طور کامل به انرژی جنبشی تبدیل میشود. در این زمان، سرعت در بالاترین حد و اینرسی در حداکثر مقدار خود است. موتور برای انجام عمل حرکت رو به بالا، سرعت خود را کاهش میدهد. هنگامی که سرعت پایین است، مبدل فرکانس در حالت تنظیم PID با توان خروجی ثابت کار میکند. در این زمان، مبدل فرکانس به طور خودکار سرعت ضربه بالا را افزایش میدهد تا عمل ضربه بالا را تکمیل کند.
در کل فرآیند کنترل، مشخص است که موتور در حالت تولید نبوده است، بنابراین نیازی به نصب واحد ترمز و دستگاه بازخورد RBU نیست. در همین حال، در کل فرآیند حرکت، حرکت رو به پایین کند است و روغن بیشتری میتواند غوطهور شود. حرکت رو به بالای سریع، نشتی روغن را کاهش میدهد: تولید روغن را به میزان قابل توجهی افزایش میدهد.
مزایا: نیازی به نصب دستگاههای مصرف انرژی یا بازخورد نیست، هزینه کمتر؛ و فرآیند استخراج روغن بهینه شده است که راندمان کلی دستگاه را تا حد زیادی بهبود میبخشد؛ ولتاژ باس مبدل فرکانس پایدار است، مصرف کلی گرما کم است و پایداری کلی بهتر است. ویژگیهای فنی:
مختص صنعت: بر اساس منطق نرمافزاری فرآیند کنترل واحد پمپاژ پرتو، این سیستم واقعاً به راهحلهای خاص و پیشرو در صنعت دست مییابد.
انتخاب با قابلیت اطمینان بالا: اجزای کلیدی همگی از برندهای شناخته شده داخلی و خارجی هستند که پایداری و اطمینان قابل اعتمادی را برای اجزا تضمین میکنند.
◆ طراحی افزونگی بزرگ: از طریق محاسبات دقیق و تأیید تجربی، اجزای کلیدی با حاشیههای بزرگ طراحی شدهاند تا پایداری طولانیمدت کل دستگاه را در محیطهای خشن میدان نفتی تضمین کنند.
کنترل برداری بهینه شده: کنترل برداری بدون فیدبک سرعت پیشرو در داخل کشور با گشتاور فرکانس پایین بالا و پاسخ گشتاور سریع.
◆ تابع محدودکننده جریان و ولتاژ نرمافزاری: محدودکننده ولتاژ و جریان خوب، که به طور مؤثر پارامترهای کنترل کلیدی را محدود میکند تا خطر خرابی اینورتر را کاهش دهد.
سازگاری قوی با محیط زیست: با نقطه گرمایش کلی بالا، طراحی مستقل مجرای هوا و پوشش رنگ سهلایه ضخیم، برای کارکرد طولانیمدت در میدانهای نفتی روباز مناسبتر است.
◆ تابع راهاندازی مجدد ردیابی سرعت: دستیابی به شروع روان موتورهای دوار بدون ضربه
◆ عملکرد تنظیم ولتاژ خودکار: هنگامی که ولتاژ شبکه تغییر میکند، میتواند به طور خودکار ولتاژ خروجی ثابتی را حفظ کند
حفاظت جامع در برابر خطا: اضافه جریان، اضافه ولتاژ، کاهش ولتاژ، اضافه دما، قطع فاز، اضافه بار و سایر عملکردهای حفاظتی