Čerpací jednotka s paprskovým mechanismem je deformovaný čtyřprvkový mechanismus a jeho celkové strukturální charakteristiky připomínají vyvážení. Jeden konec představuje čerpací zatížení a druhý konec vyvážené těžké zatížení. Pokud je krouticí moment tvořený čerpacím zatížením a rovnovážným zatížením stejný nebo se konzistentně mění, může čerpací jednotka pracovat nepřetržitě a bez přerušení s velmi malým výkonem. To znamená, že energeticky úsporná technologie čerpací jednotky závisí na vyvážení. Čím nižší je vyvažovací poměr, tím větší je výkon potřebný od elektromotoru. Protože se čerpací zatížení neustále mění a vyvažovací hmotnost nemůže být zcela konzistentní s čerpacím zatížením, je energeticky úsporná technologie čerpacích jednotek s paprskovým čerpadlem velmi složitá. Lze tedy říci, že energeticky úspornou technologií čerpací jednotky s paprskovým čerpadlem je vyvažovací technologie.
Úvod do současného stavu transformace proměnné frekvence zavěšeného nosníku
Z reálné situace při transformaci frekvenčního měniče vyplývá, že většina protizávaží čerpacích jednotek je ve skutečnosti silně nevyvážená, což vede k nadměrnému přepěťovému proudu, který nejen zbytečně plýtvá velkým množstvím elektrické energie, ale také vážně ohrožuje bezpečnost zařízení. Zároveň to představuje velké potíže při používání regulace otáček s frekvenčním měničem: výkon frekvenčního měniče se obvykle volí na základě jmenovitého výkonu motoru a nadměrný přepěťový proud může způsobit ochranu frekvenčního měniče proti přetížení, která nemůže normálně fungovat.
Kromě toho je v rané fázi těžby ropného vrtu k dispozici velké množství ropy a dostatečná zásoba kapaliny. Pro zlepšení účinnosti těžby ropy lze zavést provoz s pevnou frekvencí, aby se zajistila vysoká produkce ropy. V střední a pozdější fázi však v důsledku snížení kapacity skladování ropy snadno dojde k nedostatečné zásobě kapaliny. Pokud motor stále pracuje na aktuální frekvenci, nevyhnutelně dochází k plýtvání elektrickou energií a zbytečným ztrátám. V této době je nutné zvážit skutečnou provozní situaci a vhodně snížit otáčky a zdvih motoru, aby se efektivně zlepšila rychlost nabíjení.
Zavádění technologie frekvenční konverze do řízení čerpacích jednotek je trendem. Regulace otáček s proměnnou frekvencí patří do plynulé regulace otáček, která určuje pracovní frekvenci motoru na základě velikosti jeho pracovního proudu. To umožňuje pohodlné nastavení zdvihu čerpací jednotky podle změn podmínek ve vrtu, čímž se dosahuje úspory energie a zlepšuje účiník energetické sítě. Použití technologie vektorové frekvenční konverze umožňuje zajistit nízkou rychlost a vysoký točivý moment a plynulé a široké nastavení otáček. Zároveň má frekvenční měnič kompletní ochranné funkce motoru, jako je zkrat, přetížení, přepětí, podpětí a zablokování, což může účinně chránit motor a mechanické zařízení, zajistit, aby zařízení pracovalo na bezpečném napětí, a má mnoho výhod, jako je plynulý a spolehlivý provoz, zlepšený účiník atd. Je to ideální řešení pro transformaci zařízení na těžbu ropy. Současná mainstreamová řešení jsou následující:
Varianta 1: Frekvenční měnič s brzdnou jednotkou spotřebovávající energii
Tato metoda je relativně jednoduchá, ale její provozní účinnost je nízká. To je způsobeno především zpětnou vazbou energie generované motorem během chodu s konstantní rychlostí. Při použití běžného frekvenčního měniče je vstup usměrněn diodou a energie nemůže proudit v opačném směru. Výše uvedená část elektrické energie nemá cestu zpět do sítě a musí být spotřebována lokálně pomocí rezistorů. Proto je nutné použít brzdné jednotky s vysokou spotřebou energie, což přímo vede k vysoké spotřebě energie a nízké celkové účinnosti.
Nevýhody: Nízká energetická účinnost a nutnost instalace brzdných jednotek a brzdných odporů.
Možnost 2: Pohon s proměnnou frekvencí s regulací zpětnovazební jednotkou
Pro zpětnou vazbu regenerované energie a zlepšení účinnosti lze použít zařízení energetické zpětné vazby, které regenerovanou energii vrací do elektrické sítě. Tímto způsobem se systém stává složitějším a investice je vyšší. Takzvané zařízení energetické zpětné vazby je ve skutečnosti aktivní střídač. Instalací frekvenčního měniče s jednotkou energetické zpětné vazby mohou uživatelé určovat proplachování, rychlost a produkci kapaliny čerpací jednotky na základě hladiny kapaliny a tlaku v ropném vrtu, čímž se snižuje spotřeba energie a zlepšuje účinnost čerpadla. Snižuje se opotřebení zařízení, prodlužuje se životnost, dosahuje se vysoké účinnosti, úspory energie a nízkých nákladů a realizuje se automatizovaný provoz za podmínek maximální úspory energie. Vzhledem k pracovnímu režimu frekvenčního měniče a zařízení zpětné vazby však použití schématu energetické zpětné vazby způsobuje značné harmonické znečištění na straně napájení, což vede k významnému snížení kvality elektrické sítě.
Nevýhody: Vyžaduje instalaci zpětnovazebních zařízení, což je nákladné a způsobuje značné znečištění elektrické sítě.
Prostřednictvím hloubkového zkoumání procesu zavěšené čerpací jednotky byla použita specializovaná softwarová logika založená na procesu řízení zavěšené čerpací jednotky a je použito duální řízení energie a výkonu v uzavřené smyčce pro dosažení plynulého a plynulého nastavení výstupní frekvence, eliminace negativní regulace momentu a zamezení zpětné vazby kinetické energie motoru a vysokého napětí sběrnice. Dále je dosaženo cíle eliminace brzdné jednotky a zařízení pro zpětnou vazbu energie, čímž se předejde různým nevýhodám tradičních schémat transformace frekvence.
Základní myšlenkou řízení tohoto schématu je regulace konstantního výstupního výkonu. Měnič kmitočtu je založen na PID regulačním režimu se smyčkou konstantního výstupního výkonu. Úpravou výstupní frekvence lze dosáhnout regulace konstantního výstupního výkonu, což může efektivně snížit průměrný výstupní výkon, dosáhnout efektivní úspory energie a chránit mechanismus čerpací jednotky při splnění požadavků na impulsy. To znamená, že měnič kmitočtu nemusí nastavovat specifickou provozní frekvenci a skutečná výstupní frekvence se automaticky upravuje pomocí uzavřené smyčky PID. Během zdvihu dolů, v důsledku velké setrvačnosti zátěže, když je synchronní rychlost nižší než otáčky motoru, motor generuje elektřinu a výstupní moment měniče kmitočtu je záporný. V tomto okamžiku měnič kmitočtu automaticky zvyšuje výstupní frekvenci, aby eliminoval záporný moment a zabránil tomu, aby se motor nacházel v generátorovém stavu. Během zdvihu nahoru se potenciální energie kompletně přemění na kinetickou energii. V tomto okamžiku jsou otáčky nejvyšší a setrvačnost maximální. Motor zpomaluje, aby provedl zdvih nahoru. Při nízkých otáčkách pracuje měnič kmitočtu v režimu PID regulace s konstantním výstupním výkonem. V tomto okamžiku měnič kmitočtu automaticky zvýší rychlost zdvihu nahoru, aby dokončil zdvih nahoru.
Během celého procesu řízení je známo, že motor nebyl v generátorovém stavu, takže není nutné instalovat brzdnou jednotku a zpětnovazební zařízení RBU. Během celého procesu zdvihu je zdvih dolů pomalý a může se ponořit více oleje; zdvih nahoru je rychlý, což snižuje únik oleje a výrazně zvyšuje produkci oleje.
Výhody: Není třeba instalovat zařízení na spotřebu energie ani zpětnovazební zařízení, nižší náklady; A optimalizovaný proces extrakce oleje, což výrazně zlepšuje celkovou účinnost stroje; Napětí sběrnice frekvenčního měniče je stabilní, celková spotřeba tepla je nízká a celková stabilita je lepší. Technické vlastnosti:
Specifické pro dané odvětví: Na základě softwarové logiky procesu řízení jednotky paprskového čerpadla dosahuje skutečně specifických a špičkových řešení pro dané odvětví.
Výběr s vysokou spolehlivostí: Klíčové komponenty pocházejí od známých domácích i zahraničních značek, což zajišťuje jejich spolehlivou a stabilní konstrukci.
◆ Návrh s velkou redundancí: Prostřednictvím důkladných výpočtů a experimentálního ověření jsou klíčové komponenty navrženy s velkými rezervami, aby byla zajištěna dlouhodobá stabilita celého stroje v náročných podmínkách ropných polí.
Optimalizované vektorové řízení: tuzemsky špičkové volné vektorové řízení s otáčkovou zpětnou vazbou, vysokým nízkofrekvenčním točivým momentem a rychlou odezvou točivého momentu.
◆ Funkce softwarového omezení proudu a napětí: Dobré omezení napětí a proudu, efektivně omezující klíčové řídicí parametry pro snížení rizika selhání střídače.
Silná přizpůsobivost prostředí: Díky vysokému celkovému bodu přehřátí, nezávislé konstrukci vzduchovodů a zesílené třívrstvé nátěrové úpravě je vhodnější pro dlouhodobý provoz ve venkovních ropných polích.
◆ Funkce restartu s sledováním rychlosti: dosáhnete plynulého rozběhu rotujících motorů bez rázů
◆ Funkce automatického nastavení napětí: Při změně síťového napětí dokáže automaticky udržovat konstantní výstupní napětí
Komplexní ochrana proti poruchám: nadproud, přepětí, podpětí, přehřátí, výpadek fáze, přetížení a další ochranné funkce