Tradiční závěsná čerpací jednotka využívá provoz s konstantní rychlostí s přidáním brzdné jednotky nebo schématu energetické zpětné vazby, což má značné nevýhody z hlediska spotřeby energie a nákladů. Tento článek představuje aplikaci elektronického řídicího systému s frekvenčním měničem řady Dongli Kechuang CT100 jako jádrem v čerpacích jednotkách pro ropná pole a navrhuje nové schéma duálního uzavřeného regulačního systému energie a výkonu, které je efektivnější a nákladově efektivnější.
Použití frekvenčního měniče Dongli Kechuang CT100 v čerpací jednotce se závěsným nosníkem
Tradiční závěsná čerpací jednotka využívá provoz s konstantní rychlostí s přidáním brzdné jednotky nebo schématu energetické zpětné vazby, což má značné nevýhody z hlediska spotřeby energie a nákladů. Tento článek představuje aplikaci elektronického řídicího systému s frekvenčním měničem řady Dongli Kechuang CT100 jako jádrem v čerpacích jednotkách pro ropná pole a navrhuje nové schéma duálního uzavřeného regulačního systému energie a výkonu, které je efektivnější a nákladově efektivnější.
Zavedení
Velká většina ropných polí v naší zemi jsou nízkoenergetická a nízkovýtěžná ropná pole, na rozdíl od zahraničních ropných polí, která mají silné schopnosti samoinjektážního vstřikování. Většina ropy musí být do vrtu vstřikována vstřikováním vody a z formace vyzdvihována čerpacími stroji (úderovými stroji). V Číně je v současnosti realitou ropných polí nahrazování ropy vodou a ropy elektřinou a spotřeba elektřiny tvoří značnou část nákladů na těžbu ropy v naší zemi. Ropný průmysl proto přikládá velký význam úsporám elektřiny a úspora spotřeby elektřiny znamená přímo snižování nákladů na těžbu ropy.
Řešením pro úsporu energie pro čerpací jednotku je použití frekvenčního měniče k úpravě systému pohonu motoru. Po přechodu na frekvenční měnič pro čerpací jednotku existuje několik výhod:
(1) Zlepšení účiníku: Vstupní účiník lze zvýšit z původních 0,25–0,5 na více než 0,9, čímž se výrazně sníží napájecí proud, a tím se sníží zátěž elektrické sítě a transformátorů, sníží se ztráty v síti a ušetří se mnoho nákladů na „rozšíření kapacity“.
(2) Zlepšení provozní efektivity: Rychlost těžby lze dynamicky upravovat podle skutečné kapacity ropného vrtu, což nejen dosahuje cílů úspory energie, ale také zvyšuje produkci ropy a výrazně zlepšuje účinnost systému.
(3) Bylo dosaženo skutečně „měkkého startu“: zabraňuje nadměrnému mechanickému nárazu na elektromotor, převodovku a čerpací jednotku, což výrazně prodlužuje životnost zařízení, zkracuje prostoje a zvyšuje efektivitu výroby.
Při použití frekvenčního měniče pro motor čerpací jednotky je však třeba řešit i několik problémů, zejména problém rázového proudu a zpracování regenerativní energie, které budou dále analyzovány samostatně.
Úvod k současné situaci čerpacích jednotek se závěsným nosníkem
Úvod do mechanického mechanismu čerpací jednotky se zavěšeným nosníkem
Jednotka s paprskovým čerpadlem se skládá hlavně ze čtyř částí:
(1) Sekce nosníku: oslí hlava, nosník, příčný nosník, zadní nosník, ojnice, vyvažovací blok (kompozitní vyvažovací čerpací jednotka)
(2) Konzolová sekce: sedadlo ložiska příčného nosníku, pracovní žebřík, ochranný kroužek, obslužná plošina, konzola.
(3) Část reduktoru: základna, sedlo válce reduktoru, reduktor, klikový hřídel, protizávaží, brzda a další komponenty.
(4) Sekce rozvodu energie: základna motoru, motor, rozvodná skříň atd.
Shenzhen Dongli Sci Tech Innovation Technology Co., Ltd.
1. Základna; 2-Konzola; 3-Zařízení závěsného lana; 4- Oslí hlava; 5-nosník; 6-Uložení nosníku; 7-příčný nosník; 8-ojnice; 9-čep kliky; 10 klika; 11- Reduktor; 12. Bezpečnostní brzdové zařízení; 13- Brzdové zařízení; 14- Elektromotor; 15- Rozvodná skříň.
Jak je znázorněno na obrázku, 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 zvýšení účinnosti lze k zajištění vysoké produkce ropy využít provoz na síťové frekvenci. V střední a pozdější fázi však v důsledku snížení kapacity skladování ropy snadno dojde k nedostatečné zásobě kapaliny. Pokud motor stále pracuje v režimu síťové frekvence, 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 plnění.
Úvod do tradičních řešení pro převod frekvence
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:
Měnič s brzdnou jednotkou řízenou spotřebou energie
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.
Měnič s regulací zpětné vazby
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.
Úvod k řešení pro převod frekvence Dongli Sci Tech CT100
Vzhledem k různým nevýhodám tradičních schémat transformace kmitočtu provedla společnost Shenzhen Dongli Sci Tech Innovation Technology Co., Ltd. hloubkový výzkum procesu čerpací jednotky se zavěšeným nosníkem, zavedla specializovanou softwarovou logiku založenou na procesu řízení čerpací jednotky se zavěšeným nosníkem a zavedla duální uzavřenou smyčku řízení energie a výkonu pro dosažení plynulého a plynulého nastavení výstupní frekvence, eliminaci 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 kmitočtu.
Základní koncept řízení tohoto schématu spočívá v regulaci konstantního výstupu. Měnič kmitočtu je založen na PID regulačním režimu s konstantní výstupní smyčkou. Úpravou výstupní frekvence lze dosáhnout regulace konstantního výstupu, 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 PID smyčky. 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 dochází k maximální rychlosti a setrvačnosti a motor zpomaluje, aby provedl zdvih nahoru. Při nízkých otáčkách pracuje měnič kmitočtu v režimu PID regulace s konstantním výstupem a automaticky zvyšuje 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 zpětnou vazbu a optimalizovaný proces extrakce oleje výrazně zlepšuje celkovou účinnost.
Úvod do frekvenčního převodníku Dongli Sci Tech řady CT100
Frekvenční měnič CT100 od společnosti Shenzhen Dongli Kechuang Technology Co., Ltd. je založen na řídicím systému DSP a využívá tuzemskou špičkovou technologii volného vektorového řízení PG v kombinaci s několika metodami ochrany, které lze použít u asynchronních motorů a poskytují vynikající jízdní výkon. Produkt výrazně zlepšil použitelnost pro zákazníky a přizpůsobivost prostředí, pokud jde o návrh vzduchovodů, hardwarovou konfiguraci a softwarovou funkcionalitu.
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 integrita celého stroje v ropných polích
Dlouhodobá stabilita v nepříznivých podmínkách.
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
Závěr
Vzhledem k různým nevýhodám tradičního způsobu aplikace frekvenční konverze u paprskové čerpací jednotky je neustálé zlepšování schématu řízení frekvenční transformace nevyhnutelné. Společnost Shenzhen Dongli Sci Tech Innovation Technology Co., Ltd. bude díky svým inovativním řídicím řešením v čele transformace v tomto odvětví. Spolehlivá softwarová a hardwarová stabilita frekvenčního měniče řady CT100 zároveň zajišťuje, že zákazníkům poskytne vysoce nákladově efektivní uživatelský zážitek.