La tradizionale unità di pompaggio a trave sospesa adotta un funzionamento a velocità costante con l'aggiunta di un'unità di frenatura o di un sistema di retroazione energetica, che presenta notevoli svantaggi in termini di consumo energetico e costi. Questo articolo presenta l'applicazione del sistema di controllo elettronico con convertitore di frequenza Dongli Kechuang serie CT100 come componente fondamentale delle unità di pompaggio per giacimenti petroliferi e propone un nuovo schema di controllo a doppio anello chiuso per l'energia e la potenza, più efficiente ed economico.
Applicazione del convertitore di frequenza Dongli Kechuang CT100 nell'unità di pompaggio a trave sospesa
La tradizionale unità di pompaggio a trave sospesa adotta un funzionamento a velocità costante con l'aggiunta di un'unità di frenatura o di un sistema di retroazione energetica, che presenta notevoli svantaggi in termini di consumo energetico e costi. Questo articolo presenta l'applicazione del sistema di controllo elettronico con convertitore di frequenza Dongli Kechuang serie CT100 come componente fondamentale delle unità di pompaggio per giacimenti petroliferi e propone un nuovo schema di controllo a doppio anello chiuso per l'energia e la potenza, più efficiente ed economico.
Introduzione
La stragrande maggioranza dei giacimenti petroliferi nel nostro Paese sono giacimenti a basso consumo energetico e basso rendimento, a differenza dei giacimenti esteri che hanno forti capacità di autoiniezione. La maggior parte del petrolio deve essere iniettata nel pozzo mediante iniezione d'acqua e sollevata dalla formazione mediante macchine di pompaggio (macchine a percussione). In Cina, sostituire il petrolio con l'acqua e il petrolio con l'elettricità è attualmente la realtà dei giacimenti petroliferi, e il consumo di elettricità rappresenta una parte considerevole del costo di estrazione del petrolio nel nostro Paese. Pertanto, l'industria petrolifera attribuisce grande importanza al risparmio di elettricità, e risparmiare sui consumi di elettricità significa ridurre direttamente i costi di estrazione del petrolio.
La soluzione per il risparmio energetico dell'unità di pompaggio consiste nell'utilizzare un convertitore di frequenza per modificare il sistema di azionamento del motore. Il passaggio a un convertitore di frequenza per l'unità di pompaggio offre diversi vantaggi:
(1) Miglioramento del fattore di potenza: il fattore di potenza sul lato di ingresso può essere aumentato dall'originale 0,25-0,5 a oltre 0,9, riducendo notevolmente la corrente di alimentazione, riducendo così il carico sulla rete elettrica e sui trasformatori, riducendo le perdite di linea e risparmiando molte spese di "espansione della capacità".
(2) Miglioramento dell'efficienza operativa: la velocità di estrazione può essere regolata dinamicamente in base alla capacità effettiva di fornitura di liquidi del pozzo petrolifero, il che non solo consente di raggiungere obiettivi di risparmio energetico, ma aumenta anche la produzione di petrolio greggio, migliorando notevolmente l'efficienza del sistema.
(3) È stato ottenuto un vero e proprio "avvio morbido": evita un impatto meccanico eccessivo sul motore elettrico, sul riduttore e sull'unità di pompaggio, prolungando notevolmente la durata utile dell'attrezzatura, riducendo i tempi di fermo e migliorando l'efficienza produttiva.
Tuttavia, quando si utilizza un convertitore di frequenza per il motore di un'unità di pompaggio, ci sono anche diversi problemi da affrontare, principalmente il problema della corrente di picco e la gestione dell'energia rigenerativa, che saranno analizzati separatamente di seguito.
Introduzione alla situazione attuale delle unità di pompaggio a trave sospesa
Introduzione al meccanismo meccanico dell'unità di pompaggio a trave sospesa
L'unità di pompaggio del fascio è composta principalmente da quattro parti:
(1) Sezione della trave: testa d'asino, trave, traversa, trave di coda, biella, blocco di bilanciamento (unità di pompaggio a bilanciamento composito)
(2) Sezione staffa: sede cuscinetto trave trasversale, scala di lavoro, anello di protezione, piattaforma operativa, staffa.
(3) Parte del riduttore: base, sede del cilindro del riduttore, riduttore, albero motore, contrappeso, freno e altri componenti.
(4) Sezione di distribuzione dell'alimentazione: base del motore, motore, scatola di distribuzione, ecc.
Shenzhen Dongli Sci Tech Innovation Technology Co., Ltd
1. Base; 2-Staffa; 3-Dispositivo di sospensione; 4-Testa d'asino; 5-Trave; 6-Sede cuscinetto trave; 7-Trave trasversale; 8-Biella; 9-Dispositivo perno manovella; 10 Dispositivo manovella; 11-Riduttore; 12. Dispositivo di sicurezza freno; 13-Dispositivo frenante; 14-Motore elettrico; 15-Scatola di distribuzione.
Come mostrato in figura, l'unità di pompaggio a trave è un meccanismo di collegamento a quattro barre deformato e le sue caratteristiche strutturali complessive sono simili a quelle di un equilibrio. Un'estremità è il carico di pompaggio e l'altra estremità è il carico pesante bilanciato. Per la staffa, se la coppia formata dal carico di pompaggio e dal carico di equilibrio è uguale o varia in modo costante, l'unità di pompaggio può funzionare in modo continuo e ininterrotto con pochissima potenza. Ciò significa che la tecnologia di risparmio energetico dell'unità di pompaggio dipende dall'equilibrio. Minore è il rapporto di equilibrio, maggiore è la potenza richiesta dal motore elettrico. Poiché il carico di pompaggio cambia costantemente e il peso di bilanciamento non può essere completamente coerente con il carico di pompaggio, la tecnologia di risparmio energetico delle unità di pompaggio a trave è molto complessa. Pertanto, si può affermare che la tecnologia di risparmio energetico dell'unità di pompaggio a trave è la tecnologia di bilanciamento.
Introduzione allo stato attuale della trasformazione a frequenza variabile delle travi sospese
Nella situazione effettiva della conversione di frequenza, la maggior parte dei contrappesi delle unità di pompaggio è in realtà fortemente sbilanciata, con conseguente sovracorrente eccessiva, che non solo spreca inutilmente molta energia elettrica, ma minaccia anche seriamente la sicurezza dell'apparecchiatura. Allo stesso tempo, ciò pone anche notevoli difficoltà nell'utilizzo del controllo della velocità tramite convertitore di frequenza: la capacità del convertitore di frequenza viene generalmente selezionata in base alla potenza nominale del motore e sovracorrenti eccessive possono causare la protezione da sovraccarico del convertitore di frequenza, che non può funzionare normalmente.
Inoltre, nella fase iniziale dello sfruttamento del pozzo petrolifero, vi è una grande quantità di petrolio immagazzinato e una sufficiente fornitura di liquido. Per migliorare l'efficienza, è possibile utilizzare il funzionamento a frequenza di rete per garantire un'elevata produzione di petrolio. Tuttavia, nelle fasi intermedie e successive, a causa della diminuzione della capacità di stoccaggio del petrolio, è facile che l'apporto di liquido sia insufficiente. Se il motore continua a funzionare a frequenza di rete, sprecherà inevitabilmente energia elettrica e causerà perdite inutili. In questa fase, è necessario considerare la situazione di lavoro effettiva e ridurre opportunamente la velocità e la corsa del motore per migliorare efficacemente la velocità di riempimento.
Introduzione alle soluzioni tradizionali di conversione di frequenza
L'introduzione della tecnologia di conversione di frequenza nel controllo delle unità di pompaggio a trave è di tendenza. La regolazione della velocità a frequenza variabile fa parte della regolazione continua della velocità, che determina la frequenza di lavoro del motore in base all'entità della sua corrente di lavoro. Ciò consente una comoda regolazione della corsa dell'unità di pompaggio in base alle variazioni delle condizioni del pozzo, ottenendo un risparmio energetico e migliorando il fattore di potenza della rete elettrica. L'applicazione della tecnologia di controllo a conversione di frequenza vettoriale può garantire bassa velocità ed elevata coppia in uscita, e la velocità può essere regolata in modo fluido e ampio. Allo stesso tempo, il convertitore di frequenza dispone di funzioni complete di protezione del motore, come cortocircuito, sovraccarico, sovratensione, sottotensione e stallo, che possono proteggere efficacemente il motore e le apparecchiature meccaniche, garantire che l'apparecchiatura funzioni a una tensione di sicurezza e presentare numerosi vantaggi come un funzionamento regolare e affidabile, un fattore di potenza migliorato, ecc. È una soluzione ideale per la trasformazione delle apparecchiature di produzione petrolifera. Le soluzioni principali attuali sono le seguenti:
Inverter con unità di frenatura a consumo energetico
Questo metodo è relativamente semplice, ma la sua efficienza operativa è bassa. Ciò è dovuto principalmente al feedback dell'energia generata dal motore durante la fase di discesa durante il funzionamento a velocità costante. Quando si utilizza un convertitore di frequenza tradizionale, l'ingresso è raddrizzato a diodo e l'energia non può fluire nella direzione opposta. La parte di energia elettrica sopra descritta non ha un percorso per tornare alla rete e deve essere consumata localmente tramite resistenze. Per questo motivo è necessario utilizzare unità di frenatura ad alto consumo energetico, il che si traduce direttamente in un elevato consumo energetico e in una bassa efficienza complessiva.
Svantaggi: bassa efficienza energetica e necessità di installare unità di frenatura e resistori di frenatura.
Inverter con controllo dell'unità di feedback
Per restituire l'energia rigenerata e migliorarne l'efficienza, è possibile utilizzare un dispositivo di feedback energetico per reimmetterla nella rete elettrica. In questo modo, il sistema diventa più complesso e l'investimento è maggiore. Il cosiddetto dispositivo di feedback energetico è in realtà un inverter attivo. Installando un convertitore di frequenza con un'unità di feedback energetico, gli utenti possono determinare il flusso, la velocità e la produzione di liquido dell'unità di pompaggio in base al livello del liquido e alla pressione del pozzo petrolifero, riducendo il consumo energetico e migliorando l'efficienza della pompa. Ciò riduce l'usura delle apparecchiature, prolunga la durata utile, raggiunge un'elevata efficienza, un risparmio energetico e costi contenuti, e realizza un funzionamento automatizzato in condizioni di massimo risparmio energetico. Tuttavia, a causa della modalità di funzionamento del convertitore di frequenza e del dispositivo di feedback, l'utilizzo di un sistema di feedback energetico causa un significativo inquinamento armonico sul lato dell'alimentazione, con conseguente significativa riduzione della qualità della rete elettrica.
Svantaggi: Richiede l'installazione di dispositivi di feedback, il che è costoso e causa un notevole inquinamento della rete elettrica.
Introduzione alla soluzione di conversione di frequenza della serie CT100 di Dongli Sci Tech
Alla luce dei vari svantaggi dei tradizionali schemi di trasformazione a conversione di frequenza, Shenzhen Dongli Sci Tech Innovation Technology Co., Ltd. ha condotto una ricerca approfondita sul processo di unità di pompaggio a trave sospesa, ha adottato una logica software dedicata basata sul processo di controllo dell'unità di pompaggio a trave sospesa e ha adottato un doppio controllo a circuito chiuso di energia e potenza per ottenere una regolazione continua e fluida della frequenza di uscita, eliminare il controllo di coppia negativa ed evitare il feedback dell'energia cinetica del motore e l'elevata tensione del bus. Inoltre, l'obiettivo di eliminare l'unità di frenatura e il dispositivo di feedback dell'energia è stato raggiunto, evitando i vari svantaggi dei tradizionali schemi di trasformazione a conversione di frequenza.
Il concetto di controllo fondamentale di questo schema è il controllo a uscita costante. Il convertitore di frequenza si basa su una modalità di controllo PID con un anello di uscita costante. Regolando la frequenza di uscita, è possibile ottenere un controllo a uscita costante, che può ridurre efficacemente la potenza media in uscita, ottenere un risparmio energetico efficace e proteggere il meccanismo dell'unità di pompaggio, soddisfacendo al contempo i requisiti di impulso. In altre parole, il convertitore di frequenza non ha bisogno di impostare una frequenza operativa specifica e la frequenza di uscita effettiva viene regolata automaticamente tramite PID ad anello chiuso. Durante la discesa, a causa dell'elevata inerzia del carico, quando la velocità sincrona è inferiore alla velocità del motore, il motore genera elettricità e la coppia di uscita del convertitore di frequenza è negativa. In questo momento, il convertitore di frequenza aumenta automaticamente la frequenza di uscita per eliminare la coppia negativa ed evitare che il motore si trovi in stato di generazione. Durante la salita, l'energia potenziale viene completamente convertita in energia cinetica. A questo punto, si raggiungono la velocità e l'inerzia massime e il motore decelera per eseguire la corsa di salita. A bassa velocità, il convertitore di frequenza funziona in modalità di regolazione PID a uscita costante e aumenta automaticamente la velocità di salita per completare l'azione di salita. Durante l'intero processo di controllo, è noto che il motore non è stato in stato di generazione, quindi non è necessario installare un'unità di frenatura e un dispositivo di feedback RBU. Nel frattempo, durante l'intero processo di corsa, la corsa di discesa è lenta e può essere immersa una maggiore quantità di olio; corsa di salita rapida, riducendo le perdite d'olio: aumento significativo della produzione di olio.
Vantaggi: non è necessario installare dispositivi di consumo energetico o di feedback e il processo di estrazione dell'olio è ottimizzato, migliorando notevolmente l'efficienza complessiva.
Introduzione alla conversione di frequenza della serie CT100 di Dongli Sci Tech
Il convertitore di frequenza CT100 di Shenzhen Dongli Kechuang Technology Co., Ltd. si basa su un sistema di controllo DSP e adotta la tecnologia di controllo vettoriale PG-free leader a livello nazionale, combinata con molteplici metodi di protezione, che possono essere applicati ai motori asincroni e garantiscono eccellenti prestazioni di guida. Il prodotto ha notevolmente migliorato l'usabilità per il cliente e l'adattabilità ambientale in termini di progettazione dei condotti dell'aria, configurazione hardware e funzionalità software.
Caratteristiche tecniche
Specifico per il settore: basato sulla logica software del processo di controllo dell'unità di pompaggio del fascio, consente di ottenere soluzioni realmente specifiche e all'avanguardia per il settore.
Selezione ad alta affidabilità: i componenti chiave provengono tutti da noti marchi nazionali ed esteri, garantendo così la stabilità e l'affidabilità dei componenti.
◆ Progettazione ad alta ridondanza: attraverso calcoli rigorosi e verifiche sperimentali, i componenti chiave sono progettati con ampi margini per garantire l'integrità dell'intera macchina nei giacimenti petroliferi
Stabilità a lungo termine in ambienti avversi.
Controllo vettoriale ottimizzato: controllo vettoriale senza feedback di velocità leader a livello nazionale con coppia elevata a bassa frequenza e risposta di coppia rapida.
◆ Funzione di limitazione della corrente e della tensione del software: buona limitazione della tensione e della corrente, che limita efficacemente i parametri di controllo chiave per ridurre il rischio di guasto dell'inverter.
Elevata adattabilità ambientale: con un elevato punto di surriscaldamento complessivo, un design indipendente del condotto dell'aria e un trattamento di verniciatura a tre strati più spesso, è più adatto al funzionamento a lungo termine nei giacimenti petroliferi all'aperto.
◆ Funzione di riavvio con monitoraggio della velocità: consente un avvio fluido dei motori rotanti senza impatto
◆ Funzione di regolazione automatica della tensione: quando la tensione di rete cambia, può mantenere automaticamente una tensione di uscita costante
Protezione completa dai guasti: sovracorrente, sovratensione, sottotensione, sovratemperatura, perdita di fase, sovraccarico e altre funzioni di protezione
Conclusione
A causa dei vari svantaggi della tradizionale modalità di applicazione della conversione di frequenza dell'unità di pompaggio del fascio, è inevitabile un miglioramento continuo dello schema di controllo della trasformazione di conversione di frequenza. Shenzhen Dongli Sci Tech Innovation Technology Co., Ltd. guiderà la trasformazione del settore con le sue soluzioni di controllo innovative. Allo stesso tempo, l'affidabile stabilità software e hardware del convertitore di frequenza della serie CT100 garantisce ai clienti un'esperienza utente altamente conveniente.