Tradičná čerpacia jednotka so závesným nosníkom používa prevádzku s konštantnou rýchlosťou s pridaním brzdnej jednotky alebo schémy spätnej väzby energie, čo má značné nevýhody z hľadiska spotreby energie a nákladov. Tento článok predstavuje aplikáciu elektronického riadiaceho systému s frekvenčným meničom Dongli Kechuang série CT100 ako jadrom v čerpacích jednotkách ropných polí a navrhuje novú schému duálneho riadenia energie a výkonu s uzavretou slučkou, ktorá je efektívnejšia a nákladovo efektívnejšia.
Použitie frekvenčného meniča Dongli Kechuang CT100 v čerpacej jednotke so závesným nosníkom
Tradičná čerpacia jednotka so závesným nosníkom používa prevádzku s konštantnou rýchlosťou s pridaním brzdnej jednotky alebo schémy spätnej väzby energie, čo má značné nevýhody z hľadiska spotreby energie a nákladov. Tento článok predstavuje aplikáciu elektronického riadiaceho systému s frekvenčným meničom Dongli Kechuang série CT100 ako jadrom v čerpacích jednotkách ropných polí a navrhuje novú schému duálneho riadenia energie a výkonu s uzavretou slučkou, ktorá je efektívnejšia a nákladovo efektívnejšia.
Úvod
Prevažná väčšina ropných polí v našej krajine sú nízkoenergetické a nízkovýnosné ropné polia, na rozdiel od zahraničných ropných polí, ktoré majú silné možnosti samoinjektážneho vstrekovania. Väčšinu ropy je potrebné vstreknúť do vrtu vstrekovaním vody a vyzdvihnúť z formácie pomocou čerpacích strojov (úderových strojov). V Číne je v súčasnosti realitou ropných polí nahrádzanie ropy vodou a ropy elektrinou a spotreba elektriny predstavuje značnú časť nákladov na ťažbu ropy v našej krajine. Ropný priemysel preto prikladá veľký význam úsporám elektriny a úspora spotreby elektriny znamená priame znižovanie nákladov na ťažbu ropy.
Riešením na úsporu energie pre čerpaciu jednotku je použitie frekvenčného meniča na úpravu systému pohonu motora. Po prechode na frekvenčný menič pre čerpaciu jednotku existuje niekoľko výhod:
(1) Zlepšenie účinníka: Vstupný účinník sa môže zvýšiť z pôvodných 0,25 – 0,5 na viac ako 0,9, čím sa výrazne zníži napájací prúd, a tým sa zníži zaťaženie elektrickej siete a transformátorov, znížia sa straty v sieti a ušetrí sa veľa nákladov na „rozšírenie kapacity“.
(2) Zlepšenie prevádzkovej efektívnosti: Rýchlosť ťažby je možné dynamicky upravovať podľa skutočnej kapacity dodávky kvapaliny ropného vrtu, čo nielenže dosahuje ciele úspory energie, ale tiež zvyšuje produkciu ropy, čím sa výrazne zlepšuje účinnosť systému.
(3) Dosiahol sa skutočný „mäkký štart“: zabraňuje nadmernému mechanickému nárazu na elektromotor, prevodovku a čerpaciu jednotku, čím sa výrazne predlžuje životnosť zariadenia, skracujú sa prestoje a zvyšuje sa efektivita výroby.
Pri použití frekvenčného meniča pre motor čerpacej jednotky je však potrebné riešiť aj niekoľko problémov, najmä problém s nárazovým prúdom a manipuláciou s regeneratívnou energiou, ktoré budú analyzované samostatne nižšie.
Úvod do súčasnej situácie čerpacích jednotiek so závesným nosníkom
Úvod do mechanického mechanizmu čerpacej jednotky so zaveseným nosníkom
Jednotka s lúčovým čerpaním sa skladá hlavne zo štyroch častí:
(1) Prierez nosníka: hlava oslice, nosník, priečny nosník, chvostový nosník, ojnica, vyvažovací blok (kompozitná vyvažovacia čerpacia jednotka)
(2) Konzolová časť: sedadlo ložiska priečneho nosníka, pracovný rebrík, ochranný krúžok, obsluhujúca plošina, konzola.
(3) Časť reduktora: základňa, sedlo valca reduktora, reduktor, kľukový hriadeľ, protizávažie, brzda a ďalšie komponenty.
(4) Sekcia rozvodu energie: základňa motora, motor, rozvodná skrinka atď.
Shenzhen Dongli Sci Tech Innovation Technology Co., Ltd.
1. Základňa; 2-Konzola; 3-Zariadenie závesného lana; 4- Oslia hlava; 5-nosník; 6-Ložisko nosníka; 7-priečka; 8-ojnica; 9-čap kľuky; 10 kľukové zariadenie; 11- Reduktor; 12. Bezpečnostné brzdové zariadenie; 13- Brzdové zariadenie; 14- Elektromotor; 15- Rozvodná skrinka.
Ako je znázornené na obrázku, čerpacia jednotka s nosníkom je deformovaný štvorprvkový mechanizmus spájajúci záťaž a jej celkové štrukturálne charakteristiky sú podobné vyváženiu. Jeden koniec predstavuje čerpaciu záťaž a druhý koniec je vyvážená ťažká záťaž. V prípade konzoly, ak je krútiaci moment vytvorený čerpacou záťažou a rovnovážnou záťažou rovnaký alebo sa konzistentne mení, môže čerpacia jednotka pracovať nepretržite a bez prerušenia s veľmi malým výkonom. To znamená, že technológia úspory energie čerpacej jednotky závisí od vyváženia. Čím nižší je pomer vyváženia, tým väčší je výkon potrebný od elektromotora. Pretože čerpacia záťaž sa neustále mení a vyvážená hmotnosť nemôže byť úplne konzistentná s čerpacou záťažou, technológia úspory energie čerpacích jednotiek s nosníkom je veľmi zložitá. Preto možno povedať, že technológia úspory energie čerpacej jednotky s nosníkom je vyvažovacia technológia.
Úvod do súčasného stavu transformácie premennej frekvencie zaveseného nosníka
Z faktickej situácie pri transformácii frekvenčnej konverzie vyplýva, že väčšina protizávaží čerpacích jednotiek je v skutočnosti silne nevyvážená, čo vedie k nadmernému rázovému prúdu, ktorý nielenže zbytočne plytvá množstvom elektrickej energie, ale aj vážne ohrozuje bezpečnosť zariadenia. Zároveň to predstavuje veľké ťažkosti pri používaní regulácie otáčok s frekvenčným meničom: výkon frekvenčného meniča sa vo všeobecnosti volí na základe menovitého výkonu motora a nadmerný rázový prúd môže spôsobiť ochranu frekvenčného meniča proti preťaženiu, ktorá nemôže normálne fungovať.
Okrem toho, v počiatočnej fáze ťažby ropného vrtu je k dispozícii veľké množstvo ropy a dostatočný prísun kvapaliny. Na zlepšenie účinnosti je možné použiť prevádzku na sieťovej frekvencii na zabezpečenie vysokej produkcie ropy. Avšak v strednej a neskoršej fáze môže v dôsledku zníženia kapacity skladovania ropy ľahko dôjsť k nedostatočnému prísunu kvapaliny. Ak motor stále pracuje v režime sieťovej frekvencie, nevyhnutne dochádza k plytvaniu elektrickou energiou a zbytočným stratám. V tomto čase je potrebné zvážiť skutočnú prevádzkovú situáciu a primerane znížiť otáčky a zdvih motora, aby sa efektívne zlepšila rýchlosť plnenia.
Úvod do tradičných riešení frekvenčnej konverzie
Zavedenie technológie frekvenčnej konverzie do riadenia čerpacích jednotiek je trendom. Regulácia otáčok s premenlivou frekvenciou patrí medzi plynulé regulácie otáčok, ktoré určujú pracovnú frekvenciu motora na základe veľkosti jeho pracovného prúdu. To umožňuje pohodlné nastavenie zdvihu čerpacej jednotky podľa zmien podmienok vo vrte, čím sa dosahuje úspora energie a zlepšuje účinník elektrickej siete. Aplikácia technológie vektorového riadenia frekvenčnej konverzie môže zabezpečiť nízke otáčky a vysoký krútiaci moment a otáčky je možné plynulo a v širokom rozsahu nastavovať. Zároveň má frekvenčný menič kompletné funkcie ochrany motora, ako je skrat, preťaženie, prepätie, podpätie a zastavenie, čo môže účinne chrániť motor a mechanické zariadenia, zabezpečiť, aby zariadenie pracovalo pri bezpečnom napätí, a má mnoho výhod, ako je plynulá a spoľahlivá prevádzka, zlepšený účinník atď. Je to ideálne riešenie pre transformáciu zariadení na ťažbu ropy. Súčasné hlavné riešenia sú nasledovné:
Menič s brzdnou jednotkou na spotrebu energie
Táto metóda je relatívne jednoduchá, ale jej prevádzková účinnosť je nízka. Je to spôsobené najmä spätnou väzbou energie generovanej motorom počas chodu s konštantnou rýchlosťou. Pri použití bežného frekvenčného meniča je vstup usmernený diódou a energia nemôže prúdiť opačným smerom. Vyššie uvedená časť elektrickej energie nemá cestu späť do siete a musí sa spotrebovať lokálne pomocou odporov. Preto sa musia používať brzdové jednotky spotrebúvajúce energiu, čo priamo vedie k vysokej spotrebe energie a nízkej celkovej účinnosti.
Nevýhody: Nízka energetická účinnosť a potreba inštalácie brzdových jednotiek a brzdových odporov.
Invertor so spätnoväzbovou riadenou jednotkou
Na spätnú väzbu regenerovanej energie a zlepšenie účinnosti je možné použiť zariadenie na spätnú väzbu energie, ktoré regenerovanú energiu vracia do elektrickej siete. Týmto spôsobom sa systém stáva zložitejším a investícia je vyššia. Takzvané zariadenie na spätnú väzbu energie je v skutočnosti aktívny menič. Inštaláciou frekvenčného meniča s jednotkou na spätnú väzbu energie môžu používatelia určiť preplachovanie, rýchlosť a produkciu kvapaliny čerpacej jednotky na základe hladiny kvapaliny a tlaku v ropnom vrte, čím sa znižuje spotreba energie a zlepšuje účinnosť čerpadla. Znižuje sa opotrebovanie zariadenia, predĺžuje sa životnosť, dosahuje sa vysoká účinnosť, úspora energie a nízke náklady a realizuje sa automatizovaná prevádzka za podmienok maximálnej úspory energie. Avšak v dôsledku pracovného režimu frekvenčného meniča a zariadenia na spätnú väzbu spôsobuje použitie schémy na spätnú väzbu energie značné harmonické znečistenie na strane zdroja energie, čo vedie k výraznému zníženiu kvality elektrickej siete.
Nevýhody: Vyžaduje si inštaláciu spätnoväzobných zariadení, čo je nákladné a spôsobuje značné znečistenie elektrickej siete.
Úvod do riešenia konverzie frekvencie Dongli Sci Tech CT100 Series
Vzhľadom na rôzne nevýhody tradičných schém transformácie frekvencie spoločnosť Shenzhen Dongli Sci Tech Innovation Technology Co., Ltd. vykonala hĺbkový výskum procesu čerpacej jednotky so zaveseným nosníkom, prijala špeciálnu softvérovú logiku založenú na procese riadenia čerpacej jednotky so zaveseným nosníkom a prijala dvojité riadenie energie a výkonu v uzavretej slučke na dosiahnutie plynulého a plynulého nastavenia výstupnej frekvencie, elimináciu negatívneho riadenia krútiaceho momentu a zabránenie spätnej väzby kinetickej energie motora a vysokého napätia zbernice. Okrem toho sa dosiahol cieľ eliminácie brzdovej jednotky a zariadenia na spätnú väzbu energie, čím sa predišlo rôznym nevýhodám tradičných schém transformácie frekvencie.
Základnou koncepciou riadenia tejto schémy je regulácia konštantného výstupu. Frekvenčný menič je založený na PID regulačnom režime s konštantnou výstupnou slučkou. Úpravou výstupnej frekvencie je možné dosiahnuť reguláciu konštantného výstupu, čo môže efektívne znížiť priemerný výstupný výkon, dosiahnuť efektívnu úsporu energie a chrániť mechanizmus čerpacej jednotky pri splnení impulzných požiadaviek. To znamená, že frekvenčný menič nemusí nastavovať špecifickú prevádzkovú frekvenciu a skutočná výstupná frekvencia sa automaticky upravuje prostredníctvom uzavretej PID slučky. Počas zdvihu smerom nadol, v dôsledku veľkej zotrvačnosti záťaže, keď je synchrónna rýchlosť nižšia ako rýchlosť motora, motor generuje elektrinu a výstupný krútiaci moment frekvenčného meniča je záporný. V tomto čase frekvenčný menič automaticky zvyšuje výstupnú frekvenciu, aby eliminoval záporný krútiaci moment a zabránil tomu, aby sa motor dostal do generátorového stavu. Počas zdvihu nahor sa potenciálna energia úplne premení na kinetickú energiu. V tomto čase dochádza k maximálnej rýchlosti a zotrvačnosti a motor spomaľuje, aby vykonal zdvih nahor. Pri nízkej rýchlosti pracuje frekvenčný menič v režime PID regulácie s konštantným výstupom a automaticky zvyšuje rýchlosť zdvihu nahor, aby dokončil zdvih nahor. Počas celého procesu riadenia je známe, že motor nebol v stave generovania, takže nie je potrebné inštalovať brzdnú jednotku a spätnoväzobné zariadenie RBU. Počas celého procesu zdvihu je zdvih smerom nadol pomalý a môže sa ponoriť viac oleja; zdvih smerom nahor je rýchly, čo znižuje únik oleja: výrazne zvyšuje produkciu oleja.
Výhody: Nie je potrebné inštalovať zariadenia na spotrebu energie alebo spätnú väzbu a optimalizovaný proces extrakcie oleja, čo výrazne zlepšuje celkovú účinnosť.
Úvod do frekvenčnej konverzie Dongli Sci Tech CT100
Frekvenčný menič CT100 od spoločnosti Shenzhen Dongli Kechuang Technology Co., Ltd. je založený na riadiacom systéme DSP a využíva poprednú domácu technológiu voľného vektorového riadenia PG v kombinácii s viacerými metódami ochrany, ktoré možno použiť na asynchrónne motory a poskytujú vynikajúci jazdný výkon. Produkt výrazne zlepšil použiteľnosť pre zákazníkov a prispôsobivosť prostrediu z hľadiska návrhu vzduchovodov, hardvérovej konfigurácie a softvérovej funkcionality.
Technické vlastnosti
Špecifické pre dané odvetvie: Na základe softvérovej logiky procesu riadenia jednotky s vývevou lúča dosahuje skutočne špecifické a špičkové riešenia pre dané odvetvie.
Výber s vysokou spoľahlivosťou: Kľúčové komponenty pochádzajú od známych domácich a zahraničných značiek, čo zaisťuje spoľahlivú a spoľahlivú stabilitu komponentov.
◆ Návrh s veľkou redundanciou: Prostredníctvom dôkladného výpočtu a experimentálneho overenia sú kľúčové komponenty navrhnuté s veľkými rezervami, aby sa zabezpečila integrita celého stroja v ropných poliach
Dlhodobá stabilita v nepriaznivom prostredí.
Optimalizované vektorové riadenie: popredné vektorové riadenie s rýchlostnou spätnou väzbou na domácom trhu s vysokým krútiacim momentom pri nízkych frekvenciách a rýchlou odozvou krútiaceho momentu.
◆ Funkcia obmedzenia prúdu a napätia softvéru: Dobré obmedzenie napätia a prúdu, efektívne obmedzujúce kľúčové riadené parametre, aby sa znížilo riziko poruchy meniča.
Silná prispôsobivosť prostrediu: Vďaka vysokému celkovému bodu prehriatia, nezávislej konštrukcii vzduchových potrubí a zahustenej trojvrstvovej náterovej úprave je vhodnejšia na dlhodobú prevádzku vo vonkajších ropných poliach.
◆ Funkcia reštartu so sledovaním rýchlosti: dosiahnutie plynulého štartu rotujúcich motorov bez nárazov
◆ Funkcia automatického nastavenia napätia: Pri zmene sieťového napätia dokáže automaticky udržiavať konštantné výstupné napätie
Komplexná ochrana proti poruchám: nadprúd, prepätie, podpätie, prehriatie, výpadok fázy, preťaženie a ďalšie ochranné funkcie
Záver
Vzhľadom na rôzne nevýhody tradičného spôsobu aplikácie frekvenčnej konverzie v jednotke s lúčovým čerpaním je neustále zlepšovanie schémy riadenia frekvenčnej transformácie nevyhnutné. Spoločnosť Shenzhen Dongli Sci Tech Innovation Technology Co., Ltd. bude vďaka svojim inovatívnym riešeniam riadenia viesť transformáciu odvetvia. Spoľahlivá softvérová a hardvérová stabilita frekvenčného meniča série CT100 zároveň zabezpečuje, že zákazníkom poskytne vysoko nákladovo efektívny používateľský zážitok.