Tradicionalna črpalna enota z visečo gredjo deluje s konstantno hitrostjo z dodatkom zavorne enote ali sheme povratne zanke za energijo, kar ima znatne pomanjkljivosti glede porabe energije in stroškov. Ta članek predstavlja uporabo elektronskega krmilnega sistema s frekvenčnim pretvornikom serije Dongli Kechuang CT100 kot jedrom v črpalnih enotah za naftna polja in predlaga novo shemo dvojnega zaprtozančnega krmiljenja energije in moči, ki je učinkovitejša in stroškovno ugodnejša.
Uporaba frekvenčnega pretvornika Dongli Kechuang CT100 v črpalni enoti z visečim žarkom
Tradicionalna črpalna enota z visečo gredjo deluje s konstantno hitrostjo z dodatkom zavorne enote ali sheme povratne zanke za energijo, kar ima znatne pomanjkljivosti glede porabe energije in stroškov. Ta članek predstavlja uporabo elektronskega krmilnega sistema s frekvenčnim pretvornikom serije Dongli Kechuang CT100 kot jedrom v črpalnih enotah za naftna polja in predlaga novo shemo dvojnega zaprtozančnega krmiljenja energije in moči, ki je učinkovitejša in stroškovno ugodnejša.
Uvod
Velika večina naftnih polj v naši državi je nizkoenergijskih in nizkodonosnih, za razliko od tujih naftnih polj, ki imajo močne zmogljivosti samoinjektiranja. Večino nafte je treba v vrtino vbrizgati z vbrizgavanjem vode in jo iz formacije dvigniti s črpalnimi stroji (udarnimi stroji). Na Kitajskem je trenutno realnost naftnih polj nadomeščanje nafte z vodo in nafte z elektriko, poraba električne energije pa predstavlja precejšen delež stroškov pridobivanja nafte v naši državi. Zato naftna industrija pripisuje velik pomen varčevanju z električno energijo, varčevanje z električno energijo pa pomeni neposredno zmanjšanje stroškov pridobivanja nafte.
Rešitev za varčevanje z energijo za črpalno enoto je uporaba frekvenčnega pretvornika za spremembo pogonskega sistema motorja. Po prehodu na frekvenčni pretvornik za črpalno enoto je na voljo več prednosti:
(1) Izboljšanje faktorja moči: Faktor moči na vhodni strani se lahko poveča z začetnih 0,25–0,5 na več kot 0,9, kar močno zmanjša napajalni tok, s čimer se zmanjša obremenitev električnega omrežja in transformatorjev, zmanjšajo izgube v omrežju in prihrani veliko stroškov za "širitev zmogljivosti".
(2) Izboljšanje obratovalne učinkovitosti: Hitrost črpanja se lahko dinamično prilagaja glede na dejansko zmogljivost oskrbe s tekočino v naftni vrtini, kar ne le doseže cilje varčevanja z energijo, temveč tudi poveča proizvodnjo surove nafte in močno izboljša učinkovitost sistema.
(3) Dosežen je bil pravi „mehki zagon“: preprečuje prekomerne mehanske vplive na elektromotor, menjalnik in črpalno enoto, kar močno podaljša življenjsko dobo opreme, zmanjša čas izpada in izboljša učinkovitost proizvodnje.
Vendar pa je treba pri uporabi frekvenčnega pretvornika za motor črpalne enote obravnavati tudi več vprašanj, predvsem problem udarnega toka in ravnanja z regenerativno energijo, kar bo ločeno analizirano v nadaljevanju.
Uvod v trenutno stanje črpalnih enot z visečim žarkom
Uvod v mehanski mehanizem črpalne enote z vzmetnim žarkom
Črpalka z žarkom je v glavnem sestavljena iz štirih delov:
(1) Prerez nosilca: osličasta glava, nosilec, prečni nosilec, repni nosilec, povezovalna palica, uravnoteževalni blok (kompozitna uravnoteževalna črpalna enota)
(2) Nosilni del: sedež ležaja prečnega nosilca, delovna lestev, zaščitni obroč, delovna ploščad, nosilec.
(3) Del reduktorja: podstavek, sedež reduktorskega valja, reduktor, ročična gred, protiutež, zavora in druge komponente.
(4) Oddelek za distribucijo energije: podnožje motorja, motor, razdelilna omarica itd.
Shenzhen Dongli Sci Tech Innovation Technology Co., Ltd.
1. Podstavek; 2-Nosilec; 3-Naprava za vzmetenje z vrvjo; 4-Oslova glava; 5-nosilec; 6-Ležaj nosilca; 7-prečka; 8-ojnica; 9-zatič ročice; 10 ročica; 11- Reduktor; 12. Varnostna zavora; 13- Zavorna naprava; 14- Elektromotor; 15- Razdelilna omarica.
Kot je prikazano na sliki, je črpalna enota deformiran štiridelni mehanizem, njegove strukturne značilnosti pa so podobne tehtnici. En konec je črpalna obremenitev, drugi konec pa uravnotežena težka obremenitev. Če je navor, ki ga tvorita črpalna obremenitev in ravnotežna obremenitev, enak ali se enakomerno spreminja, lahko črpalna enota deluje neprekinjeno in neprekinjeno z zelo majhno močjo. To pomeni, da je tehnologija varčevanja z energijo črpalne enote odvisna od tehtnice. Nižje kot je razmerje ravnotežja, večja je moč, ki jo potrebuje elektromotor. Ker se črpalna obremenitev nenehno spreminja in se tehtnica ne more popolnoma ujemati s črpalno obremenitvijo, je tehnologija varčevanja z energijo črpalnih enot zelo zapletena. Zato lahko rečemo, da je tehnologija varčevanja z energijo črpalne enote tehnologija uravnoteženja.
Uvod v trenutno stanje transformacije spremenljive frekvence visečega nosilca
Glede na dejanske razmere pri pretvorbi frekvence je večina protiuteži črpalnih enot dejansko močno neuravnotežena, kar povzroča prekomerni udarni tok, ki ne le nepotrebno porablja veliko električne energije, temveč tudi resno ogroža varnost opreme. Hkrati pa to predstavlja velike težave pri uporabi regulacije hitrosti s frekvenčnim pretvornikom: zmogljivost frekvenčnega pretvornika se običajno izbere glede na nazivno moč motorja, prekomerni udarni tok pa lahko povzroči zaščito frekvenčnega pretvornika pred preobremenitvijo, ki ne more normalno delovati.
Poleg tega je v zgodnji fazi izkoriščanja naftnih vrtin veliko skladiščenega olja in zadostna zaloga tekočine. Za izboljšanje učinkovitosti se lahko uporabi delovanje z omrežno frekvenco, da se zagotovi visoka proizvodnja nafte. Vendar pa v srednji in poznejši fazi zaradi zmanjšanja zmogljivosti skladiščenja olja zlahka pride do nezadostne oskrbe s tekočino. Če motor še vedno deluje v stanju omrežne frekvence, bo neizogibno zapravljal električno energijo in povzročil nepotrebne izgube. V tem primeru je treba upoštevati dejanske delovne razmere in ustrezno zmanjšati hitrost in hod motorja, da se učinkovito izboljša hitrost polnjenja.
Uvod v tradicionalne rešitve za pretvorbo frekvenc
Uvedba tehnologije frekvenčne pretvorbe v krmiljenje črpalnih enot je trend. Regulacija hitrosti s spremenljivo frekvenco spada med brezstopenjsko regulacijo hitrosti, ki določa delovno frekvenco motorja glede na velikost njegovega delovnega toka. To omogoča priročno prilagajanje hoda črpalne enote glede na spremembe pogojev v vrtini, s čimer se doseže varčevanje z energijo in izboljša faktor moči električnega omrežja. Uporaba tehnologije krmiljenja vektorske frekvenčne pretvorbe lahko zagotovi nizko hitrost in visok navor, hitrost pa je mogoče gladko in široko prilagajati. Hkrati ima frekvenčni pretvornik popolne funkcije zaščite motorja, kot so kratek stik, preobremenitev, prenapetost, prenizka napetost in zastoj, kar lahko učinkovito zaščiti motor in mehansko opremo, zagotovi, da oprema deluje pri varni napetosti, in ima številne prednosti, kot so nemoteno in zanesljivo delovanje, izboljšan faktor moči itd. Je idealna rešitev za preoblikovanje opreme za proizvodnjo nafte. Trenutne prevladujoče rešitve so naslednje:
Inverter z zavorno enoto za porabo energije
Ta metoda je relativno preprosta, vendar je njena operativna učinkovitost nizka. To je predvsem posledica povratne zanke energije, ki jo motor ustvari med delovanjem s konstantno hitrostjo. Pri uporabi običajnega frekvenčnega pretvornika je vhod diodno usmerjen in energija ne more teči v nasprotni smeri. Zgornji del električne energije nima poti, da bi se vrnil v omrežje, in ga je treba porabiti lokalno z upori. Zato je treba uporabiti energetsko porabo zavornih enot, kar neposredno vodi do visoke porabe energije in nizke splošne učinkovitosti.
Slabosti: Nizka energetska učinkovitost in potreba po vgradnji zavornih enot in zavornih uporov.
Inverter z regulacijo z povratno zanko
Za povratno informacijo o regenerirani energiji in izboljšanje učinkovitosti se lahko uporabi naprava za povratno informacijo o energiji, ki regenerirano energijo vrača v električno omrežje. Na ta način sistem postane bolj zapleten, naložba pa višja. Tako imenovana naprava za povratno informacijo o energiji je pravzaprav aktivni razsmernik. Z namestitvijo frekvenčnega pretvornika z enoto za povratno informacijo o energiji lahko uporabniki določijo izpiranje, hitrost in proizvodnjo tekočine črpalne enote glede na nivo tekočine in tlak v naftni vrtini, s čimer se zmanjša poraba energije in izboljša učinkovitost črpalke. Zmanjša se obraba opreme, podaljša se življenjska doba, doseže se visoka učinkovitost, prihranek energije in nizki stroški ter se realizira avtomatizirano delovanje v pogojih največjega varčevanja z energijo. Vendar pa zaradi načina delovanja frekvenčnega pretvornika in naprave za povratno informacijo uporaba sheme za povratno informacijo o energiji povzroča znatno harmonično onesnaženje na strani napajanja, kar povzroči znatno zmanjšanje kakovosti električnega omrežja.
Slabosti: Zahteva namestitev povratnih naprav, kar je drago in povzroča znatno onesnaževanje električnega omrežja.
Uvod v rešitev za pretvorbo frekvenc Dongli Sci Tech serije CT100
Glede na različne pomanjkljivosti tradicionalnih shem za pretvorbo frekvence je podjetje Shenzhen Dongli Sci Tech Innovation Technology Co., Ltd. izvedlo poglobljeno raziskavo procesa črpalne enote z visečim žarkom, sprejelo namensko programsko logiko, ki temelji na procesu krmiljenja črpalne enote z visečim žarkom, in sprejelo dvojno zaprto zanko za krmiljenje energije in moči, da bi doseglo neprekinjeno in gladko prilagajanje izhodne frekvence, odpravilo negativni nadzor navora in se izognilo povratni zanki kinetične energije motorja in visoki napetosti vodila. Poleg tega je bil dosežen cilj odprave zavorne enote in naprave za povratno zanko o energiji, s čimer se je izognilo različnim pomanjkljivostim tradicionalnih shem za pretvorbo frekvence.
Osrednji koncept krmiljenja te sheme je krmiljenje s konstantnim izhodom. Frekvenčni pretvornik temelji na PID načinu krmiljenja s konstantno izhodno zanko. Z nastavitvijo izhodne frekvence je mogoče doseči krmiljenje s konstantnim izhodom, kar lahko učinkovito zmanjša povprečno izhodno moč, doseže učinkovit prihranek energije in zaščiti mehanizem črpalne enote, hkrati pa izpolni zahteve glede impulzov. To pomeni, da frekvenčnemu pretvorniku ni treba nastaviti določene delovne frekvence, dejanska izhodna frekvenca pa se samodejno prilagodi prek zaprte zanke PID. Med gibanjem navzdol, zaradi velike vztrajnosti bremena, ko je sinhrona hitrost nižja od hitrosti motorja, motor proizvaja elektriko, izhodni navor frekvenčnega pretvornika pa je negativen. V tem času frekvenčni pretvornik samodejno poveča izhodno frekvenco, da odpravi negativni navor in prepreči, da bi motor bil v stanju generiranja. Med gibanjem navzgor se potencialna energija v celoti pretvori v kinetično energijo. V tem času se pojavita največja hitrost in vztrajnost, motor pa se upočasni, da izvede gibanje navzgor. Ko je hitrost nizka, frekvenčni pretvornik deluje v načinu PID regulacije s konstantnim izhodom in samodejno poveča hitrost gibanja navzgor, da zaključi gibanje navzgor. Skozi celoten postopek krmiljenja je znano, da motor ni bil v stanju generiranja, zato ni treba namestiti zavorne enote in povratne naprave RBU. Medtem je med celotnim postopkom hoda hod navzdol počasen in se lahko potopi več olja; hiter hod navzgor, kar zmanjša puščanje olja: znatno poveča proizvodnjo olja.
Prednosti: Ni potrebe po namestitvi naprav za porabo energije ali povratnih informacij in optimiziran postopek ekstrakcije olja, kar močno izboljša splošno učinkovitost.
Uvod v pretvorbo frekvenc serije Dongli Sci Tech CT100
Frekvenčni pretvornik CT100 podjetja Shenzhen Dongli Kechuang Technology Co., Ltd. temelji na krmilnem sistemu DSP in uporablja vodilno domačo tehnologijo krmiljenja prostega vektorja PG, v kombinaciji z več metodami zaščite, ki se lahko uporablja za asinhrone motorje in zagotavlja odlične vozne lastnosti. Izdelek je močno izboljšal uporabnost za stranke in prilagodljivost okolju v smislu zasnove zračnih kanalov, konfiguracije strojne opreme in funkcionalnosti programske opreme.
Tehnične lastnosti
Specifično za industrijo: Na podlagi programske logike procesa krmiljenja črpalne enote s snopom resnično dosega specifične in vodilne rešitve za industrijo.
Visoka zanesljivost izbire: Ključne komponente so vse od znanih domačih in tujih blagovnih znamk, kar zagotavlja zanesljivo in stabilno delovanje komponent.
◆ Zasnova z veliko redundanco: S strogim izračunom in eksperimentalnim preverjanjem so ključne komponente zasnovane z velikimi rezervami, da se zagotovi celovitost celotnega stroja na naftnih poljih
Dolgoročna stabilnost v neugodnih okoljih.
Optimizirano vektorsko krmiljenje: vodilno prosto vektorsko krmiljenje s povratno zanko hitrosti na domačem trgu z visokim nizkofrekvenčnim navorom in hitrim odzivom navora.
◆ Funkcija programske opreme za omejevanje toka in napetosti: Dobra omejitev napetosti in toka, ki učinkovito omejuje ključne krmilne parametre za zmanjšanje tveganja okvare pretvornika.
Močna prilagodljivost okolju: Z visoko skupno točko pregrevanja, neodvisno zasnovo zračnih kanalov in odebeljeno troslojno obdelavo barve je bolj primerna za dolgotrajno delovanje na zunanjih naftnih poljih.
◆ Funkcija ponovnega zagona s sledenjem hitrosti: doseže gladek zagon vrtečih se motorjev brez udarcev
◆ Funkcija samodejnega prilagajanja napetosti: Ko se napetost omrežja spremeni, lahko samodejno vzdržuje konstantno izhodno napetost
Celovita zaščita pred napakami: preobremenitev toka, prenapetost, prenizka napetost, previsoka temperatura, izpad faze, preobremenitev in druge zaščitne funkcije
Zaključek
Zaradi različnih pomanjkljivosti tradicionalnega načina uporabe frekvenčne pretvorbe črpalne enote je nenehno izboljševanje sheme krmiljenja frekvenčne pretvorbe neizogibno. Podjetje Shenzhen Dongli Sci Tech Innovation Technology Co., Ltd. bo s svojimi inovativnimi rešitvami za krmiljenje vodilo preobrazbo industrije. Hkrati zanesljiva programska in strojna stabilnost frekvenčnega pretvornika serije CT100 zagotavlja tudi, da bo strankam nudil zelo stroškovno učinkovito uporabniško izkušnjo.