 |
|
ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДУ ВЕРСТАТА-КАЧАЛКИ
Мета роботи:Вивчення схеми керування електродвигуном верстата-качалки, вибір потужності двигуна.
1 ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ
Насосна експлуатація свердловин здійснюється за допомогою штангових плунжерних насосів. В глибинно-насосному устаткуванні плунжерний глибинний насос підвішується на колоні насосних труб. За допомогою колони штанг плунжеру насосу передається зворотньо-поступовий рух з передачею плунжеру енергії від балансира верстата-качалки або верстата-гойдалки. Верстат-качалка з електродвигуном і редуктором перетворює обертовий рух в зворотньо-поступовий рух балансира.
Насос складається з циліндра, в середині якого переміщується плунжер. При ході плунжера вверх відкривається нижній клапан при закритому верхньому клапані плунжера. Рідина із свердловини засмоктується в циліндр насосу. При ході плунжера вниз клапан закривається, а нафта через клапан, що відкривається, видавлюється в простір насосних труб.
Колона штанг в нижній частині з’єднана з плунжером насосу, а на гирлі свердловини через шток з’єднана з головкою балансера верстата-качалки. Балансир з допомогою шатунів зв’язаний з кривошипами, вал яких через редуктор і клино-пасову передачу з’єднаний з електричним двигуном.
Для зрівнювання навантаження системи верстат-качалка електродвигун при ході колони штанг вниз і вверх використані балансирна і кривошипна противаги. Частоту коливань балансира можна змінювати шляхом встановлення шківів різних діаметрів. Діапазон зміни коливань для різних верстатів-качалок складає від 4.7 до 15 хв.
В даний час випускається 9 моделей /20 типорозмірів/ верстатів-качалок від СК 1 до СК 9 з найбільш допустимим навантаженням від 1 до 20 т. Потужність електродвигунів для приводу верстатів-качалок знаходиться в межах від 1.7 до 55кВт.
Для визначення потужності двигуна є декілька емпіричних формул. Енергетичним інститутом Академії Наук Азербайджану на основі експериментальних даних розроблена емпірична формула для визначення потужності електродвигуна верстата-качалки:
, кВт, (9.1)
де n - число коливань балансира за 1 хв.;
d- діаметр плунжера насосу, см;
S - довжина ходу штоку, м;
Q - добовий дебет різних свердловин, т;
Hд - динамічний рівень рідини, км;
a- коефіцієнт подачі насосу;
k - коефіцієнт, що характеризує тип верстата-качалки /k=1.2-1.3/;
j- коефіцієнт, що залежить від довжини колони штанг;
y- коефіцієнт, що залежить від номінального ковзання двигуна. Так для асинхронних двигунів з нормальним ковзанням y=1, для двигунів з підвищеним ковзанням y=0.75.
2 ПРОГРАМА РОБОТИ
2.1 Ознайомитись з електричними машинами та апаратами, необхідними для дослідження схеми.
2.2 Визначити потужність електричного двигуна.
2.3 Вибрати за каталогом електричний двигун.
Запустити електричний двигун, знайти неполадки в схемі керування.
2 ОПИС СХЕМИ УСТАНОВКИ
Промисловість випускає блоки керування електроприводами верстатів-качалок, які можуть бути використані як при груповому автоматичному повторному увімкненні, так і при відсутності його, на номінальні струми 15, 20, 40 і 100А.
В металевій шафі змонтована вся апаратура блоку, зовні закріплений привод з ручкою для увімкнення автоматичного вимикача QF.
Керування електродвигуном здійснюється за допомогою універсального перемикача SA (рис. 9.1), який має одне фіксоване (нульове) положення з поверненням в дане положення (таблиця 9.1). Для запуску двигуна (після увімкнення QF) SA переводять в праве положення, при якому контакти 1-1 і 2-2 замикаються. Котушка контактора KM отримує живлення і силовими контактами KM підключає електродвигун до мережі. Одночасно замикається блок-контакт KM1 і розмикається блок-контакт KM2.
При відпусканні ручки перемикач SA повертається в попереднє положення, контакти 1-1 розмикаються, а 2-2 залишаються замкнутими, електродвигун продовжує працювати.
У випадку зникнення напруги під час роботи електродвигуна він вимикається з мережі, так як припиняється живлення котушки KM. При появі напруги одержує живлення котушка реле часу КT. Через певний час замикається замикаючий контакт КT, отримує живлення котушка KM. Двигун верстата-качалки підключається до мережі. Здійснюється автоматичне повторне уівмкнення. Котушка реле КT обезживлюється розмикаючим блок-контактом KM2.
Для вимкнення двигуна перемикач SА переводять в ліве положення, при якому обидва контакти розмикаються, котушка KM обезживлюється, двигун вимикається.
При аварійних ситуаціях свердловини (обрив штанг, штока, заклинення плунжера і т.п.) замикається контакт інерційного магнітного вимикача IMQ. Отримує живлення реле KL2. Розмикаючий контакт KL2 розмикається і знеструмлює котушку KM, електродвигун вимикається. Після ліквідації аварії реле KL2 приводиться у вихідне положення після вимкнення автоматичного вимикача QF. Замикається контакт реле KL2 в колі KM і підготовлюється коло для увімкнення електродвигуна.
Реле KL1 здійснює захист від обриву фаз. У випадку зникнення напруги між фазами воно розмикає контакт KL1. Котушка контактора KM знеструмлюється, двигун вимикається.
Контакт Q1 забезпечує дистанційне управління.
В схемі передбачено керування електродвигуном верстата-качалки в залежності від тиску в викидному колекторі. При різкому збільшенні тиску в викидному колекторі замикається контакт ВТ (високий тиск) електроконтактного манометра. Реле KL3 отримує живлення і розмикає контакт KL3 в колі контактора КМ, електродвигун вимикається. При досягненні нормального тиску замикається контакт НТ (нормальний тиск) манометру, отримує живлення котушка реле KL4, яке розмикає блок-контакт KL4 і знеструмлює котушку реле KL3, яка замикає контакт KL3. Отримує живлення реле часу КT, здійснюється самозапуск двигуна.
Крім описаної схеми, існують ще її модифікації. Одна з них передбачає керування двигуном в режимі періодичної експлуатації свердловини, коли приток нафти настільки малий, що не забезпечує нормального заповнення насосу. Схема подана на рисунку 9.2. Реле КL3 своїм контактом КL3 почергово замикає і розмикає коло котушки KM, чим визначається тривалість увімкнення і вимкнення електродвигуна. Положення контакту Q2 залежить від дебіту нафти.
Таблиця 9.1 - Таблиця замикань контактів SA
| № контактів | Ліве | Праве | ||
| 1-1 | - | - | - | Х |
| 2-2 | - | - | Х | Х |
4 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
4.1 Зібрати схему керування.
4.2 Перевірити схему керівником роботи.
4.3 Ввімкнути автоматичний вимикач QF.
4.4 Здійснити пуск двигуна універсальним перемика-чем SА.
4.5 Дослідити дію IMQ, реле часу KТ (схема рис. 9.1).
4.6 Дослідити дію контактів НТ, ВТ (схема рис. 9.1).
4.7 Дослідити роботу схеми рис. 9.2.
4.8 Вимкнути двигун.
4.9 Здійснити пуск двигуна з допомогою Q1.
4.10 Визначити потужність двигуна згідно завдання (табл. 9.3).
5 МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДЛЯ ВИБОРУ ПОТУЖНОСТІ ДВИГУНА
Для приводу верстатів-качалок останнім часом найчастіше використовують асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором в закритому виконанні з обдувом.
Коефіцієнт j залежить від довжини підвісу штанг H, що більше НД . Для забезпечення безперебійної роботи насосу вважається за необхідне занурювати його під динамічний рівень рідини в свердловині на глибину не менше 20 м, тобто , при розрахунках НД=Н-20 м.
Значення коефіцієнта j вибирається з таблиці 9.2.
Таблиця 9.2 – Значення коефіцієнта j
| Н, км | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 | 1,1 | 1,2 | 1,3 |
| j | 0,2 | 0,29 | 0,38 | 0,46 | 0,54 | 0,6 | 0,66 | 0,72 | 0,76 | 0,80 | 0,83 | 0,86 |
В даній роботі студент повинен визначити потужність двигуна верстата-качалки за даними, які приведені в таблиці 9.3.
Номер варіанта вибирається за останньою цифрою шифру в залікової книжки.
Таблиця 9.3 – Дані для вибору потужності двигуна
| Номер варі-анту | Діа-метр насосаd, мм | Глибина опуска- ння Н, м | Довжина ходу S, м | Число коливань за 1 хв, n | Добовий дебет рідини, Q, т / доб | Коефіцієнт подачі насоса, a |
| 0.6 | 7.6 | 0.65 | ||||
| 1.8 | 45.2 | 0.34 | ||||
| 2.4 | 7.3 | 0.44 | ||||
| 1.8 | 9.35 | 0.50 | ||||
| 1.5 | 0.56 | |||||
| 2.1 | 0.63 | |||||
| 2.1 | 0.45 | |||||
| 2.1 | 8.9 | 0.38 | ||||
| 2.7 | 43.5 | 0.65 | ||||
| 2.4 | 91.2 | 0.52 |
6 ЗМІСТ ЗВІТУ
6.1 Накреслити схему автоматичного керування і дати коротке пояснення робочого і аварійних режимів.
6.2 Привести технічні дані електрообладнання.
6.3 Згідно завдання вибрати потужність для електро-двигуна верстата-качалки.
7 КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
7.1 Пояснити принцип дії схеми автоматичного керування двигуном верстата-качалки.
7.2 Як проводиться вибір двигуна верстата-качалки?
7.3 Призначення верстатів-качалок.
7.4 Які двигуни використовуються для верстатів-качалок?
7.5 Як здійснюється самозапуск двигуна верстата-качалки?
Рисунок 9.1 – Принципова схема управління електродвигуном верстата-качалки
Рисунок 9.2 – Схема керування двигуном верстата-качалки в режимі періодичної експлуатації свердловини