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    高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)負(fù)載特性試驗(yàn)研究

    2015-08-04 03:44:26李春紅馮子明李子良
    石油礦場機(jī)械 2015年1期
    關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)差率懸點(diǎn)游梁

    李春紅,馮子明,李子良,高 宇

    高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)負(fù)載特性試驗(yàn)研究

    李春紅1,馮子明2,李子良3,高 宇1

    (1.大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院,黑龍江大慶163453;2.東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院,黑龍江大慶163318;3.北京石油機(jī)械廠,北京100083)

    高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)由于具有適合交變載荷的軟特性,已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用,但高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)的綜合性能一直沒有全面試驗(yàn)研究。在試驗(yàn)?zāi)M井上進(jìn)行了Y280S型電動機(jī)和Y C H D280L型電動機(jī)的對比試驗(yàn)研究,并測取多個瞬態(tài)節(jié)點(diǎn)特性參數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。結(jié)果表明:高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)并不節(jié)能,中高沖次時(shí)才有較好的降載效果,其啟動性能要優(yōu)于低轉(zhuǎn)差率電動機(jī)。

    高轉(zhuǎn)差率;電動機(jī);性能;試驗(yàn)

    高轉(zhuǎn)差異步電動機(jī)在電力拖動的領(lǐng)域中占有特殊的地位。由于它的“軟特性”,經(jīng)常被用于不穩(wěn)定狀態(tài)的電力拖動中,即用在常啟動、反向或制動、負(fù)載劇烈交變的拖動中(例如:鍛擊機(jī)、沖擊機(jī)、鍛冶機(jī)、剪切機(jī)等設(shè)備上)。早在1964年,由美國工程師哈特首先把高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)應(yīng)用于游梁式抽油機(jī),當(dāng)時(shí)經(jīng)過美國多年的研究和應(yīng)用,認(rèn)為高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)比較適用于具有循環(huán)交變載荷的游梁式抽油機(jī)上,也認(rèn)為具有一定的節(jié)能效果。1989年,孫世明與沈陽電機(jī)廠合作,對比研究了JQ O2型和Y C H 型2種高轉(zhuǎn)差率電動機(jī),得出一些定性的結(jié)論:中輕載荷下具有節(jié)能效果,高沖次比低沖次的節(jié)能效果好[1]。2002年,薛承謹(jǐn)利用高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)與抽油機(jī)負(fù)載特性耦合函數(shù)進(jìn)行求解,對勝利油田的2口井進(jìn)行了計(jì)算,預(yù)測的懸點(diǎn)最大載荷誤差小于6%[2]。2007年,中原油田的張建華等人[3]試驗(yàn)研究后認(rèn)為:高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)效率較低,用于游梁式抽油機(jī)上的各種情況都是有利的,超高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)在周期載荷系數(shù)大于1.8的油井情況下有利。轉(zhuǎn)差率高的電機(jī)啟動、過載能力都較好,從節(jié)約能耗、改善光桿載荷特性等方面看,則要依據(jù)具體的油井工況而定。

    油田工作者在高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)的應(yīng)用上做了很多工作,一般認(rèn)為高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)具有適宜于游梁式抽油機(jī)的優(yōu)良匹配性。但是實(shí)際應(yīng)用中測試的節(jié)電率并不理想,轉(zhuǎn)矩又不易測取,懸點(diǎn)最大載荷降低率的測試結(jié)果也不理想[4-6]。因此,本文基于大慶采油工程研究院的1 000 m深模擬試驗(yàn)井進(jìn)行低轉(zhuǎn)差率電動機(jī)(Y280S-8型,簡稱Y電機(jī))與高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)(Y C H D280L-1218型,簡稱Y C H D電機(jī))的同工況多節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)研究,分析高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)的綜合工作性能,為更好地應(yīng)用高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)提供依據(jù)。

    1 試驗(yàn)方法

    以大慶采油工程研究院的模擬試驗(yàn)井為平臺,試驗(yàn)方案如圖1,基本參數(shù)如表1所示。選取電動機(jī)輸入端、輸出軸及大皮帶輪輸出軸、減速箱輸出軸和光桿為5個瞬態(tài)測試節(jié)點(diǎn),分別測取輸入電參數(shù)、電機(jī)軸轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速、皮帶輪輸出軸轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速、減速箱輸出軸轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速、光桿位移和載荷等。測試儀器包括3169型電動機(jī)電參綜合測試儀、同步速度測試儀、轉(zhuǎn)矩測試設(shè)備、動力示功儀等,并配以數(shù)據(jù)后處理輔助軟件。

    圖1 抽油機(jī)模擬試驗(yàn)井測試方案

    表1 抽油井試驗(yàn)基本參數(shù)

    2 試驗(yàn)結(jié)果分析

    圖2a、2b、2c分別為9、6、4 min-1沖次的懸點(diǎn)示功圖對比。抽油機(jī)系統(tǒng)在相同工況下拖動裝置更換為Y C H D電機(jī)后,其懸點(diǎn)最大載荷隨著沖次的增加而降低,說明轉(zhuǎn)差率對降低懸點(diǎn)載荷是有益的。如表2所示,9、6、4 min-1情況下最大載荷降低率分別為7.08%、6.34%、2.73%。

    表2 懸點(diǎn)最大載荷對比

    由表2可知:Y C H D電機(jī)的懸點(diǎn)最大載荷降低率隨沖次增加而增加;沖次與載荷降低率是非線性的變化關(guān)系,說明低沖次工況下Y C H D電機(jī)的“降載”能力變?nèi)?,即Y C H D電機(jī)在較高沖次的抽汲工況下使用降載效果更好。

    圖2 懸點(diǎn)示功圖

    抽油機(jī)系統(tǒng)在相同工況下將拖動裝置Y電機(jī)更換為Y C H D電機(jī)后,轉(zhuǎn)矩峰值降低率隨沖次的增加而提高,4、6、9 min-1沖次下轉(zhuǎn)矩峰值降低率分別為-5.1%、3.44%、8.48%。如表3。

    減速箱轉(zhuǎn)矩曲線對比如圖3所示。Y C H D電機(jī)的轉(zhuǎn)矩降低率的變化規(guī)律類似其懸點(diǎn)載荷的規(guī)律,轉(zhuǎn)矩峰值降低率隨沖次增加而增加;沖次與轉(zhuǎn)矩峰值降低率是非線性正相關(guān)。在4 min-1沖次工況下,轉(zhuǎn)矩峰值反而增加,說明Y C H D電機(jī)不適合低沖次工況。即使考慮到有各種試驗(yàn)誤差,對比懸點(diǎn)載荷降低率,低沖次下Y C H D電機(jī)降低峰值轉(zhuǎn)矩的能力也不會很大。因此,對于降低減速箱轉(zhuǎn)矩來說,高轉(zhuǎn)差率電機(jī)更適合在高沖次的抽汲工況下使用。

    圖3 減速箱轉(zhuǎn)矩曲線對比

    表3 減速箱最大輸出轉(zhuǎn)矩對比

    電機(jī)輸入功率曲線對比如圖4所示,可以看出:較高的轉(zhuǎn)差率可以使功率曲線平緩,相當(dāng)于“低通濾波”,即把高頻部分過濾掉;上下沖程的功率曲線包絡(luò)面積有增加的跡象,即電機(jī)要做較多的功來驅(qū)動抽油機(jī)系統(tǒng)。因此,從功率曲線看,Y C H D電機(jī)并不節(jié)能,而且沖次越低,Y C H D電機(jī)消耗能量越低。

    圖4 電機(jī)輸入功率曲線對比

    表4 平均有功功率對比

    抽油機(jī)井在相同工況下將拖動裝置Y電機(jī)更換為Y C H D電機(jī)后,在4、6、9 min-1沖次下都不節(jié)電,節(jié)電率分別為-15.82%、-18.67%、-13.52%。如表4。

    表5 平均無功功率

    Y C H D電機(jī)的平均無功功率相對Y電機(jī)降低較多,在54%~73%之間。但是無功消耗的電能很小,只有無功功率的4%~8%,無法彌補(bǔ)有功消耗的“逆差量”。如表5。

    如圖5所示,Y C H D電機(jī)的啟動電流在不同沖次下相對Y電機(jī)都低,而且Y C H D電機(jī)的啟動裕度(啟動裕度為堵轉(zhuǎn)電流值比上啟動電流值)相對大許多,Y電機(jī)的啟動裕度是1.27,Y C H D電機(jī)為2.08。

    圖5 堵轉(zhuǎn)電流

    如圖6所示,Y C H D電機(jī)的啟動功率在不同沖次下都相對增加,這是因?yàn)楦呋铍姍C(jī)依靠增加電阻來增加滑差率,這必然會引起啟動功率增大。但是Y C H D啟動功率的“功率啟動裕度”是2.72,依然大于Y系列電機(jī)的2.43。說明Y C H D電機(jī)比Y電機(jī)具有良好的啟動能力。

    圖6 堵轉(zhuǎn)功率

    3 結(jié)論

    1) Y C H D電機(jī)在9、6、4 min-1沖次下最大載荷降低率分別為7.08%、6.34%、2.73%。說明低沖次工況下Y C H D電機(jī)的“降載”能力變?nèi)酰碮 C H D電機(jī)在較高沖次的抽汲工況下使用,降載效果更好。

    2) Y C H D電機(jī)的轉(zhuǎn)矩峰值降低率隨沖次的增加而提高,4、6、9 min-1沖次下轉(zhuǎn)矩峰值降低率分別為-5.1%、3.44%、8.48%。

    3) 從功率曲線看,Y C H D電機(jī)并不節(jié)能。

    4) Y C H D電機(jī)相對Y電機(jī)具有良好的啟動能力。

    [1] 孫世明,蔡利,張志超.高轉(zhuǎn)差率電機(jī)驅(qū)動抽油機(jī)系統(tǒng)的耗能分析[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào),1989(3):34-41.

    [2] 薛承謹(jǐn),鮑雨鋒.超高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)驅(qū)動游梁抽油機(jī)動力學(xué)研究[J].石油機(jī)械,2002(1):4-7.

    [3] 張建華,張偉.游梁式抽油機(jī)用異步電動機(jī)類型選配[J].內(nèi)蒙古石油化工,2007(6):62-64.

    [4] 劉承榆.超高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)驅(qū)動抽油機(jī)的節(jié)能機(jī)理[J].節(jié)能技術(shù),1991(2):2-6.

    [5] 郎立術(shù).游梁式抽油機(jī)電動機(jī)存在問題及節(jié)電方法淺析[J].石油石化節(jié)能,2012(11):19-21.

    [6] 于會良.提高游梁式抽油機(jī)節(jié)能效果有效途徑[J].內(nèi)江科技,2003(5):36-37.

    Experimental Study of Load Characteristic about High Slip Ratio M otor

    LI Chunhong1,F(xiàn)ENG Ziming2,LI Ziliang3,GAO Yu1
    (1.Petroleu m Engineering Research Institute,D aqing Oilfield Com pany Ltd.,D aqing163453,China;2.School of M echanical Science and Engineering,N ortheast Petroleu m Uniuersity,D aqing163318,China;3.Beijing Petroleu mm achinery Factory,Beijing100083,China)

    At present,the high slip ratio m otor has achieved find wide use because it has soft-characteristic performance fitting alternating load.But the co m bination property of high slip ratio m otor had been not studied in detail and experiment at all.T he contrast test about Y280S m otor and Y C H D280L m otor were conducted on experimental sim ulation oil well,the transient m ulti-node characteristic parameters were achieved,and the experimental results indicated that the high slip ratio m otor isn’t saved-energy and only has load shedding effect at middle or high frequency of stroke,but its starting performance was superior to the low slip ratio m otor.

    high slip ratio;electric m otor;performance;testing

    T E933.107

    A

    10.3969/j.issn.1001-3842.2015.01.011

    1001-3482(2015)01-0044-04

    2014-07-09

    黑龍江省教育廳科技研究項(xiàng)目(12541099)

    李春紅(1979-),女,黑龍江慶安人,工程師,碩士,主要從事機(jī)械采油節(jié)能技術(shù)研究。

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