Разделы


Рекомендуем
Автоматическая электрика  Структура электропривода 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 [ 180 ] 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204

где Q - подача насоса, м*/с; Рнас - давление, Па; Чнас - КПД, учитывающий механические и гидравлические потери в насосе; Чред - КПД передачи от двигателя к насосу.

Требуемая номинальная угловая скорость двигателя определяется исходя из заданной угловой скорости коренного вала насоса

®дв=Юнвс ред. (17.2)

где Идв. ©нас - угловая скорость двигателя и коренного вала, рад/с; ред - передаточное отношение передачи.

Требуемый номинальный момент двигателя удобнее всего определять исходя из заданной мощности:

Л1дв = Рдв/0)дв-

(17.3)

При анализе режимов работы привода следует иметь в виду, что момент привода пропоршюнален давлению, а скорость - подаче насрса.

апектропривод постоинного тока допускает продолжительную работу при регулировании скорости вниз от номинальной, поэтому дангатель, выбранный иа основании описанных расчетов, обеспечивает все необходимые режимы работы насоса. Для каскадных систем электропривода (а также для электропривода с электромагнитной или гидравлической муфтой) минимальная длительно допустимаи угловая скорость привода насоса при номинальном давлении определиется соотношением

хв min = Юдв, нов (Рнов - Рск)/Рнов, (17.4)

где Рек - мощность скольжения, развиваемая преобразователем каскадной схемы (или мощность рассеяния в муфте).

Поскольку перегрузки в электроприводе насоса весьма невелики, проводить расчеты перегрузочных режимов нет необходимости.

Электропривод ротора. Основными заданными параметрами электропривода ротора являютси мощность и момент ротора. По этим данным определяетси номинальная угловая скорость ротора по формуле (17.3). Буровой ротор всегда имеет встроенный конический редуктор; кроме того, между приводным валом ротора и двигателем в общем случае имеетси редуктор (односкоростной или многоскоростной). Мощность, угловая скорость н момент ротора и дангателн связаны соотношениими:

Рдв = Рр/Т1рТ1ред; (17.5)

Одв = )р<р Рвд-. (17-6)

Д1дв=Л1рЛ-р1редТ1рТ1ред, (17.7)

где Рр, Рдв - мощности ротора и двигателя, кВт; tip, Т1ред - КПД ротора и редуктора; Мр, Л1дв - момент на валу ротора и дангателн, Н-м; Ир, Юдв -угловые скорости ротора и даигателя, рад/с; tp, 1ред - передаточные отношении ротора и редуктора.

Одной из основных задач расчета яЕляет-си выбор передаточного отношении редуктора ротора (ip задано).

Для нерегулируемого привода передаточное отношение высшей передачи определяется по (17.6) с учетом того, что здесь должна быть обеспечена максимальная скорость ротора Ир ах при номинальной скорости даигателя. Передаточное отношение низшей передачи находится по формуле (17.7) с учетом того, что здесь должен быть обеспечен максимальный требуемый момент ротора Мр max при максимально допустимом кратковременном моменте двигателя. Затем из конструктивных соображений производится выбор промежуточных значений передаточного отношения редуктора (коробки скоростей).

Дли регулируемого привода передаточное отношение высшей передачи определяется по (17.6), причем скорость даигателя принимается максимальной. Затем по (17.7) иаходитси момент двигателя при том же ip и при максимальном моменте на роторе и провернется выполнение условии

1дв max -

дв, доп-

(17.8)

Если это условие не выполняется, то необходимо использовать даухскоростную коробку передач. Передаточное отношение низшей передачи находатси по (17.7) при условии, что должно выполняться условие (17.8).

Электропривод лебедки. Электромеханические расчеты привода лебедки и выбор даигателя представляют собой достаточно сложную многофакторную задачу. Обычно проводитси приближенные проектные расчеты и выбор основных параметров, а затем уточненные поверочные расчеты. За основной расчетный режим приинмаетси режим подъема бурильной колонны номинальной длины и массы. В общем случае дангателн соединяются с барабаном лебедки через механическую коробку передач, имеющую несколько ступеней (скоростей). Для нерегулируемого привода число передач задается, в случае применении регулируемого привода выбор числа скоростей и передаточных отношений производится одновременно с выбором даигателя.

Формулы для расчета мощности и моментов являютси общими дли различных видов привода. Предаарительный выбор номинальной мощности даигателя (или суммарной мощности даигателей) осуществляется , по заданной мощности на барабане Pg в осйов-ном расчетном режиме:

/д.но.-Рб, ном/во, (17.9)

где бо - перегрузка дангателн в основном расчетном режиме.

Моменты на валу барабана при подъеме и спуске колонны иа ходите и соответственно по формулам

Мб = GDfifenorp/S/t, cilx, сЧтр; (17.10)

Мб=t?D6fe orpiiT. сЧтр/ггт. с. (17.11)

где Лб - момент на валу барабана, Н-м; G - все колонны в воздухе, Н; Dg - расчетный диаметр барабана, м; *погр = 0.85 -7- 0,9 - коэффициент потери веса прн погружении колонны в раствор*, i.c, iIt.c - пере-



даточное отношение и КПД талевой системы; Чтр = 0,85 - коэффищ!ент, учитывающий трение колонны о стенки скважины.

Моменты на валу двигателя прн подъеме и спуске колонны определяются соответст-ненно по формулам

где Л1д - момент на валу двигателя илн суммарный момент двигателей при много-даигательном приводе, Н-м; ij, - передаточное отношение и КПД fe-й передачи.

По найденным моментам на валу двигателя находятся значения тока якоря в различных режимах.

Линейная скорость данжения крюка подъемной системы, т. е. скорость данжения колонны, связана с угловой скоростью барабана соотношением

o=D60)6/2ix.c.

По найденным значениям скорости крюка в установившемся режиме можно приближенно определить среднюю скорость крюка и продолжительность переходных режимов и периода установившегося движения для каждого цикла:

Оср а kcv;

2 \оср У

- to-tr

где о, Vcp - скорости крюка, установившаяся и средняя; - коэффициент заполнения диаграммы скорости (k = 0,8 -s- 0,95, меньшие значения принимаются для высоких скоростей, и наоборот); -г Длина одной свечи, м; tp, ty, tj - продолжительности периодов разгона, установившегося движения и торможения.

Рациональное значение установленной мощности электропривода буровой лебедки определяется техннко-экономнческими показателями влияния производительности машинных операций по подъему инструмента на суммарные затраты по выполнению таких операций за цикл проводки типовой скважины при налнчин технических и технологических ограничений скорости перемещении колонны бурильных труб.

Сопоставлению подлежат: капитальные затраты, определяемые стоимостью электрических машин н комплектных устройств управления, нх первичного монтажа и ввода в эксплуатацию; эксплуатационные затраты, определяемые энергетическими затратами, затратами на ремонт и обслуживание, периодическую транспортировку, стоимостью I стан-ко-часа операций по спуску-подъему инструмента; производительность, определяемая временем выполнения заданного объема машинных операций по подъему.

Зависимость затрат на выполнение СПО оТ установленной мощности привода имеет

явно выраженный минимум, соответствующий оптимальному значению мощности. В известных пределах установленная мощность может меняться без существенного экономического ущерба, что позволяет при выборе электрических машин руководствоваться дополнительно конструктивными соображениями.

Проверочный расчет двигателя проводится методом средаеквадратичного тока. Эквивалентный среднеквадратичный ток даигателя за период подъема всей бурильной колонны номинальной длины определяется по общей формуле для среднеквадратичного тока (см. разд. 7).

С уменьшением нагрузки по мере подъема колонны уменьшается момент даигателя. Для более полного использования мощности привода целесообразно увеличивать скорость подъема, что можно осуществить для нерегулируемого привода путем перехода на передачу с меньшим передаточным отношением, а для регулируемого привода постоянного тока - путем плавного увеличения скорости даигателя управлением потоком возбуждения. В связи с этим характеристики электропривода лебедки должны быть близкими к кривой постоянства мощности, чему соответствует

МдЮд=МдоЮд, = 6оЛ1д, ноиЮд, вон,

где Л1дв - момент двигателя в основном расчетном режиме; б, - коэффициент перегрузки двигателя по току. Для лебедки с нерегулируемым электроприводом, как упоминалось выше, число ступеней передач и передаточные отношения определяются при расчете механической части лебедки, а при проектировании электропривода считаются заданными. В случае применения регулируемого электропривода выбор даигателя и редуктора решается как комплексная задача. Исходя из соображений упрощения конструшщи и повышении надежности лебедки следует стремиться к сокращению числа ступеней передач и уменьшению передаточных отношений, но вместе с тем должны учитываться ограничения по габаритам и массе электрических машин. В результате проведенных исследований [17.3] получено уравнение, связывающее искомые параметры системы привода и заданные параметры лебедки (в относительных единицах):

d<=>kD, (17.12)

Oq с

где тах - принятая максимальная перегрузка даигателя по току; d - диапазон регулирования скорости даигателя при полной мощности; а - число ступеней передач лебедкн; b - количество двигателей привода лебедки; с - количество даигйтелей, работающих в режиме аварийного подъема колонны; fegg - коэффициент перегрузки лебедки по грузоподъемности в аварийных режимах; D - диапазон регулирования скорости подъема при полной мощности привода.

Уравнение (17.12) содержит три неизвестных параметра привода: а, d и о ах (ориентировочное значение % известно). Рекомеа-



дуется решать поставЛеяиую задачу путем последовательных приближений, для чего нужно задаться величинами а, бтах и найтн Ф, в случае неудовлетворительного результата уточнить выбор указанных величин и повторить расчет, жнд воспользсюаться также графоаналитическим методом 17.3].

Теоретический анализ и технико-экономические сопоставления позволяют рекомендовать ориентировочные значейня числа передач: ддя лебедок с относительно высокой мощностью привода и малым диапазоном скоростей прн однодвнгательном приводе а = 1 или а = 2, прн двухдвигательвом приводе а = 2; для лебедрк с относительно небольшой мощностью привода и большим диапазоном скоростей прн однодвигательнои приводе а - 2, при двухдвигательвом приводе 0=2-4.

Передаточное отношение высшей первг дачи буровой лебедки следует Ш1бирать с учетом критериев оппмального быстродействия. Оптимальное передаточное отношение для участка или периода переходного процесса с неизменными значениями момштов инерции, статического момента нагрузки и вращающего момеита даигателя (шределяется известным выраженИ1м

Весьма распространенным является частный случай, когда необходимо опрейеднть Io для одного цикла рабЬты привода с учетом периодов разгона и замедлеиня. Для этого случая справедливы выражения [17.3]

или в относительных #нницах

о,м=

±т+У1и (17.14)

где Ма, Л1д - соответственно момент внип-ннх снл иа валу механизма и момент двигателя; J, Jf - моменты ииерции механизма и даигателя; когда внешние силы препятствуют двиясенню механизма, принимается знак плюс для разгона и знак минус - для замедления; m = Л1аШд; / = JJJj-При определении оптимального передаточного отношения, как видно из (17.13), (17.14), встречается затрудиение прииципи-ального характера, заключающееся в том, что для определении параметров дангателя необходимо предварительно задаться передаточным отношением, которое впоследствии, как правило, ие совпадает с оптимальным. Поэтому задача выбора передаточного отношения должна рассматриваться как задача оптимального совместного, выбора даигателя и редуктора и решаться методом последовательного приближения. В случаях, когда привод работает с различными скоростями н нагрузками в.разные периоды, необходимо определять оптимальное передаточное отношение <о, которое обеспечивает минимальное суммарное время выполнения заданных операций. Прн отклонении передаточного отношения от оптимального продолжительность переходаых периодов t увеличивается по сравнению с в соответствии с выражением

=/t((S.p+S,.); (17.16)

U> =YT+W, (17.17)

где о,p. o,s. о,д - оптимальные передаточные отяопкння, определяемые отдельно для п>иодов разгона, замедления и для всего цикла.

В случаях, когда внешние снлы ср{(1вня-теяьно невелики, оптимальные передаточные отношения для любого переходного периода и для всего цикла приблизительно одинаковы и определяются выражением

ioYj (17.18)

Из приведенных выше общих выражейяй (17.13) - (17.18) можно получить расчетаые формулы для различных частных случюв элевгфоприводов с перемениой рабочей еко-ростью, у которых имеется определенкаи взаимосвязь скорости механизма и момМта нагрузки. Так, применительно к приваду ежовой лебедки с механической характеристикой постоянной мощности для ряда г циклов получено весьма простое выражение

где Ml Alg, - относительные энашгия момента нагрузки на краях участкакр№ой Р = const.

Практически выбранное передаточное отношение высшей ступени передачи не должно отличаться от теоретически оптимального более чем в 1,5-1,7 раза. Наряду с нркте-риями оптимального быстродействия долины быть учтены критерии минимальной пассы и габаритов привода, для чего иеобхдЯимо сравнить несколько вариантов. ПрактиМмеки передаточное отношение высшей пер1дачн лебедки находится в пределах 1 4-2. Для миогоскоростных лебедок с регулируемым приводом передаточное отиошенне ИЮк-иых ступеней передачи и (4.1 sJMffio быть связано соотношением

. с пом(ицью которого после выбора Шгко найти передаточные отношения всех прцч.

Применительно к тяжелым буровый уста-н< кам с отвосительно высокой мощва1еп>ю привода целесообразна использовать явух-скоростную лебедку с прямой высшей ступенью передачи (iq = 1) и пониигающей ступенью передачи (f = 2 3) для обеспе-чеиня режимов аварийного подъема.

Расчет основных параметров н статических характеристик привода лебедки реко-, мендуется проведать в такой последователь-1 ности: определить мощность двигателей н подбор нескольких вариантов машин; рассчитать моменты на барабане лебедки и ско-




1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 [ 180 ] 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204

Яндекс.Метрика
© 2010 KinteRun.ru автоматическая электрика
Копирование материалов разрешено при наличии активной ссылки.