Введение
1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 7
1.1. Особенности и структура Елабужского УБР 7
1.2 Технологическое оборудование в процессе бурения 9
1.3. Особенности электроснабжения буровых установок 14
1.4 Анализ эксплуатационных условий и причины отказов буровых установок 19
2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 25
2.1 Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением частоты
питающего напряжения 25
2.2 Частотное регулирование угловой скорости синхронных
электродвигателей 27
2.3 Формирование динамики электропривода при частотном
управлении 38
2.4 Расчет параметров бурения в системе кругового движения
промывочной жидкости буровой установки 41
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 46
3.1 Расчет и создание векторных диаграмм синхронного двигателя в
различных режимах работы 46
3.2 Исследование угловых характеристик синхронного двигателя в
различных режимах работы 53
3.3 Исследование влияния снижения напряжения при постоянной
скорости и постоянном токе возбуждения 56
3.4 Исследование влияния снижения частоты питающей сети при неизменной величине напряжения и неизменном токе возбуждения ..58
3.5 Исследование влияния частотного регулирования на режим работы
СД 60
3.6 Эксплуатационный режим частотного регулирования при бурении
скважин 61
3.7 Экономическое обоснование выбора работы синхронного двигателя
бурового насоса в режиме частотного регулирования 66
3.8 Расчет экономической эффективности от внедрения частотно -
регулируемого синхронного электропривода бурового насоса 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 77
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 79
Проблема изменения скорости движения элементов различных машин и механизмов решается путем применения регулируемых электроприводов. Их использование позволяет существенно снизить потребление электроэнергии и одновременно улучшить условия работы и продлить срок службы двигателей и механизмов.
В настоящее время для буровых установок Елабужского УБР применяются нерегулируемые приводы переменного тока и регулируемые приводы постоянного тока. Нерегулируемые электроприводы главных механизмов буровых установок часть времени своей работы
эксплуатируются с недогрузкой, а часть времени с перегрузкой. Что приводит к снижению коэффициента полезного действия, как самого электропривода, так и приводимого им механизма, а также к потерям электроэнергии в электродвигателе и в питающей сети и к увеличению потребления реактивной мощности.
Электропривод по системе «тиристорный преобразователь - двигатель постоянного тока» обладает низким коэффициентом мощности, что вынуждает применять фильтрокомпенсирующие устройства, которые являются весьма громоздкими и дорогостоящими. Кроме того, при использовании двигателей постоянного тока в качестве приводов главных механизмов возникают трудности, связанные с наличием у двигателей постоянного тока щеточно-коллекторного узла, который нуждается в частом обслуживании. Поэтому актуальной задачей является повышение эффективности технической эксплуатации электрооборудования на примере частотно регулируемых электроприводов переменного тока, потенциально имеющих значительные преимущества.
Цель работы заключается в исследовании работы синхронного двигателя бурового насоса в режиме частотного регулирования эксплуатируемого в Елабужском УБР.
Задачи магистерской диссертации:
1. Провести анализ технологического оборудования буровых установок, эксплуатируемых на территории Елабужского района.
2. Рассмотреть особенности электроснабжения буровых установок.
3. Провести анализ условий эксплуатации буровых установок.
4. Разработать структурную схему регулируемого электропривода бурового насоса.
5. Исследовать угловые характеристики синхронного двигателя в различных режимах работы.
6. Исследовать влияние частотного регулирования на режим работы
СД.
Новизна магистерской диссертации заключается в следующем:
1. Разработана структурная схема регулируемого электропривода бурового насоса, позволяющая освободить бурильщика от регулирования частоты вращения электродвигателя.
2. Обосновано, что в синхронных двигателях буровых насосов одновременно с регулированием частоты и напряжения необходимо регулировать и ток возбуждения.
3. Выявлено, что приводной электродвигатель большую часть бурения скважины № 29394 недогружен.
4. Разработан алгоритм реализации частотного регулирования синхронного двигателя бурового насоса.
Практическая значимость магистерской диссертации состоит в разработке алгоритма реализации частотного регулирования синхронного двигателя бурового насоса.
Степень достоверности научных положений подтверждается корректным применением известных теорий и методов, применением сертифицированных методик, пакетов программ, изделий и материалов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: Международная научнопрактическая конференция «Теоретические и практические аспекты развития научной мысли в современном мире» (г. Уфа, 2018 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликована 1 печатная работа (в материалах конференций).
Структура и объем работы. Магистерская диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы.
В магистерской диссертации содержится решение актуальной задачи повышения энергоэффективности буровых насосов эксплуатируемых в Елабужском УБР.
Исследования, проведенные в работе, показали что, все рабочие параметры электропривода: напряжение, частоту вращения и ток возбуждения можно регулировать раздельно.
Анализ эффективности применения частотно-регулируемого электропривода буровых насосов произведен на примере конкретной скважины, пробуренной Елабужским УБР в Республике Татарстан. Произведен анализ работы регулируемого электропривода, который показал, что применение регулируемого электропривода позволяет: полнее
использовать мощность приводного электродвигателя; снизить время бурения; снизить потери электроэнергии в электродвигателе; снизить расход электроэнергии на потери давления в манифольде.
Основные результаты выполненного исследования заключаются в следующем:
1. Разработана структурная схема регулируемого электропривода бурового насоса, позволяющая освободить бурильщика от регулирования частоты вращения электродвигателя.
2. Обосновано, что в синхронных двигателях буровых насосов (БН) одновременно с регулированием частоты и напряжения необходимо регулировать и ток возбуждения.
3. Выявлено, что приводной ЭД большую часть бурения скважины № 29394 недогружен.
4. Исследованы угловые характеристики синхронного двигателя в различных режимах работы.
5. Разработан алгоритм реализации частотного регулирования синхронного двигателя бурового насоса.
6. Годовой экономический эффект от внедрения частотного способа регулирования бурового насоса составил 36103.2 тыс.руб., а окупаемость 0,43 года.
