K003647 Дипломная работа Исследование подачи бурового насоса типа НБТ - 1200L

ВВЕДЕНИЕ

Буровой насос служит для создания циркуляции промывочной жидкости, очищающий забой скважины от выбуренной породы и передающей энергию турбине, при турбинном способе бурения. Он представляет собой поршневой насос со сменными поршнями ряда диаметров. Сменные втулки нужны в связи с тем, что требуемое давление на выходе насоса может изменяться в широких пределах. При изменении диаметра втулки изменяется подача насоса, а также предельно допустимое на выходе давление, снижающееся при увеличении диаметра втулки обратно пропорционально площади поршня[5].

Развитие техники и технологии бурения скважин требует постоянного улучшения буровых насосов в следующих направлениях: повышение мощности и давления, снижение неравномерности подачи и давления, уменьшение массы и габаритов, повышение надежности и долговечности, снижение трудоемкости и стоимости изготовления, улучшение транспортабельности, монтажеспособности, ремонтопригодности и удобства обслуживания.

Буровая установка типа УРАЛМАШ 3000 ЭУК-1М,  предназначена для кустового бурения скважин на нефть и газ, с условной глубиной бурения 3000 метров в районах с умеренным климатом при температурах от минус 45 °С до плюс 40 °С, при разработке месторождений с содержанием сероводорода менее 6 %.

Целью настоящей работы является расчет электроснабжения и электропривода буровой установки.

В ходе работы были произведены расчеты выбора электропривода и электродвигателя насоса и построены механические характеристики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном дипломном проекте произведено исследование подачи бурового насоса типа НБТ - 1200L проанализированы влияние регулируемого электропривода. Выполнен расчет параметров асинхронного двигателя                                                    типа АДЧРС - 1000/6,0 - 8МУ3.

Была показана технология бурения.

Проведена патентная проработка и литературный обзор с глубиной поиска           7 лет.

В разделе6, посвященном безопасности жизнедеятельности, рассмотрены вопросы безопасности проекта, произведен анализ опасностей.

Выполнен расчет экономического эффекта от внедрения регулируемого электропривода буровогонасоса.

5 Расчет и построение механических характеристик электропривода

5.1 Расчет параметров асинхронного двигателя

Приводом насоса являетсяэлектродвигатель асинхронный типа АДЧРС-1000/6,0-8МУ3 (в дальнейшем именуемый "двигатель") трехфазного тока с короткозамкнутым ротором предназначен для работы в составе частотно-регулируемого привода с постоянным моментом на валу, равным номинальному при полезной мощности Р2=1000кВт с частотой вращения 750 об/мин, в диапазоне частот вращения 150-750 об/мин., параметры которого представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 -  Технических характеристик двигателя типа АДЧРС-1000/6,0-8МУ3

Расшифровка обозначения заданного двигателя:

АДЧРС – 1000 / 6,0 - 8 М У 3

1  2  3  4 5 6 7

1 – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, частотно-регулируемый, специальный

2 – мощность двигателя, кВт

3 –номинальное напряжение, кВ

4 – число полюсов

5 – модернизированный

6 – климатическое исполнение по ГОСТ 15150-69

7 – категория размещения по ГОСТ 15150-69

Электроснабжение комплекса буровой установки показано в приложении А.

Режим работы двигателя – продолжительный S1 по ГОСТ Р 52776-2007.

Двигатель допускает правое и левое направления вращения. Изменение направления вращения должно осуществляться только из состояния покоя. При работе без преобразователя частоты пуск двигателя должен быть прямой и обеспечиваться как при номинальном напряжении сети так и при снижении напряжения сети за время пуска до 0,8 Uном при среднем моменте статических сопротивлений за время пуска 0,3 Мном. Допускается возможность пуска двигателя от тиристорного устройства плавного пуска. Предельно допустимые значения махового момента механизма, определенные из условий двух пусков из холодного состояния или одного пуска из горячего состояния при номинальном напряжении и среднем моменте статических сопротивлений за время пуска 0,3 Мnom, не должны превышать указанных в таблице 5.1.

 Для этих условий интервал между последующими пусками не менее 1 часа, количество пусков не менее 2000  за период эксплуатации, но не более 250 пусков в год в течение гарантийного периода.

При пусках двигателей при среднем моменте статических сопротивлений за время пуска 0,3 Mnom и маховом моменте механизма, не превышающем 10% значения предельно допустимого махового момента, количество пусков в год не более 500  и 10000 за срок службы.

Конструкция двигателя обеспечивает степень защиты:

– двигателям –IP23 по ГОСТ 17494-87;

– коробок выводов – IP54 по ГОСТ 14254-96;

Двигатель обеспечивает следующие показатели надежности и долговечности:

– наработка на отказ средняя не менее 20000 часов;

– срок службы не менее 20 лет.

Требования к организации эксплуатации системы «двигатель – преобразователь частоты».

Двигатель предназначен для работы от преобразователей частоты или преобразователей частоты в комплекте с выходными фильтрами, обеспечивающими следующие нормы качества напряжения на выводных силовых зажимах двигателя:

– импульсные перенапряжения –  1600В, не более;

– частота коммутации – 7,5 кГц, не более.

Коэффициент искажения синусоидальности кривой выходного напряжения преобразователя должен быть не более 5%.

Двигатель должен быть отключен от сети при достижении температуры обмотки статора 155°С или подшипниковых узлов 100 °С при любом режиме работы.

Закон изменения напряжения питания U от частоты f: U/f=const с необходимой форсировкой в области низких частот.

Двигатель состоит из следующих основных частей:

– статора;

– ротора;

– подшипниковых щитов;

– вентиляторов;

– кожуха вентиляторов;

– коробки выводов статора;

– комплекта монтажных частей.

Двигатель обеспечивает надежную работу при номинальных данных в следующих условиях:

– рабочее значение температуры окружающего воздуха от минус 45°С до плюс 40°С;

– предельные значения температуры окружающего воздуха от минус 50°С до плюс 45°С;

– среднегодовое значение относительной влажности окружающего воздуха 75 % при плюс 15°С;

– верхнее значение относительной влажности окружающего воздуха 100% при плюс 25°С;

– окружающая среда должна быть неогнеопасной, невзрывоопасной, содержащей агрессивные газы и пары в концентрациях, соответствующих типу атмосферы I по ГОСТ 15150-69;

– концентрация инертной пыли в окружающей среде не более 2 мг/м3.

Статор состоит из станины, сердечника статора и обмотки.Ротор состоит из вала, сердечника и короткозамкнутой обмотки.Подшипниковые щиты – сварные стальные.Вентиляторы осевые. Напряжение питания – трехфазное переменное.Кожух вентиляторов сварной из тонколистовой стали.Коробка выводов статора сварная из тонколистовой стали, разъемная, состоит из двух частей, крышки и коробки, выполненных заодно с муфтой кабельной.

Устройство двигателя представлено на рисунке 5.1.

1 – станина; 2 – сердечник ротора; 3 – сердечник статора; 4 – вал;

5 – подшипниковый щит; 6 – вентиляционная перегородка; 7 – кожух;

8 – вентилятор; 9 – коробка клеммная выводов вентиляторов и тэнов; 10 – коробка выводов статора; 11 – термопреобразователь сопротивления; 12 – блок тэнов;

13 – коробка клеммная выводов ТСМ статора и подшипников; 14 – обмотка статора; 15 – обмотка ротора; 16 – поршень; 17 – фиксатор; 18 – кабель выводов вентиляторов; 19 – кабель выводов тэнов; 20 – кабель выводов ТСМ подшипников;

Рисунок 5.1 – Устройство двигателя типа АДЧРС-1000/6,0-8МУ3

Исполнение двигателя горизонтальное, на двух подшипниках качения, установленных в подшипниковые щиты, с одним коническим концом вала.

Станина 1 стальная, сварная. Она состоит из двух крайних, двух средних и двух центральных стоек, соединенных между собой продольными ребрами, угольниками и обшивкой.К средним стойкам приварены обечайки цилиндрической формы для крепления вентиляционных перегородок 6, а к крайним стойкам - "уши" для подъема станины. В верхней части станины приварены планки с отверстиями для крепления кожуха. Сверху станина открыта для установки кожуха. В лапах имеются отверстия для крепления двигателя к фундаменту. В станине обработаны посадочные поверхности в крайних стойках для установки щитов, ребра для сборки сердечника статора и опорные поверхности лап.

В станину запрессован сердечник статора 3, состоящий из штампованных лакированных с двух сторон листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм в форме дисков, собранных на ребрах станины в пакеты.

Между отдельными пакетами для образования вентиляционных каналов установлены листы с распорками. Сердечник запрессован в станине между двумя нажимными кольцами и закреплен от осевого смещения с помощью шпонок, а от проворачивания - путем приварки его к ребрам станины по всей длине.

В прямоугольные открытые пазы сердечника статора уложена петлевая двухслойная обмотка 14.

Корпусная изоляция - термореактивная. Изоляционные материалы обмотки статора класса нагревостойкие.

Крепление лобовых частей обмотки статора выполнено шнуром к кольцам бандажным. Пазовая часть обмотки закреплена в пазах статора клиньями. Пропитка статорной обмотки производится после укладки ее в сердечник.

Обмотка статора имеет шесть выводных концов, закрепленных на четырех изоляторах в коробке выводов 10.

Соединение фаз обмотки статора - "звезда".

Контроль температуры обмоток и сердечника статора осуществляется с помощью индикаторов температуры – термопреобразователей сопротивления, заложенных в пазы статора по два в каждой фазе.

Схема подключения термопреобразователей сопротивления – трехпроводная. Экраны проводов термопреобразователей сопротивления заземлены.

Концы проводов и экран от термопреобразователей сопротивления статора выведены  в клеммную коробку выводов статора и подшипников 13.

Для осуществления внешних подключения коробка клеммная оснащена розеткой

При работе без преобразователя частоты, номинальная мощность двигателя сохраняется, при отклонениях напряжения сети от номинального значения в пределах от минус 10 до плюс 10 % или при отклонениях частоты переменного тока от минус 2,5 до плюс 2,5 % номинального значения. При одновременном отклонении напряжения и частоты от номинальных значений номинальная мощность двигателя сохраняется, если сумма абсолютных значений этих отклонений не превосходит 10 % и каждое из отклонений не превышает нормы.

При работе двигателя при температуре воздуха, отличающейся от плюс 40°С, номинальная мощность меняется на величину, приведенную в таблице 5.3

Таблица 5.3 – Изменение номинальной мощности

5.2 Построение механической характеристики электродвигателя

Для построения естественной механической характеристики асинхронного двигателя с использованием формулы Клосса необходимы следующие паспортные данные:

– Рном – номинальная механическая мощность на валу двигателя, кВт,

– nном – номинальная линейная скорость вращения вала, об/мин,

–  перегрузочная способность, равная

– КМ – кратность пускового момента.

Расчет естественной механической характеристики АД целесообразно производить в следующей последовательности.

Определяется номинальный момент двигателя

Критический момент равен

Номинальное скольжение равно

Критическое скольжение равно

Угловая скорость вращающего магнитного поля равно

Задаваясь значениями скольжения S = [0 ÷ 1] в интервале   с шагом ΔS=0,01 и в интервале   с шагом ΔS=0,1 по формуле Клосса рассчитывается момент

затем угловая скорость вращения ротора

Результаты вычислений занесем в таблицу 5.3.

При построении механических характеристик ЭД по формуле Клосса необходимо отметить, что формула Клосса не учитывает физические процессы, протекающие при пуске ЭД. Поэтому значение пускового момента на характеристике отличается от раннее найденного истинного значения пускового момента. Характеристика представлена на рисунке 5.2.

Таблица 5.4 – Результаты вычислений естественной механической                       характеристики АД

Для удобства последующего анализа механические характеристики двигателя строятся во 2-ом квадранте координатной плоскости