автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Цилиндрические линейные асинхронные двигатели для привода погружных плунжерных насосов

^ На правах рукописи

Соколов Виталий Вадимович

ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ЛИНЕЙНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ ДЛЯ ПРИВОДА ПОГРУЖНЫХ ПЛУНЖЕРНЫХ НАСОСОВ

Специальность 05.09.01 - Электромеханика и электрические аппараты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2006

Работа выполнена на кафедре «Электротехнологические установки и системы» ГОУ ВПО «Уральский государственный университет - УПИ».

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор Коняев А.Ю.

доктор технических наук профессор Смолин Г.К.

кандидат технических наук доцент Шутько В.Ф.

Ведущая организация:

ООО НПФ «Битек» (г. Екатеринбург)

Защита состоится 21 июня 2006 г. в 14 ч. 15 мин. в аудитории Э-406 на заседании диссертационного совета Д212.285.03 при Уральском государственном техническом университете - УПИ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан 12 мая 2006 г.

Ваш отзыв, скрепленный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620002, г. Екатеринбург, К-2, ул. Мира, 19.

Ученый секретарь диссертационного совета, ^

доктор технических наук, доцент /У/г?/ / А.В. Паздерин

з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Цилиндрические линейные асинхронные двигатели (ЦЛАД), называемые иногда коаксиальными, могут составлять основу электроприводов возвратно-поступательного движения, как альтернативы приводам с механическими преобразователями вида движения, а также пневматическим и, в ряде, случаев гидравлическим приводам. По сравнению с указанными типами приводов линейные электроприводы с непосредственной передачей электромагнитного усилия подвижному элементу обладают лучшими регулировочными свойствами, повышенной надежностью, требуют меньших эксплуатационных затрат. ЦЛАД находят применение при создании электроприводов целого ряда производственных механизмов: коммутационной аппаратуры (например, разъединителей в системах электроснабжения метрополитенов); толкателей или сбрасывателей, используемых в поточных линиях; плунжерных или поршневых насосов, компрессоров; раздвижных дверей и оконных фрамуг цехов или теплиц; различных манипуляторов; шиберов и заслонок; метательных устройств; механизмов ударного действия (отбойные молотки, пробойники) и т. п. Указанные возможности линейных электроприводов поддерживают устойчивый интерес к их разработке и исследованию.

В частности, одним из востребованных применений ЦЛАД является использование их в насосных агрегатах для подъема нефти из скважин. В настоящее время для этих целей используются преимущественно два способа механизированной добычи нефти:

1. Подъем с помощью установок погружных электроцентробежных насосов.

2. Подъем с помощью штанговых глубинных насосов (ШГН).

Центробежные насосы с приводом от высокоскоростных погружных асинхронных или вентильных двигателей используются для добычи нефти из скважин с высоким дебитом (25 м3/сут и выше). Однако количество таких скважин с каждым годом становится все меньше. Активная эксплуатация высо-кодебитных скважин приводит к неизбежному снижению их дебита. При этом производительность насоса становится избыточной, что приводит к падению уровня пластовой жидкости в скважине и аварийным ситуациям. При падении дебита ниже 25 м3/сут вместо погружных электроцентробежных насосов устанавливают штанговые глубинные насосы с приводом от станков-качалок, которые на сегодняшний день получили основное распространение. Постоянно растущее количество скважин с малым и средним дебитом еще больше увеличивает их долю в общем фонде оборудования для добычи нефти.

Установка штанговых глубинных насосов сопряжена со значительными эксплуатационными затратами и при дебите менее 10 м3/сут оказывается экономически невыгодной, в результате чего эксплуатация таких скважин прекращается. Сегодня в России более 50% фонда скважин остаются заброшенными из-за их низкого дебита. Кроме этого установки ШГН из-за большой массы колонны штанг используют на высоту подъема не более 2 км. Основными недостатками установок ШГН являются износ насосно-компрессорных труб и штанг,

большие габариты и масса станков-качалок,

РОС. И

библиотека

С.-Петербург

ОЭ

ойства.

Указанные недостатки обусловливают поиск технических решений по созданию бесштанговых глубинно - насосных установок. Одним из таких решений является применение глубинных насосов плунжерного типа с приводом на основе ЦЛАД. В этом случае исключаются штанги и качалки, предельно упрощается механическая часть. Подачу питания к таким двигателям на глубину 1,5—3,0 км можно осуществить кабелем, подобно тому, как это выполнено в электробурах и центробежных погружных насосах.

В 70-80-х годах прошлого века на волне общего всплеска интереса к линейным двигателям в Советском Союзе проводились исследования и разработки бесштанговых глубинно-насосных установок с линейным электроприводом. Основные разработки велись в институте ПермНИПИнефть (г. Пермь), ОКБ линейных электродвигателей (г. Киев), институте электродинамики АН УССР (г. Киев) и СКБ магнитной гидродинамики (г. Рига). Несмотря на большое количество технических решений в этой области практического применения эти установки не получили. Основной причиной этого были низкие удельные и энергетические показатели цилиндрических ЛАД, причина которых заключалась в невозможности снижения скорости бегущего поля менее 6-8 м/с при питании от сети с частотой 50 Гц. При этом двигатели работают в зоне повышенных скольжений в = 0.7-0.9, с высокими потерями и низким КПД.

Значительное улучшение показателей ЦЛАД может быть достигнуто при уменьшении частоты питающего напряжения. При этом, за счет снижения скорости бегущего поля, обеспечивается работа двигателя на требуемой скорости движения двигателя с малыми значениями скольжения. Использование преобразователя частоты для питания низкоскоростных ЩГАД было предложено еще в 70-х годах, однако исследования в этом направлении практически не проводились из-за сложности реализации этого решения в тот период. Отсутствие значительных препятствий на пути использование этого решения сегодня делает актуальным научно-исследовательские работы, направленные на исследование возможностей улучшения показателей низкоскоростных ЦЛАД при низкочастотном питании.

Существенной особенностью погружного ЦЛАД является ограниченность его внешнего диаметра и большая длина двигателя, превышающая диаметр в 50 раз и более. Использование традиционных конструкций ЦЛАД с внутренним расположением вторичного элемента определяет малый внутренний диаметр индуктора и невысокие удельные показатели ЦЛАД из-за малой площади активной поверхности. Эта проблема может быть решена при использовании обращенной конструкции ЦЛАД, в которой подвижным элементом является индуктор, расположенный внутри, а корпус двигателя с высокопрово-дящим покрытием внутренней поверхности служит вторичным элементом. Более высокая технологичность изготовления индуктора, а главное, значительное увеличение удельных показателей в условиях ограниченного диаметра делают актуальными исследование таких ЦЛАД.

Целью диссертационной работы является повышение удельных показателей и энергетических характеристик цилиндрических линейных асинхронных

двигателей, разработка ЦЛАД с улучшенными характеристиками для привода погружных плунжерных насосов.

Задачи исследования. Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1. Математическое моделирование ЦЛАД с использованием метода аналогового моделирования многослойных структур (Е-Н-четырехполгосников) и метода конечных элементов в двухмерной постановке задачи (с учетом осевой симметрии).

2. Исследование возможностей улучшения характеристик ЦЛАД при питании от источника пониженной частоты.

3. Исследование влияния ограниченной толщины вторичного элемента и толщины высокопроводящего медного покрытия на показатели ЦЛАД.

4. Разработка и сравнение конструкций ЦЛАД для привода погружных плунжерных насосов.

5. Математическое моделирование тепловых процессов ЦЛАД с использованием метода конечных элементов.

6. Создание методики расчета циклограмм и результирующих показателей ЦЛАД, работающего в составе погружной установки с плунжерным насосом.

7. Экспериментальное исследование цилиндрических ЛАД.

Методы исследования. Решение поставленных в работе расчетно-теоретических задач проведено с использованием современных методов, основанных на теории электромагнитного и теплового полей. Оценка интегральных показателей проведена с использованием встроенных возможностей пакетов расчета методом конечных элементов FEMM 3.4.2 и Elcut 4.2 Т. В методике расчета циклограмм используются дифференциальные уравнения механического движения, оперирующие со статическими механическими характеристиками двигателя и нагрузочными характеристиками приводимого в движение объекта. В методике теплового расчета используются методы определения квазистационарного теплового состояния с использованием усредненных объемных потерь. Реализация разработанных методик осуществлена в математической среде Mathcad 11 Enterprise Edition. Достоверность математических моделей и результатов расчета подтверждается сопоставлением расчетов по разным методикам и расчетных результатов с экспериментальными данными опытного ЦЛАД. Научная новизна работы заключается в следующем:

• предложены новые конструкции ЦЛАД, выявлены особенности электромагнитных процессов в них;

• разработаны математические модели и методики расчета ЦЛАД методом Е-Н-четырехполюсников и методом конечных элементов с учетом особенностей новых конструкций и нелинейности магнитных характеристик материалов;

• предложен подход к исследованию характеристик ЦЛАД на основе последовательного решения электромагнитных, тепловых задач и расчета циклограмм работы двигателя в составе насосного агрегата;

• выполнено сопоставление характеристик рассмотренных конструкций ЦЛАД, показаны преимущества обращенных вариантов.

Практическая ценность выполненной работы заключается в следующем:

• выполнена оценка характеристик ЦЛАД при питании от источника пониженной частоты, показан уровень частоты, рациональный для погружных ЦЛАД. В частности, показано, что уменьшение частоты скольжения менее 4-5 Гц не целесообразно из-за увеличения глубины проникновения поля и ухудшения характеристик ЦЛАД в случае использования ограниченной толщины ВЭ;

• выполнен анализ характеристик и сравнение показателей различных конструкций ЦЛАД. Для привода погружных плунжерных насосов рекомендована обращенная конструкция ЦЛАД с подвижным индуктором, обладающая наилучшими показателями среди других вариантов;

• реализована программа расчета необращенной и обращенной конструкций ЦЛАД методом Е-Н-четырехполюсников с возможностью учета реальной толщины слоев ВЭ и насыщения стального слоя;

• созданы сеточные модели более 50 вариантов ЦЛАД для расчета методом конечных элементов в пакете FEMM 3.4.2, которые могут использоваться в проектной практике;

• создана методика расчета циклограмм и показателей привода погружных насосных агрегатов с ЦЛАД в целом.

Реализация работы. Результаты НИР переданы для использования в разработках ООО НПФ «Битек». Программы расчета ЦЛАД используются в учебном процессе кафедр «Электротехника и электротехнологические системы» и «Электрические машины» Уральского государственного технического университета - УПИ.

Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на:

• НПК «Проблемы и достижения в промышленной энергетике» (Екатеринбург, 2002, 2004);

• 7-й НПК «Энергосберегающие техника и технологии» (Екатеринбург, 2004);

• IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития» (Магнитогорск, 2004);

• Всероссийском электротехническом конгрессе (Москва, 2005);

• отчетных конференциях молодых ученых УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2003-2005).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 10 печатных работ. Материалы на патентование новых конструкций ЦЛАД находятся на рассмотрении в Роспатенте.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и содержит 121 страниц основного текста, включает 40 рисунков, 9 таблиц, список литературы из 58 наименований и 2 приложения. Общий объем работы составляет 135 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована ее цель и определены задачи исследования.

В первой главе проведен анализ существующих технических решений по созданию погружных насосных установок с приводом от линейного асинхронного двигателя. Решения, предлагавшиеся в 70-80-х годах, были основаны на применении в насосных агрегатах цилиндрических линейных двигателей традиционной необращенной конструкции, в которых вторичный элемент расположен внутри индуктора. Практически во всех разработках предусматривались варианты совмещенного насосного агрегата, включающего в себя плунжерный насос и линейный двигатель. Один из вариантов такого агрегата приведен на рис. 1. В целом, несмотря на работоспособность таких установок, добиться их приемлемых энергетических и удельных показателей не удалось из-за невозможности снижения скорости бегущего поля менее 6-8 м/с.

Наиболее эффективным решением этой проблемы является питание линейного двигателя от преобразователя частоты. В этом случае двигатель может быть спроектирован на оптимальную для установившегося движения частоту,- и работать с приемлемыми значениями скольжения 8=0.2-0.3.

Проблема использования ограниченного объема двигателя и повышения технологичности изготовления индуктора традиционных ЦЛАД с внутренним подвижным индуктором может быть решена при использовании обращенной схемы «индуктор - вторичный элемент» (рис. 2,6).

Рис 1.

Плунжерный насос с ЛАД

Рис.2. Варианты конструктивного исполнения ЦЛАД а - традиционный, б - обращенный

В обращенной конструкции ЦЛАД площадь активной поверхности в среднем увеличивается в 2 раза по сравнению с традиционной, что обеспечивает более эффективное использование ограниченного объема двигателя и позволяет при тех же значениях плотности тока в обмотке индуктора увеличить уси-

лие в 1.5-2 раза. Возможность использования корпуса двигателя в качестве вторичного элемента обеспечивает непосредственную теплоотдачу в окружающее пространство потерь от вторичного элемента, имеющих повышенный уровень из-за наличия пусковых режимов на каждом ходе.

На основе анализа существующих технических решений обозначены ключевые проблемы, прежде всего ограниченность диаметра двигателя и толщины вторичного элемента, обуславливающие специфику электромагнитных процессов. Также сформулированы задачи, решение которых направлено на улучшение характеристик ЦЛАД и оценку перспективности их использования в бесштанговых глубинно-насосных установках.

Во второй главе обоснован выбор методов расчета и математических моделей цилиндрических ЛАД для привода погружных плунжерных насосов. Показано, что использование методов, основанных на теории электромагнитного поля является наиболее эффективным при исследовании ЦЛАД с массивным ферромагнитным и комбинированным вторичным элементом, представляющим собой стальную трубу с высокопроводящим медным покрытием. Осевая симметрия практически всей конструкции цилиндрического ЛАД позволяет моделировать его в двух координатах измерения: радиуса и осевой координаты.

Одной из главных задач, возникающих при исследовании ЦЛАД с массивным и комбинированным ВЭ, является исследование поверхностного эффекта вытеснения поля, на который оказывают влияние различные факторы. Как в обращенных, так и в необращенных конструкциях ЦЛАД толщина стали и меди комбинированного ВЭ оказывают решающее влияние на показатели ЦЛАД. Использование питания ЦЛАД от источника пониженной частоты приводит к ослаблению поверхностного эффекта и увеличению глубины проникновения поля. Исследование этих процессов позволяет выявить подход к проектированию низкоскоростного ЦЛАД, в котором выбор полюсного деления, частоты скольжения, зазора, токовой нагрузки должны быть взаимоувязаны с выбором параметров массивного или комбинированного вторичного элемента.

Для исследования этих процессов оптимальным сочетанием точности и производительности обладает метод аналогового моделирования многослойных структур (Е-Н-четырехполюсников). Сущность этого метода заключается в анализе многослойных бегущих волн и комплексном выражении гармонически изменяющихся в пространстве векторов напряженностей электромагнитного поля. В этом методе расчетная модель ЦЛАД строится в виде цилиндрической многослойной структуры (рис.3), первым слоем которой является токовый слой, имеющий линейную плотность тока индуктора, а на остальные слои разбивается зазор, вторичный элемент и пространство за ним.

Модель считается бесконечно длинной в направлении координаты Z. Сторонние токи замыкаются по концентрическим окружностям активного слоя и имеют только <р-ю составляющую. Электромагнитное поле в бесконечно длинной модели представляет собой бегущую монохроматическую волну. Поток энергии, пересекающей границы областей, следы которых показаны на рис.3 в виде концентрических окружностей, может быть определен при помощи амплитуд тангенциальных напряженностей электрического Ет и магнитного Нт

полей. Каждый слой имеет заданные характеристики среды (магнитные проницаемости /л и электрические проводимости у). Уравнения, описывающие связь параметров слоев и тангенциальных напряженностей электрического и магнитного полей аналогичны соответствующим уравнениям электрических четырехполюсников. Непрерывность тангенциальных составляющих полей на границах слоев позволяет образовывать каскадные соединения из типовых пассивных симметричных четырехполюсников, подключенных параллельно к активному двухполюснику, который является источником тока (рис. 4).

Рис. 3 Многослойная модель цилиндрического ЛАД

Я,

/

II [ I _I I у С

I

Рис.4. Аналоговая модель многослойной структуры

При моделировании индуктора токовым слоем принимается допущение, что зубцы и ярмо индуктора не насыщены и их влияние на магнитное сопротивление общей магнитной цепи пренебрежимо мало. Влияние насыщения маг-нитопровода индуктора может контролироваться по полученным в результате расчета значениям индукции в воздушном зазоре. Неравномерность зазора из-за зубчатости индуктора в модели учитывается коэффициентом Картера.

Одним из главных условий получения достоверной картины распределения магнитного поля в массивном ВЭ является решение итерационной задачи с

определением магнитных проницаемостей каждого слоя стали в соответствии с ее кривой намагничивания. В созданных методиках расчета методом Е-Н-четырехполюсников необращенной и обращенной конструкций ЦЛАД, а также плоской конструкции ЛАД реализована возможность учета кривой намагничивания стали. Так как метод Е-Н-четырехполюсников использует комплексное выражение гармонически изменяющихся во времени величин, справочная характеристика намагничивания стали В(н) должна быть преобразована в характеристику для первой временной гармоники результирующей индукции:

Созданная методика расчета ЦЛАД методом Е-Н-четырехполюсников позволяет проводить исследование процессов во вторичном элементе обращенной и необращенной конструкции ЦЛАД с любыми параметрами комбинированного вторичного элемента. Важным преимуществом данной методики является высокая скорость расчета и возможность многовариантных расчетов при изменении полюсного деления, токовой нагрузки, величины зазора, толщины слоев ВЭ с целью исследования возможностей оптимизации ЦЛАД.

Уточненная математическая модель ЦЛАД разработана на основе метода конечных элементов (МКЭ), который получил широкое распространение в последние годы благодаря появлению программных комплексов, позволяющих создавать сложные двухмерные и трехмерные модели исследуемых объектов. Осесимметричная конструкция магнитопровода и обмоток ЦЛАД позволяет производить его моделирование в двухмерной осесимметричной постановке задачи, возможность решения которой предоставляют почти все программные пакеты МКЭ. При анализе существующих программных пакетов МКЭ (ЕЬСШ 4.2 Т, ИЕММ 3.4.2, РЕМЬАВ 3.0) главным критерием для выбора в качестве инструмента расчета являлось возможность итерационного расчета магнитного поля переменных токов и определение собственной магнитной проницаемости для каждого расчетного треугольника сетки с учетом нелинейной зависимости индукции магнитного поля от его напряженности В результате в качестве инструмента расчета был выбран пакет РЕММ 3.4.2, который полностью удовлетворил всем требованиям задачи, включая точность, скорость расчета и удобство встроенного графического редактора. Достоверность выходных результатов пакета БЕММ 3.4.2 подтверждена сравнением результатов расчета тестовых задач с методом Е-Н-четырехполюсников, сопоставлением результатов расчета плоской и осесимметричной задач, а также сопоставлением с результатами эксперимента.

В отличие от электрических машин с продолжительным режимом работы в цилиндрических ЛАД, работающих в возвратно-поступательном режиме электромагнитный расчет не позволяет оценить его результирующие энергетические показатели и предоставить корректные данные для теплового расчета

Особенность линейных двигателей возвратно-поступательного движения заключается в том, что их энергетические показатели в значительной степени зависят от характера движения в цикле. В погружных установках плунжерных

(1)

насосов в начале каждого цикла движения происходит разгон перемещаемого столба жидкости до установившейся скорости, а при подходе к крайнему положению и отключении ЛАД движение продолжается за счет накопленной кинетической энергии движущегося столба жидкости. На каждом цикле хода линейный двигатель должен развивать усилие в 1.5-2 раза выше номинального для выхода на установившуюся скорость. Отношение времени разгона к времени работы на установившейся скорости значительно влияет на результирующий КПД линейного двигателя и его нагрев. Правильная оценка характеристик ЛАД, работающего в возвратно-поступательном режиме, невозможна без расчета его результирующих показателей работы в цикле.

Для расчета циклограмм создана методика, в основу которой положены дифференциальные уравнения движения привода. В качестве модели плунжерного насоса взят плунжерный насос двойного действия, один из вариантов которого показан на рис. 1. В таком насосе подъем жидкости происходит при каждом направлении хода. При этом сечение плунжера, а соответственно и масса поднимаемого столба жидкости и нагрузка на двигателе при разных направлениях хода могут отличаться. Для расчета характеристик движения при включенном состоянии двигателя используются уравнения:

для хода вниз:

V,) - тн-ё-)-Щу1) + т0-ё = (т0 + тн)-^--, (2)

си

для хода вверх:

(¡V

)~тв ™(у2)-)-П(Уг)~т*'£ = К + Щ), (3)

т

где Рек (у) - зависимость усилия двигателя от скорости; РкЦу) - характеристика сопротивления при всасывании жидкости в насос; Ру(у)~ характеристика сопротивления в трубопроводе; Иф)- характеристика внутреннего сопротивления двигателя и насоса; т0 - масса подвижных частей установки за вычетом массы вытесняемой среды; g - ускорение свободного падения, т„ = Н ■ 5Я • р -масса поднимаемого столба жидкости при ходе вниз, тв = Н-8В ■ р - масса поднимаемого столба жидкости при ходе вверх, Н- высота уровня, на который происходит подъем жидкости, Зн- площадь сечения плунжера для хода вниз, 81Г площадь сечения плунжера для хода вниз, р- плотность пластовой жидкости.

При расчете движения на выбеге в уравнениях (2) и (3) исчезает усилие двигателя Гск>(у). Конечным результатами расчета являются зависимости скорости движения от времени Vи а также зависимости положения от времени и х2(0.

По известным из электромагнитного расчета ЦЛАД характеристикам выходной и потребляемой активной и реактивной мощностей от скорости движения находятся результирующие энергетические характеристики двигателя:

о о

(5)

о о

где Т0]р и Т0р - время включенного состояния двигателя при ходе вниз и вверх.

Кроме этих характеристик также определяются и другие параметры, характеризующие работу двигателя и установки: средние потери за цикл в элементах машины, полный КПД и производительность установки, энергопотребление на кубометр выкачиваемой жидкости и др. Использование в уравнениях движения статических характеристик ЦЛАД вполне корректно в связи с малым временем протекания электромагнитных переходных процессов в линейных двигателях.

Режим работы погружного ЦЛАД можно охарактеризовать как повторно-кратковременный с малым временем цикла и значительным влиянием потерь при пуске. Высокая инерционность тепловых процессов и малое время цикла (1.5-2 с) позволяет успешно применять для решения данной задачи методы стационарной теплопередачи для нахождения квазистационарного теплового состояния двигателя, работающего в циклическом режиме. Для теплового расчета ЦЛАД был использован пакет моделирования тепловых и электромагнитных процессов методом конечных элементов Е1си1 4.2 Т. Для оценки достоверности выходных результатов была использована стандартная методика расчета методом тепловых схем замещения, учитывающая осесимметричность конструкции ЦЛАД. Для задания начальных условий средние потери за цикл в элементах ЦЛАД берутся из методики расчета циклограмм. Для расчета коэффициента теплоотдачи в режиме естественной, вынужденной и совмещенной конвекции используются критериальные уравнения теплоотдачи Учитывая разброс теп-лофизических свойств пластовой жидкости и отсутствия полных справочных данных в качестве охлаждающей среды принимается трансформаторное масло, имеющее теплофизические свойства наиболее близкие к среднестатистическим свойствам пластовой жидкости. ?

В третьей главе проведено сопоставление вариантов конструктивных исполнений ЦЛАД, исследуемых в данной работе. Показано, что в условиях огра- « ниченного внешнего диаметра в необращенных конструкциях двигателя существует проблема изготовления магнитопровода индуктора. Выполнить традиционные конструкции ярма для погружного двигателя со стандартным диаметром 117 мм технологически сложно. Наиболее интересным альтернативным вариантом является применение ярма из рулонной электротехнической стали, на-

мотанной вокруг активной зоны, состоящей из чередующихся катушек и приставных зубцов. Благодаря низкочастотному питанию двигателя и в 4-5 раз меньшей, по сравнению с железом, электропроводностью электротехнической стали может достигаться приемлемый уровень добавочных потерь в таком ярме. Конструкция ВЭ необращенного ЦЛАД рассматривалась в двух вариантах: полый трубчатый ВЭ позволяет пропускать через себя пластовую жидкость, но не допускает больших электромагнитных нагрузок из-за насыщения стального слоя; ВЭ с массивным стальным штоком имеет меньшее насыщение, но проигрывает в условиях охлаждения.

Обращенные конструкции ЦЛАД обладают более высокой технологичностью изготовления индуктора. Выполнение традиционной шихтовки ярма параллельно оси машины и применение приставных зубцов с радиальными прорезями обеспечивает низкий уровень добавочных потерь в стали. Среди обращенных конструкций рассматривались два варианта исполнения: с подвижным и неподвижным индуктором Недостатком варианта с подвижным индуктором является необходимость щеточного узла для подведения питания к индуктору. В варианте с неподвижным индуктором вторичный элемент разделен на неподвижную часть (корпус двигателя) и промежуточную подвижную часть, которая ходит между корпусом и индуктором. Недостатком этого варианта является дополнительный зазор между вторичным элементом и корпусом, а также уменьшение площади активной поверхности по сравнению с предыдущим вариантом.

Технические решения, найденные при выборе и сопоставлении вариантов предполагается патентовать. Материалы находятся на рассмотрении в Роспатенте.

В четвертой главе исследуются возможности улучшения показателей ЦЛАД при питании от источника пониженной частоты.

При использовании преобразователя частоты для питания ЦЛАД при проектировании снимаются жесткие ограничения на выбор величины полюсного деления. Одно и то же значение синхронной скорости движения может быть обеспечено при множестве сочетаний полюсного деления и питающей частоты. Кроме этого появляется возможность беспрепятственного уменьшения скольжения двигателя при проектировании. Так как полюсное деление и скольжение являются одними из наиболее значимых параметров, необходимы исследования их влияния на показатели ЦЛАД. Важной особенностью при проектировании двигателя с низкочастотным питанием является то, что относительное скольжение 5 и частота скольжении теряют жесткую связь, поэтому при исследовании необходимо оперировать частотой скольжения /,, т.к. она непосредственно определяет усилие ЦЛАД и процессы во вторичном элементе. Относительное скольжение всегда может быть выражено через частоту скольжения, полюсное деление и требуемую скорость движения:

2-У/.

5 = (6)

Исследование показателей ЦЛАД выполнялось из расчета получения максимального усилия при заданной токовой нагрузке индуктора. Для исследо-

вания ЦЛАД с массивным ВЭ было предложено проводить анализ на основе зависимостей усилия, индукции в зазоре и глубины проникновения поля от полюсного деления Р(х), Вд(т) и Л(т). Было показано, что при изменении частоты скольжения, воздушного зазора и токовой нагрузки получаются однотипные характеристики, изменяющие масштаб как по значению, так и по аргументу (т). Этим объясняется сложность исследования влияния тока, зазора и частоты скольжения для конкретного значения полюсного деления. На рис. 5 приведены примеры расчетных характеристик усилия (в расчете на метр длины индуктора) и глубины проникновения поля во ВЭ ЦЛАД с массивным ферромагнитным штоком, имеющим диаметр 50 мм.

Т.ММ

_ 5=0.5 мм _8 =1мм ....... 3 =2 мм

Рис. 5. Характеристики ЦЛАД с массивным ВЭ

При оценке возможностей уменьшения скольжения ЦЛАД показано, что уже при частоте скольжения 5 Гц глубина проникновения поля в массив превышает 10 мм. Дальнейшее уменьшение частоты скольжения приводит к еще большему увеличению глубины проникновения, а главное, к значительному

росту индукции в зазоре при заданном токе индуктора. Для ЦЛАД с рабочей частотой движения 2 м/с и полюсным делением из диапазона оптимальных значений 90-110 мм необходимо ориентироваться на частоту скольжения 4-5 Гц и скольжение б=0.25-0.3.

При исследовании влияния высокопроводящего покрытия на показатели ЦЛАД было показано, что при расчетном зазоре 8<(1.5..2) мм использование высокопроводящего покрытия в массивном ВЭ приводит к уменьшению усилия при заданном токе индуктора из-за увеличения немагнитного зазора. Так, при полюсном делении 100 мм и воздушном зазоре 0 5 мм, использование медного покрытия 0.5 мм на частоте скольжения 5 Гц приводит к падению усилия на 10%, а при частоте скольжения 2 Гц на 20%. Положительное влияние высокопроводящего покрытия заключается в значительном улучшении коэффициента мощности машины из-за экранирующего действия и уменьшения индукции.

Использование высокопроводящего экрана становится необходимым при использовании ВЭ ограниченной толщины. Благодаря использованию экрана можно уменьшить глубину проникновения поля до требуемых, по конструктивным соображениям, значений 5-7 мм. Исследования по выбору оптимальных значений толщины ВЭ и толщины высокопроводящего экрана были проведены для трех вариантов исполнения ЦЛАД: необращенного, обращенного с подвижными индуктором и обращенного с неподвижным индуктором. Для фактора нагрева 1 * 101 А2/м3 для всех вариантов было рекомендовано использование толщины покрытия =1 мм при общей толщине ВЭ Авэ=5-7 мм. Также было показано, что при увеличении токовой нагрузки толщину экрана необходимо увеличивать для предотвращения насыщения магнитной цепи машины

4 6 8 10 12 14

Ьаа.ми

- т=90 мм ....... т =60 мм

Рис.6. Влияние толщины ВЭ на усилие в необращенном ЦЛАД

В качестве альтернативного пути использованию высокопроводящего покрытия при ограниченной толщине ВЭ была рассмотрена возможность уменьшения глубины проникновения поля за счет уменьшения величины полюсного деления и увеличения питающей частоты и частоты скольжения без использования высокопроводящего экрана (рис.6.). Недостатком этого пути кроме

ухудшения технологичности изготовления индуктора является более высокая индукция в зазоре, меньший коэффициент мощности двигателя и меньший запас по форсированию токовой нагрузки.

Пятая глава посвящена анализу и сравнению характеристик четырех вариантов исполнения ЦЛАД для привода погружных плунжерных насосов: необращенный с массивным стальным штоком (1), необращенный с полым штоком (2), обращенный с подвижным индуктором (3) и обращенный с неподвижным индуктором (4). Все варианты кроме (1) имеют высокопроводящее покрытие 1 мм и толщину ВЭ 5-7 мм. Для фактора нагрева 1*1011 А. /м3 для всех вариантов глубина проникновения поля не превышает толщины стального слоя (Д<<12). Сравнение показало, что обращенные конструкции обладают значительно большими значениями удельного усилия и КПД.

Также были проанализированы возможности увеличения токовой нагрузки исследуемых вариантов (рис. 7). Было показано, что при ограниченной толщине ВЭ рост тока сопровождается насыщением ВЭ и ухудшением энергетических показателей. Улучшение показателей при повышенных значениях токовой нагрузки может быть достигнуто при увеличении толщины высокопроводящего покрытия. На рис. 8 под номером 3' показаны характеристики варианта 3 с толщиной медного покрытия 2 мм.

Рис. 7. Сравнение показателей ЦЛАД различных конструкций (при скорости движения 2 м/с)

При сравнении теплового состояния все варианты рассчитывались для обеспечения одинакового усилия в рабочей точке механической характеристики. При этом для каждого варианта подбиралась своя токовая нагрузка (табл.1). Наименьшую температуру обмотки среди исследуемых вариантов имеет обращенная конструкция ЦЛАД с подвижным индуктором, а наибольшую - необращенный ЦЛАД со стальным массивным штоком (табл.2).

Среди всех исследуемых вариантов лучшими показателями обладает обращенная конструкция ЦЛАД с подвижным индуктором. Возможными препятствиями на пути ее осуществления могут быть необходимость обеспечения подвижного токоподвода, а также трудности с гидрозащитой. Вариант с неподвижным индуктором лишен этих недостатков, поэтому также рассматривается в

качестве перспективного варианта. Необращенные конструкции ЦЛАД кроме худших удельных и энергетических показателей имеют более низкую технологичность изготовления и надежность конструкции ЦЛАД, что не позволяет рекомендовать их для применения в установках погружных плунжерных насосов.

Таблица 1 Показатели разных вариантов ЦЛАД при равенстве усилий

Вар.Ш Вар№2 Вар.№3 Вар.№4

Фактор нагрева, А1/и* 1.44*10" 2.13*10" 0.82*10" 1*10"

Усилие в рабочей точке, Н/м 580 580 580 580

КПД в рабочей точке 0.38 0.35 0.47 0.45

КПД в цикле 0.25 0.28 0.3 0.34

Потери в индукторе, Вт 284.2 374.6 172.5 183.1

Потери во ВЭ,Вт 405.2 378 424.4 387.6

Добавочные потери, Вт 95.8 45.6 1.7 16.9

Температу! ра обмотки ЦЛАД (Токр=90°С) Таблица 2

Производительность насоса Вар.Ш Вар№2 Вар.№3 Вар.№4

08М=5 м^/сут 165.4иС 139иС 126.9"С 141.9иС

08и1=10 м^/сут 160.9иС 137.5"С 123.4"С 138.4иС

08и1 =20 м^/сут 157°С 135.7иС 120.5"С 135.6иС

В шестой главе описана практическая реализация результатов работы. Для экспериментальной оценки и тестирования используемых методов расчета ЦЛАД в лаборатории кафедры электротехники и электротехнологических систем УГТУ-УПИ были исследованы характеристики опытного ЦЛАД. Было проведено сравнение результатов эксперимента с результатами моделирования опытного ЦЛАД в пакете МКЭ БЕММ 3.4.2. Сравнение показало достаточную для инженерной практики точность используемых методов расчета и позволяет их рекомендовать для дальнейших расчетов опытно-промышленных ЦЛАД.

Работа ЦЛАД в возвратно-поступательном режиме обуславливает особенность переходных механических процессов, которые непосредственно определяют вид тахограммы и результирующие энергетические показатели установки. Для экспериментальной отработки и демонстрации режима работы был создан испытательный стенд, обеспечивающий возвратно-поступательный режим работы ЦЛАД. Созданный стенд может использоваться как демонстрационный для наглядной демонстрации циклического режима работы ЦЛАД. Кроме этого при создании системы управления ЦЛАД, работающего в возвратно-поступательном режиме, данный стенд может использоваться для отработки алгоритмов управления.

Разработанные методики, результаты исследований и рекомендации переданы в ООО НПФ «Битек» и использованы при разработке опытно-промышленного образца погружного ЦЛАД. По разработанной конструктор-

ской документация изготавливается опытно-промышленный образец ЦЛАД. Также спроектирован испытательный стенд, предназначенный для исследования работы опытно-промышленного образца ЦЛАД под нагрузкой с имитацией условий, близких к условиям работы в скважине, в том числе и работы в жидкой среде. Достигнутые при проектировании удельные и энергетические показатели разработанных конструкций ЦЛАД сопоставимы с показателями штанговых глубинных насосов, что позволяет ожидать их успешное промышленное внедрение.

Разработанные программы расчета ЦЛАД используются студентами УГТУ-УПИ при курсовом и дипломном проектировании.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основании обзора литературы и патентных источников, учитывая имеющийся опыт использования цилиндрических линейных двигателей для привода глубинных плунжерных насосов, показана актуальность научно-исследовательских работ, направленных на совершенствование конструкций и оптимизацию характеристик ЦЛАД.

2. Показано, что использование для питания ЦЛАД преобразователя частоты, а также разработка новых конструкций позволяет значительно улучшить технико-экономические показатели ЦЛАД и обеспечить их успешное промышленное внедрение.

3. Разработаны методики электромагнитного расчета ЦЛАД методом Е-Н-четырехполюсников и методом конечных элементов с учетом нелинейности магнитных характеристик материалов и особенностей новых конструкций ЦЛАД, прежде всего, ограниченной толщины массивного ВЭ.

4. Создана методика расчета циклограмм движения и энергетических показателей ЦЛАД, а также теплового состояния двигателя при работе в возвратно-поступательном режиме.

5. Выполнены систематические исследования влияния на характеристики ЦЛАД с массивным ВЭ частоты скольжения, величины полюсного деления, зазора, токовой нагрузки, ограниченной толщины ВЭ и толщины высокопрово-дящего покрытия. Установлено, что работа рассматриваемых погружных ЦЛАД с ограниченной толщиной ВЭ на частоте скольжения менее 4-5 Гц нецелесообразна. Оптимальный диапазон полюсных делений в данном случае лежит в диапазоне 90-110 мм.

6. Разработаны новые обращенные конструкции ЦЛАД, позволяющие значительно повысить удельные показатели в условиях ограниченного внешнего диаметра. Проведено сравнение технико-экономических показателей и тепловых режимов новых конструкций с традиционными необращенными конструкциями ЦЛАД. Благодаря использованию новых конструкций ЦЛАД и пониженной частоты питания удается достичь усилия в рабочей точке механической характеристики 0.7-1 кН на 1 м длины индуктора для ЦЛАД с внешним диаметром 117 мм. Новые технические решения предполагается патентовать, материалы находятся на рассмотрении в Роспатенте.

7. Расчеты циклограмм ЦЛАД для привода глубинных насосов показали, что из-за нестационарного режима работы результирующий КПД ЦЛАД падает в 1.5 раза и более по сравнению с КПД в установившемся режиме и составляет

0.3-0.33. Достигнутый уровень соответствует средним показателям штанговых глубинных насосных установок.

8. Экспериментальные исследования лабораторного ЦЛАД показали, что предложенные методы расчета обеспечивают приемлемую для инженерной практики точность и подтверждают правильность теоретических предпосылок Достоверность методик также подтверждается сравнением результатов расчетов различными методами.

9. Разработанные методики, результаты исследований и рекомендации переданы в ООО НПФ «Битек» и использованы при разработке опытно-промышленного образца погружного ЦЛАД. Методики и программы расчета ЦЛАД применяются в учебном процессе кафедр «Электротехника и электротехнологические системы» и «Электрические машины» Уральского государственного технического университета - УПИ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Области эффективного применения линейных асинхронных электродвигателей / Зайков Д.В., Соколов В В., Коняев А.Ю. // Тезисы докладов НПС «Проблемы и достижения в промышленной энергетике». - Екатеринбург: «Уральские выставки», 2002, с.53.

2. Соколов В.В., Коняев А.Ю. Исследование характеристик цилиндрического линейного электродвигателя // Научные труды V отчетной конференции молодых ученых УГТУ-УПИ. - Екатеринбург, 2003, с. 440

3. Исследование электропривода возвратно-поступательного движения на основе цилиндрического линейного двигателя / Д.В. Зайков, A.A. Попов, В.В. Соколов и др. / Энергосберегающие техника и технологии: Сборник докладов 7-й научно-практической конференции. Екатеринбург, 2004, с. 44-47.

4. Разработка электроприводов на основе цилиндрических линейных электродвигателей / В.А. Горяинов, Д.В. Зайков, В.В. Соколов и др. // Труды IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу « Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития». В 2 ч. Часть 1. Магнитогорск, 2004, с.217-219

5. Соколов В.В., Зайков Д.В., Коняев А.Ю. Математическое моделирование тепловых процессов в цилиндрическом линейном асинхронном двигателе // Научные труды VI отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ: Сборник статей. В 2 ч. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. Часть

1. с.256.

6. Коняев А.Ю., Соболев C.B., Соколов В.В. Возможности повышения технико-экономических показателей цилиндрических линейных двигателей // Проблемы и достижения в промышленной энергетике: Сборник докладов 4-й научно-практической конференции. Екатеринбург, 2004, с. 51-53.

А№>6А

20 »1 1 3 0 9 *****

7. Цилиндрические линейные электродвигатели с улучшенными характеристиками / А.Ю. Коняев, С. В. Соболев, В.А. Горяинов, В.В. Соколов // Материалы Всероссийского электротехнического конгресса. -М., 2005, с. 143-144.

8. Соколов В.В., Коняев А.Ю. Особенности расчета тепловых процессов в цилиндрическом линейном асинхронном двигателе, работающем в возвратно-поступательном режиме // Научные труды VII отчетной конференции молодых ученых УГТУ-УПИ: Сборник статей в 2 ч. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005, часть 2, с.84-85.

9. Пути совершенствования цилиндрических линейных асинхронных двигателей / В.А. Горяинов, А.Ю. Коняев, C.B. Соболев, В.В. Соколов // Электротехнические комплексы и системы: Межвузовский научный сборник. - Уфа: УГА-ТУ, 2005, с.88-93.

Ю.Способы улучшения показателей цилиндрических линейных асинхронных двигателей. В.А. Горяинов, А.Ю. Коняев, В.В. Соколов // Энергетика региона. 2006, №1-2, с.51-53.

Усл. печ. л. 1,0

Тираж 100

Редакционно-издательский отдел ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19

ВВЕДЕНИЕ.

• 1. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ЛИНЕЙНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

• ДЛЯ ПРИВОДА ПОГРУЖНЫХ ПЛУНЖЕРНЫХ НАСОСОВ: СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ И ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ЦЛАД.

2.1. Методики электромагнитного расчета ЦЛАД.

2.1.1. Электромагнитный расчет ЦЛАД методом Е-Н-четырехполюсников.

2.1.2. Электромагнитный расчет ЦЛАД методом конечных элементов.

Ф 2.2. Методика расчета циклограмм работы ЦЛАД.

2.3. Методика расчета теплового состояния ЦЛАД.

3. АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ ИСПОЛНЕНИЙ ЦЛАД ДЛЯ ПРИВОДА ПОГРУЖНЫХ НАСОСОВ.

3.1. ЦЛАД с внутренним расположением вторичного элемента.

3.2. Обращенный ЦЛАД с подвижным индуктором.

3.3. Обращенный ЦЛАД с неподвижным индуктором.

• 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ УЛУЧШЕНИЯ ХАРАКТЕРИ

СТИК ЦЛАД.

4.1.Оценка возможностей улучшения характеристик ЦЛАД с мас-^ сивным вторичным элементом при низкочастотном питании.

4.2. Анализ влияния величины открытия паза индуктора на показатели ЦЛАД.

4.3. Исследование влияния толщины слоев комбинированного ВЭ на показатели ЦЛАД с внутренним расположением вторичного элемента.

4.4. Исследование влияния толщины слоев комбинированного ВЭ на показатели обращенного ЦЛАД с подвижным индуктором.

4.5. Исследование влияния толщины слоев комбинированного ВЭ на показатели обращенного ЦЛАД с неподвижным индуктором.

4.6. Исследование энергетических показателей ЦЛАД при работе в возвратно-поступательном режиме.

5. ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ ЦЛАД ДЛЯ ПРИВОДА ПОГРУЖНЫХ ПЛУНЖЕРНЫХ НАСОСОВ.

5.1. Анализ и сравнение технико-экономических показателей ЦЛАД.

5.2. Сравнение теплового состояния ЦЛАД.

6. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ. ц

6.1 .Экспериментальные исследования ЦЛАД. НО

6.2.Создание стенда для испытания линейного электропривода на основе ЦЛАД.

6.3.Разработка опытно-промышленного образца ЦЛАД.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ ПЕРЕЧЕНЬ.

Цилиндрические линейные асинхронные двигатели (ЦЛАД), называемые иногда коаксиальными, могут составлять основу электроприводов возвратно-поступательного движения, как альтернативы приводам с механическими преобразователями вида движения (типа винт-гайка или шестерня-рейка), а также пневматическим и, в ряде случаев, гидравлическим приводам. По сравнению с указанными типами приводов линейные электроприводы с непосредственной передачей электромагнитного усилия подвижному элементу обладают лучшими регулировочными свойствами, повышенной надежностью, требуют меньших эксплуатационных затрат. Как следует из литературных источников [1,3,4,18], ЦЛАД находят применение при создании электроприводов целого ряда производственных механизмов: коммутационной аппаратуры (например, разъединителей в системах электроснабжения метрополитенов); толкателей или сбрасывателей, используемых в поточных линиях; плунжерных или поршневых насосов, компрессоров; раздвижных дверей и оконных фрамуг цехов или теплиц; различных манипуляторов; шиберов и заслонок; метательных устройств; механизмов ударного действия (отбойные молотки, пробойники) и т. п. Указанные возможности линейных электроприводов поддерживают устойчивый интерес к их разработке и исследованию. В большинстве случаев ЦЛАД работают в кратковременных режимах работы. Такие двигатели можно рассматривать не как преобразователи энергии, а как преобразователи силы. При этом такой показатель качества, как коэффициент полезного действия отходит на второй план. В то же время в циклических электроприводах (приводы насосов, компрессоров, манипуляторов, отбойных молотков и т.п.) двигатели работают в повторно-кратковременных и продолжительных режимах. В этих случаях задача повышения технико-экономических показателей линейного электропривода на основе ЦЛАД становится актуальной.

В частности, одним из востребованных применений ЦЛАД является использование их в насосных агрегатах для подъема нефти из скважин. В настоящее время для этих целей используются преимущественно два способа механизированной добычи нефти:

1. Подъем с помощью установок погружных электроцентробежных насосов (УЭЦН).

2. Подъем с помощью штанговых глубинных насосов (ШГН).

Погружные электроцентробежные насосы с приводом от высокоскоростных погружных асинхронных или вентильных двигателей используются для добычи нефти из скважин с высоким дебитом (25 м /сут и выше). Однако количество скважин с высоким избыточным давлением с каждым годом становится все меньше. Активная эксплуатация высокодебитных скважин приводит к постепенному уменьшению их дебита. При этом производительность насоса становится избыточной, что приводит к падению уровня пластовой жидкости в скважине и аварийным ситуациям (сухой ход насоса). При л падении дебита ниже 25 м /сут вместо погружных электроцентробежных насосов устанавливают штанговые глубинные насосы с приводом от станков-качалок, которые на сегодняшний день получили основное распространение. Постоянно растущее количество скважин с малым и средним дебитом еще больше увеличивает их долю в общем фонде оборудования для добычи нефти.

Установка штангового глубинного насоса состоит из наземного балан-сирного станка-качалки и погружного плунжерного насоса. Связь качалки с плунжером осуществляется штангой, длина которой 1500—2000 м. Для придания штангам возможно большей жесткости их изготавливают из специальных сталей. Установки ШГН и станки-качалки получили широкое распространение благодаря простоте обслуживания. Однако добыча таким способом имеет очевидные недостатки:

• Износ насосно - компрессорных труб и штанг, обусловленный трением их поверхностей.

• Частые обрывы штанг и малый межремонтный ресурс (300-350 суток).

• Низкие регулировочные свойства штанговых насосных агрегатов и связанная с этим необходимость использования нескольких типоразмеров станков - качалок, а также трудности, возникающие при изменении дебита скважин.

• Большие габариты и масса станков - качалок и штанг, затрудняющие их транспортировку и монтаж.

Указанные недостатки обуславливают поиск технических решений по созданию бесштанговых глубинно - насосных установок. Одним из таких решений является применение глубинных насосов плунжерного типа с приводом на основе линейных асинхронных двигателей. В этом случае исключаются штанги и качалки, предельно упрощается механическая часть. Подачу питания к таким двигателям на глубину 1,5—2,0 км можно осуществить кабелем, подобно тому, как это выполнено в электробурах и центробежных погружных насосах.

В 70-80-х годах прошлого века на волне общего всплеска интереса к линейным двигателям в Советском Союзе проводились исследования и разработки бесштанговых глубинно-насосных установок на основе цилиндрических ЛАД. Основные разработки велись в институте ПермНИПИнефть (г. Пермь) [8-13, 31-32, 40-41, 49-54], Особом конструкторском бюро линейных электродвигателей (г. Киев) [4,7], институте электродинамики АН УССР (г. Киев) [14, 33,43,55] и СКВ магнитной гидродинамики (г. Рига) [34-35]. Несмотря на большое количество технических решений в этой области практического применения эти установки не получили. Основной причиной этого были низкие удельные и энергетические показатели цилиндрических ЛАД, причина которых заключалась в невозможности обеспечения скорости бегущего поля 2-3 м/с при питании от промышленной частоты 50 Гц. Эти двигатели имели синхронную скорость бегущего поля 6-8 м/с и при работе на скорости движения 1-2 м/с имели повышенное скольжение s=0.7-0.9, что сопровождалось высоким уровнем потерь и низким КПД. Для уменьшения скорости бегущего поля до 2-3 м/с при питании от частоты 50 Гц необходимо уменьшать толщину зубцов и катушек до 3-5 мм, что является неприемлемым из соображений технологичности и надежности конструкции. В связи с этими недостатками исследования в этом направлении были свернуты.

Тема о возможности улучшения показателей цилиндрических ЛАД для привода глубинных насосов при питании от источника пониженной частоты была затронута в публикациях тех лет [1,4], но исследований в этом направлении не проводились. Массовое распространение частотно-регулируемого электропривода в настоящее время и тенденции непрерывного снижения стоимости и массо-габаритных показателей современной полупроводниковой техники делает актуальными исследования в области улучшения показателей низкоскоростных ЦЛАД. Улучшение энергетических и удельных показателей ЦЛАД за счет снижения скорости бегущего поля при питании от преобразователя частоты позволяет снова вернуться к проблеме создания бесштанговых глубинно-насосных установок и, возможно, обеспечить их практическое внедрение. Особенную актуальность этой теме придает тот факт, что в настоящее время в России более 50% фонда скважин заброшено из-за уменьшения дебита. Установка станков-качалок в скважинах с производительностью менее 10 м3/сут оказывается экономически невыгодной из-за высоких эксплуатационных затрат. С каждым годом количество таких скважин только растет, а альтернативы установкам ШГН до сих пор не создано. Проблема эксплуатации малодебитных скважин сегодня является одной из самых насущных в нефтяной отрасли.

Особенности электромагнитных и тепловых процессов в рассматриваемых двигателях связаны, прежде всего, с ограничением наружного диаметра ЦЛАД, определяемого размерами обсадных труб, и специфическими условиями охлаждения активных частей машины. Востребованность цилиндрических ЛАД потребовала разработки новых конструкций двигателей и развития теории ЦЛАД на основе современных возможностей компьютерного моделирования.

Целью диссертационной работы является повышение удельных показателей и энергетических характеристик цилиндрических линейных асинхронных двигателей, разработка ЦЛАД с улучшенными характеристиками для привода погружных плунжерных насосов.

Задачи исследования. Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1. Математическое моделирование ЦЛАД с использованием метода аналогового моделирования многослойных структур (Е-Н-четырехполюсников) и метода конечных элементов в двухмерной постановке задачи (с учетом осевой симметрии).

2. Исследование возможностей улучшения характеристик ЦЛАД при питании от источника пониженной частоты.

3. Исследование влияния ограниченной толщины вторичного элемента и толщины высокопроводящего медного покрытия на показатели ЦЛАД.

4. Разработка и сравнение конструкций ЦЛАД для привода погружных плунжерных насосов.

5. Математическое моделирование тепловых процессов ЦЛАД с использованием метода конечных элементов.

6. Создание методики расчета циклограмм и результирующих показателей ЦЛАД, работающего в составе погружной установки с плунжерным насосом.

7. Экспериментальное исследование цилиндрических ЛАД.

Методы исследования. Решение поставленных в работе расчетнотеоретических задач проведено с использованием метода аналогового моделирования многослойных структур и метода конечных элементов, основанных на теории электромагнитного и теплового полей. Оценка интегральных показателей проведена с использованием встроенных возможностей пакетов расчета методом конечных элементов FEMM 3.4.2 и Elcut 4.2 Т. В методике расчета циклограмм используются дифференцильные уравнения механического движения, оперирующие со статическими механическими характеристиками двигателя и нагрузочными характеристиками приводимого в движение объекта. В методике теплового расчета используются методы определения квазистационарного теплового состояния с использованием приведенных усредненных объемных потерь. Реализация разработанных методик осуществлена в математической среде Mathcad 11 Enterprise Edition. Достоверность математических моделей и результатов расчета подтверждается сопоставлением расчетов по разным методикам и расчетных результатов с экспериментальными данными опытного ЦЛАД.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• предложены новые конструкции ЦЛАД, выявлены особенности электромагнитных процессов в них;

• разработаны математические модели и методики расчета ЦЛАД методом Е-Н-четырехполюсников и методом конечных элементов с учетом особенностей новых конструкции и нелинейности магнитных характеристик материалов;

• предложен подход к исследованию характеристик ЦЛАД на основе последовательного решения электромагнитных, тепловых задач и расчета циклограмм работы двигателя в составе насосного агрегата;

• выполнено сопоставление характеристик рассмотренных конструкций ЦЛАД, показаны преимущества обращенных вариантов.

Практическая ценность выполненной работы заключается в следующем:

• выполнена оценка характеристик ЦЛАД при питании от источника пониженной частоты, показан уровень частоты, рациональный для погружных ЦЛАД. В частности, показано, что уменьшение частоты скольжения менее 45 Гц не целесообразно из-за увеличения глубины проникновения поля и ухудшения характеристик ЦЛАД в случае использования ограниченной толщины ВЭ;

• выполнен анализ характеристик и сравнение показателей различных конструкций ЦЛАД. Для привода погружных плунжерных насосов рекомендована обращенная конструкция ЦЛАД с подвижным индуктором, обладающая наилучшими показателями среди других вариантов;

• реализована программа расчета необращенной и обращенной конструкций ЦЛАД методом Е-Н-четырехполюсников с возможностью учета реальной толщины слоев ВЭ и насыщения стального слоя;

• созданы сеточные модели более 50 вариантов ЦЛАД для расчета методом конечных элементов в пакете FEMM 3.4.2, которые могут использоваться в проектной практике;

• создана методика расчета циклограмм и показателей привода погружных насосных агрегатов с ЦЛАД в целом.

Реализация работы. Результаты НИР переданы для использования в разработках ООО НПФ «Битек». Программы расчета ЦЛАД используются в учебном процессе кафедр «Электротехника и электротехнологические системы» и «Электрические машины» Уральского государственного технического университета - У ПИ.

Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на:

• НПК «Проблемы и достижения в промышленной энергетике» (Екатеринбург, 2002, 2004);

• 7-й НПК «Энергосберегающие техника и технологии» (Екатеринбург, 2004);

• IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития» (Магнитогорск, 2004);

• Всероссийском электротехническом конгрессе (Москва, 2005);

• отчетных конференциях молодых ученых УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2003-2005).

1. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ЛИНЕЙНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ ДЛЯ ПРИВОДА ПОГРУЖНЫХ ПЛУНЖЕРНЫХ НАСОСОВ: СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Основу линейных электроприводов погружных плунжерных насосов составляют цилиндрические линейные асинхронные двигатели (ЦЛАД), основными достоинствами которых являются: отсутствие лобовых частей и потерь в них, отсутствие поперечного краевого эффекта, геометрическая и электромагнитная симметрия. Поэтому представляют интерес технические решения по разработке подобных ЦЛАД, используемых для других целей (приводы разъединителей, толкателей и.т.п) [2-7,15-16,38-39,44-48]. Кроме того, при системном решении вопроса создания глубинно-насосных агрегатов с ЦЛАД помимо конструкций насосов и двигателей следует рассматривать технические решения по управлению и защите электроприводов.

В [4] рассматривается наиболее простой вариант конструктивного исполнения системы ЦЛАД - плунжерный насос. Плунжерный насос в сочетании с линейным асинхронным двигателем (рис. 1.1,а) представляет собой плунжер 6, который связан тягой 5 с подвижной частью 4 линейного двигателя. Последняя, взаимодействуя с индуктором 3 с обмотками 2, присоединенными кабелем 1 к источнику питания, создает силу, поднимающую или опускающую плунжер. При движении вверх плунжера, расположенного внутри цилиндра 9, нефть всасывается через клапан 7.

При подходе плунжера к верхнему положению, изменяется чередование фаз, и подвижная часть линейного двигателя вместе с плунжером опускается вниз. При этом нефть, находящаяся внутри цилиндра 9, через клапан 8 проходит во внутреннюю полость плунжера. При дальнейшем изменении чередования фаз подвижная часть перемещается попеременно вверх и вниз и при каждом такте поднимает вверх порцию нефти. Из верхней части трубы нефть поступает в накопительный бак для дальнейшей транспортировки. Далее цикл повторяется, и при каждом такте наверх поднимается порция нефти.

Аналогичное решение, предложенное институтом ПермНИПИнефть и описанное в [8-10], показано на рис. 1.1,6.

Для увеличения производительности насосных установок на основе ЦЛАД разработаны агрегаты двойного действия [10-11, 31]. Например, на рис. 1.1,в показан глубинно-насосный агрегат двойного действия [10-11]. Насос располагается в нижней части агрегата. В качестве рабочих полостей насоса использована как бесштоковая область, так и штоковая. При этом в поршне размещен один нагнетательный клапан, последовательно работающий на обе полости.

Главной конструктивной особенностью скважинных насосных установок является ограниченный диаметр скважины и обсадной трубы, не превышающий 130 мм. Для обеспечения требуемой для поднятия жидкости мощности общая длина установки, включающая в себя насос и погружной двигатель, может достигать 12 метров. Длина погружного двигателя может превышать его внешний диаметр в 50 раз и более. Для вращающихся асинхронных двигателей эта особенность определяет сложности с укладкой обмотки в пазы такого двигателя. В ЦЛАД обмотка выполняется из обычных кольцевых катушек, а ограниченность диаметра двигателя приводит к трудностям в изготовлении магнитопровода индуктора, который должен иметь направление шихтовки параллельное оси двигателя.

Ранее предлагавшиеся решения были основаны на применении в насосных агрегатах ЦЛАД традиционной необращенной конструкции, в которых вторичный элемент расположен внутри индуктора. Такая конструкция в условиях ограниченного внешнего диаметра двигателя определяет малый диаметр вторичного элемента и, соответственно, малую площадь активной поверхности двигателя. Вследствие этого такие двигатели имеют невысокие удельные показатели (механическая мощность и тяговое усилие на единицу длины). К этому добавляются проблемы изготовления магнитопровода индуктора и сборки всей конструкции такого двигателя. а 6 в

Рис. 1.1. Варианты исполнения погружных насосных установок с ЦЛАД 1 ----:

Рис. 1.2. Схемы конструктивного исполнения ЦЛАД: а - традиционный, б - обращенный

В условиях ограниченного внешнего диаметра корпуса погружного ЦЛАД существенное увеличение удельных показателей может быть достигнуто применением «обращенной» схемы «индуктор - вторичный элемент» (рис. 1.2,6), при которой вторичная часть охватывает индуктор. При этом возможно увеличение объема электромагнитного ядра двигателя при том же диаметре корпуса, благодаря чему достигается значительное увеличение удельных показателей по сравнению с необращенной конструкцией при равных значениях токовой нагрузки индуктора.

Трудности, связанные с изготовлением магнитопровода вторичного элемента ЦЛАД из листовой электротехнической стали с учетом указанных соотношений диаметральных размеров и длины, делают предпочтительным использование массивного стального магнитопровода, на который наносится высокопроводящее (медное) покрытие. В этом случае появляется возможность использовать в качестве магнитопровода стальной корпус ЦЛАД.

При этом обеспечивается наибольшая площадь активной поверхности ЦЛАД. Кроме этого, потери, выделяющиеся во вторичном элементе, поступают непосредственно в охлаждающую среду. Так как работа в циклическом режиме характеризуется наличием участков разгона с повышенными скольжениями и потерями во вторичном элементе, эта особенность также играет положительную роль. Исследование литературных источников показывает, что обращенные конструкции ЛАД изучены значительно меньше, чем необращенные. Поэтому исследование подобных конструкций с целью улучшения показателей ЦЛАД, в частности для привода погружных плунжерных насосов, представляется актуальным.

Одним из главных препятствий на пути распространения цилиндрических линейных двигателей является проблема обеспечения приемлемых показателей при питании от стандартной промышленной частоты 50 Гц. Для применения ЦЛАД в качестве привода плунжерного насоса, максимальная скорость движения плунжера должна составлять 1-2 м/с. Синхронная скорость линейного двигателя зависит от частоты сети и от величины полюсного деления, которое в свою очередь зависит от ширины зубцового деления и числа пазов на полюс и фазу:

Гс=2./Гг, где т = 3-q-t2. (1.1)

Как показывает практика, при изготовлении ЛАД с шириной зубцового деления меньше 10-15 мм возрастает сложность изготовления и падает надежность. При изготовлении индуктора с числом пазов на полюс и фазу q=2 и выше синхронная скорость ЦЛАД на частоте 50 Гц будет составлять 6-9 м/с. Учитывая, что из-за ограниченной длины хода максимальная скорость подвижной части не должна превышать 2 м/с, такой двигатель будет работать с высокими значениями скольжения, а, следовательно, с низким КПД и в тяжелом тепловом режиме. Для обеспечения работы при скольжениях s<0.3 необходимо выполнять ЦЛАД с полюсным делением т<30 мм. Уменьшение полюсного деления кроме технологических проблем ведет к ухудшению показателей двигателя из-за роста намагничивающего тока. Для обеспечения приемлемых показателей таких ЦЛАД воздушный зазор должен составлять 0.1-0.2 мм [1]. При увеличении зазора до технологически приемлемых значений 0.4-0.6 мм рост намагничивающего тока приводит к значительному снижению усилия и технико-экономических показателей ЦЛАД.

Основным способом, позволяющим улучшить характеристики ЦЛАД, является его питание от регулируемого преобразователя частоты. При этом линейный двигатель можно спроектировать на наиболее выгодную для установившегося движения частоту. Кроме этого, изменяя частоту по требуемому закону, при каждом пуске двигателя можно значительно уменьшить потери энергии на переходные процессы, а при торможении возможно использование рекуперативного метода торможения, улучшающего общие энергетические характеристики привода. В 70-80-е годы применение регулируемого преобразователя частоты для управления погружными установками с линейными электродвигателями сдерживалось недостаточным уровнем развития силовой электроники. В настоящее время массовое распространение полупроводниковой техники позволяет реализовать эту возможность.

При разработке новых вариантов погружных установок с приводом от линейного двигателя реализация совмещенных конструкций насоса и двигателя, предлагавшихся в 70-х годах и показанных на рис. 1.1 трудновыполнима. Новые установки должны иметь раздельное выполнение ЛАД и плунжерного насоса. При расположении плунжерного насоса над линейным двигателем во время работы обеспечивается поступление пластовой жидкости в насос через кольцевой канал между ЛАД и обсадной трубой, благодаря чему осуществляется принудительное охлаждение ЛАД. Установка такого плунжерного насоса с приводом от линейного двигателя практически идентична установке электроцентробежных насосов с приводом от погружных асинхронных электродвигателей. Схема такой установки приведена на рис. 1.3. В состав установки входят: 1- цилиндрический линейный двигатель, 2 - гидрозащита, 3 ~ плунжерный насос, 4-обсадная труба, 5 - насосно-компрессорная труба, 6 - кабельная линия, 7 - оборудование устья скважины, 8 - выносной пункт подключения кабеля, 9 - комплектное трансформаторное устройство, 10 - станция управления двигателем.

Подведя итог, можно сказать, что разработка погружных плунжерных насосов с линейным электроприводом остается актуальной задачей, для решения которой необходимо разрабатывать новые конструкции двигателей и исследовать возможности повышения их показателей за счет рационального выбора частоты питания, геометрических размеров электромагнитного ядра и вариантов охлаждения двигателя. Решение этих задач особенно применительно к новым конструкциям требует создания математических моделей и методик расчета двигателей.

При разработке математических моделей ЦЛАД автор опирался как на ранее разработанные подходы [1, 23, 25], так и на возможности современных пакетов прикладных программ.

Рис. 1.3. Схема погружной установки с ЦЛАД

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основании обзора литературы и патентных источников, учитывая имеющийся опыт использования цилиндрических линейных двигателей для привода глубинных плунжерных насосов, показана актуальность научно-исследовательских работ, направленных на совершенствование конструкций и оптимизацию характеристик ЦЛАД.

2. Показано, что использование для питания ЦЛАД преобразователя частоты, а также разработка новых конструкций позволяет значительно улучшить технико-экономические показатели ЦЛАД и обеспечить их успешное промышленное внедрение.

3. Разработаны методики электромагнитного расчета ЦЛАД методом Е-Н-четырехполюсников и методом конечных элементов с учетом нелинейности магнитных характеристик материалов и особенностей новых конструкций ЦЛАД, прежде всего, ограниченной толщины массивного ВЭ.

4. Создана методика расчета циклограмм работы и энергетических показателей ЦЛАД, а также теплового состояния двигателя при работе в возвратно-поступательном режиме.

5. Выполнены систематические исследования влияния на характеристики ЦЛАД с массивным ВЭ частоты скольжения, величины полюсного деления, зазора, токовой нагрузки, ограниченной толщины ВЭ и толщины высокопроводящего покрытия. Показано влияние ограниченной толщины ВЭ и высокопроводящего покрытия на показатели ЦЛАД. Установлено, что работа рассматриваемых погружных ЦЛАД с ограниченной толщиной ВЭ на частоте скольжения менее 4-5 Гц нецелесообразна. Оптимальный диапазон полюсных делений в данном случае лежит в диапазоне 90-110 мм.

6. Разработаны новые обращенные конструкции ЦЛАД, позволяющие значительно повысить удельные показатели в условиях ограниченного внешнего диаметра. Проведено сравнение технико-экономических показателей и тепловых режимов новых конструкций с традиционными необращенными конструкциями ЦЛАД. Благодаря использованию новых конструкций ЦЛАД и пониженной частоты питания удается достичь усилия в рабочей точке механической характеристики 0,7-1 кН на 1 м длины индуктора для ЦЛАД с внешним диаметром 117 мм. Новые технические решения предполагается патентовать, материалы находятся на рассмотрении в Роспатенте.

7. Расчеты циклограмм работы ЦЛАД для привода глубинных насосов показали, что из-за нестационарного режима работы результирующий КПД ЦЛАД падает в 1.5 раза и более по сравнению с КПД в установившемся режиме и составляет 0.3-0.33. Достигнутый уровень соответствует средним показателям штанговых глубинных насосных установок.

8. Экспериментальные исследования лабораторного ЦЛАД показали, что предложенные методы расчета обеспечивают приемлемую для инженерной практики точность и подтверждают правильность теоретических предпосылок. Достоверность методик также подтверждается сравнением результатов расчетов различными методами.

9. Разработанные методики, результаты исследований и рекомендации переданы в ООО НПФ «Битек» и использованы при разработке опытно-промышленного образца погружного ЦЛАД. Методики и программы расчета ЦЛАД применяются в учебном процессе кафедр «Электротехника и электротехнологические системы» и «Электрические машины» Уральского государственного технического университета - УПИ.

1. Веселовский О.Н., Коняев А.Ю., Сарапулов Ф.Н. Линейные асинхронные двигатели.-М.: Энергоатомиздат, 1991.-256с.

2. Айзеннггейн Б.М. Линейные электродвигатели. Обзорная информация.-М.: ВИНИТИ, 1975, т.1. -112 с.

3. Соколов М.М., Сорокин Л.К. Электропривод с линейными двигателями. .-М.:Энергия, 1974.-136с.

4. Ижеля Г.И., Ребров С.А., Шаповаленко А.Г. Линейные асинхронные двигатели.-Киев:Техника, 1975.-135 с.

5. Веселовский О.Н., Годкин М.Н. Индукционные электродвигатели с разомкнутым магнитопроводом. Обзорная информация.-М.: Информ-электро, 1974.-48с.

6. Вольдек А.И. Индукционные МГД-машины с жидкометаллическим рабочим телом.-Л.: Энергия, 1970.-272 с.

7. Ижеля Г.И., Шевченко В.И. Создание линейных электродвигателей: перспективы внедрения и их экономическая эффективность // Электропривод с линейными электродвигателями: Труды Всесоюзной научной конференции.- Киев: 1976, т.1, с. 13-20.

8. Локпшн Л.И., Семенов В.В. Глубинный плунжерный насос с цилиндрическим индукционным двигателем// Электропривод с линейными электродвигателями: Труды всесоюзной научной конференци.-Киев:1976, т.2,с.39-43.

9. Линейные электродвигатели погружного исполнения для привода глубинных плунжерных насосов/ Л.И.Локшин, В.В. Семенов, А.Н. Сюр, Г.А. Чазов// Тезисы докладов Уральской конференции по магнитной гидродинамике.-Пермь, 1974, с.51-52.

10. Линейные погружные электронасосы/ Л.И.Локшин, В.В. Семенов и др.// Тезисы докладов Уральской конференции по магнитной гидродинамике.-Пермь, 1974, с.52-53.

11. П.Семенов В.В. Линейный асинхронный двигатель плунжерного насоса со вторичным элементом, совмещающем функции рабочего тела и управления// Автореферат диссертации.к.т.н.,-Свердловск, 1982,-18 с.

12. Семенов В.В. Основные тенденции в построении систем управления линейным двигателем привода глубинных насосов// Сборник научных трудов УПИ,-Свердловск, 1977, с.47-53.

13. Локшин Л.И., Сюр А.Н., Чазов Г.А. К вопросу создания бесштангового насоса с линейным электроприводом// Машины и нефтяное оборудова-ние.-М.:1979, №12, с.37-39.

14. М.Оснач A.M. Система управления погружным линейным электродвигателем насосной установки для добычи нефти // Электромеханическое преобразование энергии: Сб. научных трудов.-Киев, 1986, с.136-139.

15. Тийсмус Х.А., Лаугис Ю.Я., Тээметс Р.А. Опыт разработки, изготовления и применения линейных асинхронных двигателей// Труды ТЛИ, Таллин, 1986, №627, с. 15-25.

16. Исследование параметров и характеристик ЛАД с цилиндрической внешней вторичной частью/ J.Nazarko, M.Tall // Pr. nauk. Inst. ukl. electromaszyn Polutechniki Warszawskie.-1981, 33 ,c. 7-26 (пол.), РЖ ЭМ, 1983, №1И218.

17. Локшин Л.И., Вершинин В.А. О методе теплового расчета линейных асинхронных двигателей погружного типа // Сборник научных трудов УПИ,-Свердловск, 1977, с.42-47.

18. Сапсалев А.В. Циклический безредукторный электропривод // Электротехника, 2000, №11, с.29-34.

19. Могильников B.C., Олейников А.М., Стрельников А.Н. Асинхронные двигатели с двухслойным ротором и их применение.-М.: Энергоатом-издат, 1983.-120с.

20. Сипайлов Г.А., Санников Д.И., Жадан В.А. Тепловые гидравлические и аэродинамические расчеты в электрических машинах.-М: Высш. Шк., 1989.-239с.

21. Мамедшахов М.Э. Специальные электромеханические преобразователи энергии в народном хозяйстве. —Ташкент: Фан, 1985.-120с.

22. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидравлическое сопротивление. -М.: Энергоатомиздат, 1990.-367с.

23. Инкин А.И. Электромагнитные поля и параметры электрических ма-шин.-Новосибирск: ЮКЭА, 2002.- 464с.

24. Бессонов J1.A. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле: Учебник. 10 изд., стереотипное.-М.:Гардарики, 2003.-317с.

25. Математические модели линейных индукционных машин на основе схем замещения: Учебное пособие/Ф.Н. Сарапулов, С.Ф. Сарапулов, П. Шымчак. 2-е издание, перераб. и дополн. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. -431 с.

26. Цилиндрические линейные электродвигатели с улучшенными характеристиками / А.Ю. Коняев, С. В. Соболев, В.А. Горяинов, В.В. Соколов // Материалы Всероссийского электротехнического конгресса. — М., 2005, с.143-144.

27. Способы улучшения показателей цилиндрических линейных асинхронных двигателей / В.А. Горяинов, А.Ю. Коняев, В.В. Соколов // Энергетика региона. 2006, №1-2, с.51-53.

28. Пути совершенствования цилиндрических линейных асинхронных двигателей / В.А. Горяинов, А.Ю. Коняев, С.В. Соболев, В.В. Соколов // Электротехнические комплексы и системы: Межвузовский научный сборник.-Уфа: УГАТУ, 2005, с.88-93.

29. А.С. СССР №491793. Глубинный поршневой бесштанговый насос двойного действия / В.В.Семенов, Л.И. Локшин, Г.А.Чазов; ПермьНИ-ПИнефть,Заявл. 30.12.70 №1601978. Опубл.-10.02.76. МПК F04B47/00.

30. А.С. СССР №538153. Бесштанговый насосный агрегат / Е.М. Гнеев, Г.Г. Смердов, Л.И. Локшин и др.; ПермьНИПИнефть. Заявл. 02.07.73 №1941873. Опубл. 25.01.77. МПК F04B47/00.

31. А.С. СССР№1183710 Скважинная насосная установка / А.К. Шидлов-ский, Л.Г. Безусый, А.П. Островский и др.; Институт электродинамики АН УССР, Укр. НИПИ нефтяной промышленности. Заявл. 20.03.81 №3263115/25-06. Опубл. БИ, 1985,37. МПК F04B47/06.

32. А.С. СССР№909291. Электромагнитный скважинный насос / А.А. По-зняк, А.Э. Тинте, В.М. Фолифоров и др.;СКБ МГД Ин-та физики АН Латв. ССР. Заявл. 02.04.80 №2902528/25-06. Опубл. в БИ. 1983, №8. МПК F04B 43/04, F04B 17/04.

33. А.С. СССР№909290. Электромагнитный скважинный насос / А.А. По-зняк, А.Э. Тинте, В.М. Фолифоров и др.;СКБ МГД Ин-та физики АН Латв. ССР. Заявл. 02.04.80 №2902527/25-06. Опубл. в БИ. 1983, №8. МПК F04B 43/04, F04B 17/04.

34. Патент США №4548552. Глубиннонасосная установка. Dual valve well pump installation / D.R. Holm. Заявл. 17.02.84 №581500. Опубл. 22.10.85. MTIKF04B 17/04. (НКИ 417/417).

35. Патент США №4687054. Линейный электродвигатель для скважинного насоса. Linear electric motor for downhole use / G.W. Russel, L.B. Underwood. Заявл. 21.03.85 №714564. 18.08.87. МПК E21B 43/00. F04B 17/04. (НКИ 166/664).

36. А.С. ЧССР№183118. Линейный асинхронный двигатель. Linearni induk-cni motor / Ianeva P. Заявл. 06.06.75 №PV 3970-75. Опубл. 15.05.80. МПК H02K41/02.

37. Патент CPP №70617. Цилиндрический линейный двигатель с низкочастотным питанием. Motor electric linear cilindic, de joasa freventa / V.Fireteanu, C.Bala, D.Stanciu. Заявл. 6.10.75. №83532. Опубл. 30.06.80. МПК H02K41/04.

38. A.C. CCCP№652659. Магнитопровод индуктора линейного цилиндрического двигателя / В.В. Филатов, А.Н. Сюр, Г.Г. Смердов; ПермьНИ-ПИнефть. Заявл. 4.04.77. №2468736. Опубл. 18.03.79. МПК Н02К41/04. БИ№10.

39. А.С. СССР№792509. Индуктор линейного цилиндрического двигателя / В.В. Филатов, А.Н. Сюр, Л.И. Локшин; ПермьНИПИнефть. Заявл. 12.10.77. №2536355. Опубл. 30Л2.80. МПК Н02К41/02.

40. А.С. СССР№693515. Цилиндрический линейный асинхронный двигатель / Л.К. Сорокин. Заявл. 6.04.78. №2600999. Опубл. 28.10.79. МПК Н02К41/02.

41. А.С. СССР№1166232. Линейный многофазный двигатель / Л.Г. Безусый; ин-т электродинамики АН УССР. Заявл. 05.06.78. №2626115/2407. Опубл. БИ, 1985, №25. МПК Н02К2/04.

42. А.С. СССР№892595. Индуктор линейного цилиндрического электродвигателя / В.С.Попков, Н.В. Богаченко, В.И. Григоренко и др. ОКБ линейных электродвигателей. Заявл. 04.04.80. №2905167. Опубл. БИ 1981, №47. МПК Н02К41/025.

43. А.С. СССР№1094115. Индуктор линейного цилиндрического электродвигателя / Н.В. Богаченко, В.И. Григоренко; ОКБ линейных электродвигателей. Заявл. 11.02.83., №3551289/24-07. Опубл. БИ 1984, №19. МПК Н02К41/025.

44. A.C. СССР№1098087. Индуктор линейного цилиндрического электродвигателя / Н.В. Богаченко, В.И. Григоренко; ОКБ линейных электродвигателей. 3аявл.24.03.83., №3566723/24-07. Опубл. БИ 1984, №22. МПК Н02К41/025.

45. А.С. СССР№1494161. Индуктор линейного цилиндрического электродвигателя / Д.И. Мазур, М.А. Луцив, В.Г. Гуральник и др.; ОКБ линейных электродвигателей. Заявл. 13.07.87. №4281377/24-07. Опубл. в БИ 1989, №26. МПК Н02К4/025.

46. А.С. СССР№1603495. Индуктор линейного цилиндрического электродвигателя / Н.В. Богаченко, В.И. Григоренко; ОКБ линейных электродвигателей. Заявл.04.05.88., №4419595/24-07. Опубл. БИ 1990, №40.

47. А.С. СССР№524286. Линейный асинхронный двигатель / В.В. Семенов, А.А. Костюк, В.А. Севастьянов; ПермьНИПИнефть.-Опубл. в БИ, 1976, №29, МПК Н02К41/04.

48. А.С. СССР№741384. Линейный асинхронный двигатель / В.В. Семенов, М.Г. Резин; ПермьНИПИнефть. Заявл. 23.12.77, №2560961/24-07. Опубл. в БИ, 1980, №22. МПК Н02К41/04.

49. А.С. СССР№597051. Электропривод / В.В. Семенов, Л.И.Локшин, и др. ПермьНИПИнефть.- Заявл. 29.05.75 № 2138293/24-07. Опубл. в БИ, 1978, №9. МПК Н02К41/04.

50. А.С. СССР№771842. Устройство для управления погружным линейным электродвигателем возвратно-поступательного движения /В.В. Семенов; ПермьНИПИнефть. Заявл. 31.10.78. №2679944/24-07. Опубл. в БИ, 1980, №38 МПК Н02Р7/62, Н02К41/04.

51. А.С. СССР№756078. Электроприводной бесштанговый насосный агрегат/ Г.Г. Смердов, А.Н. Сюр, А.Н. Кривоносов, В.В. Филатов; ПермьНИПИнефть. Заявл. 28.06.78, №2641455. Опубл. в БИ ,1980, №30. МПК F04B47/06.

52. А.С. СССР№9821139.Устройство для защиты погружного электродвигателя от анормальных режимов / Г.В. Конынин, А.Н. Сюр, Л.И. Лок-шин и др.; ПермНИПИнефть.Заявл. 04.05.81, №3281537. Опубл. в БИ, 1982, №46.

53. Скважинный насос. Pumping apparatus for installation in wells/ A.D. Webb; The British Petroleum Co. Заявл 08.12.82, №8234958(Вбр). Опубл. 27.07.83. МПК F04B17/00.

54. Davis M.V. Concetric linear induction motor/ Патент США, №3602745. Заявл. 27.03.70. Опубл. 31.08.71. МПК Н02К41/02.

55. Perfectionements aux dispositifs electriqnes d'entrainement rectiligne/ Франц. патент №2082150, Заявл. 05.03.70, Опубл. 10.12.71. МПК Н02КЗЗ/00.129