автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Исследование возможностей и разработка средств совершенствования серийных погружных вентильных электродвигателей для нефтедобывающих насосов

На правах рукописи

Хоцянов Иван Дмитриевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ И РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СЕРИЙНЫХ ПОГРУЖНЫХ ВЕНТИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ НЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ НАСОСОВ

Специальность 05.09.03 - «Электротехнические комплексы и системы»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 НОЯ 2012

Москва-2012

005055513

Диссертация выполнена на кафедре «Электротехнические комплексы автономных объектов» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ».

Научный руководитель: Мыцык Геннадий Сергеевич, доктор технических наук, профессор кафедры «Электротехнические комплексы автономных объектов (ЭКАО)» ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Официальные оппоненты: Пречисский Владимир Антонович, доктор технических наук, профессор кафедры «Электрический транспорт» ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МЭИ»;

Панарин Александр Николаевич, кандидат технических наук, заведующий про-ектно-конструкторским отделом Федерального государственного унитарного предприятия "Научно-исследовательский и экспериментальный институт автомо-бильной.электроники и электрооборудования" (ФГУП НИИАЭ).

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина»

Защита диссертации состоится «14» декабря 2012 года в 14 час. 00 мин. в аудитории М-611 на заседании диссертационного совета Д 212.157.02 при ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МЭИ» по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д.13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направить по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый совет ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ»

Автореферат разослан « 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.02

канд. техн. наук, доцент >

I

С.А. Цырук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Нефтедобывающая отрасль играет важную роль в экономике России. По объемам добычи нефти Российская Федерация занимает лидирующее место в мире. Мероприятия по усовершенствованию электротехнических комплексов нефтедобычи ведутся постоянно по всем направлениям, формирующим себестоимость и, в первую очередь, в направлениях снижения энергозатрат и повышения ресурса средств механизированной добычи нефти.

Одним из основных средств механизированной добычи нефти являются установки электроцентробежных насосов (УЭЦН). Ими обеспечивается основной объем добычи нефти (около 75 %). При этом для реализации экономичных способов изменения её добычи все шире используются установки с регулируемой частотой вращения вала. Регулируемые электроприводы (ЭП) для нефтедобычи строятся либо по схеме преобразователь частоты (ПЧ) - асинхронный двигатель (АД), либо по схеме вентильного электродвигателя. Вентильный привод установок нефтедобывающих насосов по своим энергетическим характеристикам превосходит асинхронные привода, как регулируемые, так и нерегулируемые, решает многие технологические и ресурсные задачи при эксплуатации установок.

Важным обстоятельством, влияющим на выбор типа двигателя, являются существующие тарифы на электроэнергию и имеющаяся разница в цене на погружные асинхронные и вентильные электродвигатели (ПВЭД) в комплекте со станцией управления. Быстрый рост тарифов на электроэнергию в 2008 году совпал с быстрым падением цен на нефть. Это обстоятельство заставило все без исключения нефтяные компании акцентировать усилия на задаче энергосбережения и способствовало значительному увеличению спроса на ПВЭД. По результатам эксплуатации нефтедобывающие компании получили подтверждение снижения энергопотребления установок с ПВЭД на 5 + 30% и даже выше. Учитывая, что тарифы на электроэнергию постоянно растут в среднем на 10-42% в год, также растет доля трудно извлекаемых запасов нефти (в настоящее время около 65%), привлекательность эксплуатации установок с ПВЭД будет увеличиваться.

Общее число поступивших в эксплуатацию ПВЭД по данным, опубликованным в печати на начало 2012 года, приближается к 5000 шт. Двигатели выпускаются с частотами вращения от 100 до 6000 об/мин, с мощностью в одной секции от 6 до 400 кВт, в габаритах 81, 92, 103, 117, 130 мм. Им нет альтернативы как в области частот вращения от 100 до 1500 об/мин, так и выше 4000 об/мин, а также в приводе установок третьего и меньших габаритов для всех частот вращения.

За последние годы основными изготовителями (ООО «РИТЭК-ИТЦ», ПК «Борец», ЗАО «Новомет-Пермь») проделана большая работа по повышению качества установок с ПВЭД. Однако потенциал повышения технико-экономических показателей электроприводов с ПВЭД в настоящее время не исчерпан. Таким образом, с учетом возрастающих требований к повышению эффективности добычи нефти сегодня имеются все необходимые предпосылки для технического совершенствования используемых серийных ПВЭД и, следовательно, необходимы и актуальны работы по исследованию возможностей технического их совершенствования.

Целью работы является исследование возможностей и разработка средств совершенствования серийных ПВЭД для нефтедобывающих насосов за счет улучшения их технико-экономических показателей и, в том числе, повышения их энергоэффективности.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

1. Выполнен анализ конструкций серийных ПВЭД для нефтедобывающих насосов, выявлены доступные для доработки значимые параметры и характеристики ПВЭД, влияющие на энергоэффективность, ресурс и на другие технико-экономические показатели, в частности, на технологические допуски элементов конструкции и на силы магнитного притяжения, а также на расположение и количество технологических пазов в расточке статора и, как следствие, на реактивный момент.

2. Разработан новый подход к моделированию электромагнитных полей электрических машин в программе Атуй, снижающий на порядок, по сравнению с классической методикой, время расчета без потери точности. На его основе разработана и апробирована компьютерная имитационная модель (КИМ) для исследования и проектирования ПВЭД с подпрограммами для автоматического построения моделей при параметрическом анализе по заданию пользователя.

3. На основе проведенных на КИМ исследований, расчетов, а также экспериментов разработаны новые конструкции узлов серийных ПВЭД, улучшающие их характеристики и потребительские свой.ства.

4. На основании экспериментальных и теоретических исследований характеристик вентильных электроприводов погружных насосов при различных режимах питания даны рекомендации по выбору энергоэффективных режимов работы.

Объект исследования

Объектом исследования в работе являются электроприводы центробежных и винтовых нефтедобывающих насосов с серийными погружными маслонапол-ненными вентильными электродвигателями.

Электропривод состоит из наземной и погружной частей. В состав наземной части входит повышающий трансформатор с первичным напряжением 0,38 кВ и напряжением ступеней регулирования до 5,5 кВт, станция управления, состоящая из преобразователя частоты (ПЧ), фильтра (в случае с ШИМ) и ряда вспомогательных систем. Станция управления подключается к промышленной трехфазной сети напряжением 380 В, частотой 50 Гц. Погружная часть ЭП состоит из ПВЭД и кабельной линии.

Методы исследования

Поставленные задачи решались автором, как в теоретических работах, так и экспериментально: на стендах с сертифицированным оборудованием, а также в промысловых условиях. В работе использованы методы теории поля, теории электрических и магнитных цепей, теории электрических машин и электропривода, принципы системного анализа. Для обработки полученных результатов применены программа МаЛСАО, специализированные программы. Исследования электромагнитных и тепловых процессов в ПВЭД проводились в программной среде Ату$ с помощью специально разработанных КИМ, основанных на методе конечных элементов.

Достоверность полученных результатов

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждены: согласованием полученных результатов исследований с соответствующими известными положениями из теории электрических машин, теории электрических цепей и электропривода; доказательством адекватности моделей по выполняемым функциям, а также их апробацией на уровне публикаций; детальной экспериментальной проверкой всех конструктивных решений, выводов, рекомендаций.

Научная новизна выполненной работы заключается в том, что впервые:

1. Предложен новый подход к моделированию электромагнитных полей электрических машин в программе Апяуя без интерполяции данных между сетками, позволивший без потери точности снизить на порядок, по сравнению с классической методикой, время расчета. На его основе разработана и апробирована КИМ для исследования и проектирования ПВЭД с подпрограммами для автоматического построения моделей при параметрическом анализе по заданию пользователя.

2. На основе исследований ПВЭД с помощью КИМ:

- получена количественная оценка влияния технологических зазоров на силы одностороннего магнитного притяжения пакетов ротора в ПВЭД, на ее основе усовершенствована и запатентована конструкция ротора, обеспечивающая сни-

жение усилий на 1 метр активной длины в 3+3,5 раза и виброскорости в 2+2,5 раза на резонансных частотах вращения;

- выявлено и оценено влияние расположения и количества технологических пазов в расточке статора на технико-экономические показатели ПВЭД, предложена схема расположения технологических пазов, обеспечивающая уменьшение реактивного момента в 3+5 раз и улучшение пусковых свойств ПВЭД.

3. На основании экспериментальных и теоретических исследований разработана и апробирована инженерная методика настройки величины напряжения питания ПВЭД, обеспечивающая минимальное значение потребляемого тока для текущего состояния системы «УЭЦН — скважина».

Практическая ценность выполненной работы заключается в следующем:

1. Разработанная КИМ для исследования и проектирования ПВЭД позволяет с учетом конструктивных особенностей и алгоритмов управленияс малыми затратами времени (на порядок ниже, по сравнению с классической методикой), с требуемой точностью в соответствии с потребностями серийного производства рассчитывать выходные показатели и характеристики при параметрическом моделировании, решать задачи по уточнению данных с целью получения требуемых характеристик.

2. Усовершенствованная и запатентованная конструкция ротора со специальными кольцами, меняющими радиальный размер при воздействии осевой нагрузки, позволяет при сохранении технологичности сборки, за счет существенного снижения уровня вибрации расширить рабочий диапазон частот вращения ПВЭД с 3000 до 6000 об/мин и за счет этого при перепроектировании сократить габариты установки.

3. Полученные в результате исследований рекомендации по конфигурации листа статора и параметрам обмотки, позволяют улучшить эксплуатационные характеристики серийных двигателей, в том числе, повысить надежность запуска и ресурс за счет уменьшения в 3+5 раз реактивного момента, увеличить КПД ПВЭД на 1+1,2%.

4. Составленные по результатам экспериментальных исследований рекомендации по выбору напряжения питания ПВЭД, позволяют повысить энергоэффективность УЭЦН: увеличить КПД вентильных двигателей на 2+2,5%, повысить КПД повышающего трансформаторам величину до 0,5%, снизить потребляемый ток (до 6%) и потери в питающем кабеле (до 12%).

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы на следующих предприятиях.

1. ОП «ОКБ БН» ЗАО «Новомет-Пермь» при разработке погружных вен-

тильных электродвигателей типа ПВЭДН в габаритах 81,117,130 мм.

2. ЗАО «АВАНТО» при проведении работ по разработке вентильных электроприводов различного назначения, в том числе и погружных.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Электротехнические комплексы автономных объектов» ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МЭИ», а так же на следующих конференциях:

- четырнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов, Москва, МЭИ (ТУ), 28-29 февраля 2008 г.;

- пятнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов, Москва, МЭИ (ТУ), 26-27 февраля 2009 г.;

- шестнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов, Москва, МЭИ (ТУ), февраль 2010 г.;

- семнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов, Москва, МЭИ (ТУ), 24-25 февраля 2011 г.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Новый подход к моделированию электромагнитных полей электрических машин в программе Ansys без интерполяции данных между сетками, позволивший без потери точности снизить на порядок, по сравнению с классической методикой, время расчета, а также разработанная на его основе КИМ для исследования и проектирования ПВЭД с подпрограммами для автоматического построения моделей при параметрическом анализе по заданию пользователя, результаты проверки адекватности разработанной модели.

2. Результаты исследований ПВЭД на КИМ и рекомендации по совершенствованию его узлов и деталей, представленные в виде конструктивных решений, позволяющих повысить эксплуатационные характеристики серийных электродвигателей.

3. Результаты экспериментальной оценки зависимости КПД погружных вентильных электроприводов от параметров напряжения на выходе ПЧ и рекомендации по выбору энергоэффективного режима, представленные в виде методики настройки величины напряжения питания ПВЭД, обеспечивающей минимальное значение потребляемого тока для текущего состояния системы «УЭЦН -скважина».

Публикации. По результатам проведенных исследований и теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных научных результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата наук, 1 патент РФ на изобрете-

ние, 1 патент РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 71 наименований. Ее содержание изложено на 172 страницах машинописного текста, включая 84 рисунков, 24 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены объект и предмет исследования, цель работы, основные задачи и методы исследования, сформулирована научная новизна работы и положения, выносимые на защиту, рассмотрено практическое значение полученных результатов.

В первой главе проведен обзор современного состояния ПВЭД для нефтедобычи, проанализированы конструкции и характеристики серийных ПВЭД различных производителей. Выявлены доступные для доработки в серийных ПВЭД значимые параметры и узлы, влияющие на энергоэффективность, ресурс и другие эксплуатационные характеристики, сформулированы задачи исследования.

Работы по разработке и внедрению вентильных электроприводов для нефтедобывающих насосов в России начались во второй половине 90-х годов. Большой вклад в развитие теории и практики ПВЭД внесли российские ученые и специалисты Гинзбург М.Я., Павленко В.И., Русаков A.M., Сагаловский В.И., Санталов A.M. и другие.

В настоящее время отечественные машиностроители ПК «Борец», ЗАО «Но-вомет-Пермь», ООО «РИТЭК-ИТЦ» заняли лидирующее положение в мире в области, как производства, так и инновационных разработок ПВЭД. КПД серийных ПВЭД по данным производителей в диапазоне частот вращения 2000 - 3500 об/мин на 7-10% выше, чем асинхронных. На более низких и более высоких частотах вращения энергоэффективность вентильных электродвигателей ещё более существенна. Кроме того, имеется возможность целенаправленным подбором оптимального режима работы вентильного электропривода дополнительно сократить энергопотребление.

Вопросы оптимизации и совершенствования погружных электродвигателей, в том числе вентильных, при проектировании и разработке достаточно подробно исследованы и освещены в работах Богданова A.A., Захаренко А.Б., Русакова А.М., Окунеевой H.A. и других исследователей. Данная работа посвящена исследованию возможностей и разработке средств совершенствования параметров и характеристик ПВЭД для УЭЦН в условиях серийного производства, что позво-

. t

лит без значительных затрат со стороны производителя повысить их технико-экономические показатели.

С учетом выше сказанного в работе проведена оценка конструкций и характеристик серийных ПВЭД по следующим возможным направлениям совершенствования: улучшение энергетических и функциональных характеристик; повышение ресурса ПВЭД за счет применения новых технических решений и материалов. Показано, что применяемые сегодня в ПВЭД технические решения не в полной мере:

а) устраняют проблемы, связанные с отрицательным влиянием реактивного момента и сил одностороннего магнитного притяжения;

б) удовлетворяют постоянно растущим требованиям нефтедобывающих компаний по КПД и надежности.

Эффективным путем повышения ресурса ПВЭД, имеющих число пар полюсов на роторе больше единицы, является уменьшение влияния сил одностороннего магнитного притяжения, которые, смещая пакеты ротора относительно оси вращения, дополнительно нагружают подшипники. Меры, направленные на уменьшение влияния сил, позволят снизить вибрации и дисбаланс, особенно на повышенных частотах вращения.

Для обеспечения надежного запуска оборудования с ПВЭД необходима разработка технических решений, обеспечивающих уменьшение реактивного момента, вызванного изменением магнитной проводимости для потока возбуждения в зависимости от угла поворота ротора. Для снижения реактивного момента в ПВЭД применяют угловое смещение магнитов в пакете. Учитывая, что роторы двигателей имеют много пакетов, применяют и последовательный сдвиг (поворот) пакетов ротора на валу относительно друг друга. При этом пакеты ротора углового смещения магнитов не имеют. Однако реактивный момент этими техническими решениями в должной мере не устраняется и проявляется при втягивании в синхронизм во время пуска.

Одним из путей повышению энергоэффективности серийных ПВЭД может быть традиционный путь - увеличение технологического коэффициента заполнения паза медью за счет использования новых материалов и увеличения плотности укладки.

В состав современного электропривода установок центробежных и винтовых насосов входит погружной электродвигатель, кабель, повышающий трансформатор, а также станция управления с ПЧ. На долю электропривода приходится в сумме до 30% потерь мощности в установке. Достигнутое максимального значения КПД каждого узла на практике не обеспечивает максимального значения

КПД всего электропривода, поскольку имеет место взаимное влияние характеристик узлов.

В отношении комплексного критерия оценки регулируемых электроприводов комплектных установок с ПВЭД, включающего в себя стоимость, КПД системы и ресурс, наиболее рациональным представляется проведение обязательной настройки режима эксплуатации исходя из технических характеристик оборудования и параметров скважины. В работе решен ряд задач в этом направлении.

Во второй главе проведен выбор метода исследования серийных ПВЭД, на основе традиционных методик и современных компьютерных технологий разработан новый подход к моделированию электромагнитных полей электрических машин в программе Атуя, на его основе создана КИМ для исследования.

Учитывая большое разнообразие конструкций электромагнитных систем ПВЭД у каждого производителя, существенное влияние зубчатости статора и насыщения стали на силы магнитного притяжения, конфигурации магнитной системы и размеров магнитов на реактивный момент, для решения разнообразных полевых задач в работе выбран метод конечных элементов. С учетом того, что модель должна: давать адекватные результаты для любых экспериментальных, серийных и модернизированных конструкций ПВЭД; приводить к быстрому получению надежных результатов при решении широкого класса задач; иметь возможности расширения и интеграции в систему проектирования предприятия, а также быть общедоступной, - в качестве расчетной системы выбрано программное обеспечение Лшзлу.

При разработке КИМ в работе последовательно решены следующие трудоемкие и требующие глубокого знания Амуз задачи: постановка задачи моделирования; формирование модели в расчетной системе; создание программы для управления анализом; создание программы для анализа результатов расчета.

Магнитное поле, созданное распределенными в пространстве источниками, описывается известной системой уравнений Максвелла. Исследования, проведенные автором на трехмерных моделях для ряда ПВЭД, показали, что для конструкций, достаточно протяженных в направлении оси вращения вала, краевыми эффектами можно пренебречь. Например, при расчете ПВЭД с диаметром корпуса 117 мм, радиально намагниченными магнитами, длиной активной части пакета 360 мм и величиной воздушного зазора 1,6 мм краевые эффекты проявляются лишь на расстоянии до 3 мм от края активной зоны. Поэтому для сокращения времени и сложности расчетов использована двумерная постановка задачи.

В двумерной постановке уравнение для векторного магнитного потенциала в однородной среде имеет вид:

дЛ 5А 8 Л дАг, ,

Т"(---+ ---я ) = ~J• , (1)

ох ¡лх дх ду цу ду ' v '

где: Аг- проекция вектора А на ось z; Jz - проекция вектора плотности тока J на ось z; ц„ fiy - магнитные проницаемости по осям х и у.

По известным магнитным потенциалам вычисляются значения индукции во всех точках модели. В литературе разобраны типовые примеры по решению стационарных задач без изменения геометрии во время расчета. Однако такой подход не

Рис. 1.Иллюстрация связи сеток при

позволяет исследовать параметры, связан- ___

г f > помощи интерполяции по известному

ные с изменением магнитного поля во методу времени, например, значения ЭДС в обмотках. В работах К. Мякушева предлагается связывать поверхности вращающегося ротора и статора при помощи интерполяции данных между несовпадающими узлами расчетных сеток. На рис. 1 приведена графическая иллюстрация интерполяции данных между несовпадающими сетками. Система уравнений для магнитного потенциала при этом усложняется интерполяционным полиномом, который определяет связь проекции узла поверхности с более редкой сеткой на поверхность с более частой. При использовании такого метода можно адекватно смоделировать динамические процессы, но на практике даже для расчета одного оборота ПВЭД требуется несколько часов.

В работе доказано, что значительно сократить время расчета позволяет исключение затратной по времени процедуры интерполяции данных между сетками во время вращения за счет моделирования разных положений ротора последовательным попарным заданием уравнений связи узлов статора и ротора. Вторая возможность ускорить расчет - уменьшение размера модели, за счет исключения повторяющихся элементов. Эти два приема позволяют сократить время расчета, одного оборота до нескольких минут. Для исследования поля в сечении ПВЭД достаточно моделировать один полюс двигателя (рис. 2), задав ему соответствующие граничные условия. Связь узлов поверхностей магнитного зазора проиллюстрирована на рис. 3. Связь точек, условно (а) и (б), лежащих на разных боковых сторонах сектора на одинаковом удалении от центра задается в КИМ уравнением (2).

0=уЦа)+Лг(б) (2)

Для имитации вращения ротора в КИМ рассчитываются последовательные

варианты связи ротора и статора. Связь представляет собой уравнивание относительно расчетной степени свободы, для задания которого в программе Атув используется команда СЕ. Для имитации вращения на первом шаге магнитный потенциал противолежащих узлов уравнивается согласно уравнению (3), как показано в верхней части рис. 3.

0=Аг(а)-Аг(б) (3)

Рис.2. Геометрия модели ПВЭД Рис. 3. Иллюстрация связи сеток уравниванием мощностью 500 кВт магнитного потенциала по предложенному методу

На втором и на всех последующих шагах происходит сдвиг на один номер в предварительно созданноми сортированном по угловой координате списке узлов зазора. Для имитации разных полюсов при задании связи применяется следующий прием. В момент, когда узел статора был связан с крайним узлом ротора и, при полной модели, на следующем шаге на него была бы наложена связь с первым узлом противоположного полюса ротора, на узел статора накладывается связь с первым узлом моделируемого полюса ротора, как показано на нижней части рис. 3. При этом магнитные потенциалы не уравниваются согласно уравнению (3), а ставятся в соответствие по уравнению (2). На рис. 4 приведены графики распределения индукции по зазору под нагрузкой, полученные на полном сечении и на модели одного полюса. Такой подход к моделированию полей в программе Апвув позволил снизить на порядок, по сравнению с классическими методиками, время расчета без потери точности.

В результате расчета имеем: мгновенные значения токов фаз двигателя, значения индукции во всех точках машины. Это дает возможность с высокой точностью определить в КИМ электрические потери и потери в стали, а также при помощи специальной процедуры ТОЯйС2В вычислить значения электромагнитного момента. Момент вычисляется через интеграл по замкнутому контуру от тензора электромагнитного поля Максвелла.

Помимо рационального выбора алгоритма значительно сократить время рас>

чета позволяет автоматизация процесса создания модели. Для этого в КИМ на языке макрокоманд АРБЬ написана программа, которая позволяет строить модель автоматически без помощи графического интерфейса. Построение модели в ручном режиме занимает несколько часов, в то время как разработанная на языке АРИЬ программа позволяет сделать это за несколько минут.

В основу теплового расчета положено уравнение теплопроводности: ЭГ , Э2Г , Э2Т , д2Т

^"^а^э^э?-' (4)

где: р - плотность материала; с - теплоемкость материала; q - удельное объемное тепловыделение; X - коэффициент теплопроводности по соответствующей оси; х, у, г - координаты; Т-температура в заданной точке.

Обоснованы и приняты следующие допущения: перемещение тепла в осевом направлении несущественно, что позволяет решать задачу в двумерной постановке; температуры на внутренней поверхности статора и внешней поверхности ротора маслозаполненных ПВЭД равны; температура всех деталей пакета ротора одинакова и равна температуре на его поверхности в расточке.

Геометрия модели при тепловом расчете (рис. 5) учитывает различные теплопроводности материалов элементов паза. Граничные условия по внутренней границе магнитопровода задаются потоком мощности от потерь в масле и добавочных потерь в элементах конструкции ротора и подшипников, теплоотдача с корпуса - конвекцией. Для расчета берется значение коэффициента теплоотдачи, вычисленное по эмпирическим методикам, либо рассчитывается только перегрев относительно корпуса, если задача это допускает.

Рис. 4. Распределение индукции по зазору Рис. 5. Модель для теплового расчета

В результате теплового расчета на КМИ получаем распределение температуры по сечению электрической машины, данные о температуре в конкретных точ-

ках. Картина перегревов, полученная на КИМ, в сочетании с эмпирическими данными о теплоотдаче с поверхности двигателя в пластовую жидкость позволяют определить предельные температуры пластовой жидкости в скважине, при которых допустима эксплуатация установки.

Оценка адекватности результатов моделирования произведена путем сравнения расчетных данных с результатами экспериментов на лабораторных макетах и серийных образцах ПВЭД производства ЗАО «Новомет-Пермь» в габарите 117 мм различной мощности (до 400 кВт). Для исключения влияния механических и гидравлических потерь, плохо поддающихся точной оценке, проверка точности предложенной методики вычисления электромагнитного момента проводилась на макетных образцах магнитной муфты в статическом режиме на измерительном стенде. Отличие расчетных данных от экспериментальных составило не более 3-г5%, что свидетельствует о высокой степени адекватности разработанных КИМ.

Третья глава посвящена исследованиям (на основе КИМ) разработанных технических решений, направленных на совершенствование серийных ПВЭД.

Проведены исследования сил одностороннего магнитного притяжения в конструкциях серийных ПВЭД, получена количественная оценка влияния технологических зазоров на силы одностороннего магнитного притяжения пакетов ротора. На рис. 6 приведено распределение силовых линий по сечению двигателя при смещении ротора. Видно, что в направлении радиального сдвига ротора магнитные линии гуще, то есть индукция выше, а, следовательно, сила, действующая на ротор, больше, чем с противоположной стороны. На рис. 7 для ПВЭД в габарите 117 мм с радиально намагниченными магнитами приведен график зависимости усилия, действующего на 1 метр активной длины двигателя, от сдвига оси ротора относительно оси статора. На основе исследований усовершенствованная и запатентованная конструкция ротора (рис. 8) и ее модификации с подшипниками скольжения с подвижными втулками, имеющими возможность изменять радиальный размер при воздействии осевой нагрузки. В разработанных конструкциях обеспечено снижение усилия на 1 метр активной длины в 3-г3,5 раза и виброскорости в 2+2,5 раза на частотах вращения, соответствующих резонансам.

Рис. 6. Распределение силовых линий по сечению машины при сдвиге ротора

3000 2500 2000 1500 1000 500 0

' Удельное у гилие, Н/м

//Л -1.6 мм

л У _ -2 мм

/

/ Сдвиг, мм

0,5

1,5

Рис. 7. Зависимости усилия, дейст- Рис.8. Фрагмент активной части ПВЭД; 1 -вующего на 1 метр активной длины статор, 2 - магнитопровод, 3 - корпуса под-двигателя, от сдвига оси ротора отно- шипников, 4 - вал, 5 - пакеты ротора, 6 - под-

сительно оси статора

вижные втулки, 7 - кольца с конусообразными торцевыми поверхностями, 8 - полукольцо, 9 • цилиндрическая втулка

т\ Ч 1\ я ї\

/

гр ЇМ уг >л, гр »4

\ І

\ /

— — 1 паз 2 паза паза

Рис. 9. Сечение ПВЭД с тремя пазами Рис.10. График зависимости удельного (на на внутренней поверхности зубцов ста- единицу длины активной части ПВЭД) реактора: 1 - технологический паз; 2 - ста- тивного момента от углового положения рото-тор; 3 - ротор; 4 - постоянный магнит ра при числе пазов 1, 2 и 3 на внутренней поверхности зубцов статора на рис. 9 Исследовано влияние конструктивных особенностей серийных ПВЭД с тангенциально и радиально намагниченными магнитами на роторе на реактивный момент. В частности, выявлено существенное влияние позиционирования технологических пазов в расточке двигателя (рис. 9) и их количества на реактивный момент. Предложены схемы расположения пазов, обеспечивающие уменьшение реактивного момента и улучшение пусковых свойств ПВЭД. Например, конструкция на рис. 9 с тремя технологическими пазами, равномерно расположенными на внутренней поверхности зубцов статора, обеспечивает уменьшение реактивного момента в 34-5 раз по сравнению с серийной с двумя пазами (рис. 10), что способствует улучшению пусковых свойств погружных двигателей, а также, снижению вибрации.

На КИМ исследованы тепловые процессы (рис. 11). В частности, определены зависимости максимального перегрева в обмотке относительно корпуса от потерь в ПВЭД при номинальных частотах вращения (рис. 12). Кривые позволяют, имея паспортную зависимость КПД двигателя от нагрузки, определять температуру внутри двигателя для его текущего режима в скважине, и применяются в специализированных программах для подбора оборудования и его режима в скважине.

40

1 і дт, гра; у /

/

/ / -ч -3000 -6000

/ р кВт/м

60 50 40 30 20 10 0

1 ДТ, гра і. р

/

¿У

1-3000

/ А 1-6000

4 , кВт/м

Рис. 11. Распределение тем-

2,0 4,0 а)

0,0

3,0

9,0

б)

пературы (относительно Рис. 12. Зависимость максимального перегрева в обмотке корпуса) по сечению ПВЭД от суммарных потерь в ПВЭД: а) для габарита 117 мм;

б) для габарита 130 мм

0,940 0,920 0,900 0,880 0,860 0,840 0,820

1 КЦ Ї /

Г ■0.7?

■0.78

1

і Мо; цност ь, о.е.

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20

По результатам исследований на КИМ и расчетов по традиционным методикам характеристик ПВЭД с различными параметрами обмотки сделан вывод о целесообразности применения обмоток, рассчитанных на максимально допустимое номинальное напряжение с увеличенным количеством эффективных проводников в

Рис. 13. Зависимость КПД от мощности для разных коэффициентов заполнения паза

пазу (технологический коэффициент заполнения паза 0,77-гО,79). Такое решение позволяет повысить КПД серийных машин для различных модификаций в среднем на (1+1,2)%. Зависимость КПД от мощности на валу в относительных единицах для разных коэффициентов заполнения паза представлена на примере двигателя в габарите 117 мм на 3000 об/мин мощностью 63 кВт. За базовое взято номинальное значение мощности. Двигатели имеют одинаковую геометрию железа статора и активной части ротора и отличаются только обмоточными данными.

При исследовании на КИМ также выявлено, что в установившемся режиме

из-за наличия перепада температур между валом и корпусом удлинение ротора относительно статора достигает 5 мм при длине секции до 8 м. Разработан способ сборки ПВЭД, учитывающий температурное удлинение.

Результаты, полученные при исследованиях, использованы в ОП «ОКБ БН» ЗАО «Новомет-Пермь» при разработке двигателей типа ПВЭДН.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям энергетических характеристик серийных погружных вентильных электроприводов при различных параметрах напряжения питания и регулировании частоты вращения УЭЦН.

Исследования проводились с использованием высокоточных сертифицированных и поверенных приборов и оборудования на стенде-скважине в ОАО «ОКБ БН КОННАС» и нагрузочном стенде в ЗАО «Новомет-Пермь». Получены экспериментальные зависимости КПД ПВЭД от момента на валу при синусоидальном и шестиимпульсном питающих напряжениях. Полученные результаты при номинальных частотах вращения двигателей представлены в табл. 1 и на рис. 14.

Рис. 14. Экспериментальная зависимость Рис. 15. Зависимость КПД двигателя от КПД ПВЭД от момента на валу при напряжения на частоте вращения 3000 частоте вращения 3000 об/мин. об/мин

Проведенные исследования показали, что эксплуатация станции управления с ПЧ универсального типа с подачей на ПВЭД напряжения синусоидальной формы позволяет увеличить КПД вентильных двигателей на 2-г2,5%. Для электродвигателей типа ПВЭДН (производства ЗАО «Новомет-Пермь») при частоте вращения 3000 об/мин максимальный КПД двигателей повышается с 91% до 93%, для двигателей с номинальной частотой вращения 6000 об/мин КПД лежит в интервале 92 -г 94%.Для вентильных двигателей других производителей, имеющих другую конструкцию ротора, это увеличение может быть другим.

Переход с шестиимпульсного питания ПВЭД на синусоидальное, позволяет также: увеличить КПД повышающего трансформатора до 0,5% (увеличение обу-

словлено снижением добавочных потерь в элементах конструкции трансформатора); снизить потребляемый ток и потери в питающем кабеле.

Таблица 1

Сравнительные характеристики ПВЭД при питании от синусоидального и

шестиимпульсного источника питания

Показатель ПВЭД

Нагрузка: НМ - нагрузочная машина; Н - насос НМ Н Н НМ

Габарит, мм 117 81 130 185

Номинальная мощность на валу, кВт 140 50 300 200

Номинальная частота вращения, об/мин 3000 6000 3000 3000

Мощность на валу, кВт 140,5 50,2 300,1 200,1

Частота вращения, об/мин 3000 6000 3000 3000

Потребляемый ток, при синус, питании, А 31,63 30,50 63,01 48,80

Потребляемая мощность, при синус, питании, кВт 152,5 56,3 323,4 211,1

Потребляемый ток, шестиимп. питание, А 32,6 31,7 64,9 49,8

Потребляемая мощность, шестиимп. питание, кВт 156,1 57,9 330,3 215,8

Температура корпуса, град. 117 45 60 140

КПД при синус, питании, % 92,1 89,1 92,8 94,8

КПД при шестимп. питании, % 90,0 86,7 90,9 92,7

Учитывая то, что на сегодняшний день частотное регулирование является наиболее экономичным и эффективным способом регулирования насосных установок, при исследованиях получены зависимости: КПД двигателя от напряжения (рис. 15); КПД двигателя от угла между ЭДС холостого хода и током; величины потребляемого тока от угла между ЭДС холостого хода и током; потерь в приводе от частоты ШИМ при различных выходных фильтрах ПЧ. Из анализа экспериментальных данных установлено, что напряжение, соответствующее минимуму потребляемого тока, отличается от соотношения, при котором достигается максимум КПД двигателя. Для минимизации потерь в УЭЦН необходимо настраивать ПЧ с учетом длины кабеля. В зависимости от комплектации конкретной установки, при малых глубинах погружения выгодным может оказаться режим максимального КПД двигателя, при больших глубинах - режим минимального тока.

На основании исследований были разработана и апробирована инженерная методика настройки на скважинах величины напряжения питания ПВЭД обеспечивающего минимальное значение потребляемого токадля текущего состояния системы «УЭЦН - скважина». Рассчитанные по методике значения напряжений и подобранные экспериментально совпадают с расхождением не более 1,5%.

В заключении обобщены основные результаты и выводы по работе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Предложен новый подход к практической реализации процедуры моделирования электромагнитных полей электрических машин в программе Атуя путем отказа от интерполяции данных между сетками, позволивший без потери точности снизить на порядок, по сравнению с классической методикой, время расчета. На его основе разработана и апробирована КИМ для исследования и проектирования ПВЭД фодпрограммами для автоматического построения моделей при параметрическом анализе по заданию пользователя. На основе натурного моделирования произведена проверка|цанногс|подхода и разработанной модели ПВЭД на адекватность.

2. На основе исследований ПВЭД на КИМ:

- Получена количественная оценка влияния технологических зазоров на силы одностороннего магнитного притяжения пакетов ротора; на ее основе усовершенствована и запатентована конструкция ротора, обеспечивающая снижение усилия на 1 метр активной длины в 3-К3,5 раза и виброскорости в 2^2,5 раза на частотах вращения, соответствующих резонансам.

- Оценено влияние конструктивных особенностей ПВЭД на реактивный момент, в том числе, выявлено существенное влияние на его величину расположения и количества технологических пазов на внутренней поверхности статора. Предложена схема позиционирования технологических пазов, обеспечивающая уменьшение реактивного момента в 3+5 раз, а также улучшение пусковых свойств ПВЭД.

3. Исследования на КИМ и расчеты по традиционным методикам характеристик ПВЭД с различными параметрами обмотки позволили, в частности, установить, что применение обмоток, рассчитанных на максимально допустимое номинальное напряжение с увеличенным количеством эффективных проводников в пазу (технологический коэффициент заполнения паза 0,77+0,79) позволяет повысить КПД серийных машин в среднем на (1-4,2)%.

4. Составленные по результатам экспериментальных и теоретических исследований рекомендации по выбору напряжения питания ПВЭД позволяют повысить энергоэффективность УЭЦН: увеличить КПД вентильных двигателей на 2+2,5%, повысить КПД повышающего трансформатора на величину до 0,5%, снизить потребляемый ток (до 6%) и потери в питающем кабеле (до 12%). Разработана и апробирована методика настройки величины напряжения питания ПВЭД, обеспечивающая минимальное значение потребляемого тока для текущего состояния системы «УЭЦН - скважина».

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Хоцянов И.Д. Оптимизированный по времени расчет электромагнитных и тепловых полей электромеханических устройств с постоянными магнитами в программе Ansys II «Вестник МЭИ», 2012. № 4. - с. 36-42.

2. Хоцянов И.Д., Санталов А.М., Кирюхин В.П., Хоцянова О.Н. Вентильные электроприводы для центробежных насосов // «Вестник МЭИ», 2007. № З.-с. 21-26.

3. Хоцянов И., Санталов А.., Перельман О., Рабинович А., Пошвин Е., Коше-лев С. Погружные вентильные двигатели. История, конструктивные особенности, возможности // «Нефтегазовая вертикаль», 2011, № 12 - с. 58-65.

4. Хоцянов И.Д., Санталов A.M., Стенин С.Л., Хоцянова О.Н. Погружные вентильные электроприводы // Электротехнические комплексы автономных объектов: Сборник научных трудов. - М.: Издательский дом МЭИ, 2008. - с. 34-37.

5. Хоцянов И.Д., Хоцянова О.Н. Расчет тепловых и электромагнитных полеГ электромеханических устройств в версии Academic Teaching Ansys для ВУЗОВ./ Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Семнадцатая Межд. науч.-техн конф. студентов и аспирантов: Тез. докл.: В 3-х т. - М.: издательский дом МЭИ 2011. Т.2.-с. 91-93

6. Хоцянов И.Д., Хоцянова О.Н. Моделирование погружных вентильны; электродвигателей // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Пятнадца тая Межд. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл.: В 3-х т. - М.: из дательский дом МЭИ, 2009. Т.2. - с. 89-91.

7. Хоцянов И.Д., Хоцянова О.Н. Разработка методики расчета погружньп асинхронных электродвигателей // Радиоэлектроника, электротехника и энергети ка: Четырнадцатая Межд. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл.: I 3-х т. - М.: издательский дом МЭИ, 2008. Т.2. - е.. 74-75.

8. Хоцянов И.Д., Хоцянова О.Н. Особенности макетирования погружньп электродвигателей. // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Шестна дцатая Межд. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл.: В 3-х т. - М. издательский дом МЭИ, 2010. Т.2. - с. 81-82.

9. Пат. 2 380 810 Российская Федерация: МКП Н02К 5/12, Н02К 5/132, H02I 5/24. Погружной электродвигатель / Хоцянов И.Д., Пошвин Е.В, Санталов A.M. Хоцянова О.Н.; опубл. 27.01.2010., Бюл. № 3.

10. Полезная модель к пат. 115 131 Российская Федерация: МКП Н02К 29/0С Н02К 21/12. Вентильный электродвигатель / Хоцянов И.Д., Горбунов Д.В., Коше лев С.Н., Пошвин Е.В. и др.; опубл. 20.04.2012., Бюл. №11.

Подписано в печать Зак. ш Тир. foö Пл </,<-W

Полиграфический центр ФГБОУ ВПО НИУ «МЭИ» Красноказарменная улица, д. 13. )

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОГРУЖНЫХ НЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ НАСОСОВ.

1.1. Состав регулируемого электропривода установок электроцентробежных и электровинтовых насосов.

1.2. Оценка энергетической эффективности вентильных электроприводов погружных нефтедобывающих насосов.

1.3. Конструктивные особенности погружных вентильных электродвигателей, применяющихся в составе электропривода нефтедобывающих насосов.

1.4. Оценка возможности повышения ресурса и характеристик погружных вентильных электродвигателей за счет совершенствования конструкции и применения новых материалов.

1.5. Характеристики узлов вентильного электропривода нефтедобывающих насосов, влияющие на энергоэффективность.

Выводы по главе 1.

2. КОМПЬЮТЕРНАЯ ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ПОГРУЖНОГО ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ И ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ.

2.1. Выбор метода анализа электромагнитных и тепловых процессов в погружных вентильных электродвигателях.

2.2. Моделирование электромагнитных процессов в погружных вентильных электродвигателях.

2.3. Реализация в программе АШУБ модели для расчета электромагнитных процессов в погружном вентильном электродвигателе.

2.4. Проверка адекватности разработанной модели электромагнитных процессов.

2.5. Моделирование в программе Ашуя теплового состояния погружного вентильного электродвигателя.

2.6. Экспериментальное определение тепловых параметров исследуемой системы и их сравнение с результатами расчета.

Выводы по главе 2.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОГРУЖНЫХ ВЕНТИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ.

3.1. Исследование радиальной силы одностороннего магнитного притяжения для различных конструкций роторов погружных вентильных электродвигателей.

3.2. Исследование влияния конструктивных особенностей на реактивный момент.

3.3. Учет теплового расширения элементов конструкции.

3.4. Исследование перегревов в обмотке.

3.5. Исследование влияния параметров обмотки электромеханического преобразователя на КПД.

Выводы по главе 3.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОГРУЖНЫХ ВЕНТИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ.

4.1. Исследование энергетических характеристик погружного вентильного электропривода при питании от синусоидального и от шестиимпульсного источника питания.

4.2. Исследование зависимости КПД погружного вентильного электродвигателя от величины напряжения питания.

4.3. Методика определения оптимального напряжения питания погружного вентильного электродвигателя, исходя из условий эксплуатации.

Выводы по главе 4.

Нефтедобывающая отрасль играет важную роль в экономике России. По объемам добычи нефти Российская Федерация занимает лидирующее место в мире. По данным Мирового энергетического агентства (International Energy Agency), в ближайшие десятилетия - до 2030 ^потребление нефти возрастет до 7,1 млрд. т, при этом её роль в мировом балансе останется определяющей. В структуре себестоимости нефтедобычи вследствие ухудшения структуры запасов нефти и роста доли механизированной добычи происходит устойчивый рост затрат на электроэнергию [15]. Доля трудно извлекаемых запасов нефти (низко проницаемые пласты, остаточные запасы, глубокозалегающие горизонты и т.п.) в настоящее время составляет не менее 65%[66]. Кроме того, крупнейшие месторождения, открытые в 60-70-х годах XX века, значительно истощены, и добыча их при существующих технологиях требует значительных энергетических затрат. Так, в настоящее время на стоимость электроэнергии приходится 30-35% себестоимости добычи нефти [14].

Мероприятия по усовершенствованию электротехнических комплексов нефтедобычи ведутся постоянно по всем направлениям, формирующим себестоимость, и, в первую очередь, в направлениях снижения энергозатрат и повышения ресурса средств механизированной добычи нефти. Большое значение уделяется также оптимизации функциональных характеристик и режимов работы, обеспечивающих повышение добывных возможностей скважины.

Одним из основных средств механизированной добычи нефти являются установки электроцентробежных насосов (УЭЦН). В РФ более 45 % всех нефтяных скважин оснащены УЭЦН. Ими обеспечивается основной объем добычи нефти (по разным данным не менее 75 %) [15, 17, 53, 56, 66]. В Западной Сибири с использованием УЭЦН добывается до 90 % нефти. Количество скважин, оборудованных УЭЦН, превышает 20 тысяч штук.

Тенденция возрастающего использования УЭЦН, по всей видимости, сохранится.

Для реализации экономичных способов изменения отбора все шире используются установки с регулируемой частотой вращения. Высокая эффективность применения такого электропривода для оптимизации режимов работы различных технологических систем подтверждена многолетним мировым опытом [4, 5, 13, 33, 36]. Важный вклад в теорию и практику регулируемого электропривода внесли: А.Я. Бернштейн, Н.Ф. Ильинский, В.И. Ключев, М.П. Костенко, Г.Б. Онищенко, A.C. Сандлер, P.C. Сарбатов и другие.

Регулируемые электроприводы для установок электроцентробежных и винтовых насосов строятся либо по схеме преобразователь частоты (ПЧ) -асинхронный двигатель (АД), либо по схеме вентильного электродвигателя, когда частота и фаза выходного напряжения ПЧ жестко связаны с положением ротора электромеханического преобразователя, выполняемого, как правило, по типу синхронной машины с возбуждением от постоянных магнитов. В состав электропривода установок электроцентробежных и винтовых насосов входят также кабель и повышающий трансформатор. Вентильный электропривод по своим энергетическим характеристикам превосходит асинхронные приводы, как регулируемые, так и нерегулируемые, решает многие технологические и ресурсные задачи при эксплуатации установок. В области частот вращения от 1500 до 4000 об/мин погружные вентильные электродвигатели (ПВЭД) имеют повышенный на 6-М0% КПД по сравнению с приводом на основе асинхронных двигателей (АД) с регулированием от ПЧ. При одном и том же напряжении питания потребляемый ими ток примерно на 20% меньше, что позволяет снизить потери в кабеле и увеличить его ресурс. За счет низкого перегрева обеспечивается также увеличение ресурса ПВЭД, снижается интенсивность коррозии, появляется возможность работы с пизкооборотными насосами и нестабильными потоками [8,9, 34, 50].

Важным обстоятельством, влияющим на выбор нефтяными компаниями типа погружного электродвигателя (ПЭД), являются существующие тарифы на электроэнергию и имеющаяся разница в цене на асинхронные и вентильные двигатели в комплекте со станцией управления. Быстрый рост тарифов на электроэнергию в 2008 г. совпал с быстрым падением цен на нефть. Это обстоятельство заставило все без исключения нефтяные компании акцентировать усилия на задаче энергосбережения и способствовало значительному увеличению спроса на ПВЭД. По результатам эксплуатации компании получили подтверждение снижения энергопотребления установок с ПВЭД на 5 -г 30% [7, 28, 46, 55, 69].

В настоящее время в компании ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь» внедрение ПВЭД является одним из основных инструментов программы энергоэффективной эксплуатации оборудования. Например, в ТПП «Покачевнефтегаз» число действующих на месторождениях компании установок с ПВЭД только за 2011 год увеличилось с 398 до 623 штук при действующем фонде У ЭЦП - 1960 единиц. На месторождениях компании за счет замены асинхронных ПЭД на вентильные энергопотребление УЭЦН снижено в среднем на 20% [55].

В нефтяной компании ОАО «ТНК-ВР» дополнительно к замерам энергопотребления на 603 скважинах Самотлорского месторождения провели расчеты, которые показали, что при существовавших в 2011 г. тарифах на энергию и при существовавшей разнице в цене для получения принятого в ОАО «ТНК-ВР» индекса доходности (Р1) более 1,5 необходимо снижение потребляемой активной мощности не менее чем на 17% [69]. В этом случае проекты снижения энергопотребления даже методом массовой замены погружных асинхронных электродвигателей на вентильные не будут уступать другим мероприятиям по энергосбережению.

Учитывая, что тарифы па электроэнергию постоянно растут в среднем на 10-г12% в год, также растет доля трудно извлекаемых запасов нефти, привлекательность эксплуатации установок с вентильными электроприводами будет увеличиваться.

История создания ПВЭД для установок нефтедобывающих насосов в России насчитывает более 15 лет. Общее число, поступивших в эксплуатацию ПВЭД (по данным, опубликованным в печати на начало 2012 года), уже приблизилось к 5000 шт. и постоянно растет [8, 35, 52, 55]. Установки с ПВЭД производства ООО «РИТЭК-ИТЦ» успешно эксплуатировались в 1617 скважинах (по состоянию на 31.12.2011 г.). Производственной компанией «Борец» изготовлено порядка 2000 таких изделий. ЗАО «Новомет-Пермь» поставлено заказчикам около 1000 штук ПВЭД. Электродвигатели выпускаются с частотами вращения от 100 до 6000 об/мин, с мощностью в одной секции от 6 до 400 кВт с диаметром корпуса (далее габаритах) 81, 92, 103, 117, 130 мм. Им нет альтернативы как в области частот вращения от 100 до 1500 об/мин, так и частот вращения выше 4000 об/мин, а также в приводе установок 3-го и меньших габаритов (минимальный внутренний диаметр скважины для 2А габарита равен 88 мм, для 3 габарита - 100 мм) для всех частот вращения.

За последние годы основными изготовителями ОАО «AJ1HAC», ПК «Борец», ЗАО «Новомет-Пермь», ООО «РИТЭК-ИТЦ» проделана большая работа по повышению качества как традиционных электропогружных установок с АД, так и сравнительно новых - с ПВЭД. Важный вклад в разработку и внедрение ПВЭД внесли многие отечественные исследователи: Гинзбург М.Я., Павленко В.И., Сагаловский В.И., Сагаловский A.B., Русаков A.M., Санталов A.M. и другие.

Несмотря на значительное число публикаций по теме ПВЭД серийные двигатели нуждаются в дальнейшем техническом совершенствовании, которое позволило бы обеспечить рост эффективности их использования в нефтяной отрасли за счет повышения энергетических характеристик приводов, расширения функциональных возможностей и увеличения ресурса. Потенциал повышения технико-экономических показателей электроприводов с ПВЭД в настоящее время не исчерпан.

Таким образом, с учетом возрастающих требований к повышению эффективности добычи нефти сегодня имеются все необходимые предпосылки для технического совершенствования используемых серийных ПВЭД. Следовательно, необходимы и актуальны работы по исследованию возможностей технического их совершенствования.

Целью настоящей диссертационной работы является исследование возможностей и разработка средств совершенствования серийных ПВЭД для нефтедобывающих насосов за счет улучшения их технико-экономических показателей и, в том числе, повышения их энергоэффективности.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

1. Выполнен анализ конструкций серийных ПВЭД для нефтедобывающих насосов, выявлены доступные для доработки значимые параметры и характеристики ПВЭД, влияющие на энергоэффективность и на другие технико-экономические показатели. В частности, выявлено влияние технологических допусков элементов конструкции на силы магнитного притяжения, а также влияние расположения и количества технологических пазов в расточке статора на реактивный момент.

2. Разработан новый подход к моделированию электромагнитных полей электрических машин в программе Апхуя, снижающий на порядок, по сравнению с классической методикой, время расчета без потери точности. На его основе разработана и апробирована компьютерная имитационная модель (КИМ) для исследования и проектирования ПВЭД с подпрограммами для автоматического построения моделей при параметрическом анализе по заданию пользователя.

3. На основе проведенных па КИМ исследований, расчетов, а также экспериментов разработаны новые конструкции узлов серийных ПВЭД, улучшающие их характеристики и потребительские свойства.

4. Ыа основании экспериментальных и теоретических исследований характеристик вентильных электроприводов погружных насосов при различных режимах питания даны рекомендации по выбору энергоэффективных режимов.

Объект исследования

Объектом исследования в работе являются электроприводы центробежных и винтовых нефтедобывающих насосов с серийными погружными маслонаполненными вентильными электродвигателями.

Электропривод установок нефтедобывающих насосов состоит из наземной и погружной частей. В состав наземной части входит повышающий трансформатор с первичным напряжением 0,38 кВ и напряжением ступеней регулирования до 5,5 кВт, станция управления, состоящая из преобразователя частоты (ПЧ), фильтра (в случае с ШИМ) и ряда вспомогательных систем. Станция управления подключается к промышленной трехфазной сети напряжением 380 В, частотой 50 Гц. Погружная часть электропривода состоит из ПВЭД и кабельной линии.

Методы исследования

Поставленные задачи решались автором, как в теоретических работах, так и экспериментально: на стендах с сертифицированным оборудованием, а также в промысловых условиях. В работе использованы методы теории поля, теории электрических и магнитных цепей, теории электрических машин и электропривода, принципы системного анализа. Для обработки полученных результатов применены программа Ма^гСАЭ, специализированные программы. Исследования электромагнитных и тепловых процессов в ПВЭД проводились в программной среде Атух с помощью специально разработанных КИМ, основанных на методе конечных элементов.

Достоверность полученных результатов

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждены:

- Согласованием полученных результатов исследования с соответствующими известными положениями из теории электрических машин, теории электрических цепей и электропривода. Моделированием в современных программных продуктах, доказательством адекватности моделей по выполняемым функциям, а также их апробацией на уровне публикаций.

- Детальной экспериментальной проверкой всех конструктивных решений, выводов, рекомендаций (с использованием сертифицированного оборудования и приборов ведущих мировых производителей).

Научная новизна выполненной работы заключается в том, что впервые:

1. Предложен новый подход к моделированию электромагнитных полей электрических машин в программе Л/г^ без интерполяции данных между сетками, позволивший без потери точности снизить на порядок, по сравнению с классической методикой, время расчета. На его основе разработана и апробирована КИМ для исследования и проектирования ПВЭД с подпрограммами для автоматического построения моделей при параметрическом анализе по заданию пользователя.

2. На основе исследований ПВЭД с помощью КИМ:

- получена количественная оценка влияния технологических зазоров на силы одностороннего магнитного притяжения пакетов ротора в ПВЭД, на ее основе усовершенствована и запатентована конструкция ротора, обеспечивающая снижение усилия на 1 метр активной длины в 3-К3,5 раза и виброскорости в 2-г2,5 раза на резонансных частотах вращения;

- выявлено и оценено влияние расположения и количества технологических пазов в расточке статора на технико-экономические показатели ПВЭД, предложена схема расположения технологических пазов, обеспечивающая уменьшение реактивного момента в 3-г5 раз и улучшение пусковых свойств ПВЭД.

3. На основании экспериментальных и теоретических исследований разработана и апробирована инженерная методика настройки величины напряжения питания ПВЭД, обеспечивающая минимальное значение потребляемого тока для текущего состояния системы «УЭЦН - скважина».

Практическая ценность выполненной работы заключается в следующем:

1. Разработанная КИМ для исследования и проектирования ПВЭД позволяет с учетом конструктивных особенностей и алгоритмов управления с малыми затратами времени (на порядок ниже, по сравнению с классической методикой), с требуемой точностью в соответствии с потребностями серийного производства рассчитывать выходные показатели и характеристики при параметрическом моделировании, решать задачи по уточнению данных с целью получения требуемых характеристик.

2. Усовершенствованная и запатентованная конструкция ротора со специальными кольцами, меняющими радиальный размер при воздействии осевой нагрузки, позволяет при сохранении технологичности сборки, за счет существенного снижения уровня вибрации расширить рабочий диапазон частот вращения ПВЭД с 3000 до 6000 об/мин и за счет этого сократить габариты установки.

3. Полученные в результате исследований рекомендации по конфигурации листа статора и параметрам обмотки позволяют улучшить эксплуатационные характеристики серийных двигателей, в том числе, повысить надежность запуска и ресурс за счет уменьшения в 3-1-5 раз реактивного момента, увеличить КПД ПВЭД па 1+1,2%.

4. Составленные по результатам экспериментальных исследований рекомендации по выбору напряжения питания ПВЭД позволяют повысить энергоэффективность УЭЦН: увеличить КПД вентильных двигателей на

2-г2,5%, повысить КПД повышающего трансформатора на величину до 0,5%, снизить потребляемый ток (до 6%) и потери в питающем кабеле (до 12%).

Внедрение результатов работы

Результаты диссертационной работы использованы на следующих предприятиях.

1. ОП «ОКБ БН» ЗАО «Новомет-Пермь» при разработке погружных вентильных электродвигателей типа ПВЭДН в габаритах 81, 117, 130 мм.

2. ЗАО «АВАНТО» при проведении работ по разработке вентильных электроприводов различного назначения, в том числе и погружных.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Электротехнические комплексы автономных объектов» ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МЭИ», а так же на следующих конференциях:

- четырнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов, Москва, МЭИ (ТУ), 28-29 февраля 2008 г.;

- пятнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов, Москва, МЭИ (ТУ), 26-27 февраля 2009 г.;

- шестнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов, Москва, МЭИ (ТУ), февраль 2010 г.;

- семнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов, Москва, МЭИ (ТУ), 24-25 февраля 2011 г.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Новый подход к моделированию электромагнитных полей электрических машин в программе АпБуя без интерполяции данных между сетками, позволивший без потери точности снизить па порядок, по сравнению с классической методикой, время расчета, а также: а) разработанная на его основе КИМ для исследования и проектирования ПВЭД с подпрограммами для автоматического построения моделей при параметрическом анализе по заданию пользователя; б) результаты проверки адекватности разработанной модели.

2. Результаты исследований ПВЭД на КИМ и рекомендации по совершенствованию его узлов и деталей, представленные в виде конструктивных решений, позволяющих улучшить эксплуатационные характеристики серийных электродвигателей.

3. Результаты экспериментальной оценки зависимости КПД погружных вентильных электроприводов от параметров напряжения на выходе ПЧ и рекомендации по выбору энергоэффективного режима, представленные в виде методики настройки величины напряжения питания ПВЭД, обеспечивающей минимальное значение потребляемого тока для текущего состояния системы «УЭЦН - скважина».

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Хоцянов И. Д. Оптимизированный по времени расчет электромагнитных и тепловых полей электромеханических устройств с постоянными магнитами в программе Ansys II «Вестник МЭИ», 2012. № 4. - С. 36-42.

2. Хоцянов И.Д., Санталов A.M., Кирюхин В.П., Хоцянова О.Н. Вентильные электроприводы для центробежных насосов // «Вестник МЭИ», 2007. №3.- С. 21-26.

3. Хоцянов И., Санталов А., Перельман О., Рабинович А., Пошвин Е., Кошелев С. Погружные вентильные двигатели. История, конструктивные особенности, возможности // «Нефтегазовая вертикаль», 2011, № 12-е. 58-65.

4. Хоцянов И.Д., Санталов A.M., Стенин С.Л., Хоцянова О.Н. Погружные вентильные электроприводы // Электротехнические комплексы автономных объектов: Сборник научных трудов. - М.: Издательский дом МЭИ, 2008.

С.34-37.

5. Хоцянов И.Д., Хоцянова О.Н. Расчет тепловых и электромагнитных полей электромеханических устройств в версии Academic Teaching Ansys для ВУЗОВ.// Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Семнадцатая Межд. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл.: В 3-х т. - М.: Издательский дом МЭИ, 2011. Т.2. - С. 91-93.

6. Хоцянов И.Д., Хоцянова О.Н. Моделирование погружных вентильных электродвигателей // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Пятнадцатая Межд. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез.докл.: В 3-х т. - М.: Издательский дом МЭИ, 2009. Т.2. - С. 89-91.

7. Хоцянов И.Д., Хоцянова О.Н. Разработка методики расчета погружных асинхронных электродвигателей // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Четырнадцатая Межд. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез.докл.: В 3-х т. - М.: Издательский дом МЭИ, 2008. Т.2. - С. 74-75.

8. Хоцянов И.Д., Хоцянова О.Н. Особенности макетирования погружных электродвигателей. // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Шестнадцатая Межд. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез.докл.: В 3-х т. - М.: Издательский дом МЭИ, 2010. Т.2. - С. 81-82.

9. Пат. 2 380 810 Российская Федерация: МПК Н02К 5/12, Н02К 5/132, Н02К 5/24. Погружной электродвигатель / Хоцянов И.Д., Пошвин Е.В, Санталов A.M., Хоцянова О.П.; заявитель и патентообладатель ЗАО «Новомет-Пермь» - № 2008149649/09 , заявл. 16.12.08; опубл. 27.01.10, Бюл. № 3.

10. Полезная модель к пат. 115 131 Российская Федерация: МПК Н02К 29/00, МПК Н02К 21/12. Вентильный электродвигатель / Горбунов Д.В., Кошелев С.Н., Хоцянов И.Д. и др.; заявитель и патентообладатель ЗАО «Новомет-Пермь» - № 2011138767/07, заявл. 21.09.2011; опубл. 20.04.12, Бюл. № И.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 71 наименования. Ее содержание изложено на 172 страницах машинописного текста, включая 84 рисунка, 24 таблицы и 2 приложения.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4

1. При питании погружного вентильного двигателя синусоидальным напряжением, повышается его КПД на 2 2,4 % по сравнению с шестиимпульсным питанием. КПД трансформатора повышается на величину порядка 0,3 - 0,5 %

2. При исследовании работы погружного электродвигателя с питанием от преобразователя частоты с ШИМ выходного напряжения без выходного ЬС -фильтра выявлен значительный рост (в 2,5 раза) потерь в трансформаторе. В связи со значительным повышением частоты и пиковых значений напряжения высоковольтной стороны трансформатора прогнозируется ускоренное старение изоляции кабеля и трансформатора. Эксплуатация преобразователя частоты с ШИМ выходного напряжения без выходного ¿С - фильтра не рекомендуется.

3. С точки зрения энергетических показателей установки, в большинстве случаев при длине кабеля более 1500 м оптимален подбор напряжения на выходе ПЧ, направленный на достижение минимального тока двигателя. Методика подбора напряжения на выходе ПЧ, реализующая принцип минимизации потребляемого двигателем тока, представляет практическую ценность при настройке оборудования в полевых условиях.

4. При малых глубинах скважин оптимальным с точки зрения экономии электроэнергии может быть напряжение, соответствующее максимальному КПД электродвигателя, но такой подход к настройке ПЧ трудоемок и малоприменим на практике.

5. Подбор напряжения, направленного на повышение со$(р на выходе станции управления, приводит к повышению потерь во всех частях установки: двигателе, кабеле, трансформаторе. При том, что со$<р на выходе станции управления не связан с соя(р потребляемой из сети электроэнергии, ориентация на повышение соя(р при определении выходного напряжения преобразователя частоты недопустима.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные теоретические и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. На основании анализа конструкций серийных ПВЭД для нефтедобывающих насосов, выявлены доступные для доработки значимые параметры и характеристики ПВЭД, влияющие на энергоэффективность, ресурс и на другие технико-экономические показатели. В частности, это влияние технологических допусков элементов конструкции на силы магнитного притяжения, а также влияние расположения и количества технологических пазов в расточке статора на реактивный момент.

2. Предложен новый подход к практической реализации процедуры моделирования электромагнитных полей электрических машин в программе А/г^уя путем отказа от интерполяции данных между сетками при моделировании вращения ротора, позволивший без потери точности снизить на порядок, по сравнению с классической методикой, время расчета. На его основе разработана и апробирована КИМ для исследования и проектирования ПВЭД с подпрограммами для автоматического построения моделей при параметрическом анализе по заданию пользователя. На основе натурного моделирования произведена проверка данного подхода и разработанной модели ПВЭД на адекватность. Расхождение по выходным показателям не превышает 5 %.

3. На основе исследований ПВЭД на КИМ:

- Получена количественная оценка влияния технологических зазоров на силы одностороннего магнитного притяжения пакетов ротора; на ее основе усовершенствована и запатентована конструкция ротора, обеспечивающая снижение усилия на 1 метр активной длины в 3-^3,5 раза и виброскорости в 2-г2,5 раза на частотах вращения, соответствующих резонансам. Существенное снижение уровня вибрации позволяет расширить рабочий диапазон частот вращения ПВЭД с 3000 до 6000 об/мин и за счет этого сократить габариты установки.

- Оценено влияние конструктивных особенностей ПВЭД на реактивный момент, в том числе, выявлено существенное влияние на его величину расположения и количества технологических пазов на внутренней поверхности статора. Предложена схема позиционирования технологических пазов, обеспечивающая уменьшение реактивного момента в 3+5 раз и улучшение пусковых свойств ПВЭД.

4. Исследования на КИМ и расчеты по традиционным методикам характеристик ПВЭД с различными параметрами обмотки позволили, в частности, установить, что применение обмоток, рассчитанных на максимально допустимое номинальное напряжение с увеличенным количеством эффективных проводников в пазу (технологический коэффициент заполнения паза 0,77+0,79) позволяет повысить КПД серийных машин в среднем на 1 + 1,2% и снизить рабочий ток двигателя, а, следовательно, и потери в кабеле.

5. Составленные по результатам экспериментальных и теоретических исследований рекомендации по выбору типа питания ПВЭД позволяют повысить энергоэффективность УЭЦН: увеличить КПД вентильных двигателей на 2+2,5%, повысить КПД повышающего трансформатора на величину до 0,5%, снизить потребляемый ток (до 6%) и потери в питающем кабеле.

6. С точки зрения энергетических показателей установки, в большинстве случаев оптимален подбор напряжения на выходе ПЧ, направленный на достижение минимального тока двигателя. Методика подбора напряжения на выходе ПЧ, реализующая принцип минимизации потребляемого двигателем тока, представляет практическую ценность при настройке оборудования в условиях эксплуатации на скважине. Подбор напряжения, нацеленный на повышение созф на выходе станции управления, приводит к повышению потерь во всех частях установки: двигателе, кабеле, трансформаторе и никак не отражается на качестве потребляемой установкой из сети электроэнергии.

1. Аракелян А.К., Афанасьев A.A. Вентильные электрические машины и регулируемый электропривод: В 2-х кн. / Кн. 1: Вентильные электрические машины. М.: Энергоатомиздат, 1997. - 509 с.

2. Аракелян А.К., Афанасьев A.A. Вентильные электрические машины и регулируемый электропривод: В 2-х кн. / Кн. 2: Регулируемый электропривод с вентильным двигателем. М.: Энергоатомиздат, 1997. - 468 с.

3. Баткилин М.Е. Пути повышения эффективности вентильного привода УЭЦН // «Инженерная практика», 2012. № 3 С. 118 - 123.

4. Богданов A.A. Вопросы повышения эффективности эксплуатации скважин погружными электронасосами// Обзорная информ. Сер. Машины и нефтяное оборудование. М.: ВНИИОЭНГ,- 1976.- С.34-41.

5. Богданов A.A. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти. М.: Недра, 1968,- 272 с.

6. Буль О.Б. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов. Программа ANSYS: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений -М.: Издательский центр «Академия», 2006. 288 с.

7. Васильченко В.А., Романов A.A. Повышение энергоэффективности добычи нефти в ООО «РН-ЮГАНСКНЕФТЕГАЗ» // «Инженерная практика», 2012. № 3-С. 92-98.

8. Гинзбург М.Я. Вентильный привод УЭЦН и УЭВН пример успешной реализации синергетического эффекта в технике // «Инженерная практика», 2012. № 3 - С. 128 - 134.

9. Гинзбург М.Я., Павленко В., Камалетдинов Р. История одного изобретения // «Нефтегазовая вертикаль», 2006. № 12.

10. Горбунов Д. Вентильный двигатель // «Арсенал нефтедобычи», 2008. № 3(6). ЗАО «Новомет-Пермь». - С. 19-21.

11. Григорьева О. «Проблемы работы УЭЦН на месторождениях Компании обсуждали в Нижневартовске»//«Новатор», 2007. №18 С. 23-27.

12. Журнал горнопромышленников России «Берг привилегии» Электронный ресурс. / 2010. № 2 Наступает новый этап добычи российской нефти. Необходима новая парадигма. URL.:http://berg-privileg.com (дата обращения: 04.05.2011)

13. Зайцев А. В., Лядов Ю. С. Регулируемый электропривод и его роль в энергосбережении // Электротехнические комплексы и системы управления. 2006. № 2. С. 35-37.

14. Зуев А. Энергосбережение в добыче: каждый киловатт на счету // «Новатор», 2009. № 28 С.4-7.

15. Ивановский В.Н. Энергетика добычи нефти: основные направления оптимизации энергопотребления // «Инженерная практика», 2011, № 6 С. 1826.

16. Игнатьев М. Энергосбережение и энергоэффективность. // «Нефтегазовая Вертикаль», 2010, №12 С. 62-71.

17. Ильинский Н.Ф., Москаленко В.В. Электропривод: энерго- и ресурсосбережение: учеб. Пособие для студ. высш. учеб. заведений М.: Издательский центр «Академия», 2008. - 208 с.

18. Ильин А. Тщательно отобранное напряжение // «Нефтегазовая Вертикаль», 2006. №12 С. 94-96.

19. Камалетдинов P.C. Повышение эффективности работы скважинных насосов путем применения вентильных погружных электродвигателей // Автореферат диссертации на соискание уч. степени к.т.н. М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2007. - 20 с.

20. Клявлин A. ANSYS, Inc.: современные методы моделирования электромагнитного поля // «САПР и графика», № 6, 2011. С. 52-54.

21. Корышев О.В. Оценка теплового состояния погружных электродвигателей // Материалы 6-ой Международной конференции и выставки «Механизированная добыча 2009» , 22-24 апреля 2009.

22. Костенко М.П., Пиотровский JI.M. Электрические машины. В 2-х ч. Ч. 2. Машины переменного тока. Учебник для студентов высш. техн. учеб. заведений. - Л.: Энергия, 1973. - 648 с.

23. Копылов И.П. Электрические машины: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 360 с.

24. Многофазная синхронная машина с возбуждением от постоянных магнитов. Математическая модель электромагнитного расчета / Лопатин В.В., Швецов Н.И., Мордвинов Ю.В., Глазкова Л.В. // М.: Издательство HI ill ВНИИЭМ, 1988.-82 с.

25. Мякушев К. Современные методы расчета электрических машин // «САПР и графика», № 5, 2001.

26. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: Теория поля. т. 2 -М.: Наука, 1988.-509 с.

27. Лунев Н.В. Опыт эксплуатации ВЭД, ЭЦН 5-й группы, фазопреобразователей и вихревых газосепараторов в условиях месторождений ТНК-ВР // «Инженерная практика», 2011. № 5 С. 12-23.

28. Лунев Н.В., Амельченко В.Г., Каверин М.Н., Косилов Д.А. Результаты сравнительных промысловых испытаний энергопотребления вентильных и асинхронных ПЭД // «Инженерная практика», 2012. № 3 С. 124 -126.

29. Надежность электрических машин: учеб. пособие для вузов / Н.Л. Кузнецов. М.: Издательский дом МЭИ, 2006. - 432 с.

30. Непомнящий М.А. Погружные электродвигатели для скважинных насосов Кишинев: Штиница, 1982. - 168 с.

31. Окунеева H.A. Разработка и исследование электропривода для нефтедобывающих насосов с погружным магнитоэлектрическим двигателем // Автореферат диссертации на соискание уч. степени к.т.н. М.: МЭИ(ТУ), 2008. -20 с.

32. Оптимальная защита магнитов NdFeB от коррозии. По материалам статьи С.Р. Траут Spontaneous Materials // Магнитное общество: Бюллетень, том 4, № 4 , 22 декабря 2003 г.

33. Павленко В.И., Гинзбург М.Я. Еще раз об энергоэффективности вентильных приводов УЭЦН// «Инженерная практика», 2011. №6 С. 53-57.

34. Павленко В.И., Гинзбург М.Я. Новый высокоэффективный привод для погружных центробежных и вихревых насосов // «Технологии ТЭК», 2004. № 6 С. 47-52.

35. Павленко В.И., Гинзбург М.Я. Тенденция замены ПЭД на ВД: Мир последовал за инновацией ЛУКОЙЛа // «Нефтегазовая вертикаль», 2010. №20 С. 56-60.

36. Павленко В., Климов В., Климов И. Сравнительный анализ электромагнитных процессов в структурах электроприводов нефтедобывающей промышленности // «Силовая электроника», 2010. № 3 С. 30-35.

37. Петров Г.Н. Электрические машины. Часть I. М.: Энергия, 1974.240 с.

38. Погружные вентильные электродвигатели «НОВОМЕТ» // Проспект ГК «НОВОМЕТ» 4 с. URL: http:// www.novomet.ru/pdf/2012ru/Motorprint.pdf (дата обращения 15.10.2012).

39. Полухин Р. Новые разработки компании «Борец», направленные на снижение себестоимости добычи нефти // Материалы 6-ой Международнойконференции и выставки «Механизированная добыча 22-24 апреля 2009 г. -М., 2009.

40. Пономарев Р.Н. Аварийные отказы оборудования УЭЦН и разработка мероприятий по их устранению: Дис. канд. техн. наук. Уфа, 2006. - 136 с.

41. Пошвин Е.В. Термостойкий погружной электродвигатель // «Арсенал нефтедобычи», 2011. № 2 С. 24-29.

42. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов. В 2-х кн.: кн. 1/ И.П. Копылов, Б.К. Клюков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев; Под ред. И.П. Копылова. - 2-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 464 с.

43. Расчет электромагнитных полей с помощью программного комплекса ANSYS: учеб. пособие / Под ред. Ю.А.Казанцева М.: Издательство МЭИ, 2003,- 100 с.

44. Ребенко C.B. Энергетическая эффективность вентильных приводов УЭЦН и УЭВН // «Инженерная практика», 2010. № 3 С. 62-66.

45. Решение задач теплообмена ANSYS 5.1 J Перевод Югов В.П. М.: Представительство CAD-FEM, 2001. - 110 с.

46. Сагаловский A.B. Вентильная реальность в механизированной добыче // Материалы 8-ой выставки-конференции «Механизированная добыча -2011», М., 20-22 апреля 2011. URL:http:// www.ngv.ru/conference/branchcalendar/conference59.aspx.

47. Сагаловский A.B. Новое поколение вентильных электродвигателей компании «Борец» новый шаг в энергосбережении // «Инженерная практика», 2010. № 8 - С. 28-29.

48. Сагаловский В.И. Погружные установки с вентильными электродвигателями // «Нефтегазопромысловый ипжинириг», 2006. № 4 — С. 1416.

49. Санталов A.M. Вентильные электродвигатели для погружных электронасосов // Сборник докладов VI Всероссийской техническойконференции «Производство и эксплуатация УЭЦН» Альметьевск: Изд-во з-да «АЛНАС», 1996.

50. Санталов А. Хоцянов И., Перельман О., Рабинович А., Пошвин Е., Кошелев С. Погружные вентильные двигатели. История, конструктивны особенности, возможности // «Нефтегазовая вертикаль», 2011, № 12 С. 58-65.

51. Сипайлов В.А. Оптимизация режимов работы установок электроцентробежных насосов механизированной добычи нефти: 05.09.03 -электротехнические комплексы и системы: Дис. канд. техн. наук Томск: Томский политехнический университет, 2009. - 154 с.

52. Слепченко С.Д. Математика прогноза // «Нефтегазовая Вертикаль», 2006, №12-С. 48-51.

53. Ткач A.B. Результаты выполнения мероприятий по программе повышения энергоэффективности в ООО «ЛУКОЙЛ Западная Сибирь // «Инженерная практика», 2012. № 3 - С. 110 - 113.

54. Трегубов М.И. Исследование основных характеристик установки электроцентробежного насоса с вентильным двигателем для эксплуатации нефтяных скважин: Автореферат дис. на соискание уч. степени к.т.н. М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2010. - 23 с.

55. Филиппов И.Ф. Теплообмен в электрических машинах: Учеб. пособие для вузов. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд., 1986. - 256 с.

56. Хоцянов И.Д. Оптимизированный по времени расчет электромагнитных и тепловых полей электромеханических устройств с постоянными магнитами в программе Ansys И «Вестник МЭИ», 2012. № 4. С. 36-42.

57. Хоцянов И.Д., Санталов A.M., Стенин С.Л., Хоцянова О.Н. Погружные вентильные электроприводы // Электротехнические комплексы автономных объектов: Сборник научных трудов. М.: Издательский дом МЭИ, 2008. - С.34-37.

58. Хоцянов И.Д., Санталов A.M., Кирюхин В.П., Хоцянова О.Н. Вентильные электроприводы для центробежных насосов // «Вестник МЭИ», 2007. №3.-С. 21-26.

59. Чигарев A.B., Кравчук A.C., Смалюк А.Ф. ANSYS для инженеров: справ, пособие. М.: Машиностроение-1, 2004. - 512 с.

60. Что мешает инновациям? Аналитическая служба «Нефтегазовой вертикали» // «Нефтегазовая вертикаль», 2012. № 13-14 С. 54-60.

61. Шенгур Н.В., Иванов A.A. Мифы и реальности внедрения вентильного электродвигателя в УЭЦН // «Инженерная практика», 2011, №3-С. 36-38.

62. Электродвигатель вентильный погружной высокооборотный серии ПВЭД // Сайт ООО «НПК «ЛЕПСЕ Нефтемаш». 1ЖЬ.:11Ир:/Лер8е-neflemash.ru/products/28 (дата обращения 05.06.2012)

63. Экономическая география России: Учебник / Под общей ред. акад. В.И. Видяпина. М.:ИНФРА-М, Российская экономическая академия, 1999. -533 с.

64. Якимов С.Б., Каверин М.Н., Тарасов В.П. Анализ эффективности применения вентильных двигателей ПК «Борец» для снижения энергопотребления в ТНК-ВР (в порядке обсуждения) // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса, 2011., № 3 С. 44-48.

65. Якимов С.Б. Основные направления деятельности по повышению энергоэффективности механизированной добычи // «Инженерная практика», 2011, №5-с. 45-48.