автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.14, диссертация на тему:Повышение эффективности буровых работ за счет оптимизации режимов работы асинхронного электропривода

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ Й ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДСВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ СЕРГО ОРДЮШКВДЗЕ

На правах рукописи

ХУСЕЙН Хусейн Махмуд

УДК 622.24.084 013.272

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ БУРОВЫХ РАБОТ ЗА СЧЕТ ШТИМИЗАВДИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Специальность 05.15.14 - "Технология и техника

геологоразведочных работ"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1393

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Краевого Знамена геологоразведочном институте имени Серго Орджоникидзе.

Научный руководитель Научный консультант

Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

- доктор технических наук, профеосрр Алексеев В.В.

- кандидат технических наук, доцент Григорьев М.И.

- доктор технических наук,профессор Башкатов Д.Н.

кандидат технических наук, доцент Калинин И.С.

- ИГО "Центргеология"

Защита состЛтся И февраля 1993 г. в 13 часов, аудитория № 415 на заседании специализированного совета Д.063.55.01 при Московском ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочном институте имени Серго Орджоникидзе (г.Москва, ул.Миклухо-Маклая д.23).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГРИ.

Автореферат разослан "10" января 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических натек,

профессор А.М.Лимитовский

- з'-^ : •• оадая тктшш

Актуальность работы. Анализ и исследование состояния буровых работ показал, что на эффективность их работы оказывает существенную роль выбор типа привода к буровым станкам, который должен обеспечить выполнение всех технологических и вспомогательных операций, вытекающих в процессе бурения при минимальных затратах времени и труда. Актуальность этого вопроса тем более велика, что при бурении лишь незначительная часть затрачиваемой мощности расходуется на разрушение породы, оотальная теряется, не достигнув забоя скважины.

Поэтому решение задач повышения эффективности буровых работ возможно лишь при использовании современных представлений о совместной работе синхронного генератора и асинхронного двигателя и на основе математических методов решения задач оптимизация чем и подтверждается актуальность данной работы.

Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности буровых работ на основе согласования мощностей асинхронного двигателя и синхронного генератора ДЭС при медленных, быстропротекающих, малых и больших колебаний нагрузки.

Основные задачи исследований. Основные задачи исследований заключаются в следующем:

- Теоретические исследования по составлению математической модели совместной работы синхронного генератора и асинхронного двигателя с целью согласования их мощностей и определения их мощностей и определения основных энергетических параметров с помощью электронно-вычислительных машин.

- Аналитические исследования асинхронного электропривода бурового станка при постоянной нагрузке во время процесса бурения и при резко-переменной нагрузке во время спуско-подъемных операциях.

- Експериментальные исследования наиболее влияющих факторов на изменение энергетических параметров привода таких как несимметрия питающих напряжений, дефекты в эксплуатации энергетического оборудования (несоосность валов, закупорка проходных каналов, кавитация на всасывании насоса) и резко меняющаяся нагрузка в технологическом процессе.

Методика исследовании. Для решения поставленных задач был испгльзст'ан комплексны!; метод исследований, включающий теорети-

чесме исследования о составлением магемагачеоми моделей совместной работы синхронного генератора и асинхронного двигателя на ЭВЫ, экспериментальные стендовые исследования и производственные испытания. Обработка результатов экспериментальных и производственных исследований выполнена методами математической етсыстикн.

Научим пплпжяния. разработанные лично соискателем, и но-дяяия;

1. Математические модели процесса совместной работы синхронного генератора и асинхронного двигателя, позволяющие выявить процеос изменения напряжения на зажимах генератора в течение перегрузки и во время запуска асинхронного электродвигателя, а таете допустимую мощность электропривода бурового станка.

2. Аналитические зависимости по согласованию мощностей ди-зель-электричеокой станции и асинхронного электропривода в зависимости от полной мощности пускового двигателя и от суммарных мощностей других работающих двигателей.

3. Определены основные законы вариаций мгновенного скольжения асинхронного двигателя, зависящие от характера и величины дефектов наоосного оборудования, которые позволяют провести своевременный ремонт оборудования, а также избежать аварийные ситуации и полную остановку технологического процесса.

Достоверность научных предположений, выводов и рекомендаций обоснована достаточным объемом теоретических, экспериментальных и производственных исследований, достаточной сходимостью их результатов, проверкой разработанных моделей и рекомендаций в производственных условиях бурения геологоразведочных скважин.

Практическая ценности Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили:

- разработать рекомендации по согласованию мощностей дизель генераторной станции и асинхронного привода буровой установки

в зависимости от типа буровой установки, количества и типа привода;

- разработать методику определения скольжения асинхронного двигателя в зависимости от несоосности вала машины и двигателя, закупорки проходных отверстий гидравлических систем и кавитаций на линии всасывания насосов.

Апрпбаттия ряботн. Основные положения диссертационной работы

докладывались на научной конференция преподавателей, отудентов и аопирантов М1РИ. в 199&-1992 гг. на кафедрах механизации и автоматизации ЕиГР и энергетики.

Пуг!литгятт. По теме диссертации опубликована одна печатная работа и одна сдана в редакции.

фбъем и структура работн. Диссертационная работа оостпит из введения, четырех глав, заключения, приложения, описка литературы ( наименований), содержит {6О отраниц машинопио-ного текота. Текстовая часть иллюстрирована ЗЦ рисунками и Н таблицами.

Во введении обосновывается актуальность проводимых иооледо-ваний.

В первой главе дан анализ оуществущих методов определения мощности дизельгенераторнйй отанция в завиоимооти от типов, количества приводов и типа буровой ■установки.

Во второй главе проведены теоретические исследования оов-меотной работы синхронного генератора и асинхронного двигателя.

На основе этих исследований построены математичеокие модели синхронного генератора и аоинхронного двигателя, которые позволяют проводить широкие исследования по определению изменения параметров машин в зависимости от характера нагрузки.

Третья глава посвящена экспериментальной проверке дефектов наоосного оборудования с приводным электродвигателем о целью повышения его надежности.

В четвертой главе приводится методика, и результаты экспериментальных исследований по определению мощности расхода и удельного расхода электроэнергии на бурение скважин и спуоко-подъем-ные операции.

В заключении сформулированы основные выводы по работе и защищаете положения.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю доктору технических наук, профессору В.В.Алексееву, научному консультанту, кандидату технических наук, доценту М.И.Григорьеву за оказанную методическую и практическую помощь при выполнении диссертационной работы.

За содействие и помощь в организации и проведении исследований автор благодарит сотрудников кафедры механизации.и автоматизации горных и горноразведочных работ и кафедры энергетики.

Основное оодепжяние гаДоты. Краткие оведения по изучаемому вопросу. Научной базой для постановки настоящей работы явились теоретические и экспериментальные работы исследователей и в первую очередь, исследования Р.Х.Гафиатулина, В.Г.Кардыша, В.В.Алексеева, А.Е.Тропа, В.М.Питерского, Е.А.Козловского, Б.М.Ребрика, А.М.Лимитовокого, А.А.Погарского, И.А.Щербакова, Д.Н.Еашкатова и других.

В установках для разведочного бурения в качестве главного привода в ооновном используются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым и фазных ротором, а также двигатели постоянного тока, о помощью которых реализуется, плавное изменение частоты вращения породоразрушапцего инструмента.

Привод буровой установки должен обеспечивать ее работу во гоех нормальных и усложненных условиях бурения и выполнения вспомогательных операций при оптимальной мощности. Применение коробки передач значительно ухудшает энергетические показатели процесса бурения, так как при переходе от одной передачи к другой резко меняется частота вращения двигателя, а соответственно и мощность, потребляемая двигателем, в результате чего не удается достигнуть возможного уровня производительности станка. Учтя недостатки станков со ступенчатым регулированием частоты вращения были разработаны станки с регулируемым приводом. Как показал опыт работы с установками с плавнорегулируемым приводом, иногда изменение частоты вращения на 30-50 об/мин в сторону как уменьшения, так и увеличения, улучшает условия бурения, резко повышая механическую скорость. Второй задачей привода является обеспечение оптимальной скорости подъема и спуска бурильной колонны. Производственный процесс кроме бурения включает в себя и вспомогательные операции.

В сиотеме геологии Российской Федерации геологоразведочные работы ведутся как в электрифицированных, так и в неэлектрифи-цированных районах страны. В неэлектрифицированных районах широко применяются буровые установки с приводом от двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и электроприводом, питаемым от собственных дизель-электростанций (ДЭС). Из проведенного сравнения очевидно, что электропривод буровых установок с питанием от собственных электростанций имеет значительные преимущества.

Электростанции применяющиеся на геологоразведочных работах, оснащаются синхронными генераторами как с независимым возбуждение!,:

- 7 -

так и с самовозбуждением.

Цуок и работа во время спуско-подъемных операций коротко-замкнутого асинхронного электродвигателя неизбежно сопровождаются значительным снижением напряжения в сети, которое в значительной мере сказывается на уменьшении вращающегося момента двигателя, тан как он пропорционален квадрату напряжения. Механические характеристики двигателя при этом деформируются в сторону уменьшения критического момента.

Большая деформация механических характеристик наблюдается при питании асинхронного электродвигателя от синхронного генератора, соизмеряемого с ним по мощности, что характерно для геологоразведочных работ.

Отношение мощностей электродвигателя и питающего генератора ^ является коэффициентом соизмеримости Кс= Рд/ Значение Кс на буровых работах принимается в пределах Кс=0,15* 1,0, поэтому при пусках и перегрувках двигателя во время опуско-подъемных операций напряжение генератора снижается- до 0,70+0,95 номинального значения.

Кроме падения напряжения в системе электроснабжения ооизме- ■ римых мощностей при увеличении нагрузки снижается частота вращения первичного двигателя. Снижение частоты вращения в системе дизель-генератор ДЭС-60 - буровой станок ЗИФ-650 доотигает величины а пусковой момент асинхронного двигателя при этом уменьшается в среднем до 34$.

Нагрузки при проведении геологоразведочных работ крайне переменные, особенно при спуско-подъемных операциях, где возникают большие броски тока, которые влекут за собой перегрузки дизель-электростанций (ДЭС) по току.

Пуск асинхронного двигателя, вызывающий быстрое изменение нагрузки генератора отчасти сходен с переходным процеосш при коротком замыкании. Пусковой ток двигателя создает магнитный поток реакции статора "который вызывает свободные токи в обмотках возбуждения и демферной обмотке. Переходный процесс, обусловленный свободным током в обмотке возбуждения характеризуется реактивным переходным сопротивлением обмотки статора генератора: вначале равно Х^ (сверхпереходный режим), затем оно увеличивается до х'({ (переходный режим), и, наконец, достигает значения X¿ (установившийся режим).

В любой момент времени произведение тока на сумму ивдуктив-

ного сопротивления генератора х^ ( или Х^ г) и сопротивления нагрузки Хн будет равно напряжению на зажимах генератора . В относительных единицах ЭДС холостого хода синхронного генератора будет равно единице (Е=1), поэтому напряжение генератора будеи определяться из следующих выражений:

В сверхпереходном режиме: и*= Хц/(ХН+ Х^ ) ; (I)

в переходном режиме: и=хн/Гхн*>4); (2) в установившемся режиме: иу1 Х\\/(Хц +>(«*)• (3) Сверхвереходвая составляющая напряжения затухает с постоянной времени Т^ , которая с учетом сопротивления внешней цепи генератора Хм выражается:

ту-' Схн+х5)хё гт-г' .

Переходная составляющая напряжения затухает с постоянной времени

Т'. Хн +■ х'А .

(5)

_ Щ | | г

где 1с(г» 1</г ~ постоянные времени соответственно успокоительной обмотки и обмотки возбуждения синхронного генератора при замкнутой накоротко обмотки статора.

Изменение напряжения генератора во времени без учета действия автоматического регулирования напряжения (АРН) будет определяться из уравнения:

иг(±У (V'-и') ^. се)

Составляющая напряжения на зажимах генератора обусловленную действием АРН обозначим а и.рв (±) , тогда суммарное напряжение на выводе генератора будет '

и.(±)*иг(±)+ ьиръСЬ) . (?)

Аналитическое выражение для приращения напряжения возбужде-

ния ЛИра синхронного генератора с самовозбуждением будь* иметь следующий вид:

(*)-({-иа) £I- О- к4) е ^]; (в)

где коэффициент "Ки имеет следупцве значения:

К=1 - для системы АРН с электромашинным возбудителем и регулятором комбинированного типа ;

К=0,2+0,3 - для системы с малонаоыщенным возбудительным траноформатором ;

К=0 - для сиотемы с повышенным наоыщением возбудитель®го трансформатора.

Разработанные математические модели и блок-охемы программы для исследования совместной работы синхронного генератора и аоин-хронного двигателя на ЭВМ позволяют оценить динамичность при любом наперед заданном характере нагрузки, а также за раочетное время работы определилось значение оледухщих параметров, характеризующих электропривод конкретной машины: потребляемую активную и реактивную мощности, действующие значения тока статора и ротора, мощность на валу двигателя, К.П.Д и частоту вращения ротора двигателя, коэффициент мощности, потери мощнооти в ота-торе и роторе, коэффициент формы нагрузки и момент сопротивления на валу двигателя.

Предложена программа по определению провала напряжения ш генераторе и допускаемой мощности электродвигателя в процеосе их пуска, а также дает информацию об изменении напряжения на генераторе и возбудителе.

На рис.1 показано, как изменялось напряжение оинхронного генератора ДЭС-Ю0-Т/400м и напряжение автоматического регулятора напряжения (АРН) в зависимости от времени пуска аоинхрон-ного двигателя АК-2-91-6УЗ с фазным ротором мощностью 55 КВт используемого в качестве привода бурового станка ЕИФ-1200 МР.

Кривая I соответствует пуску асинхронного двигателя с фазшм ротором мощностью 55 йЗт, кривая 3-е короткозамкнутнм ротором, мощностью 55 кЗт, а кривая 2 соответствует пуску асинхронного двигателя бурового насоса во время работы главного привода бурового станка.

Анализ кривых представленных на рис.1, показывает, что при пуске асинхронного двигателя с короткозамкнутнм ротором

------ Воем, С

Рис. I. Население напряжения синхронного генератора (Ир) и напряжения АРН (И„ \ в зависимости от времени пуска двигателя:

1 - пуск а'лнхрокного двигателя с фазнкм ротором;

2 - пуск двигателя насоса во впемя работы главно-

го привода; станка; " '

-3 - пуск асинхронного , двигателя с нороткозамкну-тгм ротором.

'о.е

"А

■■по-

■м-

аг--

во-

40 -

.ао о.о

Я

•-1-!-1-1-1-1 I -ч-и-

а** o.ss юз ¿/фС

Гол)

Рис.1 2. Графики мощности и КЦЦ элек-фопспь лЯ в зависимости от изменения напряжения в фазах ...

падения напряжения на зажимах генератора достигает величины 35% от номинального значения, что приводит к остановке других работающих двигателей.

Данные расчета по совместной работе ДЭС различной мощности и асинхронного короткозамкнутого электродвигателя мощностью 55 кВт, приведенные в табл.1, показывают, что для нормальной совместной работы необходимо иметь достаточный запас мощности генератора для того, чтобы исключить понижение напряжения на зажимах двигателя и останову параллельно работающих приводов.

При выборе мощности дизель-электростанции (ДЭС), соизмеримой по мощности с мощноотью асинхронного электропривода необходимо учитывать ударные толчки'тока во время пуска асинхронного двигателя и при работе его во время спуско-подъемных операций, а также число и мощности работающих электродвигателей буровой установки.

Ток статорной обмотки генератора однозначно определяется мощностью нагрузки, поэтому из уоловия ограничения толчковых нагрузок принимается

к,йп ; о)

"НОМ '

где 5нои - номинальная мощность ДЭС, ¡В-А ;

5П - мощность пускового электродвигателя ;

в режиме толчковых нагрузок кВ«А ; К, - коэффициент перегрузки ДЭС в зависимости от типа пускаемого двигателя • = 1,6+4,0)

I. В случае пуска асинхронного двигателя буровиго станка при остальных работающих агрегатах (буровой насос, маолонаоос и др

+ + ; СЮ)

где Рп , С)п - соответственно пусковые активная (кВт) и реактивная (квар) мощности запускаемого электродвигателя ;

Рр > ^р - сслзетственно активная )(кВт) и реактивная

(квар) нагрузки работающих электродвигателей ;

ДАНШЕ

расчета на ЭЗМ по совместной работе ДЭС и асинхронного электропривода Р =55 йт

Электродвигатели Генераторы | Раочеты

п/п кЬт ^«•»¡ЯиоЛео« Ф ММ кпд наличие регуля тора ^гив»^ к В-А ** *л> с ту с отм.ва| Б { %

5 55 220 110 0,85 0,9 5,5 + 3 55 220 ПО 0,85 0,9 5,5 + I 55 220 НО 0,85 0,9 5,5 +

62,5 210 0,13 0,20 1,90 0,15 1,60 4,0 127,33 42,0 75 230 0,10 0,18 1,75 0,14 1,58 3,4 143,3 35,0 125 230 0,10 0,21 2,21 0,15 1,60 2,2 161,6 26,0

I

ы N

Л*

Примечания: Ьп - пускаемая мощность асинхронного двигателя

в относительных единицах "Оаа - напряжение на зажимах двигателя ¿и - падение напряжения в процентах от номинального

^ ) QtH - соответственно активная (йт) и реактивная

(квар) нагрузки потребителей собственных нужд буровой установки.

2. В зависимости от числе, типа и мощности работающих двигателей мощность генератора ДЭС определяется:

где Рралч - расчетная активная мощнооть работающих двигателей, кВт.

cos - средний расчетшй коэффициент мощности

K«j - коэффициент систематической перегрузки (К2=1,08 при температуре 8ОХА=Ю°С).

3. Мощность генератора ДЭС вычйоляетоя по уравнениям ф)

и (1^) при ограничении падения напряжения, которое должно находиться в следующих пределах:

о,8tj^ f,mH сю

где Uh - номинальное напряжение генератора.

Математическая модель и программа для теоретических иссле— дований электроприводов проверены при расчетах параметров электродвигателей АК2-91-6УЗ, А02-71-4УЗ и А2-72-4УЗ, иопрльяуемых в качестве главного привода исполнительных органов буровых станков ЭДФ-1200МР, СКБ-4 и .ЗИФ-65СМ, результаты расчетов сведены в табл.2.

Суть проверки заключалась в сравнении раочетных параметров исследуемого двигателя в номинальном режиме работы (нагрузка номиналыая, постоянная) с паспортными данными этого двигателя.

Ошибки в расчетах параметров двигателя не выходят за пределы общепринятых и свидетельствуют о том, что предложенная математическая модель может быть использована для теоретических исследований электроприводов геологоразведочных машин и определения . достоверных данных о параметрах двигателей с нагрузками,подобными реальным условиям эксплуатации, а также для оценки их оптимальных параметров.

Как показывает исследования, что работа исследованных двигателей с нагрузками, приближенными к реальным, сопровождается

Расчетные и паспортные данные электродвигателей

Ж | Параметры !

АЖ-9Т -ДУН ДО 2-7 -4Уа А2- '2-4УЯ

пп j электродвига— j ! телей паспортные расчетные ! прсценИ пас-ные ! порт. ! ошибки ! ные ! расчет-j ные ! процент I ные ! ошибки -nacnopi ные Л расчет-! процент] ные 1 ные i I ошибки

I. Потребляемая мощность (кЗт) 61,79 60,81 1,59 • 24,4 25,2 3,28 33,15 34,66 4,60

2. КоэсЕхшциент мощности 0,87 0,91 "4,6 0,90 0,932 3,55 0,88 0,89 0,012

3. Ток статора (А) 108 103,5 4,17 41,3 40,12 2,86 57,23 56,5 1,28

4. Частота вращения (I/O 100,53 101,25 0,72 151 .8 152,31 0,336 151,8 151,48 0,21

5. Мощность на валу/ (кВт) 55 . 55,34 0,62 22 22,8 3,61 30 31,20 4,00

6. К.П.Д., % 89 91,2 2,47 90,0 90,77 0,86 90,5 90,8 0,33

7. Потери в обмотке статора (кВт) _ 1,57 _ _ 0,85 _ - 1,22 _

8. Потери в обмотке ротора (кВт) _ 2,15 _ 0,75 _ _ 1,16 _

2. Постоянные потери (кВт) _ 1,85 _ 0,80 _ _ 0,78 _

0. Суммарные потери ("Вт) _ 5,57 _ _ 2,40 - - 3,16 -

снижением их энергетических показателей и увеличением потерь по сравнению с постоянной нагрузкой такого же уровня. Из исследований также видно, что снижение энергетических показателей и увеличение перегрева двигателей тем больше, чем вше коэффициент формы нагрузки ( 1»^/Гер ).

В процессе эксплуатации под воздействием различных факторов происходит изменение технического состояния машин и оборудования, которое сказывается на нагрузке электродвигателя и соответственно изменяет величину скольжения ротора приводного двигателя. С этой целью был разработан лабораторный стевд, позволяющий осуществлять контроль за работой насоса по вариации мгновенного скольжения ротора приводного электродвигателя. Во время испытаний проводились исследования процесса кавитации и влияния этого эффекта на изменение нагрузки двигателя. Помимо искусственного ввода насоса в режим кавитации проводились и другие дефектационные испытания в работе насоса: засорение каналов рабочего колеса при перекачивании шламов или загрязнениях жидкостей, перекос подшипника, несоосность валов электродвигателя и насоса при монтаже или во время эксплуатации.

В табл.3 сведены данные экспериментальных исследований насоса при перекосе осей валов насоса и двигателя. Перекос осей валов насоса и двигателя достигался изменением горизонтальности оси электродвигателя путем установки под обе его задние лапы дополнительных прокладок толщиной 3,5 мм.

Перекос осей валов насоса и двигателя вызывает изменения закона колебаний скольжения ротора электродвигателя, что создает дополнительные потери мощности и неравномерность загрузки по фазам трехфазного двигателя.

При питании различных потребителей от маломощного источника электроэнергии и наличия однофазных потребителей возможно появление несимметрии питающих напряжений. Эта несимметрия оказывает существенное влияние на энергетические показатели асинхронных двигателей, которые являются приводами основного технологического оборудования буровых станков, снижая их производительность, надежность и ресурс.

При несимметрии напряжения, под влиянием токов обратной последовательности результирующий момент увеличивается,и следовательно, увеличиваются потери и нагрев машины, а также уменьшается их К.П.Д.

Таблица 3

Данте испытаний насоса при неооосности валов

роооа Рмгим ялвтгтплтти-г^птйля

" I избыток 1111} ное дав {ление } МПа вакууме! рическое давление МПа фазы напряжеч ток "в1 | А 1 мощиооть 1 кВт | [ суммарная мощность кВт

I.

0,35 0,0 холостой ход

А В С

230 236 236

8,1 7,9 8,1

1,34 1,26 1,34

3,94

2.

0,20

0,09

номинальный режим

А

В С

232 234 236

8,7 8,6 8,7

1,54 1,48 1,48

4,5

3.

0,10 0,095 А 234 9,3 1,70

В 234 9,0 1,64

(задвижка пол- с 236 Э'5 1,7 ностыз покрыта)

5,04

В диссертации рассматривается влияние несюегетрии фазных напряжений на величину средней потребляемой Мощности, коэффициент мощности и К.П.Д.

Для исследования влияния несимметрии питающего напряжения был создан лабораторный стенд. Питание асинхронного двигателя осуществлялось от сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц. Искусственная несимметрия напряжений осуществлялась с помощью автотрансформатора.

Анализ кривых мощности и КПД двигателя в зависимости от напряжения, представленных на рис.2,показывает, что при отклонении напряжения одной фазы в сторону уменьшения или увеличения от номинального значения вызывает уменьшения К.П.Д. асинхронного двига теля, коэффициент мощности увеличивается с уменьшением напряжения и уменьшается с увеличением его. Кроме того, наблюдается повышенный расход.электроэнергии, который обусловлен нагревом обмоток токами.

В заключение можно сделать вывод о том, что оптимальная рабе асинхронного двигателя достигается при номинальном зшчении напрг жения, при котором обеспечивается высокий КПД и оптимальный расхс электроэнергии.

Для прсвддейия экспериментальных исследований во время бурения окважипй до 1300 м была ооздана установка, позвзляпцая определять мощность и расход электроэнергии приводами буровой установки ЗИФ-1200 МР, а также осуществлялся контроль за расходом электроэнергии на отдельные технологические операции (спуск и подъем буровой колонны, процесса бурения, подача глиниотого раствора в скважину) в зависимости от глубина бурения и частоты вращения бурового снаряда. Средняя полная нагрузка при бурения скважины на глубине 1300 м достигала величины 32,2 кВ-А и увеличилась почти в два раза по сравнению о мощностью при глубине 90 м, средняя реактивная нагрузка составила 22,9 квар, т.е. увеличилась в 2,7 раза, а средняя активная нагрузка возросла почти в 1,6 раза. Установка конденсаторных батарей згачительно улучшает энергетические показатели работы энергетической оиотемы и уменьпиет потери электроэнергии в сети. Данные по раоходу электро-, энергии и потребляемой мощности при бурении с подключенными и отключенными конденсаторами приведены в табл.4.

Затраты времени на спуск и подъем бурового снаряда о глубины 520 м составили около 1,1 ч. Максимальное значение потребляемой активной мощности приводами буровой установки составило 72 йЗт, а минимальное Л кВт (при подъеме последней свечи). Сушарный расход активной электроэнергии за весь цикл подъема составил 14,9 кВт.ч при средней потребляемой мощности 22,4 кВт.

При спуско-подъемных операциях с глубины подъема 1300 м изучалось влияние конденсаторных батарей на изменение активной и реактивной мощностей, а также на перегрузочную способность двигателя.

Время подъема бурового става с глуйины 1300 м, составило 108 мин, подъем осуществлялся при различной скорости подъема. Максимальный всплеск мощности двигателя достигал.до 88 кВт, при этом коэффициент перегрузки электродвигателя достигал величины 1,58. Привод буровой установки во время спуско-подъемных операций работает в повторно-кратковременном режиме.

В табл.5 представлены величины расхода электроэнергии и потребляемой мощности приводами буровой установки во время спуско-подъемных операций в зависимости от глубины.скважины. При больших глубинах время, затрачиваемое на спуско-подъемные -операции, возрастает в общем балансе времени на сооружении

Таблица

Данные энергетических показателей в зависимости от подключения конденсаторов

Реактивная тая.

I Полная энергия

Вид

операции

Ско- Активная

рость энер рия

буре- мопН УДель-

ния, тосты ные

м/ч кВт затра-

ты

энер-

гии

кВт.ч/

м

энергия_I

мощ-Ч удель- |

квар| затраты) энергии» квар/м !

мощность

1®»А

уделы коэф-ные I фици-затрач ент ты ! мощ-энер- ! но-гии | сти кВ.А.^

М I

Бурение о подключенными конденсаторами

Бурение с отключенными конденсаторами

0,43 28,5 51,0 17.5 31,0 33,4 60,0 0,85

0,43 28,0 49,0 34,0 58,6 44,6 76,0 0,65

скважины, а скорость вращения инструмента при бурении снижается. В связи с этим мощность силового привода, число скоростей вращения и их диапазон необходимо выбирать, исходя из условий рациональной скорости подъема, обеспечивающей оптимальные энергозатраты во время спуско-подъемных операций.

Активная и реактивные мощности при спуско-подъемных операциях возрастают при снижении коэффициента мощности пропорционально глубине скважины удельные затраты электроэнергии также имеют тенденцию к увеличению в зависимости от глубины скважины.

Заключение

В результате анализа теоретических и производственных исследований, выполненных по повышению эффективности буровых работ за счет оптимизации режимов работы асинхронного электропривода основные научные вывода и практические рекомендации сведены к следующему:

I. Проведенным анализом научно-техническо.": литературы, посвященной вопросам повышения эффективности буровых работ устансг

Таблица 5

Затраты энергии во время спуско-подъемных операций

1 Продол: житель} ность ! спуско-1 подъемных I операций, ч

Глубина

бурения, м

Активная энергия

мощное ть,удельные

кВт

затраты

энергии,

кВт.ч/м

Реактивная энергия

!

Полная энергия

мощность, квар

удельные ! мощность

затраты | кВ.А

энергии ! квар.ч/м

удельные

затраты

энергии,

1®А.ч/м

коэффициент мощности

90

750

1300

0,58 1,48 3,78

11,80 20,10 30,16

1,8 12,6 40,6

16,7 18,0 30,3

0,9 3,64 40', 6

20.3

28.4 42,76

2,01 13,11

ет.зэ

0,88 0,78 0,705

I

ы

лево, что принципы организации стендовых и экспериментальных юоледований с целью оптимизации режимов работы асинхронного алектропривода требуют подключения новых технических средств обора и обработки информации как отдельных агрегатов бурового комплекса,.так и всей системы в целом.

2. Разработана математическая модель, описывающая связь между электрическими параметрами синхронного генератора, его оиохемоЁ регулирования и асинхронного двигателя, позволяющая оценивать динамичность системы при заданном характере нагрузки, а также определять потребную активную и реактивную мощности, действующие значения тока и потери мощности в статоре и роторе мощность на валу двигателя, коэффициент мощности, К.П.Д., частоту вращения ротора и момент сопротивления на валу двигателя.

3. Данные расчета на ЭВМ по совместной работе генератора и аоинхрощюго двигателя показывают, что во время пуска асинхронного короткозамкнутого двигателя падение напряжения на зажимах генератора достигает величины 35+425? от номинального значения, что приводит к остановке других параллельно работающих двигателей, поэтому необходимо иметь достаточный запас мощности генератора для того, чтобы исключить понижения напряжения на зажимах двигателя ниже допустимых пределов.

4. Разработана методика для согласования мощностей дизель-электростанции и асинхронного электродвигателя из условия пуска двигателя при остальных работающих двигателях и от числа, типа и мощности работающих двигателей при ограничении падения напряжения на зажимах генератора в допустимых пределах, что позволяет обеспечить устойчивую работу автономной энергетической системы

в целом при резкоменяющемся характере нагрузки.

5. Несимметрия питающих напряжений при подключении к трехфазной сети однофазной нагрузки вызывает перераспределение токов, мощностей между фазами, что приводит к дополнительным потерям энергии и перегрузкам по фазам, увеличению скольжения и уменьшению К.П.Д. электродвигателя.

6. Экспериментально подтверждено положение о влиянии дефектов оборудования на законы вариаций мгновенного скольжения ротора электродвигателя насоса. Полученные результаты позволяют оценить характер и величину дефекта насоса по закону вариаций мгновенного скольжения ротора электродвигателя. Такая оценка может проводить-

ся как путем визуального сравнения осциллограмм скольжения, так и с помощью автоматизированной обработки результатов.

7. Направлением дальнейших работ является разработка автоматизированной системы, осуществляющей контроль за техническим состоянием оборудования без участия человека. В основе такой системы должен быть контроль за законом вариаций мгновенного скольжения ротора приводного электродвигателя, осуществляемый при помощи разработанного устройства контроля.

8. В результате производственных экспериментальных исследований затрат мощности и энергии на процесс бурения и опуско-подъемные операции удалось установить, что энергетические параметры буровых установок резко меняются в зависимости от технологических параметров бурения, вида энергоснабжения буровых установок, а также от наличия конденсаторных батарей.

9. Мощность дизель-электрической станции, обеспечивающей , электроснабжение буровой установки, необходимо выбирать по мощности главного силового привода, коэффициенту перегрузки двигателя и коэффициенту согласования мощностей привода и генератора при учете кратковременной перегрузки генератора ДЭС.