автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Повышение эффективности работы скважинных насосов путем применения вентильных погружных электродвигателей

Российский Государственный Университет нефти и газа имени И.М. Губкина

На правах рукописи

Камалетдииов Рустам Сагаряровнч

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СКВАЖИННЫХ НАСОСОВ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫХ ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Специальность 05 02 13 - Машины, агрегаты и процессы (нефтегазовая промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003054982

Работа выполнена в Российском Государственном Университете нефти и газа имени И М Губкина

Научный руководитель. кандидат технических наук,

доцент Дарищев В И

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Максутов Р.А

кандидат технических наук, доцент Слышенков В А

Ведущее предприятие ОАО «ОКБ БН-КОННАС», г. Москва

Защита состоится » а ^у» 2007 года в час на заседании

диссертационного совета Д212 200 07 Российского Государственного Университета нефти и газа имени И М Губкина по адресу. 119991, г Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65 '^/О

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского Государственного Университета нефти и газа имени И М Губкина

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными гербовой печатью подписями просим направлять по адресу 119991, г Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65, Российский Государственный Университет нефти и газа имени И М Губкина, Ученый совет

Автореферат разослан «¿1?»,^ с, 2007 г

Ученый секретарь диссертационного' совета, к т н

Э.С.Гинзбург

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время в ОАО «ЛУКОЙЛ» фонд скважин, оборудованных погружными центробежными насосными установками с асинхронными погружными электродвигателями (ПЭД), занимает значительную часть В тоже время для увеличения добычи нефти и снижения эксплуатационных затрат эффективность существующих установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) является недостаточной

При этом нельзя забывать о постоянном росте тарифов на электроэнергию и того, что основная часть нефти, добываемой в России и за рубежом, поднимается на поверхность земли с использованием УЭЦН

Задача снижения массогабаритных характеристик УЭЦН является весьма актуальной из-за их влияния на возможность аварий, связанных с «расчленением» и «полетом» УЭЦН. Уменьшение габаритов УЭЦН позволит обеспечить их использование в скважинах со сложной инклинометрией

Эффективное использование УЭЦН требует качественного подбора установки, при этом существует определенная погрешность расчета, которая зависит от исходных данных - коэффициента продуктивности, пластового давления и других параметров, необходимых для расчета. Также в процессе эксплуатации возможно изменения дебита скважины, из-за чего установка начинает работать за пределами рабочей области характеристики, что приводит к снижению эффективности и выходу оборудования из строя

Увеличение наработки на отказ скважинного оборудования зависит от ресурса погружного оборудования, в том числе ресурса электродвигателя, который в свою очередь зависит от его теплового режима Проблема перегрева ПЭД обостряется при интенсификации добычи нефти и при применении двигателей большой мощности

Для повышения технико-экономических показателей эффективности работы системы "пласт - скважина - погружная усшновка" представляется перспективным осуществление изменения частоты вращения вала насоса за счет применения вентильных двигателей, асинхронных двигателей с частотным регулированием или другими методами

В свете вышеизложенного, настоящая работа по повышению эффективности работы скважинных насосных установок путем применения вентильных погружных электродвигателей является весьма актуальной

Цель работы - повышение технико-экономических показателей эффективности работы скважинных насосов различных типов путем применения вентильных погружных электродвигателей с изменяемой частотой вращения ротора

Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие задачи

- разработка и создание методики расчета теплофизических процессов вентильного двигателя, методики расчета и подбора вентильных приводов с учетом гидродинамических параметров скважин,

- разработка и создание приводов с низкими значениями рабочих токов, с целью сокращения тепловых потерь,

- практическая проверка разработанных конструкций приводов и рекомендаций их применения в нефтяной промышленности,

- оптимизация технических характеристик погружной насосной установки, в частности, тепловых режимов работы электродвигателя Методика исследований заключается в планировании и проведении экспериментов по определению основных параметров привода погружного насоса, в разработке программы определения режимов работы погружного насоса, создании математической модели теплообмена в вентильном двигателе, проведении промысловых испытаний погружных установок с целью проверки адекватности проведенных разработок

Научная повита работы состоит в том, что впервые было проведено теплофизическое исследование теплового процесса погружного вентильного двигателя, на основании которого были выполнены расчеты тепловых полей, установлена зависимость температуры различных участков двигателя от геометрических параметров корпуса, разработана методика расчета тепловых характеристик и подбора привода, разработаны конструкции вентильного привода и рекомендации их применения Адекватность разработанных методик подтверждена стендовыми и промысловыми испытаниями

Практическая ценность работы заключается в разработке методик расчета и подбора параметров погружных установок с вентильными электродвигателями, разработаны конструкции вентильных приводов и рекомендации применения и внедрения установок на нефтепромыслах ОАО «ЛУКОЙЛ» Основные защищаемые положения:

1 Методика исследования теплофизических процессов работы погружного привода насоса на основе вентильного двигателя

2 Математическое описание процессов теплопроводности в погружном электродвигателе и формирование математической модели

3 Результаты расчетов теплового поля вентильного электродвигателя методом конечных элементов и на основе эквивалентных тепловых схем замещения

4 Методика подбора погружного оборудования, с учетом изменений значений частот вращения вала насоса и результаты внедрения погружных насосных установок с вентильными приводами на нефтепромыслах ОАО "ЛУКОЙЛ"

Реализация работы в промышленности. Результаты работы нашли применение при проектировании, изготовлении и внедрении комплектных приводов вентильных двигателей со скважинными насосными установками в ООО «РИТЭК-ИТЦ» Методические рекомендации по выбору рациональных параметров вентильных электродвигателей переданы в подразделения ОАО «ЛУКОЙЛ» и используются при разработке технической документации, при изготовлении комплектных приводов и при эксплуатации УЭЦН и УЭВН в более чем 400 нефтедобывающих скважинах

Апробация результатов работы. Материалы диссертации были представлены, обсуждены и одобрены на 11 Всероссийской технической конференции «Производство и эксплуатация УЭЦН», г Москва, 2002 г , на трех Международных конференциях «Механизированная добыча 2004, 2005, 2006 » в г Москва, на конференции "Актуальные проблемы состояния

и развития нефтегазового комплекса России", 23-24 января 2003 г, Москва, РГУ нефти и газа имени И М Губкина, а также были представлены на международной выставке "Нефтегаз-2006" в г Москва

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 13 научных работ

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников и приложений Работа изложена на 130 страницах и содержит 29 рисунков и 21 таблицу КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко изложено современное состояние проблемы и обоснована актуальность темы

В первой главе проведен обзор литературных и нефтепромысловых данных, выполнен анализ современного состояния оборудования для добычи нефти, проанализированы основные проблемы эксплуатации УЭЦН, технологические предпосылки к использованию в УЭЦН вентильного привода с изменяющейся частотой вращения, обозначены проблемы, решение которых обеспечит промышленную эксплуатацию УЭЦН и сформулированы задачи исследований

КПД асинхронных двигателей, применяемых в нефтедобыче в настоящее время составляет 82-84,5% В серийно выпускаемых погружных асинхронных электродвигателях до 18% подводимой мощности выделяется в виде тепла Достичь повышения КПД и снижения тепловыделения в этих двигателях за счет применения новых конструктивных решений и замены материалов пока не удалось Данная проблема обостряется при использовании двигателей повышенной мощности и при оптимизациях режимов работы УЭЦН путем их заглубления на максимально возможную глубину

Одним из направлений в пути решения указанных проблем стало применение высокооборотных погружных установок с вентильными двигателями (ВД) с бесступенчатым регулированием режимов работы конструкции КБ «Нефтемаш» В состав установки ЦУНАР-100 входили центробежный модульный высокооборотный насос и вентильный электродвигатель

Подача установки варьировалась в пределах от 10 - 125 м3/сут в зависимости от частоты вращения вала электродвигателя, которая составляла 3000 10000 мин-1

Промысловые испытания установок ЦУНАР-100 показали их работоспособность во всем интервале частот вращения вала электродвигателя, однако, были выявлены и их недостатки, к главным из которых нужно отнести недостаточно высокую надежность, невысокий КПД установки и высокую цену Опыт промысловой эксплуатации первых образцов установок ЦУНАР-100 показал, что основной причиной выхода из строя привода погружной установки является повышенное удельное тепловыделение в его элементах Наибольшим тепловым воздействиям подвержены внутренние элементы электродвигателя, в частности, центральный провод обмотки статора

Вентильный привод установок ЭЦН представляет собой качественно новый тип привода по диапазону изменения частоты вращения вала насоса, массогабаритным характеристикам, тепловым характеристикам и применяемым конструкционным материалам, что позволяет ЭЦН адаптироваться к изменяющимся параметрам скважины Однако, для технической реализации таких возможностей необходимы исследования тепловых процессов, разработка соответствующих алгоритмов для определения оптимальных областей регулирования, стендовые и промысловые испытания, результаты которых будут положены в основу создания программ управления

Для разработки упомянутой методики необходимо было проанализировать существующие научные работы и расчетные программы В литературе достаточно широко представлены работы, посвященные изучению закономерностей работы погружных центробежных насосов с номинальной частотой вращения вала, однако, недостаточно исследований, посвященных изучению закономерностей теплофизических процессов привода погружных центробежных насосов, применяемых в нефтедобыче, при частотах вращения вала насоса ниже и выше номинальной частоты Поэтому, исследование особенностей работы оборудования при изменяемой частоте вращения вала на жидкостях с различными физическими свойствами является актуальным и содержит научную новизну

Новое направление разработки вентильных двигателей было принято в ООО «РИТЭК-ИТЦ», где в последнее десятилетие разрабатывались комплектные приводы вентильных двигателей (КП ВД), включающие вентильный двигатель и станцию управления

Энергетические характеристики УЭЦН с приводом на основе ВД имеют более высокие показатели, чем с приводом от асинхронных ПЭД Так, например, энергетические показатели ВД-32 более высокие (КПД=91,5%, созф=0,99), при этом ВД имеют более низкие значения рабочих токов Для скважин, эксплуатируемых УЭЦН с КП ВД, они находятся в диапазоне 10-22 А для рабочих токов и менее 2А - для токов холостого хода В сочетании с возможностью регулирования подачи изменением частоты вращения это позволяет снизить энергопотребление при эксплуатации скважин на 15 - 30% Одним из существенных преимуществ ВД по сравнению с ПЭД является более низкие, на 20-25°С, значения рабочих температур двигателя при одинаковых условиях эксплуатации, что особенно актуально для электродвигателей повышенной мощности

В результате проведенного анализа были определены дальнейшие задачи исследований и пути их решения

Во второй главе представлен краткий анализ состояния теории и практики применения вентильных электродвигателей, а также результаты теоретических исследований закономерностей работы погружных электроприводов на основе вентильных двигателей Выполнено аналитическое определение оптимальных областей регулирования насосных установок разных типов с вентильными приводами с разработкой методики подбора погружного оборудования

Повышение удельных энергетических показателей вентильных двигателей, с постоянными магнитами на роторе, достигается применением постоянных высококоэрцитивных магнитов на основе редкоземельных элементов (РЗЭ) - БтСо, ШРеВ и др Вентильный двигатель является объединением полупроводникового инвертора и бесконтактною двигателя переменного тока с обмоткой якоря на статоре и магнитными полюсами на роторе Коммутация тока в якорной обмотке осуществляется с помощыо полупроводникового коммутатора

В работах Масленникова В С , Шевченко А Ф и др представлены результаты исследований ВД с трапецеидальной и с синусоидальной формами ЭДС вращения Сравниваемые ВД имеют одинаковые конструкции, размеры и одинаковые трехфазные, диаметрально сосредоточенные обмотки, за исключением небольших различий полюсов ротора, необходимых для получения синусоидальной ЭДС.

В работах Черемисинова Е М, Матвеева С Н , Иванова А А и других авторов были представлены результаты расчетов и промысловых исследований влияния скорости охлаждающего потока на интенсивность теплоотдачи от элементов электродвигателя Однако, в этих работах отсутствуют математическое обоснование и практическое подтверждение теплового состояния вентильных электродвигателей В связи с этим возникла необходимость определения теплового состояния восьмиполюсною вентильного электродвигателя

Для этого в работе было выполнено исследование теплофизических процессов работы погружного привода на основе веншльных двигателей при различных режимах работы УЭЦН и расчет теплового состояния вентильного электродвигателя

Математическое описание процессов теплопроводности в погружном электродвигателе и формирование математической модели было выполнено на основе физических величин, характеризующих процесс теплопроводности Одной из таких величин является температура Q, которая в общем случае изменяется как в пространстве, так и во времени

Нестационарное уравнение теплопроводности, или уравнение диффузии, для изотропного линейного пространства имеет вид

сеЩ-^О^р, (1)

01

где I - время, с, с - удельная теплоемкость, Вт*с/(кг*°С), g - плотное 1Ь материала стержня, кг/м3, Я- удельная теплопроводность, Вт/(°С*м), р — удельные объемные потери, Вт/м3

Если процесс установившийся и температурное поле не зависит от времени, то уравнение (1) принимает вид уравнения Пуассона

ДУ2{? + р = 0, (2)

В соответствии с (2) температура в пространстве определяется только удельной теплопроводностью и выделяемыми объемными потерями

В одной секции погружного электродвигателя с приемлемой степенью точности можно принять, что тепловое состояние в каждом его сечении неизменно при некотором удалении от торцов секции и определяется тепловым состоянием в среднем сечении секции Следовательно, для определения этого

состояния достаточно решить плоскую задачу, те. двумерное уравнение Пуассона относительно температуры, которое в декартовой системе координат (при неизменности л: в определенной области) будет иметь вид

где х,у- пространственные координаты

Для решения необходимо задать геометрию рассматриваемой области, ее физические свойства (значения Лир) и граничные условия

Граничные условия для стационарной задачи отображают условия теплового взаимодействия между окружающей средой и поверхностью рассматриваемого тела В теории теплопроводности различают граничные условия I, II, III и IV родов, а также другие граничные условия (например, при наличии фазовых превращений - промерзания, плавления и др) В работе были рассмотрены граничные условия I - III родов

В граничных условиях 1 рода задается распределение известной температуры на границе области, те наружная поверхность корпуса погружного двигателя, омываемая пластовой жидкостью постоянной температуры (условия Дирихле)

В граничных условиях II рода задается распределение плотности теплового потока на поверхности тела(условия Неймана) Однородное условие II рода на внешней границе означает отсутствие теплового потока через указанную границу, т е условие тепловой изоляции, и используется для описания адиабатической границы, или границы, являющейся осью симмефии исследуемой области Неоднородное условие II рода задает удельную мощность тепловыделения при его охлаждении или мощность теплового поглощения при его нагревании высокотемпературным источником теплоты В граничных условиях III рода на поверхности тела задается зависимость плотности теплового потока qs от разности температур поверхности тела Qs и окружающей среды Qu через коэффициент теплоотдачи (теплообмена),

4>=ct{Q,-Q0), (4)

Коэффициент теплоотдачи а не является физической постоянной и в общем случае отражает совместное действие конвекции, теплопроводности и зависит от многих факторов (геометрии тела, направления и скорости обтекающего потока и др) Поэтому граничные условия III рода не всегда просто выполнить ввиду сложности определения коэффициента теплообмена

К граничным условиям III рода можно отнести процесс теплообмена посредством излучения, основанный на законе Стефана-Больцмана

<Ь =e°(Ql-&), (5)

где е - коэффициент излучения теплового излучателя, о- постоянная Стефана-Больцмана

При решении этой задачи были приняты следующие допущения

- температурное поле на достаточном удалении от торцов секции двигателя считается плоскопараллельным, т е не учитывается передача тепла вдоль оси двигателя,

- температура пластовой жидкости (ввиду ее непрерывного и достаточно быстрого протекания) является неизменной и заранее известной,

- перемешивание масла внутри двигателя не учитывается.

Уравнение теплопроводности вместе с заданными геометрией, физическими свойствами и граничными условиями полностью определяют краевую задачу теплопроводности, подлежащую решению и состоящую из двух взаимосвязанных математических моделей двух уровней.

Решение задачи теплопроводности в такой постановке было осуществлено численным методом конечных элементов с помощью программного комплекса конечно-элементного пакета ЕЬС1П\ Алгоритм расчетов — описание геометрии двигателя, задание физических свойств, расчет, анализ результатов.

Основные исходные данные для всех тепловых расчетов вентильного двигателя были получены после проработки конструкции двигателя и проведения электромагнитного расчета.

По известным потерям в секции и соответствующим им площадям поперечного сечения были рассчитаны удельные объемные потери, необходимые для расчета распределения Температурного поля.

Температурные изменения в поперечном сечении теплового поля двигателя ИД 125-117 в пределах пазов статора принедены на рис. 1.

Рис. 1. Каргнна теплового ноли в поперечном сечении двигателя

Из рис.1, видно, что имеющийся разброс тепло проводи остей ротора практически не влияет на равномерность распределения в нем температуры. Это дает оснований принять ротор как однородное тело с постоянной теплопроводностью, что упрощает локальную тепловую задачу уточненной модели второго приближения. Для увеличения точности расчетов и оценки возможного перераспределения температуры по сечению ротора, принята область расчета локальной задачи в виде сектора, включающего паз статора и соответствующую часть сечения ротора.

Результаты расчета теплового поли по уточненной модели приведены на рис. 2. В этой модели учтены теплопроводности проводников, их изоляции, заполняющего паз компаунда и фторопластовой пазовой изоляции.

На рис.2.видно, что температура ротора постоянна и практически равна температуре обмотки, размещенной в пазах статора. В зазоре температура резко падает и затем плавно уменьшается » зубце, ярме и корпусе. В пазе температура возрастает до максимальной, резко падает в пазовой изоляции на дне паза и затем медленно спадает в ярме и корпусе до температуры окружающей среды.

TtíMriúpaiypti (С) 1Э0

129

128

127

126

126

124

123

122

121

12Q

0 10 20 30 40 № L (ММ):60

1 а

Рис. 2. Распределение температуры вдоль радиусов, проходящих через ось зубца (жирная линия а) и через ось паза (тонкая линия Ь),

Выполненные расчеты быдн осуществлены для поперечного сечения, расположенного на значительном расстоянии от лобовых частей статора, что позволило пренебречь передачей тепла от более нагретых лобовых частей обмотки и подогревом ее пазовой части. Полученные результаты хорошо согласуются с экспериментом и показывают немного заниженную температуру пазовой части обмотки из-за неполного учета подогрева ее ог лобовых частей.

Для приближенной качественной оценки температуры лобовых частей были выполнены расчеты в поперечном сечении двигателя на выходе лобовых частей из пакета статора. 1 ]ри этом необходимо помнить, что температурное ноне в этой области не является плоскопараллельным, кроме того, при этом расчете не могут быть учтены достаточно существенные аксиальные потоки тепла по оймотке от лобовых частей к ее пазовой части, а также практически невозможно учесть влияние перемешивания масла на охлаждение лобовых частей. Очевидно, что это может привести к значительному за-

1 1 1 ■

Ь :

j

............;

i - ■ *

вышению температуры лобовых частей, полученной из расчетов, по сравнению с действительностью.

Результаты расчета поля в лобовых частях представлены на рис. 3.

Полученный результат косвенно свидетельствует о достаточно большом оттоке тепла по обмотке от лобовых частей к ее пазовой части. Это и приводит к небольшому повышению температуры пазовой части обмотки и значительному понижению температуры ее лобовых частей.

Чтобы приближенно оценить распределение температуры вдоль обмотки, были выполнены расчеты температурного поли в продольном сечении двигателя. Для этой цели была сформирована эквивалентная осесимметричная тепловая модель двигателя, для которой на основе реальных тс пло проводи остей материалов были приближенно рассчитаны усредненные эквивалентные теплопроводности элементов модели. Так как точность модели является весьма ниже трехмерной, результаты расчетов по ней могут быть использованы лишь для качественных оценок.

Фрагмент расчета температурного поля в осевом сечении двигателя с помощью осесим метрики ой модели представлен на рис. 4.

Ьыл подтвержден факт более сильного нагрева лобовых частей обмотки двигателя по сравнению с пазовыми. Расчеты показали, что перегрев лобовых частей двигателя достаточно чувствителен к длине и форме лобовых частей, к величине теплопроводности их изоляции, близости корпуса и других металлических частей с высокой теплопроводностью, а также, что очень трудно учесть, к интенсивности перемешивания масла в области лобовых частей,

Для представленной на рис. 4 конфигурации Рис.3. 1'ацмгитеплового лобовых частей получены реальные расчетные » мйовв* чисти, показатели: температура ротора О,,,, = 134°С, температура пазовой части обмотки (ЗиМ = 1281>С, температура лобовых час[ей <?,ш6 =139 "С.

Проведенный численный тепловой эксперимент характеризует не количественные, а качественные показатели: - температура ротора близка к температуре пазовой части обмотки; - температура пазовой части обмотки незначительно повышается из-за подогрева ее лобовыми частями; -температура лобовых частей может быть значительно выше температуры пазовой части и существенно зависит от их тепловых связей {и в первую очередь от тепловых сьязеЯ с пазовой частью обмотки, что определяется, длиной и конфигурацией лобовых частей).

Рис. 4. Фрагмент картины теплового поля в продольном сечении двигателя

Приведенные выше результаты расчета распределения температуры получены для случая, когда температура пластовой жидкости равна 120°С. Также были получены результаты для температуры окружающей среды (вода), равной 95 UC, что позволяет сравнить результаты их расчетов с результатами тепловых испытаний двигателя.

Численные расчеты тепловых полей двигателя показали, что:

- ротор нагрет примерно до такой же температуры, что и пазовая часть обмотки статора;

- превышение температуры пазовой части обмотки двигателя над температурой окружающей среды составляет около 1Ü сС, что заметно меньше, чем лает эксперимент (15-18 "С). Такое занижение расчетной температуры пазовой части обмотки имеет место, главным образом, из-за недостаточного учета подогрева ее от лобовых частей;

- перегрев лобовых частей двигателя весьма чувствителен к их длине и форме, к величине теплопроводности их изоляции, близости корпуса и других металлических час:_й с высокой теплопроводностью, а также к интенсивности перемешивания масла в области лобовых частей;

учет зазора а 0,05 мм между корпусом и сердечником статора приводит к возрастанию температуры пазовой части обмотки (а также температуры ротора) примерло на 1 "С.

В работе также выполнены тепловые расчеты вентильных двигателей на основе эквивалентных тепловых схем замещения. Оценка теплового состояния основных элементов погружного вентильного электродвигателя проводилась с помощью разработанной компьютерной программы, реализующей методику анализа тепловых процессов, в основе которой лежит метод эквивалентных тепловых схем замещения (ЭТО).

При использовании метода ЭТС основными являются следующие положения:

- машина представляется в виде системы однородных элементов, связи между которыми определяются видом и условиями теплообмена. Применительно к рассматриваемому двигателю такими элементами являются: паюиая и лобовая части обмотки, магнитопровод статора и ротор с магнитами, корпус двигателя;

- в пределах одного элемента условия нагрева и охлаждения остаются постоянными В плоскости симметрии каждого элемента конструкции устанавливается узел, с которым соединяются сопротивления теплообмена с другими элементами Сосредоточенные эквивалентные тепловые сопротивления, заменяющие действительные распределенные, предполагаются независящими от величины теплового потока Действительные распределенные источники тепла заменяются сосредоточенными и представляются на схеме замещения в виде источников теплового потока,

- тепловой расчет сводится к расчету средних температур всех элементов машины Для упрощения решения предполагаем, что в продольном сечении потоки тепла отсутствуют, это позволяет рассматривать плоскую задачу в поперечном сечении машины, в поперечном сечении обмотки превышение температуры отдельных проводников равны среднему превышению температуры в среднем сечении

Метод ЭТС позволяет представить различные практические задачи расчета установившегося и переходного режимов нагрева электрической машины в виде системы уравнений Отказ от рассмотрения поля температур внутри отдельно взятого элемента позволяет представить тепловые процессы системой обыкновенных линейных дифференциальных уравнений первого порядка, число которых определяется количеством элементов, на которые разбивается машина Тепловое состояние п-го элемента описывается следующим дифференциальным уравнением теплового баланса

¿¡П «<!">

(6)

Л Тл

где С„, ()„ - соответственно, теплоемкость и температура п-го элемента, £>„ - температура одного из соседних элементов, связанных в тепловом отношении с рассматриваемым п-ым, Р„ - потери мощности в п-ом элементе, Лщ-теплопроводность между п-ым и 1-ым элементами, I — текущее время

Точность результатов, полученных с использованием метода эквивалентных схем замещения тепловых режимов, определяется, главным образом, количеством элементов и точностью расчета их параметров

Основные исходные данные для теплового расчета вентильного электродвигателя были взяты из таблицы результатов, полученных после проведения проектного («еометрические данные, массы элементов) и электромагнитного (потери мощности в элементах конструкции электродвигателя) расчетов, а также из справочной литературы (коэффициенты теплопроводности элементов, удельные теплоемкости и плотности материалов элементов конструкции электродвигателя) Конструктивные данные могут быть взяты также для реального двигателя, а его потерн - по результатам испытаний

Для тепловых расчетов погружных электродвигателей применим метод ЭТС, при этом теплофизические характеристики материалов- объемная теплоемкость, коэффициент теплопроводности, а также интенсивность объемно-распределенных источников теплоты, условия теплообмена на границах тел приняты постоянными для рассматриваемого интервала температур

В работе использована упрощенная эквивалентная тепловая схема для определения превышений температуры основных элементов погружного электродвигателя без внутренней циркуляции охлаждающей среды

Упрощенная тепловая схема замещения была составлена в предположении, что тепловое сопротивление между деталями отсутствует, теплопередача через вал пренебрежимо мала и соблюдаются допущения, необходимые для метода ЭТС Здесь использован метод симметрирования относительно продольной оси машины, что позволяет практически в два раза уменьшить число элементов эквивалентной тепловой схемы без снижения точности расчета

Охлаждающая жидкость в зонах окололобовых пространств обмотки имеет практически одинаковую температуру, то есть экспериментально установлено, что в этой области нет существенных градиентов температуры Это свидетельствует о том, что, несмотря на отсутствие специально организованной внутренней циркуляции жидкости, вращение ротора обеспечивает достаточно интенсивное перемешивание ее внутри двигателя Это позволяет выделить охлаждающую жидкость внутри двигателя в один элемент и считать, что теплоотдача в ней осуществляется конвекцией

Тепловая схема замещения (ТЗС) состоит из семи элементов, зубцов статора со средней температурой СЫ спинки статора со средней температурой Qa| оболочки, включающей станину и подшипниковые щиты, со средней температурой Qc, пазовой части обмотки статора со средней температурой £?р/, лобовой части обмотки статора со средней температурой ротора со средней температурой (¡)г2, внутреннего воздуха со средней температурой ()0, Элементы ТЗС связаны между собой соответствующими тепловыми проводимостями Источниками тепла, сосредоточенными в соответствующих узлах, являются основные и добавочные потери в зубцах статора , потери в ярме статора Рса„ потери в меди пазовой части обмотки статора Р„1Р, потери в меди лобовой части обмотки статора Ртц, потери в стали ротора Р,2, внутренние механические потери, состоящие из потерь на трение в подшипниках и потерь на трение ротора о воздух £ Рт

Для анализа теплового состояния ВД в любом из режимов по приведенной ТСЗ была составлена и решена система дифференциальных уравнений

Решение системы уравнений при заданной температуре окружающей среды позволяет определить средние значения температур элементов в любой из моментов времени I Достоинство данного метода состоит в том, что задача решена при небольших вычислительных затратах

Оценка теплового состояния элементов вентильного двигателя ВД125-117 производилась также с помощью компьютерной программы, разработанной в соответствии методикой теплового расчета (ЭТС) Основными показателями, характеризующими состояние пластовой жидкости, являются ее температура Тпж и скорость ее протекания относительно корпуса электродвигателя Упж

Для оценки адекватности экспериментальных данных были проведены расчетные исследования для случая, когда в качестве охлаждающей

жидкости используется вода Во всех расчетах температура охлаждающей воды принималась равной 95°С

Были проведены расчеты и определены средние температуры спинки статора, зубцов статора, пазовой части ОЯ, лобовой части ОЯ, магнитов, корпуса, внутренней среды при различных значениях средних длин лобовых частей и коэффициентов обтекания лобовых частей.

Также при расчете теплового состояния электродвигателя оценивалось влияние скорости воды на установившееся значение температуры элементов конструкции электродвигателя Установлено, что при скорости охлаждающей жидкости К„ > 0,32 м/с температура элементов конструкции двигателя мало меняется и поэтому в дальнейшем в качестве расчетной скорости принималась Уу = 0,32 м/с Для выбранной рациональной расчетной скорости воды были построены временные зависимости температур элементов двигателя

Были построены расчетные и экспериментальные зависимости температур элементов электродвигателя ВД125-117 в функции времени на холостом ходу при различных частотах вращения. Частоты вращения задавались в соответствии с циклограммой, принятой при приемо -сдаточных заводских испытаниях Охлаждение двигателя осуществлялось за счет естественной конвенции (температура окружающего двигатель воздуха 20°С)

В натурном эксперименте, который был проведен на испытательном стенде ООО «РИТЭК-ИТЦ» измерение температур проводилось термопарами, установленными в пазовой части обмотки статора и на корпусе электродвигателя в центральной его части

Результаты расчетов были приняты за основу при конструировании обмоток вентильного двигателя конструкции «РИ ГЭК-ИТЦ

В работе выполнено аналитическое определение оптимальных областей регулирования насосных установок разных типов с вентильными приводами с разработкой методики подбора погружного оборудования

Подбор типоразмера насоса ЭЦН и определение глубины его спуска в скважину проводился по программе подбора УЭЦНВ «Авготехнолог», адаптированной к условиям конкретного месторождения Возможности привода могут быть реализованы

- при эксплуатации УЭЦНВ, подобранных с учетом характеристик насоса при номинальной частоте вращения 2910 мин-1,

- при эксплуатации УЭЦПВ с выбранной частотой вращения из рекомендуемого в «Руководстве по эксплуатации УЭЦНВ» диапазона

Подбор ЭЦН к скважине, проведенный по качественной компьютерной программе, не обеспечивает максимальное соответствие системы «насос -пласт», так как, во-первых, сам алгоритм подбора основан на определенных допущениях, во-вторых, в расчетах используются эмпирические коэффициенты, в-третьих, исходные данные для расчета определяются не точно, и, наконец, количество ступеней в подобранном насосе не расчетное, а ближайшее к нему, установленное в стандартных насосных секциях Необходимо также учитывать изменение характеристик скважинной продукции во времени и то, что характеристики насосов имеют разброс

параметров подачи и напора в пределах допуска В этих условиях часто после запуска скважины требуется корректировка режима отбора продукции, которая эффективно решается регулированием частоты вращения вентильного электродвигателя

Регулируемый вентильный привод позволяет также изначально выбрать частоту вращения насоса, при которой будет обеспечена более эффективная работа ЭЦН в скважинах с низким пластовым давлением, высоким газовым фактором, высокой вязкостью продукции, большим содержанием механических примесей и других осложняющих факторах Новая частота вращения может снизить вероятность возникновения резонансных явлений в установке, являющихся одной из причин самопроизвольного их расчленения в процессе работы

Для работы УЭЦНВ с новой выбранной частотой вращения, определяются новый типоразмер насоса, мощность, потребляемая насосом, при работе с выбранной частотой вращения, мощность, потребляемая насосом, при откачке жидкости глушения с выбранной частотой вращения, мощность вентильного электродвигателя для комплектации подобранного насоса, максимальная частота вращения, с которой может работать насос в комплекте с выбранным вентильным электродвигателем, максимальная частота вращения, с которой может работать насос в комплекте с выбранным вентильным электродвигателем при откачке жидкости глушения, в качестве оценочного показателя рассчитывается ориентировочное значение ожидаемого изменения ресурса деталей проточной части погружного насоса

При пересчете используются общетехнические зависимости подачи, напора, мощности и ожидаемого ресурса от частоты вращения насоса

Вентильный привод позволяет эксплуатировать УЭЦНВ в широком диапазоне частот (от 2500 до 3500 мин-1) вращения

Если выбрана новая частота вращения п, то параметры насоса, обеспечивающего планируемый дебит определяются путем пересчета соответствующих параметров насоса, подобранного для работы при стандартной частоте вращения 2910 мин-1

Вентильные электродвигатели для комплектации насосов выбираются из условия обеспечения требуемой мощности, ресурса, кпд и модификации по номинальному напряжению

С увеличением частоты вращения более номинальной величины - 3000 мин-1 - мощность, развиваемая электродвигателем, превышает номинальную, при этом ухудшается тепловой режим работы ВД, что может привести к снижению его ресурса

При подборе вентильных электродвигателей рекомендуется подбирать по мощности максимального ресурса, которая принимается на 20% ниже его мощности при частоте вращения п

Для обеспечения работы ВД с высоким КПД не рекомендуется его загружать ниже 30 % его номинальной мощности

Рекомендуемый диапазон выбора мощносш исходя из следующих условий

0,ЗЫД„<ЫН„<0,8ЫДП (7),

В работе выполнен расчет максимальных значений частоты вращения вала насоса, подачи и напора в зависимости от мощности вентильного электродвигателя

Рекомендуемая максимально допустимая частота вращения ВД рассчитывается из условия ограничения мощности вентильного электродвигателя мощностью максимального ресурса при номинальной частоте вращения 3000 -1мин

Мдшшц = МЮо=0,8^о (8)

С учетом этого, максимальная частота вращения вала насоса п^щ, из условия загрузки ВД по мощности максимального ресурса

пкл,ах=2700(Ызо/Н„),/3 (9)

Максимальные значения параметров насосов, при частоте вращения Пцтах с учетом ограничений, принятых в разработанной методике Птах**^ 3500 МИН-1

Ошах= 1,2С?29 (Ю).

Нти=1,45Н29 (11)

В третьей главе рассмотрены вопросы экспериментальных исследований вентильного двигателя. Для выполнения комплекса работ по проверке правильности результатов теоретических исследований и работ по приемо-сдаточным испытаниям натурных образцов электродвигателей на основе вентильных приводов был разработан, изготовлен и смонтирован в ООО «РИТЭК-ИТЦ» автоматизированный стенд СИУ-160

Измерительная система автоматизированного стенда предназначена для снятия в реальном масштабе времени и расчета следующих параметров двигателей и станции управления (СУ)

- мгновенных значений токов и напряжений (18 аналоговых сигналов),

- момента и частоты вращения двигателя (2 цифровых сигнала),

- расчета мощностей, КПД по полученным значениям,

- отображения кривых напряжений и токов СУ, двигателей,

- протоколирования, хранения результатов испытаний,

- тарировки и калибровки каналов измерения стенда

Измерительная часть стенда обеспечивает регистрацию параметров отвечающих следующим требованиям

- точность каналов измерения электрических и механических величин соответствует ГОСТ 11828-86,

- измерение и расчет напряжений и токов на входе и выходе СУ, входе ВД проводятся по каждой фазе Основная приведенная погрешность не более 0,5% Частота опроса датчиков тока и напряжения с аналоговым выходом уровня ±5В не менее 130 кГц,

- измерение момента и частоты вращения ВД проводится с основной приведенной погрешностью не более 0,5%, опрос датчиков с цифровым выходом проводится с регулированием по времени

- имеются дифференциальные каналы с групповой гальванической развязкой от шасси компьютера

- обеспечена синхронизация измерения электрических и механических параметров т е параметров с тактовой частотой не более 200 кГц,

- размер буфера параметра для одного замера не менее 4000 значений,

- возможность оперативного хранения результатов измерения в памяти на период не менее 2 часов,

- возможности настройки таблиц испытаний, их хранения на срок не менее 1 года, получения доступа к ним для просмотра и печати не позднее чем через 5 мин

В качестве нагрузочного устройства использовалась асинхронная машина (АМ) типа А250М4БИУЗ мощностью - 90 кВт с частотой вращения до 1500 мин-1 Согласование скорости вращения испытуемых электродвигателей и нагрузочной машины и задание необходимого момента осуществлялось с помощью двух преобразователей частоты ипк1пуе ЦЫ14404 мощностью, соизмеримой с мощностью асинхронной машины Преобразователи управляют асинхронной машиной (АМ) в области скоростей от 50 до 4000 мин-1, поддерживая заданный момент на валу АМ При этом АМ находится в генераторном режиме, а преобразователи в режиме рекуперации электроэнергии в трехфазную сеть напряжением 380 В

В области скоростей п = 50 - 1500 мин-1 обеспечивается постоянство максимального нагрузочного момента на валу вентильного двигателя (примерно 570 Нм) В диапазоне скоростей п = 1500 - 4000 мин-1 обеспечивается постоянство максимальной тормозящей мощности на валу АМ, до 90 кВт, при этом максимальный тормозящий момент снижается пропорционально отношению 1500/п

Высокочастотный датчик момента, связанный с корпусом вентильного электродвигателя, передает информацию на станцию управления вентильным двигателем о мгновенных значениях момента электродвигателя

Установившийся тепловой процесс при испытаниях определяют по стабилизации электрических параметров электродвигателя После установления режима на1 рева методом сопротивления определяют среднюю температуру обмотки статора Превышение температуры обмотки (обмоток) определяется как разность температуры обмотки (обмоток) и температуры окружающей среды в конце режима нагрева

Испытание маслонаполненных электродвигателей проводится в условиях водяного охлаждения при средней температуре воды не более 95°С Номинальные параметры электродвигателя при расчетной рабочей температуре обмотки статора (115°С) определяются по параметрам номинального режима электродвигателя и температуре обмотки статора 1И в конце режима нагрева - току I (в А), фазному напряжению и (в В), потребляемой мощности Р| (кВт), сопротивлению фазы обмотки К.щ

Структурная схема стенда «ИТЦ-РИТЭК» СИУ-160.

Рис. 5. Структурная схема стенда СИУ-160

Максимальный и минимальный вращающие моменты асинхронного электродвигателя определяют методом непосредственной нагрузки путем регистрации сигнала датчиком момента.

Проверка диапазона регулирования частот вращения регулируемых электродвигателей осуществляется на холостом ходу путем повышения частоты вращения от минимальной до максимальной и выдержкой в течение 5 мин каждой чистоты вращении через каждые 250-500 мкн-1.

Испытание при повышенных частотах вращения нерегулируемых электродвигателей проводят путем повышения частоты вращения до 120% номинальной с выдержкой времени 1 мин.

Испытание на кратковременную перегрузку по току (моменту) нерегулируемых асинхронных двигателей проводят путем кратковременного увеличения нагрузки. Значения тока (момента) и времени выдержки устанавливаются ТУ на испытуемый электродвигатель.

Рабочие характеристики электродвигателей определяют при температуре обмотки (115+15)°С методом непосредственной нагрузки с регистрацией всех параметров (напряжения, тока, потребляемой мощности, момента ла валу и частоты вращения) при изменении мощности от (ПО-150)% номинальной (в зависимости от возможности повреждения электродвигателя) до 0.

Результаты экспериментальных исследований показали хорошее совпадение с результатами расчетов по разработанным математическим моделям теплофизических процессов, и выполненных с их помощью тепловых расчетов с экспериментом, имитирующим заводские приемосдаточные испытания

Небольшие расхождения результатов (в пределах 5-6%) обусловлены невозможностью точного соблюдения всех условий проведения эксперимента и, соответственно, допущениями, принятыми при оценке теплового состояния

На основании результатов экспериментальных исследований и выполненных расчетов тепловых процессов ряда вентильных электродвигателей серии ВД-117В5 для погружных центробежных насосов была уточнена методика тепловых расчетов с помощью эквивалентных схем замещения и подтверждена ее адекватность

В четвертой главе приведены результаты опытно-промысловых испытаний и внедрения установок скважииных насосов для добычи нефти с погружным электроприводом на основе вентильного двигателя, приведены основные типоразмеры электроприводов на основе вентильного двигателя Для полноценного и масштабного внедрения приводов необходимо было создать документ, которым могли бы руководствоваться нефтедобывающие предприятия при эксплуатации УЭЦН Такой РД был создан, он учитывает особенности подбора и эксплуатации УЭЦН, связанные с использованием в его составе КП ЭЦН-ВД производства ООО «РИТЭК - ИТЦ»

В работе указаны преимущества приводов на основе вентильных электродвигателей и их параметры, за счет которых обеспечиваются эти преимущества

Привод КП ЭЦН-ВД состоит из погружного электродвигателя типа ВД и специальной станции управления

Привод работает в комплекте с насосами, кабельными линиями, и трансформаторами, используемыми в составе УЭЦН с типовыми асинхронными погружными электродвигателями типа ПЭД

Диапазон регулирования частоты вращения электродвигателя -500-3500 мин-1

Технические характеристики КП ЭЦН-ВД представлены в табл 1 Возможность регулирования частоты вращения, которой обладают вентильные электродвигатели в приводе КП ЭЦН ВД, используется, в основном, для компенсации неточностей подбора оборудования, которые имеют место при подборе оборудования даже по самым совершенным программам, а также для оптимизации работы системы «насос-пласт» в случае изменений параметров пласта Можно также в ограниченных пределах по частоте вращения и времени работы УЭЦН использовать возможность увеличения частоты вращения для обеспечения требуемой подачи и напора при износе насоса Для решения этих задач оптимальным является диапазон регулирования частоты вращения 2500-3500 мин-1, который принят для УЭЦН с приводом на основе ВД

Таблица 1

Технические характеристики КП ЭЦН-ВД

№ о/п Тки привада Мощность номныальнаа, кВт Наприженне номинальное, В Ток номинальный, А КПД, % Созф

1 КП ЭЦН-ВД 16-117В5 16 800 12,5 89,7 0,95

2 01КП ЭЦН-ВД24-117В5 24 1200 12,5 89,7 0,95

3 08КП ЭЦН-ВД24-117В5 24 850 17,5 89,7 0,95

4 02КП ЭЦН-ВД32-117В5 32 1150 17,5 89,7 0,95

5 09КП ЭЦН-ВД32-117В5 32 900 22 90 0,95

6 ОЗКП ЭЦН-ВД40-117В5 40 1450 »7,5 89,7 0,95

7 10КП ЭЦН-ВД40-117В5 40 1000 25 89,2 0,95

8 04КП ЭЦН-ВД48-117В5 48 1400 22 90,2 0,95

9 11КПЭЦН-ВД48-117В5 48 1050 29 90,2 0,95

10 05КП ЭЦН-ВД56-И7В5 56 1600 22 90,2 0,95

11 12КП ЭЦН-ВД56-117В5 56 1000 35 90,2 0,95

12 06КП ЭЦН-ВД64-117В5 64 1850 22 90,2 0,95

13 13КП ЭЦН-ВД64-117В5 64 1400 29 90,2 0,95

Превышение температуры обмотки статора двигателя ВД32-117В5 при скорости охлаждающей жидкости 0,04 м/сек (в два раза ниже регламентируемой в ТУ на ПЭД) составляет 25°С, в то время как у ПЭД32-117В5 этот показатель 35 - 40°С Различие в температурах нагрева ВД125-117В5 и ПЭД 125-117В5 еще больше Сравнительные данные по вентильным и асинхронным электродвигателям представлены в табл 2

Таблица 2 Показатели тепловыделения с поверхности ПЭД.

Тип электродвигателя Мощность, кВт кпд, % Выделяемая ТС11Л0В4К мощность, кВг Удельное тепловыделение, кВт/ м2

ВД-ЗМ17 32 91.5 2.97 3.16

ПЭД-32-117 84.5 5.87 5.71

ВД-125 125 92.4 Ю.Ц 3.70

ПЭД-125 82.5 22.06 4.73

В главе представлены результаты промысловых испытаний установок скважинных насосов для добычи нефти с погружным электроприводом на основе вентильного двигателя.

Промысловые испытания и внедрение КП ВД были начаты в ООО «ЛУКОЙЛ - Западная Сибирь» в 1998г. Серийное производство КП ВД было начато в 2001г. в ЗАО «ЛУКОЙЛ - ЭПУ Сервис» (г. Когалым). По СОСТОЯНИЮ на конец 2006 г. фонд скважин, эксплуатируемых УЭЦН и УЭВН с вентильными приводами, составляет более 400 скважин.

На рис, 5 приведена номограмма распределения фонда ВД с различными частотами вращения.

Как показал анализ промысловых данных, 13% УЭЦН с ВД работают в диапазоне 2900-3000 мин-1 номинального значения частоты вращения; 79% работают в диапазоне 1800-2900 мин-1 ниже номинального значения частоты вращения; 8% работают диапазоне частот вращения 3000-3500 мин-1 - выше Номинального значения частоты вращения.

Фактические частоты вращения работающих УЭЦН с вентильный приводом

гт

м i П к и i a i i i я i i

l В I ig К П

ЧМСШ1 LttipiTTM. 1/kWH

Рис. 5.Номограмма фактических частот вращения УЭЦ11 с ВД.

Работа с частотой вращения выше номинального значения позволила:

- увеличить отбор продукции из скважины без подъема установки для замены неправильно подобранного насоса;

- увеличить подачу насоса при его износе, сопровождающегося снижением производительности;

- обеспечить требуемое давление на устье.

Работа с частотой вращения ниже номинального значения позволила:

- компенсировать погрешность подбора насоса;

- отказаться от подьема установки для замены типоразмера насоса или установки штуцера для уменьшения подачи;

- отбирать продукцию из скважин с малыми при токами.

Возможность регулирования частоты вращения вентильного привода реализована практически в 87% скважин, эксплуатируемых КП ЭЦН ВД

Снижение энергопотребления при добыче нефти УЭЦН с вентильными приводами по сравнению с серийными асинхронными обеспечивается за счет.

- более высоких значений КПД двигателей,

- снижения потерь мощности в кабеле, например, при номинальном токе вентильного двигателя ВД32 - 20 А и токе асинхронного ПЭД32 - 25 А снижение потерь мощности в кабеле составляет 36%,

- работы большей части фонда скважин (76%) при частотах вращения ниже номинальных значений Например, при частоте вращения вала насоса 2800 об/мин, потребляемая им мощность на 11% меньше номинальной

В ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь» был организован учет энергопотребления УЭЦН с вентильными приводами подконтрольной группы скважин Фактическое снижение энергопотребление при замене приводов составило от 20 до 30%

В связи с тем, что вентильные электродвигатели по сравнению с асинхронными имеют более высокие значения КПД, выделяемая ими тепловая мощность меньше, чем у асинхронных ПЭД, а температура перегрева их обмоток ниже (табл 3)

Таблица 3

Температура перегрева обмоток вентильного двигателя и асинхронного ПЭД

Технические показатели ВД32 ПЭД32

кпд, % 91,5 84,5

СОБФ 0,99 0,86

Напряжение, В 1100 1000

Рабочий ток, А 20,5 26,0

Удельное тепловыделение, кВт/м' 3,16 5,71

Скорость охлаждающей жидкости, м/с 0,04 0,08

Температура перегрева обмотки, "С 25 40

Малые значения температур перегрева вентильных электродвигателей ВД обеспечивает не только более высокий ресурс по сравнению с асинхронными двигателями ПЭД, но и расширяет технологические возможности при эксплуатации скважин позволяет проводить освоение скважин после ремонта без остановки УЭЦ11 для охлаждения электродвигателя, работать в скважинах с малыми отборами и нестабильной подачей, а также при повышенных температурах окружающей среды, которая характерна при заглублении УЭЦН с целью форсирования отбора продукции

В работе представлены результаты разработки и внедрения вентильных двигателей для привода низкооборотных высокомоментных винтовых насосов Выпускаемые отечественные винтовые насосы рассчитаны на частоту вращения 1380 об/мин, такая высокая частота вращения приводит к быстрому износу насосов Известно, что винтовые насосы с поверхностным приводом, имеющие высокие наработки, работают в диапазоне частот вращения от 70 до 500 мин-1 Погружных асинхронных электродвигателей на такую частоту вращения нет. Попытки использовать в составе УЭВН понижающий редуктор пока положительных результатов не дали

Был разработан и выпускается ряд низкооборотных высокомоментных вентильных электродвигателей с регулируемым диапазоном частоты вращения 250-1500 мин-1

По состоянию на начало 2007г действующий фонд скважин, оборудованных УЭВН с низкооборотными вентильными электродвигателями составлял 76 единиц Так как отечественные низкооборотные винтовые насосы для УЭВН серийно не выпускаются, то установки укомплектованы, в основном, серийными насосами с подачей от 25 до 63 куб м /сут, которые при рабочей частоте вращения в диапазоне 300-700 мин-1 обеспечивают требуемую подачу и напор Незначительное снижение КПД ЭВН при уменьшении частоты вращения компенсируется более высоким КПД ВВД по сравнению с 4-х полюсным ПЭД За счет снижения частоты вращения наработка установок увеличилась в 2-10 раз Внедрение низкооборотных УЭВН позволило не только поднять наработки установок, но и ввести в эксплуатацию ряд скважин, которые ранее не эксплуатировались из-за высокой вязкости откачиваемой продукции, или эксплуатировались с очень низкими наработками

Созданное ООО «РИТЭК-ИТЦ» с фирмой «МЕТгЗСН» (1срмания) совместное предприятие «РН-КНО» поставляет нефтедобывающим предприятиям установки УЭВН с винтовыми насосами Ы5РСР и приводами КП ЭВН ВВД Такие установки работают в ООО «ЛУКОЙЛ-Коми» и в «ТатРИТЭКнефть»

Таблица 4

Технические характеристики вентильных электроприводов ВВД для винтовых насосов

Показатели Тип электродиш ателя

ВВД 6 ВВД 12 ВВД 18 ВВД 24 ВВД 30 ВВД 36 ВВД 42 ВВД 18

Мощность, при N=1000 об/мин, кВт б 12 18 24 30 36 42 48

Диапазон регулирования частоты вращения, 1/мин 250-1500

Номинальный момент, Нм 57,5 115 172,5 230 287,5 345 402,5 460

Номинальный фазный юк, А 15 15 15 15 21,5 27 36 36

КПД при частоте вращения 1000 об/мин 85 86 86,5 85 87 87,6 88,2 88,5

Именно таким требованиям и отвечают отечественные вентильные приводы типа КП ЭВН ВВД с диапазоном регулирования до 3600 мин-1, разработанные в ООО «ИТЦ-РИТЭК» и представляемые в настоящей работе

Немаловажное значение имеют ценовые показатели, по которым установки с вентильным приводом имеют ряд неоспоримых преимуществ перед другими видами оборудования.

Заключение:

I. Установлено, что для повышения энергетической эффективности УЭЦН необходимы двигатели не только с более высокими КПД, но и с максимально низкими значениями рабочих токов, что позволит существенно сократить потери мощности в кабельных линиях, снизить тепловые потери и уменьшить теплонапряженность самих погружных приводов

2 Определены дальнейшие пути и задачи исследований, установлена необходимость проведения теоретических исследований по изучению закономерностей работы погружных вентильных электродвигателей, по изучению теплофизических процессов в двигателе и по созданию методик расчетов его рабочих параметров

3 Созданы математические модели теплофизического процесса работы вентильного электродвигателя типа ВД

4 Разработанные математические модели и выполненные с их помощью тепловые расчеты показали хорошее совпадение с результатами стендовых экспериментов, имитирующих заводские испытания, что говорит о высокой достоверности полученных в работе выводов

Незначительные расхождения результатов (не более 5-6%) обусловлены невозможностью точного учета всех условий проведения эксперимента и, соответственно, допущениями, принятыми при оценке теплового состояния

5 Расчеты тепловых полей методом конечных элементов показали, что превышение температуры пазовой части обмотки двигателя над температурой окружающей среды составляет около 10°С, что заметно меньше, чем дает эксперимент (на 15-18°С) и расчет с помощью тепловой схемы замещения (на 17-18°С) Такое занижение расчетной температуры пазовой части обмотки имеет место, главным образом, из-за не полного учета подогрева ее от лобовых частей

6 Расчетные исследования с помощью метода конечных элементов и тепловых схем замещения показали, что перегрев лобовых частей существенно зависит от их длины и формы, теплопроводности изоляции, близости корпуса и других металлических частей с высокой теплопроводностью, интенсивности перемешивания масла Отсутствие перемешивания масла и компактные, хорошо изолированные лобовые части обмотки способствуют увеличению их перегревов (до 30-35°С)

7 Показано, что при номинальной нагрузке и температуре охлаждающей воды 95°С время нагрева магнитов и внутренней среды двигателя ВД125-117В5 составляет 6 мин, а обмотки якоря 2-3 мин Выход двигателя на установившуюся температуру заканчивается через 15-20 минут и температура отдельных его элементов достигает

- для магнитов — 111 °С (перегрев - 16 °С),

- для корпуса - 100 °С (перегрев - 5 °С),

- для лобовой части обмотки - 112 "С (перегрев - 17 °С),

- для пазовой части обмотки — 113 °С (перегрев -18 °С),

- для зубцов статора -106 °С (перегрев -11 °С),

- для спинки статора - 102 °С (перегрев - 7 °С)

8 На основании результатов экспериментальных исследований и выполненных расчетов тепловых процессов ряда вентильных электродвигателей серии ВД-117В5 для погружных центробежных насосов уточнена методика тепловых расчетов с помощью эквивалентных схем замещения и подтверждена ее адекватность

9 Комплектацию насосов вентильными электродвигателями рекомендуется производить по мощности максимального ресурса, которая принимается на 20 % ниже его мощности при частоте вращения п

10 Реальное снижение энергопотребления при добыче нефти УЭЦН с вентильными приводами по сравнению с серийными асинхронными обеспечивается за счет

- более высоких значений КПД вентильных двигателей - 92 %, против КПД серийных асинхронных ПЭД - 84%,

- снижения потерь мощности в кабеле, так при номинальном токе вентильного двигателя ВД32, 1в =20А и токе асинхронного ПЭД32, 1а =25 А снижение потерь мощности в кабеле составляет 36%,

- работы большей части вентильных двигателей в скважинах при частотах вращения ниже номинальных значений (76%), где при частотах вращения ниже 2800 об/мин потребляемая им мощность на 11% меньше номинальной (при частоте вращения 2910 мин-1)

11 Фактическое снижение энергопотребления при замене асинхронных приводов на вентильные двигатели составило от 20% до 30%

12 Значение наработки до отказа УЭЦН с вентильными двигателями с учетом всех причин отказов составляют в разных регионах эксплуатации от 200 до 350 суток, а межремонтный период - от 250 до 1000 суток

13 Разработаны вентильные погружные приводы с частотой вращения ротора 300 - 700 мин-1, которыми комплектуются винтовые насосы с подачей от 25 до 63 мЗ/сут Внедрение низкооборотных приводов позволило увеличить наработку винтовых установок в 2 - 10 раз, а также позволило ввести в эксплуатацию ряд скважин, которые ранее не эксплуатировались из-за высокой вязкости откачиваемой продукции, или эксплуатировались с очень низкими наработками

14 Промысловые испытания и широкое внедрение погружных насосных установок с вентильными приводами доказали их работоспособность и высокую технико-экономическую эффективность

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1 Камалетдинов Р С «Опыт эксплуатации винтовых штанговых насосов в добывающих предприятиях» Тезисы доклада на совещании Главного управления по добыче нефти и газа ОАО «ЛУКОЙЛ» «Повышение эффективности работы механизированного фонда скважин», г. Москва, 1998

2 Камалетдинов Р С «Опыт эксплуатации УЭЦН ОАО «АЛНАС» на месторождениях Западной Сибири, перспективы совершенствования электропогружных установок» Тезисы доклада на Всероссийской технической конференции «Производство и эксплуатация УЭЦН», г Альметьевск, 2000 г, ОАО «АЛНАС».

3 Камалетдинов Р С «Опыт эксплуатации УЭЦН ОАО «АЛНАС» на месторождениях Западной Сибири, перспективы совершенствования электропогружных установок» Тезисы доклада на Всероссийской технической конференции «Производство и эксплуатация УЭЦН», г Москва, 2002 г

4 Камалетдинов Р С. «Система работы с механизированным фондом скважин в ОАО НК «ЛУКОЙЛ», перспективы совершенствования электропогружных установок» Тезисы доклада на Международной конференции « Механизированная добыча», г Москва, 2004 г

5 Камалетдинов Р С «Основные направления совершенствования системы работы с механизированным фондом скважин «НК ЛУКОЙЛ», журнал «Территория Нефтегаз», №8,2005 г , с 60-66

6 Камалетдинов Р С «Основные направления совершенствования системы работы с механизированным фондом скважин в ОАО «НК ЛУКОЙЛ» Тезисы доклада на Международной конференции «Механизированная добыча», г Москва, 2005 г

7 Павленко В И , Гинзбург М Я , Дарищев В И , Камалетдинов Р С «Подбор оборудования для скважин, оборудованных УЭЦН с комплектными приводами на основе вентильных электродвш ателей УЭЦНВ», Методическое пособие для студентов ФИМ, ФРНГМ - М , РГУ нефти и газа им И М Губкина, 2005 г 30 с

8 Kamaletdinov R S «Cardinal lines pump operated well stock operation improvement in ОАО «LUKOIL» ОС», OIL GAS CHEMISTRU№ 3-4, 2005 s 24-25

9 Камалетдинов P С «Анализ работы механизированного фонда скважин ОАО «НК ЛУКОЙЛ» Тезисы доклада на Международной конференции «Механизированная добыча», г Москва, 2006 г

10 Гинзбург МЯ, Павленко ВИ, Камалетдинов PC «История одного изобретения», журнал «Нефтегазовая вертикаль», №12, 2006 г ,с 88-90

11 Камалетдинов Р С «Никакого волшебства», журнал «Нефтегазовая вертикаль», №12, 2006 г ,с 14-16

12 Камалетдинов PC «Применение приводов УЭЦН на основе вентильных электродвигателей», журнал «Бурение и нефть», № 1, 2007 г, с 56-57

13 Камалетдинов Р С «Исследование теплового режима вентильного двигателя в составе установок элекгроцентробежных насосов», журнал «Нефтяное хозяйство», №1, 2007 г , с 70-72

Подписано в печать '¿,7*03 07- Формат 60x90/16

Объем Тираж /'00

Заказ

119991, Москва, Ленинский просп ,65 Государственное унитарное предприятие Издательство «Нефть и газ» РГУ им И М Губкина Тел 135-84-06,930-97-11 Факс 135-74-16

Введение.

ГЛАВА 1. Анализ современного состояния добычи нефти в РФ.

Доля скважинных насосных установок в добыче нефти и в фонде скважин. Основные проблемы эксплуатации установок с погружным электроприводом.

Выводы, цели и задачи исследований.

ГЛАВА 2. Теоретические исследования закономерностей работы погружных электроприводов на основе вентильных двигателей.

2.1.Краткий анализ состояния теории и практики вентильных электродвигателей.

2.2. Анализ применимости вентильных двигателей с постоянными магнитами для привода погружных насосов при добыче нефти.

2.3.Тегаюфизические процессы работы погружного привода на основе вентильных двигателей при различных режимах работы УЭЦН.

2.3.1. Расчет теплового состояния восьмиполюсного вентильного электродвигателя.

2.3.1.1. Математическое описание процессов теплопроводности в погружном электродвигателе и формирование математической модели.

2.3.1.2. Методика тепловых расчетов вентильных двигателей на основе эквивалентных тепловых схем замещения.

2.3.1.3. Результаты расчета теплового поля двигателя ВД125-117 методом конечных элементов

2.3.1.4. Результаты расчета теплового состояния ВД125-117 методом эквивалентных схем

2.3.2.Аналитическое определение оптимальных областей регулирования насосных установок разных типов с вентильными приводами.Методика подбора погружного оборудования.

2.3.3. Расчет максимальных значений частоты вращения вала насоса, подачи и напора в зависимости от мощности вентильного электродвигателя.

Выводы по второй главе.

ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования некоторых вопросов работы погружного привода на основе вентильных двигателей

3.1.Стенд для проведения исследований погружного привода на основе вентильных двигателей. 67 3.2.Экспериментальные исследования погружного привода на основе вентильных двигателей. Обработка результатов эксперимента.

3.3.Разработка программы и методики испытаний и исследований асинхронных и вентильных электродвигателей

3.4.Методы испытаний 75 Выводы по третьей главе.

Глава 4.0пыт промысловых испытаний и внедрения установок скважинных насосов для добычи нефти с погружным электроприводом на основе 87 вентильного двигателя

4.1.Основные типоразмеры электроприводов на основе вентильного двигателя. Проведение промысловых испытаний установок скважинных насосов для добычи нефти с погружным электроприводом на основе вентильного двигателя.

4.2.Результаты промысловых испытаний установок скважинных насосов для добычи нефти с погружным электроприводом на основе вентильного двигателя. 97 4.2.1.Внедрение вентильных двигателей для привода низкооборотных высо-комоментных винтовых насосов. 107 Выводы по четвертой главе. 116 Общие выводы и результаты работы. 117 Список использованной литературы. 120 Приложения.

В настоящее время более 65% всей нефти в России добывается с помощью скважинных насосных установок с погружным электроприводом -установками электроцентробежных и электровинтовых насосов. Такими установками оснащено более 30% всех российских скважин, а общее электро» потребление составляет 23,5 млрд. КВт-ч, 45% от всех затрат на подъем нефти.

Несмотря на значительные успехи в области совершенствования конструкции и технологии производства погружных асинхронных электродвигателей типа ПЭД, их повышенный нагрев в определенных режимах отбора жидкости из скважин приводит к существенному снижению ресурса двигателя и УЭЦН в целом. Практически исчерпаны возможности дальнейшего повышения параметров энергетической эффективности погружных асинхронных двигателей, необходимость повышения которых актуализируется в связи со стабильной тенденцией роста тарифов за электроэнергию^!, 2J.

Задача снижения энергопотребления и уменьшение температуры нагрева ПЭД сводится к проблеме повышения КПД двигателя. Однако за последние 15-20 лет этот показатель практически не повышался, и сегодня он находится в интервале 82-84,5% (2-х полюсные ПЭД для УЭЦН) и 70-78% (4-х полюсные ПЭД для УЭВН).

Таким образом, во всех серийно выпускаемых погружных асинхронных электродвигателях от 15,5 до 30% электрической мощности выделяется в виде тепла. Добиться повышения КПД и соответствующего существенного снижения тепловыделения в этих двигателях за счет новых конструктивных решений и замены материалов пока не удалось.

Исходя из этой оценки состояния традиционных асинхронных приводов, примерно десять лет назад в России начали работать над созданием приводов погружных центробежных насосов на основе вентильных электродвигателей. Помимо лучших, по сравнению с ПЭД энергетических характеристик, имеется возможность регулирования частоты вращения вентильных электродвигателей без ухудшения их моментных характеристик, что существенно повышает технологические возможности при эксплуатации УЭЦН.

Настоящая работа посвящена исследованиям в области разработки и эксплуатации приводов УЭЦН на основе вентильных электродвигателей конструкции ООО «РИТЭК-ИТЦ», а также вопросам испытаний и внедрения научно-технических разработок в области совершенствования вентильных приводов.

Работа состоит из 4 глав, основных выводов по работе, приложений, списка использованной литературы из 61 наименования.

Результаты работы неоднократно докладывались на 9 научно-теоретических и научно-практических конференциях и совещаниях (20002006 г.г.), основные положения работы были опубликованы в 13 статьях, а также тезисах докладов на указанных выше конференциях.

Автор выражает глубокую и искреннюю благодарность за большую помощь в работе всем сотрудникам ООО «РИТЭК-ИТЦ», и в частности, В.И.Павленко и М.Я.Гинзбургу.

Общие выводы по работе

1. Установлено, что для повышения энергетической эффективности УЭЦН необходимы двигатели не только с более высокими КПД, но и с максимально низкими значениями рабочих токов, что позволит существенно сократить потери мощности в кабельных линиях, снизить тепловые потери и уменьшить теплона-пряженность самих погружных приводов.

2. Определены дальнейшие пути и задачи исследований, установлена необходимость проведения теоретических исследований по изучению закономерностей работы погружных вентильных электродвигателей, по изучению теплофизических процессов в двигателе и по созданию методик расчетов его рабочих параметров.

3. Созданы математические модели теплофизического процесса работы вентильного электродвигателя типа ВД.

4. Разработанные математические модели и выполненные с их помощью тепловые расчеты показали хорошее совпадение с результатами стендовых экспериментов, имитирующих заводские испытания, что говорит о высокой достоверности полученных в работе выводов.

Незначительные расхождения результатов (не более 5-6%) обусловлены невозможностью точного учета всех условий проведения эксперимента и, соответственно, допущениями, принятыми при оценке теплового состояния.

5.Расчеты тепловых полей методом конечных элементов показали, что превышение температуры пазовой части обмотки двигателя над температурой окружающей среды составляет около 10°С, что заметно меньше, чем дает эксперимент (на 15-18°С) и расчет с помощью тепловой схемы замещения (на 17-18°С). Такое занижение расчетной температуры пазовой части обмотки имеет место, главным образом, из-за не полного учета подогрева ее от лобовых частей.

6.Расчетные исследования с помощью метода конечных элементов и тепловых схем замещения показали, что перегрев лобовых частей существенно зависит от их длины и формы, теплопроводности изоляции, близости корпуса и других металлических частей с высокой теплопроводностью, интенсивности

117 перемешивания масла. Отсутствие перемешивания масла и компактные, хорошо изолированные лобовые части обмотки способствуют увеличению их перегревов (до 30-35°С).

7. Показано, что при номинальной нагрузке и температуре охлаждающей воды 95°С время нагрева магнитов и внутренней среды двигателя ВД125-117В5 составляет 6 мин, а обмотки якоря 2-3 мин. Выход двигателя на установившуюся температуру заканчивается через 15-20 минут и температура отдельных его элементов достигает:

- для магнитов — 111 °С (перегрев -16 °С);

- для корпуса -100 °С (перегрев - 5 °С);

- для лобовой части обмотки -112 "С (перегрев -17 °С);

- для пазовой части обмотки — 113 °С (перегрев -18 °С);

- для зубцов статора -106 °С (перегрев -11 °С);

- для спинки статора -102 °С (перегрев - 7 °С).

8. На основании результатов экспериментальных исследований и выполненных расчетов тепловых процессов ряда вентильных электродвигателей серии ВД-117В5 для погружных центробежных насосов уточнена методика тепловых расчетов с помощью эквивалентных схем замещения и подтверждена ее адекватность.

9. Комплектацию насосов вентильными электродвигателями рекомендуется производить по мощности максимального ресурса, которая принимается на 20 % ниже его мощности при номинальной частоте вращения.

10. Реальное снижение энергопотребления при добыче нефти УЭЦН с вентильными приводами по сравнению с серийными асинхронными обеспечивается за счёт:

- более высоких значений КПД вентильных двигателей - 92 %, против КПД серийных асинхронных ПЭД - 84%;

- снижения потерь мощности в кабеле, так при номинальном токе вентильного двигателя ВД32,1в =20А и токе асинхронного ПЭД32,1а =25А снижение потерь мощности в кабеле составляет 36%;

- работы большей части вентильных двигателей в скважинах при частотах вращения ниже номинальных значений (76%), где при частотах вращения ниже 2800 об/мин потребляемая им мощность на 11% меньше номинальной (при частоте вращения 2910 мин-1).

11. Фактическое снижение энергопотребления при замене асинхронных приводов на вентильные двигатели составило от 20% до 30%.

12. Значение наработки до отказа УЭЦН с вентильными двигателями с учётом всех причин отказов составляют в разных регионах эксплуатации от 200 до 350 суток, а межремонтный период - от 250 до 1000 суток.

13. Разработаны вентильные погружные приводы с частотой вращения ротора 300 - 700 мин-1, которыми комплектуются винтовые насосы с подачей от 25 до 63 мЗ/сут. Внедрение низкооборотных приводов позволило увеличить наработку винтовых установок в 2 - 10 раз, а также позволило ввести в эксплуатацию ряд скважин, которые ранее не эксплуатировались из-за высокой вязкости откачиваемой продукции, или эксплуатировались с очень низкими наработками.

14. Промысловые испытания и широкое внедрение погружных насосных установок с вентильными приводами доказали их работоспособность и высокую технико-экономическую эффективность.

1. Ивановский В.Н. Научные основы создания и эксплуатации насосного оборудования для добычи нефти в осложненных условиях из мало и среднедебитных скважин.Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, М.1999.

2. Камалетдинов Р.С. «Основные направления совершенствования системы работы с механизированным фондом скважин «НК ЛУКОЙЛ», журнал «Территория Нефтегаз», №8, 2005 г., с.60-66.

3. Иванов А.А., Кудряшев С.И., Маркелов Д.В. « Результаты эксплуатации опытно-промышленной партии установок ЦУНАР 100», журнал «Территория Нефтегаз», №2, 2005 г. с.30-39.

4. Кудряшев С.И., Здольник С.Е., Литвиненко В.А. и др. «Опыт эксплуатации российских интеллектуальных погружных насосов», журнал «Территория Нефтегаз», №11, 2005 г.с.40-47.

5. Черемисинов Е.М., Матвеев С.Н., Оводков О.А. «Частотные режимы работы системы «скважина-насос» установки ЦУНАР 100», журнал «Бурение и нефть», №11,2002 г.

6. Kamaletdinov R.S. «Cardinal lines pump operated well stock operation improvement in ОАО «LUKOIL» ОС», OIL GAS CHEMISTRU.№ 3-4,2005.

7. Камалетдинов Р.С. «Система работы с механизированным фондомскважин в ОАО НК «ЛУКОЙЛ», перспективы совершенствования электропоizvгружных установок». Тезисы доклада на Международной конференции « Механизированная добыча», Москва. 2004 г.

8. Камалетдинов Р.С. «Основные направления совершенствования системы работы с механизированным фондом скважин в ОАО «НК ЛУКОЙЛ». Тезисы доклада на Международной конференции « Механизированная добыча», Москва. 2005 г.

9. Камалетдинов Р.С. «Анализ работы механизированного фонда скважин ОАО «Ж ЛУКОЙЛ». Тезисы доклада на Международной конференции « Механизированная добыча», Москва. 2006 г.

10. Гинзбург М.Я.,Павленко В.И., Камалетдинов Р.С. «История одного изобретения», аналитический журнал «Нефтегазовая вертикаль», №12, 2006.

11. ELCUT. Руководство пользователя. ПК ТОР. С-Пб., 1989-2005, http: //elcut.ru.

12. Нестационарные тепловые расчеты в электрических машинах. Беспалов В.Я., Дунайкина Е.А., Мощинский Ю.А./Под ред. Б. К. Клокова. -М.: МЭИ, 1987.-72 с.

13. Нагрев и охлаждение электрооборудования летательных аппаратов. Н.З. Мастяев, И. Н. Орлов.- М.: Моск.энерг.ин-т, 1995.

14. Счастливый Г.Г. и др. Погружные асинхронные электродвигатели. М.: Энергоатомиздат, 1983.-168 с.

15. Борисенко А.И. и др. Аэродинамика и теплопередача в электрических машинах. М., «Энергия», 1974.- 560 с.

16. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 367 с.

17. Матвеев С.Н. Резервы повышения дебита насосных скважин на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз»,Нефтепромысловое де-ло.ВНИИОЭНГ, 2002.№4.

18. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. Москва, Высшая школа, 1985.

19. Кузнецов В.А., Кузьмичёв В.А. Вентильно-индукторные двигатели. М. Издательство МЭИ, 2003.

20. Животовский JI.C., Смойловская JI.A. Лопастные насосы для абразивных гидросмесей. Москва, «Машиностроение», 1978, стр.87.

21. Павленко В.И., Гинзбург М.Я. Новый высокоэффективный привод для погружных центробежных, и винтовых насосов. «Технологии ТЭК», №3,2004.

22. Беспалов В.Я., Дунайкина Е.А., Мощинский Ю.А. Нестационарные тепловые расчёты в электрических машинах, Москва, Издательство МЭИ, 1987.

23. Сергеев П.С., Виноградов Н.В., Горяинов Ф.А. Проектирование электрических машин. Москва, Энергия, 1970.

24. Счастливый Г.Г., Семак В.Г., Федоренко Г.М. Погружные асинхронные электродвигатели, Москва, Энергоатомиздат,1983.

25. Dugan R.C., Мс granaghan М. F., Beaty Н. W. Electrical Power Systems Quality,

26. Львов А.П. Электрические сети повышенной частоты, Энергоиз-дат, 1981.

27. Павленко В.И., Гинзбург М.Я. Вентильные приводы УЭЦН- энергоэффективная техника нефтедобычи. «Технологии ТЭК», №4,2006.

28. Magnetsysteme nach Mass. /Beier Ernst//Technica.-Suisse,2003.-t.52,N 6.-c. 24-29.

29. Масленников B.C. Трапецеидальная форма ЭДС вращения вентильных двигателей. Электротехника, 2001, №8, с. 25-29.

30. Patrick J.McCleer,. Quasi-square wave back-emf permanent magnet ac machines with five or more phases. Patent US 5642009. 24.06.1997.

31. Голубев А.Н., Субботин М.В. Математическая модель синхронного двигателя с m-фазной обмоткой для стационарных режимов. Электротехника. 2002, № 1, с. 35-39.

32. Шевченко А.Ф. Электромеханические преобразователи энергии с модулированным магнитным потоком. Дисс. . докт. техн. наук. Новосибирск, НГТУ, 1999, 328 с.

33. Гриднев А.И., Келин Н.А., Клевец Н.И. и др. Синтез и оптимизация роторов из высококоэрцитивных постоянных магнитов и систем для намагничивания. Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1987. №6.

34. Шевченко А.Ф. Синхронный электродвигатель. А.С. СССР №1345291. Опубл. 15.10.82. Бюлл. №38.

35. Шевченко А.Ф. Синхронный электродвигатель. Патент РФ №2059994. Опубл. 10.05.96. Бюлл. №13.

36. Шевченко А.Ф. Математическая модель многополюсных синхронных машин с зубцовыми обмотками с амплитудно-модулированным полем. Электротехника, 1999, № 12, с. 28-34.

37. Калужский Д.Л. Электрические машины с дискретно-распределенными обмотками. Дисс. . докт. техн. наук. Новосибирск, НГТУ, 1999, 270 с.

38. Hirano, Masahiro. Brushless DC motor using permanent magnet. Patent EP 0909009.14.04.1999 r.

39. Kimura, Mamoru, . Permanent magnet type rotating electrical machine, and power generation system and drive system using it. Patent EP 1248348. 09.10.2002 r.

40. Волокитина E.B., Свиридов В.И., Шалагинов В.Ф. Особенности применения постоянных магнитов в вентильных электродвигателях авиационных электроприборов. Электротехника. 2003, № 7, с. 55-59.

41. Zhu Z. Q., Chen Y. S., Howe D. Iron loss in permanent-magnet brushless AC machines under maximum torque per Ampere and flux weakening control. IEEE Trans. Magn.-2002.-T.38, N 5.-c. 3285-3287.

42. Высоцкий В. Е., Тулупов П. В., Верещагин В.Е. Система автоматизированного проектирования бесконтактных вентильных двигателей постоянного тока. Электричество.-2003.-№10.-с. 25-36.

43. Jockel A., Kaufhold М. Permanentmagneterregte GroSSmaschinen: Potenziale in der Oberklasse. Elek. Masch.-2002.-t.81,N 12.- c. 26-30.

44. Multilevel DC link inverter. UT-Battelle. Patent 09/853133. 10.06.2003 г.НКИ 318/254.-045.

45. Kim Kyeong-Hwa ,Youn Myung-Joong. Performance comparison of PWM inverter and variable DC link inverter schemes for high-speed sensorless control of BLDC motor. Electron. Lett.-2002.-t.38,N 21.-е. 1294-1295.

46. Brushless sensorless DC motor assembly with precisely controllable positioning. Semipower Systems. Patent 09/232412. 05.12.2000 г. НКИ 318/254.-045.

47. Morimoto Shigeo, Kawamoto Keisuke, Sanada Masayuki, Takeda Yoji. Sensorless control strategy for salient-pole PMSM based on extended EMF in rotating reference frame. IEEE Trans. Ind. Арр1.-2002.-т.38, N 4.-c. 1054-1061.

48. Green S., Atkinson D.J., Jack A.G., Mecrow B.C., King A. Sensorless operation of a fault tolerant PM drive. IEE Proc. Elec. Power Арр1.-2003.-т.150, N 2.-c. 117-125.

49. Brushless motor driving circuit and a method of controlling the brushless motor driving circuit. Matsushita Electric Industrial Co.- Patent 09/323967; 15.05.2001 r.

50. Kim K.-H. Design and performance comparison of a stationary frame digital current control for a PM synchronous motor. IEE Proc. Elec. Power Appl.-2003.-t.150, N 3. -c. 357-364.

51. Литвинов M.B. Электроцентробежная насосная установка. Заявка 2219373 643, МКИ F 04 D 13/10. 20.12.2003 г.

52. Камалетдинов Р.С. «Никакого волшебства», аналитический журнал «Нефтегазовая вертикаль», М.№12,2006 г.с.14-17.

53. Черемисинов Е.М., Матвеев С.Н.,Оводков О.А. Частотные режимы работы системы «скважина-насос» установки «ЦУНАР-100», ж-л Бурение и нефть,-2002.-№11,с.59.

54. Камалетдинов Р.С. «Применение приводов УЭЦН на основе вентильных электродвигателей», журнал «Бурение и нефть», №1, 2007 г., с.56-57.

55. Камалетдинов Р.С. «Исследование теплового режима вентильного двигателя в составе установок электроцентробежных насосов», журнал «Нефтяное хозяйство», №1,2007 г., с.70-72.