1387

По значению Рэ, найденному по формуле (8.10) или (8.13), подбирается двигатель с номинальной мощностью Рп так, чтобы Ри^Рэ- При разработке новых серий электроприводов станков-

качалок или		при выполнении специальных	исследований,
когда	необходимо получить более точные данные для			вы­
бора	двигателя,	строят нагрузочные диаграммы	P = f(t).	По­

строение последних, а также исследование переходных процессов электроприводов основываются на составлении и ре­ шении уравнений движения электропривода. Имея нагрузоч­

ную	диаграмму, методом	эквивалентного тока или мощно­
сти	находят необходимую	номинальную мощность электродви­
гателя.

Выбранный по условиям нагрева двигатель не во всех слу­ чаях будет удовлетворять требованиям работы в приводе стан­ ка-качалки. Он должен удовлетворять условиям пуска станкакачалки и условиям преодоления пиков нагрузочного момента при работе установки. При пуске станка-качалки двигатель должен развивать момент, обеспечивающий преодоление ста­ тического момента сопротивления системы и некоторый избыточ­ ный момент, необходимый для ее разгона до установившейся скорости. Статический момент сопротивления системы при пуске превышает соответствующий момент при установившемся ре­ жиме из-за увеличенных сил трения, обусловленных заеданием движущихся частей, выжиманием смазки, наличием песчаных пробок.

Протекание пускового процесса зависит также от начального положения кривошипа станка и от того, как изменяется на­ грузка непосредственно после начала пуска.

Следует также учитывать, что в случае снижения напряже­ ния в питающей сети во время пуска двигателя соответственно уменьшается начальный пусковой момент двигателя.

Расчеты и практика показывают, что при MJ Mn= 2 успешно запускаются все типы станков-качалок, причем время разгона для малых и средних станков составляет 0,5—5 с, а для неко­ торых типов тяжелых станков возрастает до 4—10 с. Двигатели с кратностью пускового момента 1,8—2 следует считать при­ годными для привода станков-качалок.

Что касается кратности максимального момента /Сет. шах = =Л4СТ. тах/Мн, то необходимое значение ее составляет 1,8—1,9 при хорошем уравновешивании станка-качалки. Вероятность пе­ регрузок двигателя возрастает в случае использования насосов малых диаметров при больших числах качаний и длинах хода, большой глубине подвески насоса. Поэтому большие значения

/Сет. max ОТНОСЯТСЯ К ЭТИМ УСЛОВИЯМ.

Обычно величина /Сет. шах станков-качалок составляет ную работу электропривода ных снижениях напряжения

у асинхронных двигателей привода 2,1—2,8, что обеспечивает надеж­

сперегрузками и при значитель­

впитающей сети.

301

§ 46. Электродвигатели для станков-качалок

Наиболее распространенными для привода станков-качалок в последние годы являются короткозамкнутые асинхронные дви­ гатели в закрытом обдуваемом исполнении единой серии АОП2 с повышенным моментом, у которых Л4П/МП= 1,8-ь2 при крат­ ности пускового тока, равной 5,5—7. Так как двигатели с син­ хронной частотой вращения 1500 об/мин имеют более высокие КПД и cos ср и меньшую массу, чем двигатели с меньшей син­ хронной частотой вращения, им отдают предпочтение. Лишь при малых числах качаний (менее восьми) станка-качалки,

Рис. 8.3. Общий вид (разрез) электродвигателя АОП2

когда при минимальном диаметре сменного шкива двигателя и нормальном редукторе не обеспечивается нужное число кача­ ний, применяют двигатели на 1 000 об/мин.

На рис. 8.3 показан общий вид (разрез) двигателя АОП2 (табл. 8.2). Начат выпуск электродвигателей единой серии 4А, которые в диапазоне мощности от 1,1 до 11 кВт и для мощно­ стей 15; 18,5; 20 и 30 кВт при частоте вращения 1500 об/мин имеют кратность пускового момента Мп/Мн= 2.

Эти двигатели имеют меньшие по сравнению с двигателями АОП2 габаритные размеры, и в них применена более тепло­ стойкая изоляция. Двигатели серии 4А начинают применять для новых установок станков-качалок.

Вычисленные по формуле (8.3) коэффициенты мощности, со­ ответствующие номинальным значениям cos фэ двигателей АОП2, для практических условий эксплуатации станков-качалок лежат в пределах 0,55—0,84 в зависимости от значения Кз и номи­ нальной мощности применяемых двигателей. Для повышения cos ф на подстанциях, питающих глубиннонасосные скважины,

302

были разработаны приводы с синхронными двигателями для станков-качалок. Развитие полупроводниковой техники позво­ лило применить в этом случае маломощные синхронные двига­ тели с питанием обмотки возбуждения от сети переменного тока через компактные полупроводниковые выпрямители.

В Физико-энергетическом институте Академии наук Латвий­ ской ССР были разработаны бесконтактные синхронные двига­ тели. Двигатели типа СДБ-81-4 и СДБПК-81-4 мощностью 20 кВт прошли успешно опытную эксплуатацию на нефтепромысле объединения Азнефть для привода станков-качалок. Намечен серийный выпуск подобных двигателей для нефтяной промыш­

ленности на 380 В,		1500 об/мин.
	Синхронные двигатели для станков-качалок
Тип	Мощность,		КПД	Тип	Мощность,	КПД
		кВт			кВт
СДБ-31-4Н		1,5	0,78	СДБ-71-4Н	11,0	0,89
СДБ-41-4Н		3,0	0,87	СДБ-81-4Н	20,0	0,91
СДБ-51-4Н		5,5	0,88

Пусковой момент этих двигателей лежит в пределах (1,2— 1,8)Л4Ш пусковой ток /п= (3,5—5ЯП), входной момент Мвх— (0,25—0,35)Л4Н максимальный момент Мст. тах^ 1,7М„.

Несмотря на небольшую величину Мвх, двигатели СДБ при­ вода станка-качалки надежно втягиваются в синхронизм в пе­ риоды минимума нагрузки (ход плунжера вниз).

Бесконтактные синхронные электродвигатели серии СДБ (рис. 8.4, а) имеют внешний магнитопровод (станина, подшип­ никовые щиты, ротор с когтеобразными полюсами) и обмотки

Таблица 8.2

Основные технические данные двигателей АОП2 на 380 В мощностью 4—55 кВт для станков-качалок

Тип двигателя

Параметры

Номинальная

АОП2-41-4	АОП2-42-4	АОП2-51-4	АОП2-52-4	АОП2-61-4	АОП2-62-4	АОП2-71-4	АОП2-72-4	АОП2-81-4	АОП2-82-4
4 ,0	5,5	7,5	10	13	17	22	30	46	55

мощность Рн, кВт	1440	1450	1460	1465	1440	1440	1440	1450	1470	1470
Частота вращения,
об/мин
кпд, %	85	87	88	88	88	88	89,5	90	91	92
COS Ф	0,81	0,82	0,83	0,83	0,84	0,84	0.85	0,85	0,89	0,89
м п/ м н	1,8	1,8	1,8	1,8	1,8	1,8	1,8	1,8	1,8	1,8
	2,2	2,2	2,2	2,2	2,2	2,2	2,2	2,2	2,2	2,2
/п //н	7	7	7,5	7,5	7,5	7,5	7,5	7,5	7,5	7,5
Масса, кг	55.5	66,5	93	107	134	152	208	235	335	415

303

мени по мере использования, насоса производительность сква­ жины начинает уменьшаться, все больше отклоняясь от опти­ мальной. Длительная работа скважины в оптимальном режиме может быть обеспечена, если по мере износа насоса будет со­ ответственно увеличиваться число качаний станка-качалки.

В настоящее время скважину останавливают и насос извле­ кают из нее для, ремонта при уменьшении коэффициента подачи насоса в 2 раза против начального значения. При регулируемом электроприводе возможно увеличение межремонтного периода работы насоса и сокращение времени простоев скважины, обу­ словленных необходимостью смены насоса.

В-третьих, имеются такие скважины, на которых необходимо постепенно увеличивать число качаний после пуска скважины вследствие большого содержания песка в откачиваемой жидкости.

Применяемая в настоящее время для изменения числа кача­ ний смена шкивов не дает возможности плавно изменять число качаний, вызывает простои скважины на время перестановки шкивов и может приводить к нежелательным изменениям ре­ жима скважины. Поэтому актуальной является разработка но­ вого регулируемого электропривода станков-качалок.

Для регулирования частоты вращения двигателей может быть предложено несколько решений: использование асинхронных ка­ скадов, двигателей постоянного тока, питаемых от регулируемых выпрямителей, многоскоростных асинхронных или синхронных двигателей с коробками передач и др. Возможно применение синхронных двигателей с плавным регулированием их скорости за счет изменения частоты, достигаемого применением полупро­ водникового преобразователя частоты.

Исследования в области создания регулируемых приводов по­ стоянного тока с двигателями, питаемыми через управляемые выпрямители, а также частотно регулируемых приводов пере­ менного тока для станков-качалок ведутся в АЗИННЕФТЕХИМ им. Азизбекова. Институтом Азнииэти разработан короткоцик­ ловый электропривод станков-качалок на основе двухскорост­ ного асинхронного двигателя на 750 и 1500 об/мин.

Этот привод может работать в следующих режимах: длитель­ ном на низшей скорости; циклическом с чередованием двух ско­ ростей; длительном на высшей скорости.

Среднее число качаний п за время, цикла Т определяется продолжительностью t\ работы электродвигателя на низшей t\ и высшей t2 частотах вращения, чему соответствуют П{ и п2— низшее и высшее число качаний:

п = Я^* + У«-	(8.14)
Т

Число п может изменяться от П\ до п2, с изменением t\ и t2. Общая продолжительность цикла равна 10 мин.

305

§ 47. Схемы питания, самозапуск электродвигателей станков-качалок и аппаратура управления

Остановка большей части глубиннонасосных установок в слу­ чае прекращения подачи электроэнергии связана только с поте­ рей нефти, определяемой прекращением ее откачки из скважины, и не вызывает серьезных осложнений при дальнейшей эксплуа­ тации. Такие установки относятся ко 2-й категории надежности электроснабжения.

Глубиннонасосные установки в нефтеносных районах со сложными условиями эксплуатации, где остановка насоса при-

Рнс. 8.5. Схемы питания глубнннонасосных установок: схема питания при на­ пряжении распределительной сети 6 (а) и 0,38 (б) кВ

водит к осложнениям при последующем пуске скважин (напри­ мер, вследствие образования песчаных пробок), относятся, к пер­ вой категории.

Глубиннонасосные установки питаются при напряжении 0,38 кВ от устанавливаемых на скважинах комплектных транс­ форматорных подстанций (КТП) 6/0,4 кВ, которые в свою оче­ редь питаются от воздушных линий (рис. 8.5, а ).

На некоторых промыслах сохранились схемы с подведением к двигателям станков-качалок напряжения 380 В непосредст­ венно от промысловых понижающих подстанций 6/0,4 кВ также при помощи воздушных линий (рис. 8.5,6).

Вкачестве КТП использовались главным образом подстан­ ции, основное назначение которых — питание сельскохозяйствен­ ных н бытовых потребителей.

Внастоящее время имеются специальные подстанции для пи­

тания станков-качалок типа КТПСК мощностью от 25 до 250 кВ-А, рассчитанные на работу при температурах от —40° С до +40® С

Имеются три модификации КТПСК: первая — для одиноч­ ных скважин, вторая и третья — для кустов скважин (рис. 8.6).

В соответствии с мощностью (4—55 кВт) и напряжением (380 В) асинхронных электродвигателей станков-качалок для них применяется относительно несложная пусковая и защитная аппаратура.

Условия, действия ее зависят от способа самозапуска двига­ телей— индивидуального или группового (магистрального). При индивидуальном самозапуске после исчезновения или глубокого снижения напряжения двигатель автоматически отключается от питающей сети и после восстановления нормального напряже-

307

ния вновь автоматически подключается с заданной выдержкой времени. При этом для включения разных групп двигателей, питаемых от одного источника, задаются разные выдержки вре­ мени. Это предотвращает наложение пусковых токов боль­ шого числа одновременно пускаемых двигателей, что приводило бы к понижению напряжения и уменьшению пусковых момен­ тов двигателей, при котором они не могли бы разогнаться.

Обычно двигатели с индивидуальным самозапуском, питае­ мые от одной подстанции 6/0,38 кВ или от одной линии 6 кВ,

	разбиваются			на	несколько
	групп: в первой группе вы­
	держка	времени			отсутствует,
	т. е. они запускаются непос­
	редственно		после восстановле­
	ния напряжения; во второй, в
	третьей группах и т. д. двига­
	тели включаются с выдержкой
	времени,	возрастающей при пе­
	реходе от группы к группе. На­
	ибольшая		выдержка			времени
	зависит от типа реле времени,
	установленного в пусковой						ап­
	паратуре, и составляет 14 или
	20 с.	групповом			самозапус-
Рис. 8.7. Схема аппарата управления	При
	ке в случае			исчезновения			или
двигателем станка-качалки при груп­	глубокого		снижения			напряже­
повом самозапуске
	ния в сети каждый отдельный
	двигатель		станка-качалки				не

отключается от питающей его линии. Отключаются сами ма­ гистрали на питающей подстанции. Самозапуск осуществляется включением магистралей в определенной последовательности с разными выдержками времени. При включении магистрали начинается пуск всех подключенных к ней двигателей.

При групповом самозапуске для электродвигателя станка-ка­ чалки в качестве пускового и защитного может быть применено устройство (рис. 8.7), содержащее автоматический выключатель с электромагнитным расцепителем максимального тока и трех­ полюсный контактор КЛ с биметаллическими тепловыми реле РТ В этом случае выключатель защищает двигатель от корот­ ких замыканий, а тепловые реле — от перегрузок. Исчезновение напряжения приводят к отключению двигателя от источника питания, а при появлении напряжения двигатель немедленно присоединяется к источнику контактами контактора, катушка которого остается подключенной к питающим проводам. Опера­ тивное отключение может быть осуществлено автоматическим выключателе^ и ключом К в цепи катушки контактора. Если самозапуск двигателя должен быть исключен, то в качестве

308

пускового и защитного устройства может быть применен аппа­ рат, содержащий установочный автомат и магнитный пускатель.

Промышленность СССР выпускает специальные блоки уп­ равления электроприводами станков-качалок серии БГШ (рис. 8.8, а), заменяющие ранее выпускавшиеся блоки БУ-ЗМ,

			а — с	самозапуском, управлением
			местным и с диспетчерского пунк­
			та; б —с автоматическим		управле­
! 1	рРВв ^ ~	УВ	нием в	зависимости от	давления
			в выкидном коллекторе скважины;
	Chi		в — с	автоматическим	управле­
			нием в	режиме периодической экс­
	нл		плуатации

4М, 5М. Блоки БГШ могут быть также использованы при груп­ повом самозапуске и при отсутствии самозапуска вообще. По номинальной силе тока в главной цепи (выключателя А1) раз­ личают блоки на 15, 20, 40 и 100 А.

Конструктивно блок выполнен в виде металлического шкафа водо- и пылезащищенного исполнения, предназначенного для ра­ боты на открытом воздухе. В шкафу смонтирована вся аппара­ тура блока. Снаружи закреплен привод с рукояткой для вклю­ чения автоматического выключателя А1. На боковую стенку шкафа выведена рукоятка управления универсального кулачко­ вого переключателя УП; здесь же расположен штепсельный разъем ШР, предназначенный для подключения переносного электрифицированного инструмента и рукоятка пакетного выключателя В1. Автоматический выключатель А1 с электромаг­ нитным расцепителем служит для защиты двигателя от токов короткого замыкания иОтключения блока и двигателя от сети

309

при осмотрах и ремонтах. Автоматический выключатель А2 за­ щищает от токов к. з, переносный электрифицированный ин­ струмент. Управление двигателем осуществляется при помощи переключателя УП, имеющего одно фиксированное (нулевое) положение рукоятки с самовозвратом в это положение.

Для пуска двигателя вручную на месте, установки блока после включения выключателя А1 рукоятка переключателя УП переводится в крайнее правое положение, что приводит к замы­ канию его контактов 1— 1 и 2—2.

Катушка контактора КЛ возбуждается без выдержки вре­ мени, главные контакты КЛ подключают двигатель к сети.

При отпускании рукоятки переключатель возвращается в по­ ходное положение, контакты 1— 1 размыкаются, а контакты 2—2 замкнуты и двигатель остается в работе.

В случае исчезновения или резкого снижения напряжения во время работы двигателя он отключается от сети, так как пре­ кращается питание катушки КЛ. Последующее восстановление напряжения приводит к возбуждению катушки реле времени РВ. Через установленное время замыкается контакт РВ и по­ лучает питание катушка КЛ. Двигатель станка-качалки под­ ключается к сети, осуществляется его самозапуск. Катушка реле РВ обесточивается размыкающим вспомогательным контак­ том КЛ. Контакт РВ размыкается, но катушка КЛ остается под током, так как цепь этого контакта зашунтирована замы­ кающим контактом КЛ.

Для отключения электродвигателя без последующего самозапуска рукоятку переключателя переводят в левое положение. Оба его контакта размыкаются, обесточивается катушка КЛ и двигатель отключается от сети.

При дистанционном управлении с диспетчерского пункта переключатель УП также переводится в левое положение, а уп­ равление электродвигателем производится при помощи контакта ДУ аппарата, находящегося на диспетчерском пункте. Самоза­ пуск исключается.

При аварийном состоянии скважины (обрыв штанг, штока, заклинивание плунжера и т. д.) замыкается контакт инерцион­ ного магнитного выключателя ИМВ. Возбуждается и самоблокнруется своим замыкающим контактом реле Р2.

Размыкающий контакт Р2 обесточивает катушку контактора КЛ, что приводит к отключению двигателя.

После ликвидации аварии реле Р2 приводится в исходное положение путем отключения автоматического выключателя Л/. Замыкается контакт реле Р2 в цепи катушки КЛ и возмо­ жен пуск двигателя.

Реле РЗ осуществляет защиту от обрыва фаз. В случае ис­ чезновения напряжения между фазами оно размыкает свой контакт РЗ в цепи реле PI н обесточивает последнее. Контакт РК размыкаясь, лишает питания катушку контактора КЛ.