Выбор электродвигателя по техническим параметрам насоса НН2Б-32-18-12

 

Министерство образования  и науки РФ

государственный нефтяной институт

 

Кафедра Электроэнергетика

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по дисциплине: «Электрические машины»

на тему: «Выбор электродвигателя по техническим параметрам

 насоса НН2Б-32-18-12»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Введение

 

Эксплуатация нефтяных скважин штанговыми глубинными насосами является наиболее распространенным способом добычи нефти. На нефтедобывающих площадях Советского Союза около 80% всего действующего фонда скважин эксплуатируются глубинными насосами. Такому широкому внедрению глубиннонасосного способа добычи нефти благоприятствуют небольшие затраты при его осуществлении, позволяющие экономически выгодно эксплуатировать даже очень малодебитные скважины (с дебитом менее 1 т/сут.), а также простота оборудования и обслуживания скважин.

За последние годы глубиннонасосное оборудование значительно  усовершенствовано, созданы установки  различных грузоподъемности и производительности.

Современными штанговыми глубиннонасосными установками  можно добывать нефть с глубин до З500 м, а также эксплуатировать  скважины с дебитом жидкости от 1 тонны до нескольких сотен тонн в  сутки.

В большинстве случаев  глубиннонасосную эксплуатацию применяют в малодебитных и среднедебитных скважинах.

Глубинный штанговый  насос представляет собой плунжерный насос специальной конструкции, приспособленный для работы в  скважинах на большой глубине. Привод насоса осуществляется с поверхности  через колонну специальных штанг. Поэтому такие насосы называются глубинными штанговыми насосами.

Глубиннонасосная установка  состоит из насоса, находящегося в  скважине, и станка-качалки, установленного на поверхности у устья скважины. Цилиндр 1 насоса укреплен на конце  спущенных в скважину насосно-компрессорных (подъемных) труб 4, а плунжер 2 подвешен на колонне штанг З. Самая верхняя штанга соединена с головкой 7 балансира станка-качалки гибкой (канатной или цепной) подвеской.

Колонна насосно-компрессорных  труб, по которой жидкость от насоса поднимается на поверхность, заканчивается на устье тройником 5. В верхней части тройника имеется сальниковое устройство 6, предназначенное для предотвращения утечек жидкости вдоль движущегося сальникового штока (т. е. последней верхней насосной штанги), а в средней части — боковой отвод, по которому жидкость из скважины направляется в выкидную линию.

В механизме станка-качалки  вращение вала электродвигателя 11 через  понижающую трансмиссию передается на вал кривошипов и при помощи кривошипов 10 и шатунов 9 преобразуется в качательное движение балансира 8. Возвратно-поступательное движение точки подвеса штанг и, следовательно, плунжера насоса создается качанием балансира относительно его о поры.

Работа глубинного насоса происходит следующим образом. При движении плунжера вверх

клапан под давлением жидкости снизу открывается, и жидкость поступает  в цилиндр насоса. В это время  верхний нагнетательный клапан закрыт, так как на него действует давление столба жидкости, находящейся в насосно-компрессорных трубах.

 

При движении плунжера вниз нижний всасывающий клапан под давлением  жидкости, находящейся под плунжером, закрывается, а нагнетательный клапан открывается, и жидкость из цилиндра переходит в пространство над  плунжером.

Таким образом, при ходе плунжера вверх одновременно происходят всасывание жидкости в цилиндр насоса и подъем ее в насосно-компрессорных трубах, а при ходе вниз — вытеснение жидкости из цилиндра в полость труб. Эти признаки характеризуют глубинный насос как насос одинарного действия. При каждом последующем ходе плунжера в цилиндр поступает почти одно и то же количество жидкости, которая затем переходит в трубы и постепенно поднимается к устью скважины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технические данные штангового насоса

 

№	Насос	Диаметр насоса, мм	Длина хода плунжера, мм	Идеальная подача при 10- и двойных ходах в минутах, м3/сут	Напор,  м	Габаритные размеры, мм
						Диаметр D	Длина L
1	2	3	4	5	6	8	9
22	НН2Б-32-18-12	32	1800	21	1200	56	3800

 

* Длина плунжера для  всех типов штанговых насосов одинакова и равна 1200 мм.

Расчетно-техническая  часть

2.1 Предварительный выбор  электрического двигателя по  техническим параметрам насоса

 

Чтобы определить мощность электродвигателя  привода насоса необходимо знать подачу насоса, его  производительность, а также некоторые другие необходимые для расчетов технические данные. При этом мощность электродвигателя должна соответствовать параметрам выбранного насоса, а его номинальная подача и напор – оптимальному дебиту скважины и полному напору, требуемому для подъёма жидкости.

По предложенному типу насоса и его техническим, эксплуатационным параметрам необходимо предварительно выбрать тип электрического двигателя (с учётом категории размещения и  климатического исполнения).

Для выбора электродвигателя привода ШГН необходимо произвести расчёт мощности насоса по следующей формуле:

 кВт    

где P – необходимая мощность на валу насоса, кВт;

D – диаметр плунжера насоса, мм;

H – высота подъёма жидкости, м;

ρ – плотность жидкости, для нефти принимаем 900 кг/м³;

g – ускорение свободного падания, равное 9,81 м/с²;

s – длина хода устьевого штока, м;

n – число качаний в минуту, мин^-1;

η_мех – механический КПД установки, равный 0,7-0,9 для всех типов СКН.

По значению мощности насоса Р подбирают двигатель с номинальной мощностью Р_дв, таким образом, чтобы выполнялось условие:

 кВт    

 

Приводим технические  данные электродвигателя, которые необходимы для дальнейших расчётов:

4А132М4УЗ, n=1458об/мин, I_{статора}=22А, U=380В, cosφ=0,87, I_n/I_ном=7,5,   M_n/M_ном=2,2, 2р=4, z₁=36, s=0,028

2.2 Расчет параметров  электрической машины по предварительно  выбранным техническим данным

Синхронная частота  вращения n₁ электродвигателя определится по формуле:

      

где ƒ₁= 50 Гц - частота тока питающей сети;

р – число пар полюсов (указано в паспортных данных электродвигателя).

Номинальная частота  вращения определится:

n_ном= n₁(1-s_ном)=1500(1-0,028)=1458 мин^-1        

где s_ном – номинальное скольжение.

Мощность, потребляемая из сети электродвигателем:

P₁ =P_ном /η_ном=9600/0,875=10971 Вт         

где Р_ном – номинальная мощность двигателя, Вт;

η_ном – номинальное КПД двигателя.

    Для двигателя  привода ШГН определяем диаметр  статора D_н1=233мм в зависимости от высоты оси вращения вала двигателя. Значение внутреннего диаметра D₁ рассчитывается в зависимости от D_н1:

D₁=0,68^. D_н1-5=0,68^.233-5=153,44мм

Определим параметры  обмотки статора:

к_об1= к_р1к_у1 =0,98^. 0,95=0,93    

где к_р1 - коэффициент распределения обмотки;

к_у1 - коэффициент укорочения шага обмотки, определится по следующей формуле:

     

β - относительный шаг обмотки, β= у₁/τ =96/120=0,8

τ = πD₁ /2р=3,14^. 153,44/4=120            

у₁= 4τ /5=4^.120/5=96       

где τ – полюсное деление, мм;

у₁ – укороченный шаг обмотки на 1/5 полюсного деления, мм.

Коэффициент распределения  обмотки:

    

Где      γ=360р/Z₁=360^. 2/36=20   – пазовый угол, эл.град.;

      q₁=Z₁/2pm₁=36/4^.3=3     – число пазов приходящихся на полюс и фазу.            

      m₁= 3 - число фаз статора.

Определим количество витков статора:

       

N'_П1=W₁'.a₁/рq₁=130,5^.3/2^.3=65 – расчетное количество эффективных проводников в пазу. Полученное значение N'_П1 округляют до ближайшего целого числа N_П1;

а₁=3 – количество параллельных ветвей обмотки статора (возможные значения 2, 3, 4, 5, 6 …);

W₁' – расчётное значение числа витков в обмотке фазы:

;      

U_1ф – фазное напряжение обмотки статора, В.

 Коэффициент k_H принимаем равным 0,98 .

Ф' – предварительное значение магнитного потока

;           

В_δ – магнитная индукция в воздушном зазоре, принимаем равным:

• для двигателя серии 4А   В_δ =0,89,
• l'₁ – расчётная длина сердечника

мм;       

 

 

Р'₁ – расчётная мощность, Вт

Вт;           

• для двигателя серии 4А  А'₁– паспортные данные: А'₁=264 А/см

2.3 Расчет схемы замещения  электродвигателя

 

Любой асинхронный  двигатель можно представить  в виде схемы замещения (Т- или Г-образной). Более удобной для практического применения является Г-образная схема замещения, представленная на рис. 1.

 

Рис. 1. Г-образная схема  замещения асинхронного двигателя

2.3.2 Расчет параметров  схемы замещения для двигателя серии 4А

В паспорте двигателя  приведены параметры схемы замещения  в относительных единицах.

Переведем данные сопротивления  из относительных величин в Ом:        

  , 

где X, R – сопротивления в относительных единицах;

     x ,r – сопротивления в Ом;

Найдем номинальный  фазный ток статора:     

.

Главное индуктивное  сопротивление:

.

Активное сопротивление  рассеяния статора:

.

Индуктивное сопротивление  рассеяния статора:

.

 

 

 

Приведенное к обмотке  статора активное сопротивление  ротора:

.

Приведенное к обмотке  статора индуктивное сопротивление  ротора:

.

Активное сопротивление к.з.:

.

Индуктивное сопротивление  к.з.:

.

Индуктивное сопротивление  обмотки статора:

.

Активное сопротивление  обмотки статора:

.

Переменное активное сопротивление, подключаемое на зажимы неподвижного ротора:

Ом.

Используя схему замещения  можно найти:

- ток намагничивающего  контура

 А,

 

- приведенный ток ротора

 А,

- ток статора

, А.

2.4 Построение векторной  диаграммы

 

Основанием для построения векторной диаграммы является уравнения  токов (1), уравнения напряжений обмоток  статора (2) и ротора (3).

Выбираем комплексную систему координат, где ось абсцисс – ось действительных чисел, ось ординат – мнимых. Построение векторной диаграммы начинается с того, что по оси действительных чисел откладывают вектор магнитной индукции Ф (в произвольном масштабе) (рис.2). Векторы Ė₁= Ė₂' отстают от вектора Ф на угол 90º. Угол сдвига фаз между Ė₂' и İ₂' определяется:

Следовательно, вектор İ₂^' отстает от вектора на (90+ψ₂), а -Ι₂^' опережает на χ=(90- ψ₂)=(90-7,2)=82,8. Подведем угловые значения токов -İ ₂^', İ₁ и İ₀ под данную диаграмму.