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节能改造关注问答
1、

电机容量的选择

1、连续工作制电动机容量的选择

1.带恒定负载时电动机容量的选择

对于负载功率恒定不变(如通分机、泵、重型机床、立车、齿轮铣床的主转动等)的生产机械、拖动这类机械的电动机在连续运行时的负载图及温升曲线如图7.2所示。这类工作机械选择电动机时,只需按设计手册中的计算公式算出负载负载所需功率,再选一台额定功率为的电动机即可。

因为连续工作制电动机(这类电动机有些铭牌上没有特别标明工作制)的启动转矩和最大转矩均大于额定转矩,故一般不必校验启动能力和过载能力。仅在重载启动时,才校验启动能力。

2.带变动负载时电动机容量的选择

在多生产机械中,电动机所带的负载大小是变动的,例如,小型车床、自动车床的主轴电动机一直在转动,但因加工工序多,每个工序的加工时间较短,加工结束后要退刀,更换工件后又进刀加工,加工时电动机带负载运行,而更换工件时电动机处于空载运行。其他如皮带运输机、轧钢机等也属于此类负载。有的负载是连续的,但其大小是变动的,如图7.3所示。在这种情况下,如果按生产机械的最大负载来选择电动机的容量,则电动机不能充分利用,如果按最小负载来选择,则容量又不够。为了解决该问题,一般采用所谓“等值法”来计算电动机的功率,即把实际的变化负载化成一等效的恒定负载,而两者的温升相同,这样就可根据得到的等效恒定负载来确定电动机的功率。负载的大小可用电流、转矩或功率来代表。

电动机的温升取决于它发出的热量,而电动机发出的热量是由损耗产生的,损耗有两部分,一是不随负载变化的不变损耗(包括铁损与机械损耗),一是与负载电流的平方成正比的可变损耗(铜损)。例如,图7.3所示的负载,对应于工作时间、……的负载电流为、……,则电动机在各种不同负载时的总损耗为


然后选择电动机的额定转矩,使即可。这就是等效转矩法,对生产机械来说,作出机械转矩负载图是不难的,因而等效转矩法应用广泛。

当电动机具有较硬的机械特性,转速在整个工作过程中变化很小时,则可近似地认为功率,于是式(7.3)可化成等效功率来计算,即


因用功率表示的负载图更易于作出,故等效功率法应用更广。

然后选择电动机的额定功率,使即可,这就是等效功率法。不管采用哪一种等效法选择电动机的容量,都只考虑了发热方面的问题。因此,在按“等值法”初选出电动机后,还必须校验其过载能力和启动转矩。如不满足要求,则应适当加大电动机容量或重选启动转矩较大的电动机。

2、短时工作制电动机容量的选择

有些生产机械工作时间较短,而停车时间却很长,例如,闸门开闭机、升降机、刀架的快移、立车与龙门刨床上的夹紧装置等,都属于短时工作制的机械。拖动这类机械的电动机之工作特点是:工作时温升达不到稳定值,而停车时足可完全冷却到周围环境温度,如图7.5所示。由于发热情况与长期连续工作方式的电动机不同,所以,电动机的选择也不一样,既可选用短时工作制的电动机,也可选择连续工作制的普通电动机。

1.选用短时工作制的电动机,规定的标准短时运行时间是10min、30min、60min、及90min四种。这类电动机铭牌上所标的额定功率是和一定的标准持续运行时间相对应的。例如为20KW时,只能连续运行30min,否则将超过允许的温升。所以,要按实际工作时间选择与上述标准持续时间相接近的电动机。如果实际工作时间与不同时,就应先将下的功率(生产机械短时工作的实际功率)换算成下的功率,这可根据等效功率法加以换算,即

然后选择短时工作制电动机,使其,再进行过载能力与启动能力的校验。

2.选用连续工作制的普通电动机

普通电动机的额定功率是按长期运行而设计的,再连续工作时,它的温升可以达到稳定值(即电动机的容许温升,位能充分利用。为了充分利用电动机在发热上的潜在能力,在短时工作状态下,可以使它过载运行,而其过载倍数与有关(如图所示)故选




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节能改造相关节能电机相关问题相关回答信息


2、

水泥厂电动机节能分析

目前,水泥行业的竞争非常激烈,但关键还是制造成本的竞争,而电动机电耗占成本30%,因此做好电动机的降耗增效工作就显得极为重要。所以,我们要从调速方式、电动机的选型、启动装置等方面入手等每个环节开展细致的工作,同时要大力应用新技术新成果,促进企业的节能降耗。

一、变频调速节能

1、风机、水泵上的变频调速节能

大部分水泥厂的一些设备尤其是一些大功率设备在生产过程中绝大部分时间都是不满负荷,在生产过程中都是通过调节挡风板或阀门的开启角度的机械调节方法来满足不同的用风(水)量,这种操作方式的缺点是:(1)电机及风机或水泵的转速高,负荷强度重,电能浪费严重;(2)设备运行的自动化程度相当低,几乎完全靠人工调节,调节精度差,控制不精确;(3)电气控制采用直接或降压起动,启动时电流对电网冲击大,需要的电源(电网)容量大,功率因素较低。(4)起动时机械冲击大,设备使用寿命低;(5)噪声大,粉尘污染严重等。在水泥厂主要有生料磨排风机,窑尾废气处理风机,罗茨风机,水泥磨排风机,煤磨风机、蓖冷机风机、选粉机、循环水泵、给水泵等。由于变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系:n=60f(1-s)/p,(式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数);通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。通过流体力学的基本定律可知:风机、泵类设备均属平方转矩负载,其转速n与流量Q,压力H以及轴功率P具有如下关系:Q∝n,H∝n2,P∝n3;即,流量与转速成正比,压力与转速的平方成正比,轴功率与转速的立方成正比。如下图示为压力H-流量Q曲线特性图:

n1-代表电机在额定转速运行时的特性;

n2-代表电机降速运行在n2转速时的特性;

R1-代表风机、泵类管路阻力最小时的阻力特性;

R2-代表风机、泵类管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。

风机、泵类在管路特性曲线R1工作时,工况点为A,其流量压力分别为Q1、H1,此时风机、泵类所需的功率正比于H1与Q1的乘积,即正比于AH1OQ1的面积。由于工艺要求需减小流量到Q2,实际上通过增加管网管阻,使风机、泵类的工作点移到R2上的B点,压力增大到H2,这时风机、泵类所需的功率正比于H2与Q2的乘积,即正比于BH2OQ2的面积。显然风机、泵类所需的功率增大了。这种调节方式控制虽然简单、但功率消耗大,不利于节能,是以高运行成本换取简单控制方式。若采用变频调速,风机转速由n1下降到n2,这时工作点由A点移到C点,流量仍是Q2,压力由H1降到H3,这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积,即正比于CH3OQ2的面积,由图可见功率的减少是明显的。

也就是当风机水泵的转速下降10%时,电机消耗功率下降27.1%.所以风机水泵采用变频调速节能效果非常明显。

2、用变频调速取代传统调速

传统调速所采用的晶闸管串级调速、直流调速、电磁滑差调速、液力耦合器调速和异步电动机的变级调速等存在传动效率低、难维护等缺点,而变频调速结构简单,稳定可靠,调速精度高,启动转矩大,调速范围广。所以采用变频调速在提高机械的传动效率就可节能20%左右。

3、变频在空气压缩机上应用

空压机恒压供气使用变频器与压力控制构成闭环控制系统,使压力波动减少1.5%,降低噪音、减少振动。保证设备长期稳定运行,从而减少了设备维护工作量,延长了设备使用寿命。用变频器后,空压机可在任何压力下随意起动,打破了以前不允许带压起动的规定,起动电流也较以前大大降低。通过使用变频器后的实例,多数压缩机节电率约在20%左右。

总之:采用变频器控制将有以下诸多优点:

(1)、采用变频器控制电机的转速,取消挡板调节,降低了设备的故障率,节电效果显着;

(2)、采用变频器控制电机,实现了电机的软启动,延长了设备的使用寿命,避免了对电网的冲击;

(3)、电机在低于额定转速的状态下运行,减少了噪声对环境的影响;

(4)、具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能;

(5)、提高产品质量及产量。

实践证明,变频改造具有显着的节电效果,是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率,又满足了生产工艺要求,并且还大大减少了设备维护、维修费用,另外当采用变频调速时,由于变频装置内的直流电抗器能很好的改善功率因数,也可以为电网节约容量。直接和间接经济效益十分明显。[page]

二、电动机的功率因数补偿

笼型电动机通常采用并联电容器就地补偿的方法。绕线式电动机可采用进相机补偿的方式。进相机补偿分旋转式和静止式2种,由于旋转式进相机结构上的缺陷,目前逐步被静止式进相机所代替。

合理选用电动机类型

Y系列电动机是全国统一设计的新系列产品,是国内目前较先进的三相异步电动机。20世纪80年代中期即在全国推广应用。其优点是效率高、节能、启动性能好。而目前国内许多老水泥企业仍大量采用JO2系列电动机,相比来说Y系列比JO2系列电动机效率提高了0.413%。因此用Y系列电动机取代旧式电动机势在必行。

选择电动机类型除了满足拖动功能外,还应考虑经济运行性能。对于年运行时间大于3000h,负载率大于50%的场合,应选择YX系列高效率的三相异步电动机。与Y系列相比,其效率平均高3%,损耗降低20%~30%,虽然价格高于Y系列电动机,但从长期运行考虑,经济性还是明显的。

同步电动机能提高企业电网的功率因数,降低供电线路损耗,但控制系统繁杂,价格较高。

合理选用电动机的额定容量

国家对三相异步电动机3个运行区域作了如下规定:负载率在70%~100%之问为经济运行区;负载率在40%~70%之间为一般运行区;负载率在40%以下为非经济运行区。若电动机容量选得过大,虽然能保证设备的正常运行,但不仅增加了投资,而且它的效率和功率因数也都很低,造成电力的浪费。因此考虑到既能满足水泥厂设备运行需要,又能使其尽可能地提高效率,水泥企业一般负载率保持在60%~l00%较为理想。对于负载率小于40%的三角形接法电动机可改为星型接法,以提高其效率。

同步电动机能提高企业电网的功率因数,降低供电线路损耗,但控制系统繁杂,价格较高。随着异步电动机制造水平的提高,新设备已很少采用。

三、电动机启动和运行形式

低压笼型大中型电动机

若采用全压直接启动方式,这要求电力系统有足够大的容量,而实际运行时,电力系统负载率很低,影响供电效率,并且用直接启动方式易烧毁开关、电动机,影响电网其他设备的运行,往往为了尽量减少电动机启动次数而宁愿让电动机空转而不停车,造成大量浪费。此类电动机可以用电动机软启动器启动。电动机软启动器是采用大功率晶闸管模块作为主回路的开关元件,通过控制它的导通角以实现软特性的电压爬升。它具有对电网无过大冲击,对机械传动系统(齿轮及轴连接器)震动小,启动转矩平滑稳定等诸多优点。启动电流在2.5~3.5倍额定电流之间可调,启动时间可调。

高压笼型电动机

传统的启动方式多选用电抗器、自耦变压器等,但这些启动设备都不能很好地满足启动要求,很难获得理想的启动参数。目前出品的热变电阻软启动装置能较好地满足启动要求。热变电阻器由具有负温度系数的电阻材料制成,电阻器串于电动机定子回路,当电动机启动、电阻体通过启动电流时,其温度升高,而阻值随之减小,从而使电动机端电压逐步升高,启动转矩逐步增加,以实现电动机的平稳启动。根据电动机参数和负载要求的启动转矩,能方便地配置适当的启动电阻值获得最佳的启动参数,即在较小的启动电流下,获得足够大的启动转矩。

大型绕线型电动机

以前大多采用频敏变阻器启动,但其故障率太高。目前较为成熟的方式是采用液体变阻启动器。它是利用两极问的液体电阻,通过机械传动装置使极板的距离逐步接近,直至接触,达到串人转子回路中的电阻无级变小最后为零,实现电动机无冲击的平滑启动。其特点是启动电流小,对电网无冲击,热容量大,可连续启动5~10次,维护方便,使用可靠。目前我厂该类型电动机已全部采用液体变阻启动器。

中、小型绕线电动机

以前主要采用频敏电阻器和油浸电阻器启动,由于有滑环、碳刷、短路环等零件与继电器、交流接触器、频敏或油浸变阻器等电器元件组成的启动系统都安装在粉尘较大的生产现场,因此它具有故障率高、维修量大的缺点,经常影响设备的正常运行,而无刷无环启动器较好地解决了上述问题,它是一种启动平滑,不改变运行特性且不受粉尘干扰的启动设备。其一次启动电流限制在3.0~4.0Ⅰe之间,适合于11~600kW的高低压绕线型电动机。该启动器是利用频敏变阻器的原理,利用铁磁性材料的频感特性研制而成,安装在电动机转轴原来装集电环的位置,与转子同步旋转,省去了电动机的辅助启动装置。

成球供水系统

生料成球工序是影响水泥熟料烧结质量的关键工序之一,其中水、料比例直接影响成球好坏。应用变频器后能通过跟踪生料供给量对成球预加水泵的转速进行无级调速,从而实现全自动化的闭环控制,料水配合稳定,成球效果良好,大大提高水泥烧结质量。此系统改造主要为提高自动化程度和制造工艺水平考虑,由于功率较小省电效果还在其次。

生料均化给料系统

此系统用变频改造后,将所有送料口处的送料电机用变频器进行同步无机调速,等比例送料,提高均化效果,此点也是从制造工艺角度考虑。[page]

四、水泥选粉系统

水泥选粉系统的工作原理是根据所生产的水泥的标号的不同,调节选粉机和选粉风机的转速,从而选出不同细度的水泥制品。老式选粉机要调整风机轴上的扇叶的数量和角度,经过对比试验达到所要求的选粉细度;新式选粉系统分选粉机和选粉风机两部分,选粉机由滑差电机调速,选粉风机靠调节挡风板角度调节用风量。这两种系统都存在操作工艺复杂、调节精度差、浪费电能严重的缺点,特别是滑差点机不但费电,由于水泥制造环境粉尘严重,因此滑差头骨胀率特别高,维修困难。变频改造后,不管是老式系统还是新式系统,只要将电机调节到一个特定的转速就能选出所需要的细度的颗粒,在节约电能的同时还做到了连续化、自动化生产,既提高了劳动效率,又降低了劳动强度,综合效益明显。

五、立窑卸料系统

为使水泥烧结过程中加料、供风、卸料三平衡,立窑普遍采用滑差电机(电磁调速电机)做为盘塔式卸料装置的动力,该电机不但防护等级满足不了水泥生产现场环境的需要,而且在相同输出转速的条件下消耗的功率也比系列电机高出百分之二十左右,在降低转速时相差更多,因此采用变频调速系统代替滑差调速后,解决以上所诉的缺点,且调速性能远远高于滑差调速电机,在节电的同时维修费用也大大降低,在各行业得到普遍应用。

应用变频器对可以调速的电机进行控制,在节约大量电能的同时,还具有软起功能,同时降低了电机的起动电流和运行电流,降低整个电力系统和机械系统启动和工作时的负荷强度,延长了机械部件的使用寿命。另外对滑差电机的变频改造提高了电机的防护等级,减少了因环境恶劣而造成的电机故障率。

六、意外收获

由于变频器工作和启动时电流的下降,为其他设备的启动提供了必要的保证,无形中增加了工厂的电力容量,这对电网电压不稳和电力容量偏小的场合尤为有利。象天马水泥有限公司这样整体改造后,可省下200KVA的变压器容量,新上设备时变电所可暂不增容,可节省大量投资。

当然,经过变频改造后还应加强生产工艺方面的管理,再生产允许的条件下合理的调节电机的转速,以达到理想的节能结果。这有待于在以后的工作中加以不断的完善。

1在立窑罗茨风机上的应用

立窑煅烧熟料所耗的电能中,罗茨鼓风机的电耗一般占60%左右,随着电价的调整,电费在水泥生产成本中说占的比例越来越高。因此,降低鼓风机的能耗成为提高企业经济效益的重要一环。

对罗茨风机可由变频器改变风机的供电电源频率进行无级调速来调节风量,重庆地维水泥有限公司在1号窑132KW罗茨风机上安装变频器,节电率高达62.2%。吨熟料电耗由安装变频器前的15.22度下降到安装后的5.55度;河南焦作水泥厂在10000/吨水泥熟料旋窑生产线生料流态化系统55KW罗茨风机上安装了变频器后节电率高达73.2%,平均每日用电量由安装前的606度下降到安装后的162度,每日节电444度。

2在离心风机上的应用

有某些水泥厂是采用高压离心式风机进行供风,该种水泥窑的风量调节是通过风门开启度对风量进行调节。对离心风机的变频调速改造同样有巨大的节能潜力。这是因为离心式风机设备的流量与转速的成正比,压力与转速的平方成正比,功率与转速的立方成正比。因此在调节风量或流量时,如降低20%的风量或流量,功耗则会下降50%,但是必须注意,转速与压力是成平方关系,当转速下降20%时,压力则会下降60%,因此必须注意工艺要求的压力范围不能象罗茨风机那样,不用考虑转速与风压的关系。

3在立窑卸料机上的应用

立窑卸料机若采用滑差调速电机,其转速通常控制在300~1000rpm(工艺上根据窑的情况,对卸料速度进行控制的)。采用变频调速的方法取代滑差电机,经过多个厂家应用结果表明,平均节能达40%左右,这是因为滑差调速是一种耗能的低效调速方法。

由下列公式可知:

滑差电机主电机轴的输出功率:P0=KM0N0(P0表示输出功率,M0表示负载转速,N0表示电机转速,K为常数)

滑差头输出功率P1=KM0N1(P1表示输出功率,N1表示滑差头转速)

滑差头损耗功率:P=P0-P1=KM0(N0—N1)

由此可见,滑差电机的转速越低,浪费能源越大,而卸料机的转速通常在400rpm左右运行,因此改用变频调速的方法会有50~60%的节能效果。

5在预加水成球系统中的应用

目前,预加水成球技术在立窑水泥厂中应用已相当普遍。它在提高成球质量,改善煅烧操作条件,提高立窑熟料产量和质量方面取得了比较明显的效果。其结合微机双回路调节器,就能实现水料比例自动跟踪,自动调节,做到恒压供水。调节及时,极大地减轻了工人的劳动强度,同时也改善了成球质量,使预加水系统真正起到预湿成球的作用,为立窑生产出优质高产的熟料创造了条件。

针对上述问题,结合生料车间选粉机负荷转速不超过600r/min的特点,对选粉机电气部分进行变频调速技术改造。经实际测量,选粉机改造前,运行速度在594r/min时,输入电压385V,输入电流72A,功率因数0.82,故输入功率为40KW;改造后,运行速度在594r/min时,输入电压387V,输入电流18A,(热继电器也做了相应调整),功率因数0.92(变频器加装了直接电抗器)则输入功率为11KW。改造后一年中,没发生过任何故障,保证了系统的安全运行,大大减少了维护工作量和维修费用,而且节能效果十分显着。

变频器在水泥厂的应用还不止这些,比如说回转窑球磨机、卸料圆、盘给料机、双管绞刀裙、板喂料机调速皮带称喂、煤绞刀、蓖冷机等一切需交流调速的设备都可以采用变频调速器。



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3、

电机拖动


电机拖动装置由电动机及其自动控制装置组成。自动控制装置通过对电动机起动、制动的控制,对电动机转速调节的控制,对电动机转矩的控制以及对某些物理参量按一定规律变化的控制等,可实现对机械设备的自动化控制及减少能耗。电机拖动包括卷扬机、行车、机床等。


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4、

管道切割机中电机启动方式的介绍

管道切割机的控制系统中,人机界面选用MCGS嵌入式触摸屏作为组态控制画面显示器。制作组态时将每个组件设置内部属性与PLC信息采集通道建立联系。可实现的功能主要有:

1)动态显示托辊电机的转速,切割焊枪的位移。

2)通过手动触摸界面按钮控制托辊电机的转速,设置管道切割的长度,切割气体电磁阀的启闭状态。

3)PLC非正常工作时,报警灯将发出报警指示。

4)切管时间的设置。

切管机开始工作时,选择手动控制方式启动托辊电机,打开焊枪出气阀,按下点火控制按钮,此时PLC的内置定时器开始计时。切割完成后按下关阀控制按钮,同时PLC停止计时。添加好多段切管长度后,选择自动按键,进入自动加工过程。每次焊枪定位后,电磁阀自动开启,之后开始点火。切割时间由第一次手动操作界面时,PLC的计时长度决定。




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5、

工业电机控制系统

电机消耗的能量几乎占全球电力的50%。随着能源成本的持续上涨,业内开始采用微处理器调速驱动器替代效率低下的固定速率电机和驱动器,这种新型电机控制技术与传统驱动器相比,能够使能耗平均降低30%以上。虽然调速电机提高了系统本身的成本,但是,考虑到电机能够节省的能量以及所增加的功能,只需短短几年即可挽回最初的投资成本。


通用电机设计

直流电机、无刷直流和交流感应电机是当今工业应用设计中最常见的电机。尽管每种类型的电机都有独特的性能,但基本工作原理类似。当一个导体通电时,例如线圈绕组,如果导体处于一个与其垂直的外部磁场内,导体将会受到一个与自身和外部磁场垂直的力。

直流电机:低成本和高精度驱动性能

直流电机是最先投入使用的电机类型,目前仍然以低开发成本和卓越的驱动性能得到普遍应用。在最简单的直流电机中,定子(即电机固定部件)为永久磁铁,转子(即电机的转动部件)上缠绕了电枢绕组,电枢绕组连接到机械换向开关,该开关控制绕组电流的导通和关闭。磁铁建立的磁通量与电枢电流相互作用,产生电磁扭矩,从而使电机做功。电机速度通过调整电枢绕组的直流电压进行控制。

根据具体应用的不同,可以采用全桥、半桥或一个简单的降压转换器驱动电枢绕组。这些转换器的开关通过脉宽调制(PWM)获得相应的电压。Maxim的高边或桥式驱动器IC,例如:MAX15024/MAX15025,可以用来驱动全桥或半桥电路的FET。

直流电机还广泛用于对速度、精度要求很高的伺服系统。为了满足速度和精度的要求,基于微处理器的闭环控制和转子位置非常关键。Maxim的MAX9641霍尔传感器能够用于提供转子的位置信息。

交流感应电机以简单、坚固耐用而著称,被广泛用于工业领域。最简单的交流电机就是一个变压器,原级电压连接到交流电压源,次级短路承载感应电流。“感应”电机的名称源于“感应次级电流”。定子载有一个三相绕组,转子设计简单,通常被称为“鼠笼”,其中,两端的铜或铝棒通过铸铝环短路。由于没有转子绕组和碳刷,这种电机的设计非常可靠。

工作在60Hz电压时,感应电机恒速运转。然而,当采用电源电路和基于微处理器的系统时,可以控制电机速度变化。变速驱动器由逆变器、信号调理器和基于微处理器的控制器组成。逆变器采用三个半桥,顶部和底部切换以互补方式控制。Maxim提供多种半桥驱动器,如MAX15024/MAX15025,可独立控制顶部和底部FET。



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初探起重机电机拖动系统的负载跟踪

在我国科学技术不断发展的今天,各种重型设备的应用性不断增强。起重机作为一种常见的、有效应用的设备,其可以有效的抬起重物,大大节省人力劳动。当然,要实现起重机长期稳定、安全、高效的应用,并不是非常容易的,需要对起重机电机拖动系统的负载跟踪予以合理的设计,有效的控制电机拖动系统,促使电机可以保持相对稳定的状态,为使起重机更好的运行创造条件。对此,本文就起重机电机拖动系统的负载跟踪进行分析和探讨。

引言:

起重机属于起重机械中的一种,其同时也是一种循环间歇运动的机械。对于起重机的应用,主要是将重物提起,将其平移到指定地点后降落物品,紧接着做反向运动,进行下一个重物的运输。起重机整个运作过程中,起重机电机拖动系统发挥巨大作用,其直接决定起重机能否将重物提起,并稳定的放在指定位置。当然,起重机电机拖动系统在具体运用的过程中容易受某些因素的影响,促使电机拖动系统运行不稳定,并且浪费电能。所以,加强起重机电机拖动系统的负载跟踪进行设计,有效的控制电机拖动系统,可以提升起重机电机拖动系统应用性。本文将从起重机电机拖动系统的力学方程分析展开,系统的探究起重机电机拖动系统的负载跟踪设计。

一、起重机电机拖动系统的动力学方程分析

对于起重机电机拖动系统的动力学方程的分析,需要结合起重机起升机构电机拖动系统图,依据相关的动力学原理,科学地、合理地分析,才能够详细地掌握整个起重机电机拖动系统的动力学方程,为后续准确的分析。设计起重机电机拖动系统的负载跟踪提供条件。对此,本文笔者参照某型号起重机起升机构电机拖动系统示意图(如图一所示),展开具体的分析。从图一可以知道分别为中间轴、卷筒、滑轮的传统效率。假设为起重机吊重物起升的速度、为起重机所吊重物的质量、为起重机吊具的质量、为起重机电机转子转动惯量、为制动轮和联轴器的转动惯量。根据动力学相关理论,可以得到关于起重机吊具上钢丝绳张力的公式,即:

在对起重机吊具上钢丝绳张力进行公式计算的过程中,因为是以动力学相关理论为基础,所以本文仅考虑吊具在提重物上升过程中所消耗的电能,对于其他因素所引起的能量消耗在此予以忽视。

二、起重机电机拖动系统的负载跟踪设计

综合上文起重机电机拖动系统的动力学方程式,对于起重机电机拖动系统的负载跟踪的设计主要是利用坐标轴分析的,这可以更为直接的分析电机拖动系统的负载跟踪,为实现起重机电机拖动系统可以稳定、有效应用创造条件。

对于起重机电机拖动系统的负载跟踪的设计,首先设计电机静止正交坐标系与旋转坐标系(如图三所示)。假设电机静止正交坐标系和以定子同步角速度,旋转得到两相旋转正交坐标系MOT,其中M轴与轴夹角为,且。那么,TM坐标系上电机转子磁链的矢量,将会与M轴某一点相交,从而可以实现整个系统的同步旋转。另外,由于在起重机电机拖动系统持续运作的过程中,电机转子磁链的矢量将会一直同M轴相交,这就意味着,转子磁链值与电子转子磁链矢量相等。

利用以上内容完成整个起重机电机拖动系统的负载跟踪设计。为了可以更加准确的、有效的、合理的、科学的完成起重机电机拖动系统的负载跟踪设计,笔者在此引入基于转差角频率的矢量变频控制系统原理图(如图四所示)。从转差角频率的矢量变频控制系统原理图可以了解电机转速计算中,需要运用到转速调节器对定子电流转矩分量予以计算,进而了解MT坐标系的同步旋转角速度。综合以上同步旋转角速度函数公式,以及起重机电机拖动系统实际情况,可以了解整个系统负载跟踪的应用需求。而积分器的因公可以测量出转角频率的矢量的变换角。利用矢量变换角可以得到电压励磁分量和转矩分量,相应的可以利用电压型逆变器对电压进行控制,从而实现起重机电机拖动系统的有效控制,促使电机稳定、安全、有效的运用。

结束语:

起重机电机拖动系统负载跟踪的设计是非常必要的,可以保证电机拖动系统相对稳定的运行,有效的节约电能。从起重机电机拖动系统负载跟踪控制的特点来看,电动机转子容易受到某些因素的影响。所以,在具体设计起重机电机拖动系统负载跟踪过程中,需要分析起重机电机拖动系统的动力学方程,了解转子电压、电流与磁链之间的关系。以此为依据构建电机静止正交坐标系与旋转坐标系,对电动机转子运作中负载转矩、定转速度等方面进行分析,从而科学、合理设计电机拖动系统负载跟踪,为保证起重机电机拖动系统稳定运作创造条件。



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浅谈PLC在电力拖动一体化中的运用

PLC是一种基于计算机技术的编程控制器,将PLC技术与接触器控制技术相结合,并充分发挥继电器和按钮的作用,可使电力拖动可视化。电力拖动线路用于控制电动机的运行,其具有实践性和专业性。PLC技术与电力拖动的结合有助于实现拖动一体化。文章分析了PLC技术在电力拖动中的作用,并阐述了如何将其应用于电力拖动教学。

在电力拖动的教学中,由于每个学生的能力不同,因此在学习中往往会出现图纸识别困难、技能操作不到位、线路出现问题无法检修等。因此,将PLC合理的运用于电力拖动的教学中,督促学生了解PLC原理和操作流程。但很多学校将电力拖动课程同PLC课程分开,不能找到二者之间的必然联系。这使得教学效率低下,尤其影响了学生实践能力的提高。实际上,PLC并非简单的继电器,其操作原理复杂,检修过程尤为重要。这对学校该课程的教学模式和教师的素质提出了新的要求。基于此,学校应进行该课程的改革。

一、PLC在电力拖动一体化中的运用过程

(一)电力拖动课程一体化是实现

电力拖动课程具有较强的实践性,实现其一体化的过程实际上就是将理论与实践相结合的过程。PLC作为一种与电力拖动密切相关的技术,其在电力拖动课程中的应用有助于电力拖动一体化教学的实施。具体实施为理论课和实践课由同一个教师担当,教师每讲解一节电力拖动课程,随即将其应用于实践。使学生能够充分感电力拖动的过程,了解其工作原理和操作流程。如根据课程进行电器元件的分组拆装,充分利用多媒体教学,使教学效果更加明显。当然,在理论与实践结合的过程中,主要需要掌握的是电力拖动的线路控制。目前,传统的控制方式已逐渐被PLC程序控制器取代,因此要实现电力拖动一体化,还要将PLC技术合理的渗透到教学中,实现二者的结合。

(二)PLC在电力拖动课课程教学中的渗透

电力拖动课程主要以研究电力拖动控制线路为主,而PLC则是程序控制器。目前PLC作为高校电气专业学生的必修课,学生存在的操作上的问题需要理论与实践教学更好的结合。如何发挥PLC技术在电力拖动中的作用,实现两个课程之间的结合是高校电气或机械教学中的主要任务。实际上,PLC是传统电力拖动线路控制的延伸,技术的发展使电动机线路控制逐渐转向PLC控制。PLC以梯形图作为其主要编程语言,是继电器逻辑控制系统发展的结果。运用于教学,两门课程之间存在一定的联系,基于此高校电力拖动一体化教学应引进PLC的一些内容,实现电力拖动的一体化。以三相异步电动机正反转控制课程为例,将PLC在电力拖动一体化中的运用步骤分析如下:

(1)了解与电力拖动技术相关的讲PLC内容。包括输入和输出继电器、梯形图编程方法和编程指令等。

(2)了解控制要求,分配输出输入点,写出I/O通道地址的分配表并画出PLC接线图。

(3)根据PLC接线图进行程序设计,在计算机上实施程序输入,模拟程序的运行过程。

(4)将程序下载至PLC,为PLC的应用提供前提。最后进行线路安全和系统调试。

二、PLC控制系统的优越性

将PLC控制系统与传统的继电器―接触器控制系统相比较我们可以看到PLC控制系统的优越性。在教学中,教师应注意渗透这一点。其不同在于:

(1)组成PLC与传统的控制系统采用不同的结构。传统的系统具有更多的硬件继电器与接触器;而PLC则主要由“软继电器”构成。

(2)传统的控制系统中机械触点较多,降低了系统的可靠性。而PLC则为无机械触点,是目前较为先进的逻辑运算微电子技术,具其可靠性较高,机械性能良好,运行磨损小,因此使用年限更长。同时,PLC的触电是无限的,这与传统的系统有限的触电相比较具有优越性。

(3)PLC系统与传统的继电器―接触器逻辑控制系统采用不同的控制方式,前者主要靠原件之间的硬件接线控制,而PLC系统采用更加先进的软件编程实现线路控制。

(4)两者的工作原理具有很大差别,相比之下,PLC更具先进性。传统的继电器―接触器控制方式,在工作状态下继电器受到制约,但采用了PLC技后,其“软继电器”处于周期性循环扫描接通模式下,“软继电器”不再受到长时间的制约。因此,我们说,采用电力拖动与PLC的组合的教学模式,帮助学生理解了PLC线路控制系统具有先进性,其在电力拖动中具有积极作用。在教学中,应逐渐实现两者之间的结合。将PLC技术渗透到电力拖动教学,提高教学效率。

三、总结

电力拖动作为实践性较强的电力教学课程,要求实现理论与实践结合的一体化教学。在电力拖动中引进PLC技术,是电力拖动一体化实现的必然需求。PLC作为近年来兴起的电力线路控制技术,主要以梯形图作为编程语言。文章以三相异步电动机正反转控制课程为例,分析了两种技术之间的结合。肯定了PLC在电力拖动上的进步作用。当然,在教学过程中,两种技术的结合还处于磨合期,教学效果受到一定的影响,这需要电力拖动课程不断的进行改革,促进教学效率的提高。



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浅谈行动导向教学法在电力拖动控制培训中的应用

企业间竞争的加剧,提高员工素质是提升企业竞争力的重要途径,培训是企业持续的动力源泉。电力拖动控制是维修电工必学的内容,这些知识与技能掌握的好坏,直接将影响着维修电工基本素质的培养。为了更好地提高培训职工素质帮助其取得过硬的技能,以及顺利通过技能考核,通过运用行动导向教学法中的启发式教学法取得了较好的培训效果。

一、前言

电力拖动控制有一个显着的特点,就是计算相对较少,理解的内容较多,动手能力训练的项目相对较多。那么怎样使培训学员更快、更容易、更轻松地学好它,经过近年的教学摸索,结合平时的实际技能等级考评的经验,在新的教学理念指导下,引入行动导向中的启法式教学法,使培训教学效果有了明显的提高,达到了企业职工培训之目的。

二、明确提出培训教学要求

作为教师要教好书,必须把握整个培训内容的灵魂,要有达到目标的实施计划与明确的要求,这样才能真正做到胸有成竹,达到事半功倍的效果。有的学员刚接触到电器,对电器较陌生,理解、记忆的内容较多。这时一定不能放弃,要为后面的学习打下了扎实的基础。在教学中做到心中有数,准确把握掌握、理解、了解的真正含义,在上第一次课的时候就向学员提出明确的要求:要求学员了解低压电器的结构,理解工作原理,熟练掌握选用图形符号和文字符号;掌握基本控制线路,做到熟练默画出基本控制线路,最终要求学员具备独立设计简单控制线路的能力;最后要求学员学会读图、识图;学会故障分析,掌握故障排除方法,最终达到中级维修电工的实际操作技能水平。有了明确的要求,学习起来就很轻松,一切问题就会迎刃而解。

三、灵活多变的教学方法

1.常用低压电器的教学方法。了解电器的结构,如了解接触器,运用实物讲解,通过对接触器进行拆装,要求学员把拆下的零件与图片进行对照,并说出它们的名称,加深了印象,这样就可以快速记住接触器,根本不用死记硬背。理解电器的工作原理,找一个CJl0-10/220V的接触器,把接触器的线圈两端加上额定电压,此时立刻听到“啪”的一声,接触器衔铁被吸合,带动触头动作;再断开电源,又“啪”的一声,接触器触点很快复位初始状态。掌握图形符号、文字代号,是为学习控制线路打下基础,必须在课堂内要掌握。了解电器的主要技术参数,进行对低压电器的选用,这是关键点,要求学员必须掌握的内容,也是学员解决实际问题的能力反映。

2.电动机控制线路教学方法。

(1)掌握控制线路的分析。从简单到复杂,逐步深入,如分析具有自锁正转制线路。短路保护、过载保护、欠压、失压保护是否齐全了,连续运转的电动机需要过载保护,故控制线路还要加入热继电器,问题到此解决好了。把控制线路内容讲解好了,学员对设计也有一个深层次的了解,教师的关键任务是教会学员的设计思路,慢慢地培养学员的设计能力。

(2)工作原理分析。如何解决工作原理分析,突破“死记硬背”。例如,正转控制线路原理的分析。方法是按图装接线路,这样通过实物操作按钮,观察到接触器的动作,电动机的真正转动,教师只要稍加引导就很快掌握了工作原理。其它复杂的控制线路分析按照控制要求进行,需要书写时一定要规范,让别人一目了然看清动作过程。

(3)如何培养学员的设计能力。例如三相异步电动机的正反转控制线路,首先是要明白只要改变三相电源中的任意两相相序,电动机即可实现反转,其次需要画出两个正转控制线路,在主电路接线时,只要对U相与W相的连线做小的变动,就成功地完成了正反转控制线路。最后我们可以提出问题,电路设计好了吗?学员可以自由组合讨论,可能会有学员提出,两个按钮同时按下时,主电路出现短路,自然地引入联锁的触点。只有在接触器线圈电路加上对方接触器常闭触头,才能防止短路事故的发生。

3.常用生产机械电气控制线路的教学方法。有了前面知识的准备,就能很顺利地把接下来的内容讲好,可以说很省力地完成任务。

(1)教会学员阅读电原理图的方法。首先分析主电路,主要是看电动机的名称、功率、数量;分别由什么电器控制,具有什么控制形式,如降压启动控制或双速控制,具有什么保护功能。其次分析控制线路,主要具有什么样的控制功能,如连续、正反转、两地等,以及明确接触器线路的供电回路。最后分析照明电路、指示电路。

(2)常见故障的分析。最好的方法是采用模拟机床控制线路或已经安装好的相关控制线路,教师提出几个常见故障问题,让学员自己来完成。加强学员的分析能力,培养学员的逻辑推理能力、思维能力,若分析故障的思路正确的话,其实际的故障也就很快排除。通过操作来获取故障现象,根据观察所得故障现象在原理图中分析,从而圈出故障范围,故障范围与故障现象必须一一对应。

(3)排除故障。要求必须断开三相电源,运用万用表欧姆档检测。根据结果作出准确判断,一定要排除故障,恢复正常。

四、理论联系实际

电力拖动与控制除了理论上要灵活掌握它的学习方法,还非常强调理论紧密联系实际,那就是加强实际操作训练。实际操作训练要跟理论同步教学,并且贯穿于整个教学的始终,只有这样反复的操作训练,才会取得更好的培训效果。行动导向教学的核心是关键能力的开发,促进学员的脑、心、手全方位被调动起来,真正从素质方面教育人手,把学员的培训学习转化为一种“游戏”形式,学习不枯燥。让学员愉快地在“玩”中学,在学中“玩”,愉快地、轻松地完成了培训任务。同时还培养了学员的学习能力、动手能力和解决实际问题的能力。



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带压拖动用注入防喷装置的研制及应用

目前,水平井多层体积压裂施工工艺在各油田开始得到广泛使用,但根据常规的井口配套装置,如井口大四通、单闸板或双闸板液动防喷器以及环形防喷器组合难以满足要求。新的施工工艺要求解决以下几方面问题:

①由于采用体积压裂,注入井内的压裂液排量达到3.5m3/min左右,常规的井口大四通只有两个旁通口,注入时只能有一个注入口,通径太小,不适合大排量注入工作。②压裂完一层后,由于需要拖动管柱,而常规的闸板防喷器不适合带压拖动工作,所以现场通常是先放喷,等井内无压力时再拖动管柱。而放喷过程需要10余小时或者数天,严重影响施工进度,且放喷会造成地层压力严重损失,井下工具砂卡等事故。③常规配置的井口大四通、闸板防喷器、环形防喷器组合高度在2.4m左右,井口高度高,起下油管困难,安全风险高,操作不便。

因此,依据APIspec16A-2004《钻通设备规范》及SY/T6690-2008《井下作业井控技术规程》研制一种带压拖动用注入防喷装置,避免了每段施工后的放喷过程并将以上三个设备集合为一体。在保证压力级别和安装通用性的前提下,大大降低了井口装置的安装高度,为井口操作带来方便,极大地提高了分段压裂施工效率,保证了施工安全性。

1技术分析1.1结构设计为满足施工要求,带压拖动用注入防喷装置结构包括注入部分、闸板防喷器部分、补偿式多用途环形防喷器部分以及泄压平衡阀组部分,通过几部分上下连接法兰有机结合在一起,大大降低整体高度,见图1所示。其中,注入部分包括主体、下法兰、旁通过渡法兰;闸板防喷器部分包括闸板体、推动液缸等;环形防喷器部分包括上法兰、主体、主胶囊、油管专用自封衬套等。泄压平衡阀组部分包括阀体、阀芯、弹簧、手柄等。

注入部分有四个旁通口道,比常规井口大四通多了两个旁通口,这样大排量注入时,注入通道面积就可提高3倍,大大降低了液流阻力。

闸板防喷器可采用单闸板或双闸板形式。半封闸板可关闭油套环空,保证压裂时油套环空反复承受高压,也避免了压裂时顶部的环形防喷器承受不必要的高压。

环形防喷器采用了补偿式多用途环形防喷器结构,内部有一个能够承受高压的自封油管衬套,保证井口在任何时候处于密封状态,满足带压拖动管柱的需要,满足井口环保要求。

为确保油管接箍带压通过自封胶套,减轻接箍对自封胶套的损伤,在半封闸板的侧面安装有泄压平衡阀组,利用该阀组的泄压、平衡功能,使接箍在低压状态下通过自封胶套。

1.2主要技术参数公称通径:Φ179.4mm(7-1/16in)密封油管规格:2-7/8";3-1/2"油管衬套自封静压力:34.5(5000psi)油管衬套自封动压力:13.8MPa(2000psi)主体静水压强度压力:103.5MPa(15000psi)液控操作压力:8.4-10.5MPa(1200-1500psi)主通径法兰连接型式:6BXΦ179.4mm,69MPa主通径法兰密封垫环型号:BX156旁通径法兰连接型式:6BXΦ78mm,69MPa旁通径法兰密封垫环型号:BX154外型尺寸(长×宽×高):1520×555×1100mm(单闸板时)1520×555×1400mm(双闸板时)金属材料温度等级:T-20,-29℃~121℃适用工作介质:油、水、压裂液2工作原理压裂施工时,井口部分安装如图2所示。

2.1大排量压裂液的注入体积压裂时,压裂液最大排量可达到180-200m3/h左右,井口管线连接时,其中3个旁通孔接注入管线,1个旁通孔连接放喷管线,如图3所示,注入通道增大后,可保证大排量压裂液低阻进入井内。在注入压裂液时,关闭注入六通上部的半封闸板,确保闸板以上零件不受压裂液冲蚀。

2.2带压上提油管压裂停泵后,不再放喷待井内压力在12-15MPa时向上拖动油管,利用环形防喷器油管衬套自封功能密封井内压力,防止井口喷溅。上提管柱时,在油管接箍通过自封胶套时缓慢上提,减轻接箍倒角对胶套的损坏。上提油管至下一个压裂层。

2.3带压调整管柱在拖动油管时,不仅需要上提油管,有时需要增加油管短节调整井内工具位置,就需要下放油管。下放油管接箍进入补偿式多用途环形防喷器时,阻力较大,接箍倒角会严重损坏环封油管自封衬套内壁。所以施工过程中对接箍如何进入环封通过自封胶套就有特殊要求。这就需要利用泄压平衡阀组的功能,将油管接箍顺利倒入井内。具体操作步骤如下:

①下放油管使接箍进入防喷装置,使接箍上台阶与环形防喷器上平面平齐,然后关闭半封闸板,关闭平衡阀,打开泄压阀,泄除环形防喷器与闸板间压力。

②在环形防喷器和闸板层环腔无压力的情况下,继续下放油管,使接箍进入环形胶套。直到油管接箍坐落于闸板上面,关闭泄压阀,打开平衡阀。观察平衡阀组上压力表,应升至与闸板下方井压一致。

③用大钩略微上提油管,解除油管对闸板的压力,打开闸板,下放油管接箍入井。

④如此进行循环操作,将井口外的油管接箍顺利下放入井内,最终使工具达到合适位置。

3性能特点①结构先进、集三个功能部件为一体,大大降低了井口操作高度;②操作方便,可以实现压裂后不放喷,提高了多层压裂效率,节约了施工成本;③解决了油管带压下放困难的问题,延长了环形防喷器油管专用自封衬套使用寿命;④油管专用衬套拆装、更换方便。

4现场应用带压拖动用注入防喷装置在室内验证试验的基础上,在长庆油田区域多个作业区进行了现场试验和应用,截止2014年11月累计作业5口井次。现场施工顺利,井内压力15MPa内油管管柱能够顺利起下,施工成功率达到了100%。该装置可以完全满足水平井多层压裂作业带压拖动管柱工艺技术要求,大大提高多层压裂效率,节约了施工成本,具有很好的推广应用前景。①开关迅速灵活,操作安全可靠。②避免了每段施工后的放喷过程,每层压裂节约施工工时5-15小时左右,多层压裂作业施工速度相对老工艺提高不少。③降低了井口操作高度,方便现场施工操作。④延长了衬套胶芯寿命,减轻了现场操作的工作量。

5结论①带压拖动用注入防喷装置的设计、制造、试验和检验全过程均按照APIspec16A-2004《钻通设备规范》的标准要求完成。②带压拖动用注入防喷装置实现了多层压裂作业中15MPa井内压力下带压拖动管柱工艺,大大提高了现场施工的速度,节约了作业成本。③该装置结构先进、设计合理,降低了井口操作高度,安装、使用维修方便。④该装置解决了油管带压下放困难的问题,提高了环形防喷器衬套使用寿命。



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