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节能改造关注问答
1、

什么是有刷电机?什么是无刷电机?

电机工作时,线圈和换向器旋转,磁钢和碳刷不转,线圈电流方向的交替变化是*随电机转动的换相器和电刷来完成的。在电动车行业有刷电机分高速有刷电机和低速有刷电机。有刷电机和无刷电机有很多区别,从名字上可以看出有刷电机有碳刷,无刷电机没有碳刷。

1、有刷电机电机工作时,线圈和换向器旋转,磁钢和碳刷不转,线圈电流方向的交替变化是随电机转动的换相器和电刷来完成的。在电动车行业有刷电机分高速有刷电机和低速有刷电机。有刷电机和无刷电机有很多区别,从名字上可以看出有刷电机有碳刷,无刷电机没有碳刷

2、无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的,所以不会象变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组,也不会在负载突变时产生振荡和失步。

3、有刷电机是传统产品,性能比较稳定。

无刷电机是升级产品,其寿命性能比有刷电机好。但其控制电路比较复杂,对元件的老化筛选要求比较严格。虽然电机寿命长但控制电路容易出毛病。因此选用无刷电机要经过严格的可靠性试验以确保质量。,但是随着技术的不断升级几步,无刷电机技术已经相当成熟。

4、在实际生产过程中,由于有刷有齿直流电机是高速电机,齿轮的齿很小,易磨损,但力量大,爬坡能力强。而无刷直流电机,在使用过程中省去了二、三年换碳刷的麻烦。但由于在控制无刷电机的过程,要求精度极高。而且,无刷电机控制器的价钱也较高。相比之下有刷无齿的直流电机,虽然要更换碳刷,但更换碳刷是十分容易的,而且电机的控制较为简单,电机运转平稳,安全系数高。

5、有刷电机是指电机是直流电输入,控制它的控制器只给它提供大小电流就可以调速了;而无刷电机其实就是个三相交流电机,靠控制器把直流电转换成三相交流电,并根据电机里的传感器霍尔元件进行换相使电机正常运转。直接来说,无刷电机比有刷电机寿命长、起步有劲省电,但是控制器却比有刷控制器成本高。目前,现在的都是无刷控制器,有刷的已经基本淘汰了。电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件,它就象是电动车的大脑,是电动车上重要的部件。



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2、

用单片机产生矩形波经放大电路放大后驱动电机

采煤机再制造工艺实践工作为今后采煤机的再制造以及煤机装备的循环利用打下了坚实的基础。控制模块设计与分析,硬件控制模块设计采用N沟道MOS管IRF540驱动,该电路功耗小,驱动能力较好,成本较低,在PWM输出端与驱动端之间加入了光电耦合器,使控制电路与驱动电路隔离,有效保护了控制装置。

PWM输出模块PWM相对线性控制具有节能、易控制、提高电机运行效率的特点,采用PWM电路控制电机。用单片机产生矩形波,经放大电路放大后驱动电机。该方案优点是不需要另搭外围电路,通过编程即可改变输出矩形波占空比,从而控制电机。PWM产生及占空比控制,使用单片机产生PWM时,本文先后采用了两种方法,一种是编写延时由直接输出,另一种是使用定时器,通过周期延拓的方式输出PWM波。但是IO口直接输出的方式在控制占空比时不够精确,因此而采用键盘控制时,使用了外部中断来控制占空比。

使用了三个独立键盘,分别控制占空比增加、占空比减小以及特定占空比(45°时的占空比)。使用单片机、步进电机验证了单片机控制模式方案设计,采用的测试仪器有示波器、数字万用表、秒表等测试设备。测试结果表明当加占空比键按下后,转动角度值变大;减占空比键按下后,转动角度值值变小。实验证明占空比控制非常重要,也证明了PWM波的频率对响应速度有很大影响,同时验证了方案的可行性,为微量注射泵控制系统设计具有一定的参考价值。




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3、

双速电动机在汽轮机循环水系统中的作用


在汽轮机循环水系统中,动叶可调泵比定速泵能够更加适应负荷、水位、水温和真空的变化,通过调节叶片角度来改变循环水量,可使汽机能够保持在较好的工作状态,并且循泵能一直保持在高效区运行。

优化措施:将定速泵改为动叶可调泵,叶片角度调节要能够快速电动调节,才能更适应电厂调峰、冷端优化的需要。

循环水系统由单独供水改为母管制供水后,虽然运行方式灵活了一些,但仍然偏少。为了获取更灵活的运行方式及节能减排,一些电厂将循泵的电动机改为双速电动机,这样,循环水量的调整范围更广,更能满足国家节能减排的要求。

电动机具有代表性的运行方式为冬季6个月“两机两泵”高速运行,春秋季3个月采用“两机三泵”高速运行,炎热季节的3个月采用“两机四泵”高速运行。循环泵应用双速改造后,冬季6个月“两机两泵”低速运行,春秋季3个月采用“两机三泵”高、低速配合运行,炎热季节的3个月采用“两机四泵”高、低速配合运行。

优化措施:将循环水系统中的部分定速泵改为双速泵,并通过优化调整试验和优化方法(泵容量、个数较多时,可采用遗传算法寻优)确定不同运行方式的切换时机。



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4、

电动机直接启动严重影响电动机的绝缘性能和使用寿命


风机运行中实际风量仅为额定风量的一部分,风机远离额定工作点运行,其实际运行效率很低,能耗浪费问题严重。由于挡板的存在,挡板前后存在压差,消耗了很大一部分能量,同时加大了对管道和风机的磨损。采用人工方式来调节挡板,操作麻烦,实时性差。电动机直接启动,启动电流为额定电流的6~8倍,严重影响电动机的绝缘性能和使用寿命,并会对电网造成较大冲击。电动机运行功率因数最高为0.8,功率因数低,无功损耗大。

技术改造节能原理项目通过技术改造,新增高、低压变频器系统,以调节电动机运行频率(转速)的方式替代了原有的调节风门的运行方式,从而起到节省电能、提高功率因数、改善运行工艺的作用。从风机的运行曲线图来分析采用变频调速后的节能效果。

项目技术改造方案通过新增的高压变频器系统与低压变频器系统,使风机可以在变频运行状态和工频运行状态间进行切换,即使在变频器发生故障时也不会影响风机的运行,保证不因增加高压变频器系统与低压变频器系统而降低原有系统的整体可靠性,同时在变频运行时,调节电动机转速,达到节能效果。



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5、

三相异步电动机调速方式

三相异步电动机转速公式为:n=60f/p(1-s)

从上式可见,改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可太到改变转速的目的。从调速的本质来看,不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。

在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机,改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。

从调速时的能耗观点来看,有高效调速方法与低效调速方法两种:高效调速指时转差率不变,因此无转差损耗,如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法(如串级调速等)。有转差损耗的调速方法属低效调速,如转子串电阻调速方法,能量就损耗在转子回路中;电磁离合器的调速方法,能量损耗在离合器线圈中;液力偶合器调速,能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加,如果调速范围不大,能量损耗是很小的。

一、变极对数调速方法

这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的,特点如下:具有较硬的机械特性,稳定性良好;无转差损耗,效率高;接线简单、控制方便、价格低;有级调速,级差较大,不能获得平滑调速;可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用,获得较高效率的平滑调速特性。

本方法适用于不需要无级调速的生产机械,如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。

二、变频调速方法

变频调速是改变电动机定子电源的频率,从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器,变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类,目前国内大都使用交-直-交变频器。其特点:效率高,调速过程中没有附加损耗;应用范围广,可用于笼型异步电动机;调速范围大,特性硬,精度高;技术复杂,造价高,维护检修困难。

本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。

三、串级调速方法

串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差,达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附加电势所吸收,再利用产生附加的装置,把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。

根据转差功率吸收利用方式,串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式,多采用晶闸管串级调速,其特点为:可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上,效率较高;装置容量与调速范围成正比,投资省,适用于调速范围在额定转速70%-90%的生产机械上;调速装置故障时可以切换至全速运行,避免停产;晶闸管串级调速功率因数偏低,谐波影响较大。

本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。



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6、

电机拖动中变频调速技术的实际应用分析

随着时代的进步和社会经济的发展,我国电力系统发展迅速,工业化程度的提高和城市化进程的加快,促使电力资源在国民经济发展中发挥着越来越大的作用。在对一个国家经济发展水平进行衡量时,电气化程度也被作为一个很重要的衡量指标。文章简要分析了电机拖动中变频调速技术的实际应用,希望可以提供一些有价值的参考意见。

电力系统的安全稳定运行,会对人们的日常工作生活以及社会经济的发展产生直接影响,因此,相关部门越来越重视电力系统的安全和可靠运行。随着科学技术的不断发展,变频调速技术得到了飞速发展和普遍应用,将其应用到电机拖动中,具有一系列的优势和价值。

1变频调速技术概述

具体来讲,变频调速技术指的是依据电机转速会直接受到工作电源输入频率的影响关系,通过对电动机工作电源频率进行改变,而对电机转速进行适当调整。随着科学技术的发展,如今在我国的日常生活和工作中,已经开始广泛的应用变频调速技术。目前,已经出现了诸多的变频调速控制方式,如直接转矩控制、矢量控制等等。数字控制技术的发展以及半导体技术的普遍应用,不仅在高性能范围内开始应用矢量控制,在驱动领域以及专用驱动领域内也开始广泛应用矢量控制,并且在人们日常生活的家用电器中也开始广泛应用,如变频空调、冰箱等等。此外,在一些其他的领域内也开始应用交流驱动器,如工业机器、电动汽车等等。

2变频调速技术在电机拖动中的应用

具体来讲,电机拖动包括诸多方面的内容,比如直流电机、电机系统的运动方程以及直流电机的静态特点、动态特点以及变压器等等。我们从控制类别方面来讲,转速开环是卸油泵电动机的变频调速系统,电源变频调速系统则是利用恒压频度比来控制的。在实际的使用过程中,要想控制输出直流电压,主要依据的是电压。

通过速度给定,可以获得整个电力系统中的控制信号,即使在是跳跃变化的情况下,进行速度给定,也可以对逆变器的输出电压以及电流的规律性变化进行协调和控制。因此,我们将给定积分器给设定下来,用斜坡输出信号来替代跳跃输入,这样就可以对电机的正转和反转进行有效的控制。通过实践得知,在整个电机拖动系统运行过程中,利用正负电压来有效划分速度给定以及给定的积分器输出。因为正值的信号电压是控制电流器的输出电压和逆变器的输出频率,那么设置的变换器在绝对值方面,没有较大的差异。通过大量的实践研究表明,变频器系统具有较为广泛的调速范围,并且有着较好的调速平滑性,可以对电机启动时性能进行有效的改善,因此可以有效适用于电机拖动中,此外,也可以广泛应用于船舶电力拖动中。采用的控制信号是一样的,只需要协调输出电压和输出频率,更加理性的认知变频调速技术,就可以在电机拖动中更好的应用变频调速技术。

3变频调速技术的合理应用

一是无功补偿原理的作用:无功补偿装置装设的目的是对供电效率进行提高,对供电环境进行改善,它将两种负荷之间能量交换的原理给充分利用了起来,来对供电变压器和输送线之间的耗损进行补偿,在供电系统中,无功补偿装置是不可获取的一个组成部分;只有合理选择了补偿装置,将其应用于电力系统中,才可以对电网功率因数进行有效的提高,对网络耗损进行最大限度的减少,促使电网质量得到有效提高。

在对无功补偿装置进行选择时,通常是将分组投切的电容器以及电抗器应用过来,在一些特殊情况下,调相机以及静止无功补偿装置也是不错的选择;满足了无功平衡的要求,为了促使电压质量标准的要求得以实现,还需要将调压装置应用过来。要将分层分区以及就地平衡的原则应用到电网的无功补偿中,同时,还需要将变电站的无功调节能力给充分纳入考虑范围,并且将电压优化以及功率因数给大力推广开来,积极的应用先进的技术,如电网无功管理系统软件等等,促使电网质量得到更加好的提高,促使电网更加安全可靠的运行。

二是变频器负载标准:相较于变压器和电动机的发热时间,半导体器件的发热时间往往较小,通常在计算时候都采用的是分钟,如果出现了过载超温问题,将会带来很大的问题。因此,就需要严格规定负载条件。需要对变流器的运行种类进行划分,第一级额定输出为电流完全输出,过载情况不会出现;第二级为可以连续输出基本负载电流,短时过载运行可以达到百分之五十;第三级到第六级过载则需要更长的时间。目前在市场上,一般只对第二级以及第一级进行销售。此外,还需要结合生产机械负载性能和调速范围等要求,来对变频器进行合理选择。

4变频器运行的可靠性

通过大量的调查研究发现,温度会在很大程度上影响到变频器运行的可靠性。如果变频器有着较大的功率,那么往往将空气冷却的方法应用过来,也就是将换气扇合理安装于顶部,这样就可以更好的进行换气,向室外排放柜内的热空气,对不断恶化的装置环境进行有效的改善;因为变频器是完全封闭的,需要控制其内部温度在50摄氏度以下;但是对于南方的夏季,往往比较的炎热,温度通常会在50摄氏度以上,要想保证变频器能够正常可靠的运行,就需要采取一系列的降温设备,如空调等等。但是这些外部设备的应用,虽然在较短的时间内对温度进行降低;却会对正常通风产生影响,并且室内噪声也会得到较大程度的增加,因此这种措施是不够合理和科学的。因此,我们就需要结合具体情况,合理安排空冷的位置,最好将管道式通风装置应用到柜顶,这样就可以向室外直接排放室内的热空气。在一些特殊的情况下,还需要结合具体情况对变频器进行科学选择,并且需要定期经常的维修和保护那些容易出现问题的部位,避免损坏到变频器。

5结束语

通过上文的叙述分析我们可以得知,随着时代的发展和社会经济的进步,社会的电力需求越来越大,电力系统运行的稳定性和安全性将会对人们的日常生活和工作以及国家的长治久安产生直接的影响;针对这种情况,就需要不断的改善和完善电力系统,更好的服务于人们生活和社会发展。通过大量的实践研究表明,将变频调速技术应用到电机拖动中,具有一系列的优势和价值,可以对电力系统的安全稳定运行起到保障作用。相关的工作人员需要不断努力,革新技术,总结经验,将变频调速技术更好的应用到电机拖动中。文章简要分析了电机拖动中变频调速技术的实际应用,希望可以提供一些有价值的参考意见。



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7、

三要素基础上的电力拖动系统过渡建模问题研究

电力拖动系统实际工作环节中会出现一定的稳态过程或暂态过程,整个形式下的状态活动调整被视为过渡过程,是整个动态活动管路监察的主要衡量标准。涉及到电力拖动系统的惯性特征主要借助一定的机械惯性模式以及生产、传动、电动机的系统控制模式进行着一定程度的旋转,整个动力学原理的渗透前提下,面对内部拖动系统中的飞轮转矩以及转动惯量的数值变化,需要结合实际电动机的绕组以及电气控制中的电感量等进行深入的研究,同时对于后续的热力惯性的反映效果以及参数变化也需要进行系统的观察和研究,以满足整个活动程序下的标准数据建模水准。

1电力拖动系统的三种惯性

在电力拖动系统的实际工作中,总会出现加速或是减速运动的过程,而两种运动状态的转变过程中,会出现三种形式的惯性,包括机械惯性、电磁惯性和热力惯性等。但是,在实际的研究中发现,真正对电力拖动系统由重大影响作用的是机械惯性,而电磁惯性和热力惯性可以忽略不计。

1.1机械惯性

机械惯性对于电力拖动系统来说,其存在的最主要问题是在运动状态转变的过程中,不能够实现电力拖动系统转速的突变,使运动状态出现延迟。机械惯性主要存在于生产机械设备的工作运行中、传动装置的工作运行中、电动机的工作运行中以及旋转设备等工作运行中。机械惯性在电力拖动系统中,主要是通过飞轮转矩或是转动惯量的数量大小来进行反映的。

1.2磁力惯性

电磁惯性对于电力拖动系统来说,因为该惯性对系统的影响很小,通常可以忽略不计。其主要原因是,在电力拖动系统中,电磁惯性主要是通过电动机绕组在工作运行中和电控装置等在工作运行中,自感和互感所产生的惯性。这种惯性与机械惯性相比,对系统的影响很小,所以在分析和计算中往往可以忽略这种惯性对系统所产生的影响。

1.3热力惯性

热力惯性对于电力拖动系统来说,其惯性对系统的影响也很小,通常也可忽略不计。其主要原因是,在电力拖动系统中,电磁惯性主要是通过电机在工作运行中和控制装置等在工作运行中,由于温度的变化致使设备的一些参数发生变化,从而产生热力惯性。在设备运行中所产生的热力惯性是很大的,但是在工作运行状态下,设备运行的动态过程很快,所以热力惯性对于系统的影响很小,所以在分析和计算中往往可以忽略这种惯性对系统所产生的影响。因此,在研究和分析电力拖动系统的惯性时,一般只考虑机械惯性对系统所产生的影响。

2阶段性电路暂态作用下的“三要素”法原理

在线性电路内部的专有储能元件或是可看做是储能元件,无论是简单还是复杂,都需要进行一阶常系数性微分方程的处理,这种电路系统结构被称为一阶线性电路。在一阶性电路中,电路的响应一般包括两个部分,暂态和稳态两个分量。可写成一般式:

在这个一般式中,是稳态分量,而是暂态分量;是电流、电压或转矩等。如果该一般式的初始值是的话,则可以得到A=-。代入到一般式中:

这个一般式是一阶线性电路在暂态状态下的一般公式,可对应任意变量。在一般式中,只要求出式中的是的初始值、是的稳态值和是过渡时间常数,这三个要素,就可以得到电路响应的电流值、电压值和转矩值等。

结合实际电路的响应主要是根据暂态分量以及稳态分量的分布状态进行分析,进行一阶线性电路暂态过程中的任意变量统计过程中,根据实际内部的电流、电压以及转矩三个要素具体值进行电路响应的回馈,结合初始值和稳态值的分布规律进行过渡过程时间常数的应用。

3直流拖动系统过渡过程的数学模型建立

本文在研究直流电力拖动系统的过渡过程中,将以他励直流额电动机为例来进行分析。

3.1电磁转矩的动态方程式

该式中,T2是稳态转矩;Tεm是电磁转矩。

经过直流电动机拖动系统作用模式的深入研究,实现内部数据在整个动态方程式的应用分析。在进行电磁转矩计算中,主要利用三个要素进行动态方程的建立:

该式中,TQ是初始转矩;是时间常数。

3.2电流的动态方程式

该式中,Iz是稳态电流;Ia是电枢电流。

经过直流电动机拖动系统作用模式的深入研究,实现内部数据在整个动态方程式的应用分析。在进行电流计算中,主要利用三个要素进行动态方程的建立:

该式中,IQ是初始电流。

3.3转速的动态方程式

经过直流电动机拖动系统作用模式的深入研究,实现内部数据在整个动态方程式的应用分析。在进行电动机转速的计算中,主要利用三个要素进行动态方程的建立:

该式中,n是稳态转速;nz是电动机的转速;nQ是初始转速。

利用整个要素的恒定效应计算,可以引进电枢电流以及实际转速的动态方程计算方式,对于不同数据的动态方程式的表达对于整个一阶线性电路的过渡过程的数学模型建立有着一定的指导作用,实现后期的直流电动机电枢回路串电阻过渡过程内部流程曲线图的标准制定,保证相关数据的提供标准形式。

4交流拖动系统过渡过程中的相关数学模型的建立与分析

本文在研究交流拖动系统过渡过程中,将以绕线式异步电动机转子回路串电阻作为示例进行研究。通过一定程度的绕线式异步电动机内部的实际转子回路电阻值的观察与研究,结合绕线的分折异步处理进行过渡过程的分解,实际机械化特性模式作用下的主要直线操作手法结合实际机械特性的曲线进行直流电动机相似流程的处理与作业流程,实现后续涉及具体机械特性方程的实用公式:该式中,是临界转矩;是临界转差率。

将该方程式进行简化,可得到:

电力拖动系统的运动方程式已知:

对此,同样可以运用“三要素”法来求出交流电力拖动系统的数学模型:

根据:

可以得到:

利用电流内部设备结构的临界转矩以及临界转差率的提供进行具体的简化,以保证整个活动过程的系统建模数据的标准参考价值,节省一定的时间和计量工作分配程序,使得具体检验的落实工作在相对严格的标准下充分进行。

5总结

综上所述,本文通过一阶线性电路的“三要素”法对电力拖动系统过渡过程进行了建模实践。这个“三要素”法不仅适用于电力拖动系统过渡过程的应用,还同样可适用于其他的电力设备的工作运行中,譬如像电动机的启动、制动和调速等机械动态转变的过渡过程情况中。“三要素”法所建立起来的数学模型,具有简单、快捷和清晰等优点,非常适用于工程计算。在他励直流、并励直流的电动机的工作和运行中,可以知道电磁的转矩与电枢的电流是呈现正比的关系,其过渡过程的电枢电流的表达式是符合“三要素”法所建立的数学模型的。但是,在串励直流和复励直流的电动机的工作和运行中,电磁的转矩和电枢的电流并不是正比的关系,其过渡过程的电枢电流表达式不符合“三要素”法所建立的数学模型,所以不能够用“三要素”法来建立数学模型。在交流电动机的工作和运行中,当转子功率因素不变时,其电磁的转矩与转子的电流之间是呈现正比的关系,其过渡过程的转子电流的表达式是符合“三要素”法所建立的数学模型的。所以,可以采用“三要素”法来进行数学模型的建立。



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8、

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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9、

对永磁电机的探索

近年来,与原有的直流牵引电机系统相比,永磁电机具有明显优势,其突出优点是体积小,质量轻(其比质量为0.5-1.0kg/Kw)、效率高、基本免维护、调速范围广。

1、永磁电机的概述

在今直流电动机中,用直流电流来产生主极磁场的励磁方式,称为电流励磁;若用永久磁体取代电流励磁,以产生主极磁场,则此种电机称为永磁电动机。

在许多情况下可以实现无刷化,因此其多为小型和微型电动机所采用。采用变频电源供电时,永磁电动机亦可用于调速传动系统。随着永磁材料性能的不断提高和完善永磁电动机已在家用电器、医疗器械、汽车、航空和国防等各个领域内获得了广泛的应用。

永磁电动机的不足之处是,若使用不当,在过高温度或过低温度下工作时,在冲击电流所产生的电枢反应作用下,或者在剧烈的机械振动下.有可能产生不可逆的退磁,使电动机的性能下降,甚至无法使用。因此,使用永磁电动机时应特别予以注意。

2、永磁发电机的优点

2.1中、低速发电性能好

功率等级相同的情况下,怠速时,永磁式发电机要比励磁式发电机的输出功率高一倍,也就是说,永磁式发电机的实际等功率等级的励磁式发电机。

2.2结构简单、可靠性高

永磁式发电机省去了励磁式发电机的励磁绕组、碳刷、滑环结构,整机结构简单,避免了励磁式发电机励磁绕组易烧毁、断线,碳刷、滑环易磨损等故障,可靠性大为提高。

2.3能显着地延长蓄电池寿命,减少蓄电池维护工作

主要原因是永磁式发电机采用的是开关式的整流稳压方式,稳压精度高,充电效果好。避免了过电流充电造成的蓄电池寿命缩短。永磁式发电机的开头式整流输出对蓄电池采用小电流脉冲充电,相同的充电电流充电效果更好,从而延长蓄电池的使用寿命。

2.4体积小、重量轻、比功率大

永磁转子结构的采用,使得发电机内部结构设计排列得很紧凑,体积、重量大为减少。永磁转子结构的简化,还使得转子转动惯量减少,实用转速增加,比功率(即功率、体积之比例)达到一个很高的值。

2.5采用自启动式稳压器

无需外加励磁电源。发电机只要一旋转就能发电。当蓄电池损坏时,只要发动机处于运行状态,汽车充电系统仍可工常工作。如汽车没有蓄电池,只要摇转手把或溜车,也可实现点火运行。

2.6效率高

永磁式发电机是一种节能产品。永磁转子结构免去了产生转子磁场所需的励磁功率和碳刷、滑环之间磨擦的机械损耗,使得永磁式发电机效率大为提高。普通励磁式发电机在1500转/分至6000转/分之间的转速范围内平均效率只有45%至55%,而永磁式发电机则可高达75%至80%。

2.7无无线电干扰

永磁发电机无碳刷、无滑环的结构,消除了碳刷与滑环磨擦产生的无线电干扰;消除了电火花,特别适合于爆炸性危险程度较大的环境下工作,也降低了发电机对环境温度的要求。

2.8特别适合于在潮湿或灰尘多的恶劣环境下工作。

3、永磁电机的发动原理

3.1磁路结构和设计计算

永磁体在电机中既是磁源,又是磁路的组成部分。永磁体的磁性能不仅与生产厂的制造工艺有关,还与永磁体的形状和尺寸、充磁机的容量和充磁方法有关,具体性能数据的离散性很大。而且永磁体在电机中所能提供的磁通量和磁动势还随磁路其余部分的材料性能、尺寸和电机运行状态而变化。这些都增加了永磁发电机电磁计算的复杂性,使计算结果的准确度低于电励磁发电机。因此,必须建立新的设计概念,重新分析和改进磁路结构和控制系统;必须应用现代设计方法,研究新的分析计算方法,以提高设计计算的准确度;必须研究采用先进的测试方法和制造工艺。

3.2控制问题

永磁发电机制成后不需外界能量即可维持其磁场,但也造成从外部调节、控制其磁场极为困难。这些使永磁发电机的应用范围受到了限制。但是,随着MOSFET、IGBTT等电力电子器件的控制技术的迅猛发展,永磁发电机在应用中无需磁场控制而只进行电机输出控制。设计时需要钕铁硼材料,电力电子器件和微机控制三项新技术结合起来,使永磁发电机在崭新的工况下运行。

3.3成本问题

由于稀土永磁材料目前的价格还比较贵,稀土永磁发电机的成本一般比电励磁式发电机高,但这个成会在电机高性能和运行中得到较好的补偿。在今后的设计中会根据具体使用的场合和要求,进行性能、价格的比较,并进行结构的创新和设计的优化,以降低制造成本。无可否认,现正在开发的产品成本价格比目前通用的发电机略高,但是我们相信,随着产品更进一步的完美,成本问题会得到很好的解决。美国DELPHI(德尔福)公司的技术部负责人认为:“顾客注重的是每公里瓦特上的成本。”他的这一说法充分说明了交流永磁发电机的市场前景不会被成本问题困扰。

3.4不可逆退磁问题

如果设计和使用不当,永磁发电机在温度过高(钕铁硼永磁)或过低(铁氧体永磁)时,在冲击电流产生的电枢反应作用下,或在剧烈的机械振动时有可能产生不可逆退磁,或叫失磁,使电机性能降低,甚至无法使用。因而,既要研究开发适合于电机制造厂使用的检查永磁材料热稳定性的方法和装置,又要分析各种不同结构形式的抗去磁能力,以便在设计和制造时采用相应措施保证永磁式发电机不会失磁。

4、永磁电机的新发展

1993年美国能源部、商务部、贸易部、国防部、环保局、宇航局、国家科学基金会七个政府部门下美国三个最大的汽车制造公司,克莱斯勒、福特和通用,建立了新一代车辆伙伴关系,目标是开发新一代机动车技术,以增强美国汽车工业的实力。1998年至2002年期间,美国国家自然科学基金(NSF)资助美国国家电力电子中心(由美国Virginia和美国Wisconsin等四所大学组建)研发车辆电子动力驱动系统、电子伺服控制系统和各种车辆专用IC模块,提高汽车电子电气部件的可靠性,降低其成本和抢占车辆电气自动化技术的制高点,增强在国际市场的竞争力。线控的汽车电子伺服系统(X-by-wire)在未来将是十分重要的技术,该技术可将各种独立的系统(如转向、制动、悬挂等)集成到一起由计算机调控,使汽车的操纵性、安全性以及汽车的总体结构大大改善,设计的灵活度也大大增加。目前,电子动力方向盘和线控刹车已经在一些欧洲车型上被采用,在这个系统中已经削减了相当多的机械部件,如液压泵等。汽车电子伺服技术是具有革命性的技术,随着这个技术的使用,许多传统的机械部件将会在未来的汽车上消失,而越来越多的车用伺服电机将出现在未来的汽车上。

全球最大的汽车零部件企业一美国德尔福汽车系统公司预计,在未来的3-5年内全世界的汽车将逐步采用电子伺服驱动系统,如电子动力方向盘和线控刹车伺服驱动系统。目前,美国德尔福汽车系统公司正在全球范围内寻找年产300万台以上的电子动力方向盘的交流伺服电机合作伙伴。

5、结束语

本文主要是从永磁电机的概述开始,详细地介绍了永磁电机的优点,从而详述了它的相关发动原理,展望永磁电机的新发展。



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