变频调速技术在油田节能中的应用研究

一、变频调速技术简介

1. 对于变频的理解

变频, 顾名思义就是指的是改变电源的频率。变频对于电机的主要意义在于它的频率依据电机转动速度不同的速度状态的要求而发生相应的改变, 这样一来以便达到电机的最好的运行的状态。而且变频依据它的工作的效益又可以分为直流变频和交流变频, 而且直流变频主要应用在家电方面, 然而交流变频技术则是主要应用在工业生产之中的调速的节能上面。

2. 变频调速的基本的工作原理

根据电机的基本理论可以知道, 当电机的转动速度n在电机磁极对数为p一定的情况下和电源的频率f是成正比的。例如, 当磁极的对数为两级的时候, 而电源频率为50HZ的时候, 电机的转动速度为1500转/分;而当电源的频率为20HZ的时候, 电动机的转动速度额相应的变为了600转/分。当连续的改变供电的电源的频率的时候, 就可以很平滑的调节电动机的转动速度了, 这个就是变频调速的最基本的原理。

二、节能的分析和计算

1. 图解法进行分析节能的效果

根据流体力学的最基本的定律可以知道:风机、泵类设备都是数据平方转矩的负载, 它的转动速度n和流量Q, 压力H及其它的轴功率P有如下的关系:Q与n成正比例关系, H与n的平方成正比例关系P与n的三次方成正比例关系。我们现在以油田里的一台的水泵作为例子, 假如它的出口段的压头为H0, 即出口压头为泵的入口和管路的出口的静压力的差, 额定的转动速度为n0, 阀门全部打开的时候管网的阻力特性是r0, 额定的工作情况下和他相对应的压力是H, 出口的流量是Q, 如图1所示, 在现场的控制时, 经常应用水泵的定速运行出口阀门控制流量。那么当流量从Q1减少到了50%到Q2的时候, 阀门的开度减少使得网管的特性曲线由r0改变到r1的时候, 系统的工作点就要沿着方向I由原先的A点转移到B点, 那么受到的节流作用力的影响压力H也会发生相对应的改变, 也就是会有H变为Hz。那么水泵抽功率的实际值 (Kw) 由以下的公式计算出来:

其中, 这个公式里面的P、Q、H、ηa、ηb分别代表的是功率、流量、压力、水泵的效率和传动装置的效率, 直接传动为1。假如总的效率 (ηa·ηb) 是1, 那么水泵由A点转移到B的工作点的时候, 电动机的节能的功率就为AQ1OH1与BOQ2OH2之间的面积的差值。假如应用变频调速的方法来进行改变水泵的转动速度n, 当流量的从Q1减少了50%到Q2的时候, 则管网的特性曲线那么就是用一条曲线r0, 系统的工作点就会沿着方向Ⅱ由原先的A点的移动到C点, 水泵的运行也会更加的趋向于科学合理化。当阀门全打开的时候, 只要在管网阻力的情形下, 系统就可以满足现场的流量的要求, 那么能量的消耗量也就会较少。与此同时, 电动机的节省的功能消耗AQ1OH1和CQ2OH3的面积的之差。我们现在来比较应用打开阀门开度的调节和水泵的转动速度的控制, 那么明显是应用水泵的转动速度的调节更加的合理科学, 而且更加具有节能的效果。另外, 我们从图还可以看出, 当阀门调节时候, 系统的压力H则会升高, 这样一来就会对整个管路和阀门的密封作用就会形成严重的威胁和破坏;我们知道变频转动的速度调节时候H与n的关系是H与n成正比例关系, 也就是压力H将会随着泵的转动速度n的变低而变低的, 这样就会使得系统也不会产生不好的影响。

上面我们讲的是经过图解法来分析变频调速采用在注水泵里面的节能的效果。我们比较容易发现:当现场对水泵的流量的需求从100%降低到50%的时候, 应用变频调速的办法可以比原先的阀门的调节节省BCH3H2所对应的功率的大小, 这是的节能的效率会在75%以上。

2. 变频调速技术在油田节能效果分析

在没有装变频调速之前, 由YB250M—2型、55Kw的异步电动机在电网输出频率50Hz的情形下, 假如把额定的转动速度带动输油泵高速的运转。在这样的转动速度下就要求有足够的供油量, 假如按照产油量根本满足不了泵的额定的流量。所以在没有安装变频前, 那么只能应用阀门节流调节的办法, 经过把输油泵的出口闸门快要关闭了将一半进行提供泵的剩余的扬程。应用这样的方案就能够暂时的解决输油泵供液不足的问题, 这样也会在一定的程度上可以减少泵的剩余的扬程, 然而在电动机的转动速度没有改变的情况下, 带动输油泵仍然可以相同的转动速度转动, 这样就会导致泵的压强会升高。这个时候长期运行的状态就会对泵的机封、轴承的磨损比较的严重, 会造成泵的机封出现刺漏的情况, 会大大的缩短泵的使用的寿命。除了这个能产生不良的影响之外, 这种办法是不能具有很好的节能的节电的效果的。在安装变频调速节能装置之后, 在泵的出口的闸门全部打开的情形下, 可以应用变频调速的技术来进行调节泵的转动的速度使得泵的供液量得到满足, 而且可以达到他的主要的目的, 也就是具有良好的节能节电的效果, 与此同时还能够使得泵在高速运转的时候不会产生不好的影响。

摘要：本文经过变频调速技术在油田节能的分析和节能的计算, 进行论证了变频调速技术在油田应用中得到的效果比较好的调速的性能, 同时也改善了现在的设备在运行时的情况, 提升了变频调速的安全可靠性和设备的有效利用率, 而且还能延长设备的使用寿命, 最重要的是交流异步电动机变频调速具有了比较好的节能效能。

关键词：变频调速,油田,节能,应用研究