SMART-SELECT TECHNOLOGY IN REPAIRING ELECTRICAL SUBMERSIBLE MOTOR

Дюба Е.А.¹, Архипова О.В.², Ковалев В.З.³

¹ Югорский государственный университет;  ² ORCID: 0000-0002-8773-8846, Югорский государственный университет; ³ ORCID: 0000-0002-4512-6868, Доктор технических наук, профессор, Югорский государственный университет

ТЕХНОЛОГИЯ SMART-SELECT ПРИ РЕМОНТЕ ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Аннотация

Статистические данные показывают значительный разброс во внутренних диаметрах статора погружного электродвигателя, одновременно значительным разбросом обладает и внешний диаметр пакетов ротора. В один двигатель устанавливается более четырех пакетов, что приводит к неравномерному воздушному зазору и соответственно к повышенным потерям. Предлагаемая методика позволяет из известной базы данных выбирать пакеты ротора и управлять суммарными потерями  и энергетическими характеристиками многопакетного электродвигателя с учетом реальной конфигурации воздушного зазора.

Ключевые слова: погружной электродвигатель, моделирование, воздушный зазор, коэффициент полезного действия, коэффициент мощности

 

Dyuba E.A.¹, Arkhipova O.V.², Kovalev V.Z.³

¹ Yugra State University;  ² ORCID: 0000-0002-8773-8846, Yugra State University; ³ ORCID: 0000-0002-4512-6868,  PhD in Engineering, Professor, Yugra State University

SMART-SELECT TECHNOLOGY IN REPAIRING ELECTRICAL SUBMERSIBLE MOTOR

Abstract

Statistical data show a considerable variation in the internal diameter of the stator submersible motor, at the same time a considerable spread has an outer diameter of the rotor packet. One engine is set up to four packets, and as a result an uneven air gap and increased losses. The proposed method makes possible to select from a known database the rotor packages to control the total losses and power characteristics of the multipacket motor considering actual configuration of the air gap.

Keywords: submersible motor, simulation, air gap, efficiency, power factor

 

Актуальность работы.

Изменение конструктивных параметров погружных электродвигателей, в частности воздушного зазора, при профилактике и ремонтах приводят к изменению характеристик энергоэффективности двигателей. Таким образом, моделирование и исследование влияния  конструктивных параметров зазора на энергоэффективность электрической машины в целом, являются актуальными.

Методы исследования.

Поставленные задачи решались с использованием положений общей теории электрических машин, теории оптимизации, методов планирования эксперимента, компьютерного моделирования. Модель оценивалась проверкой с результатами расчетов погружных электродвигателей в средах математического моделирования Excel, и Mathcad.

В процессе эксплуатации погружные электродвигатели многократно подвергаются ремонтам, при которых может быть  в результате воздействия  различных факторов меняется воздушный  зазор δ – т.е. изменены конструктивные параметры. Это влияет на показатели погружных электродвигателей: КПД при номинальной нагрузке ηн, коэффициенты мощности при холостом ходе cosφо и номинальной нагрузке cosφн Существует потребность в оценке влияния вариаций конструктивных параметров вследствие ремонтных операций на показатели погружных электродвигателей.

Нефтедобыча характеризуется высоким уровнем энергоемкости - расходы на электроэнергию составляют от 30 до 50 % от общей суммы затрат. В условиях непрерывного роста тарифов на электроэнергию доля затрат на электроэнергию при нефтедобыче будет возрастать. «Возникает задача снижения энергопотребления на единицу добытой продукции»[1]. Основным инструментом нефтедобычи и основным энергопотребителем является комплекс установки электроцентробежных насосов, в состав которого входит погружной электродвигатель, который используется в скважинах нефтедобычи. Рассмотрим  одну из технологий повышения энергоэффективности погружных электродвигателей. Она заключается в селективной установке пакетов ротора в статорную часть. Каждый из пакетов ротора имеет свои энергетические и физические характеристики, которые по-своему влияют на энергетические параметры машины, такие как: коэффициент полезного действияη, коэффициент мощности cos(φ), потери Ро, токи Iо и т.д. Один из важных параметров – воздушный зазор δ, который определяется диаметрами ротора и внутренним диаметром статора (рис.1).

Рис. 1 - Сечение статора ПЭД (эксперимент)

Очевидно,  что для сохранения равномерного воздушного зазора  по всей длине статора, необходимо проводить селективную установку пакетов ротора.Это приведет к повышению энергетических характеристик двигателя в целом.

Статистика показывает значительный разброс величины воздушного зазора вызванный различными технологическими причинами. В связи с приемлемыми допусками и изношенностью штампов возможны отклонения зазора от номинальных значений на 8%. Проанализируем влияние, на энергетические параметры двигателя, изменения воздушного зазора.Для этого проведем вычислительный экспериментпометодике, изложенной [2] и реализованной в программном продукте[3]. Изменение воздушного зазора будем моделировать за счет изменения расчетного внешнего диаметра ротора (износ штампа и изменения размеров пакета ротора в ходе эксплуатации). Результаты расчетов представлены на рисунках (2-4). Отметим нелинейные зависимости основных энергетических характеристик от величины зазора.

Рис. 2 - Моделирование  изменения воздушного зазора, за счет уменьшения диаметра ротора

Рис. 3 - Изменение коэффициента полезного действия от воздушного зазора

Рис. 4 -  Изменение коэффициента мощности от воздушного зазора

Рис. 5 Изменение произведения коэффициента полезного действия на коэффициент мощности от воздушного зазора

Таблица 1 - Разброс  энергетических параметров двигателя в зависимости от воздушного зазора

Выводы: Результаты исследований позволяют оценить влияние изменения воздушного зазора, при выполнении ремонтных операций, на энергетические показатели погружных электродвигателей.

Математические модели энергоэффективности погружных электродвигателей имеют практическую значимость для разработчиков. Они могут быть заложены в алгоритмы регулирования с целью повышения энергоэффективности погружных электродвигателей.

Литература

1. Сипайлов В. А. Оптимизация режимов работы установок электроцентробежных насосов механизированной добычи нефти //  Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. –Томск, 2009.
2. Методика управления энергоэффективностью и надежностью электромеханического комплекса УЭНЦ. Ковалев В.З., Архипова О.В., Современные проблемы науки и образования. 2014.№6.С.188.
3. Ковалев В.З., Архипова О.В., Муфтахов И.Р. Анализ геометрических параметров воздушного зазора погружного электродвигателя. Роспатент. Свидетельство № 2015612571.

References

1. Sipajlov V. A. Optimizacija rezhimov raboty ustanovok jelektrocentrobezhnyh nasosov mehanizirovannoj dobychi nefti //  Dissertacija na soiskanie uchjonoj stepeni kandidata tehnicheskih nauk. –Tomsk, 2009.
2. Metodika upravlenija jenergojeffektivnost'ju i nadezhnost'ju jelektromehanicheskogo kompleksa UJeNC. Kovalev V.Z., Arhipova O.V., Sovremennye problemy nauki i obrazovanija. 2014.№6.P.188.
3. Kovalev V.Z., Arhipova O.V., Muftahov I.R. Analiz geometricheskih parametrov vozdushnogo zazora pogruzhnogo jelektrodvigatelja. Rospatent. Svidetel'stvo № 2015612571.