Электрооборудование нефтяной и газовой промышленности - Блантер С.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Эта нагрузка не прикладывается внезапно, а постепенно возрастает в начальный период хода вверх благодаря демпфирующему действию упругих деформаций штанг и труб. Кроме статической нагрузки к точке подвеса штанг оказываются приложенными и динамические силы, возникающие из-за инерционных свойств масс штанг и столба жидкости и продольных колебаний последних.
Результирующая сила, приложенная в точке подвеса штанг, при ходе плунжера вверх направлена против движения и создает момент сопротивления, который преодолевается двигателем. При ходе плунжера вниз результирующая статическая нагрузка в точке подвеса штанг действует в направлении движения и разгружает двигатель. Она определяется весом штанг за вычетом веса занимаемого ими объема жидкости и сил трения. Вес жидкости над плунжером не действует на штанги. Так как верхний клапан насоса открыт, а нижний закрыт, то этот вес через нижний клапан передается насосным трубам.
При изменении направления движения плунжера усилие в точке подвеса не принимает мгновенно своего установившегося значения, а постепенно убывает из-за упругих деформаций штанг и труб.
Момент, обусловленный динамическими силами, при ходе плунжера вниз направлен против движения. Результирующий момент сопротивления при ходе плунжера вниз у неуравновешенного станка-качалки много меньше, чем при ходе плунжера вверх, и в ряде случаев он может менять знак, т. е. совпадать по направлению с направлением движения. При этом двигатель переходит на генераторный режим и работает в качестве рекуперативного тормоза с отдачей в сеть электрической энергии. Точка подвеса штанг А (см. рис. 8.1, а) при работе станка-
295
7 2 З <• 5 t.c
3 *t S t,c
качалки совершает колебательное движение, перемещаясь по вертикали благодаря цепной подвеске устьевого штока. Соответствующий конец балансира перемещается по дуге. В связи с этим скорость перемещения точки А изменяется по закону, близкому к гармоническому. При определенной нагрузке, приложенной к точке подвеса штанг, момент и мощность будут изменяться гармонически во времени. На эти основные пульсации мощности накладываются дополнительные затухающие со временем пульсации, возникающие в результате продольных колебаний штанг.
На рис. 8.2 показаны графики мощности электродвигателя уравновешенного и неуравновешенного станков-качалок, соответствующие IO качениям в минуту. За один цикл работы насоса
(одно качание) каждый из показанных графиков имеет два максимума и два минимума. Максимумы относятся к средним положениям балансира, а минимумы — к крайним. Станок-качалка уравновешивается специальными противовесами, которые устанавливают на плече балансира, противоположном точке подвеса штанг, либо на кривошипах. В первом случае говорят о балансирном уравновешивании, во втором — о кривошипном уравновешивании. Часто применяют комбинированное уравновешивание (см. рис. 8,1, а), при котором противовесы размещаются и на балансире и на кривошипах.
При уравновешивании станка-качалки исходят из необходимости обеспечения наименьшего среднеквадратичного значения вращающего момента за полный цикл работы, которому соответствуют ходы плунжера вверх и вниз. Опыт показывает, что при этом практически обеспечивается равенство максимумов вращающего момента за оба полуцикла, т. е. при ходе плунжера вверх и при ходе его вниз, а также равенство работ, совершаемых двигателем за оба полуцикла.
Таким образом, достаточно уравновесить станок-качалку, чтобы соблюдалось условие равенства максимумов момента за оба полуцикла. Соблюдение этого условия может быть очень просто проверено, если вращающий момент электродвигателя пропорционален силе тока.
В этом случае по пиковым значениям тока статора двигателя /в при ходе плунжера вверх и I» — вниз можно судить о моментах. У применяемых для привода станков-качалок короткозамкнутых асинхронных двигателей при достаточно боль-
Рис. 8.2. Графики мощности P на валу
электродвигателя станка-качалки:
а — уравновешенного: б — неуравновешенного
296
шой загрузке ток статора и момент без больших погрешностей можно принимать пропорциональными друг другу. Поэтому при идеальном уравновешивании 1В = 1».
Степень неуравновешенности станка-качалки характеризуется величиной
е = 2 /в~/н . (8.1)
/в+ Л.
При этом считается, что станок-качалку следует доуравнове-сить, если е^0,1. Силу тока обычно измеряют измерительными клещами, не включая прибор в рассечку провода сети.
§ 44. КПД и коэффициент мощности электродвигателя
станка-качалки
Даже при идеальном уравновешивании станка-качалки график нагрузки двигателя остается неравномерным, так как не уничтожаются ее пульсации, определяемые законом изменения скорости точки подвеса штанг. Вследствие этого КПД и cos ф асинхронного двигателя снижаются против номинальных, соответствующих постоянной нагрузке, даже при условии равенства номинальной мощности Pn среднеквадратичной мощности нагрузки P3-
При ухудшении уравновешивания увеличивается коэффициент формы нагрузочной кривой Кф- Недогрузка двигателя по нагреву, т. е. работа при Рэ<Рн, в свою очередь снижает его КПД и cos ф.
