變頻調(diào)速技術(shù)在油田節(jié)能中的應(yīng)用研究

李發(fā)旺 楊仙峰（長(zhǎng)慶油田分公司超低滲透油藏第二項(xiàng)目部 甘肅 慶陽(yáng) 745100）

一、變頻調(diào)速技術(shù)簡(jiǎn)介

1.對(duì)于變頻的理解

變頻，顧名思義就是指的是改變電源的頻率。變頻對(duì)于電機(jī)的主要意義在于它的頻率依據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度不同的速度狀態(tài)的要求而發(fā)生相應(yīng)的改變，這樣一來以便達(dá)到電機(jī)的最好的運(yùn)行的狀態(tài)。而且變頻依據(jù)它的工作的效益又可以分為直流變頻和交流變頻，而且直流變頻主要應(yīng)用在家電方面，然而交流變頻技術(shù)則是主要應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)之中的調(diào)速的節(jié)能上面。

2.變頻調(diào)速的基本的工作原理

根據(jù)電機(jī)的基本理論可以知道，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度n在電機(jī)磁極對(duì)數(shù)為p一定的情況下和電源的頻率f是成正比的。例如，當(dāng)磁極的對(duì)數(shù)為兩級(jí)的時(shí)候，而電源頻率為50HZ的時(shí)候，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為1500轉(zhuǎn)/分；而當(dāng)電源的頻率為20HZ的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度額相應(yīng)的變?yōu)榱?00轉(zhuǎn)/分。當(dāng)連續(xù)的改變供電的電源的頻率的時(shí)候，就可以很平滑的調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度了，這個(gè)就是變頻調(diào)速的最基本的原理。

二、節(jié)能的分析和計(jì)算

1.圖解法進(jìn)行分析節(jié)能的效果

根據(jù)流體力學(xué)的最基本的定律可以知道：風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備都是數(shù)據(jù)平方轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，它的轉(zhuǎn)動(dòng)速度n和流量Q，壓力H及其它的軸功率P有如下的關(guān)系：Q與n成正比例關(guān)系，H與n的平方成正比例關(guān)系P與n的三次方成正比例關(guān)系。我們現(xiàn)在以油田里的一臺(tái)的水泵作為例子，假如它的出口段的壓頭為H0，即出口壓頭為泵的入口和管路的出口的靜壓力的差，額定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為n0,閥門全部打開的時(shí)候管網(wǎng)的阻力特性是r0，額定的工作情況下和他相對(duì)應(yīng)的壓力是H，出口的流量是Q，如圖1所示，在現(xiàn)場(chǎng)的控制時(shí)，經(jīng)常應(yīng)用水泵的定速運(yùn)行出口閥門控制流量。那么當(dāng)流量從Q1減少到了50%到Q2的時(shí)候，閥門的開度減少使得網(wǎng)管的特性曲線由r0改變到r1的時(shí)候，系統(tǒng)的工作點(diǎn)就要沿著方向I由原先的A點(diǎn)轉(zhuǎn)移到B點(diǎn)，那么受到的節(jié)流作用力的影響壓力H也會(huì)發(fā)生相對(duì)應(yīng)的改變，也就是會(huì)有H變?yōu)镠z。那么水泵抽功率的實(shí)際值（Kw）由以下的公式計(jì)算出來：

其中，這個(gè)公式里面的P、Q、H、ηa、ηb分別代表的是功率、流量、壓力、水泵的效率和傳動(dòng)裝置的效率，直接傳動(dòng)為1。假如總的效率(ηa·ηb)是1，那么水泵由A點(diǎn)轉(zhuǎn)移到B的工作點(diǎn)的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)的節(jié)能的功率就為AQ1OH1與BOQ2OH2之間的面積的差值。假如應(yīng)用變頻調(diào)速的方法來進(jìn)行改變水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度n，當(dāng)流量的從Q1減少了50%到Q2的時(shí)候，則管網(wǎng)的特性曲線那么就是用一條曲線r0，系統(tǒng)的工作點(diǎn)就會(huì)沿著方向Ⅱ由原先的A點(diǎn)的移動(dòng)到C點(diǎn)，水泵的運(yùn)行也會(huì)更加的趨向于科學(xué)合理化。當(dāng)閥門全打開的時(shí)候，只要在管網(wǎng)阻力的情形下，系統(tǒng)就可以滿足現(xiàn)場(chǎng)的流量的要求，那么能量的消耗量也就會(huì)較少。與此同時(shí)，電動(dòng)機(jī)的節(jié)省的功能消耗AQ1OH1和CQ2OH3的面積的之差。我們現(xiàn)在來比較應(yīng)用打開閥門開度的調(diào)節(jié)和水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，那么明顯是應(yīng)用水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的調(diào)節(jié)更加的合理科學(xué)，而且更加具有節(jié)能的效果。另外，我們從圖還可以看出，當(dāng)閥門調(diào)節(jié)時(shí)候，系統(tǒng)的壓力H則會(huì)升高，這樣一來就會(huì)對(duì)整個(gè)管路和閥門的密封作用就會(huì)形成嚴(yán)重的威脅和破壞；我們知道變頻轉(zhuǎn)動(dòng)的速度調(diào)節(jié)時(shí)候H與n的關(guān)系是H與n成正比例關(guān)系，也就是壓力H將會(huì)隨著泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度n的變低而變低的，這樣就會(huì)使得系統(tǒng)也不會(huì)產(chǎn)生不好的影響。

上面我們講的是經(jīng)過圖解法來分析變頻調(diào)速采用在注水泵里面的節(jié)能的效果。我們比較容易發(fā)現(xiàn)：當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)水泵的流量的需求從100%降低到50%的時(shí)候，應(yīng)用變頻調(diào)速的辦法可以比原先的閥門的調(diào)節(jié)節(jié)省BCH3H2所對(duì)應(yīng)的功率的大小，這是的節(jié)能的效率會(huì)在75%以上。

2.變頻調(diào)速技術(shù)在油田節(jié)能效果分析

在沒有裝變頻調(diào)速之前，由YB250M—2型、55Kw的異步電動(dòng)機(jī)在電網(wǎng)輸出頻率50Hz的情形下，假如把額定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度帶動(dòng)輸油泵高速的運(yùn)轉(zhuǎn)。在這樣的轉(zhuǎn)動(dòng)速度下就要求有足夠的供油量，假如按照產(chǎn)油量根本滿足不了泵的額定的流量。所以在沒有安裝變頻前，那么只能應(yīng)用閥門節(jié)流調(diào)節(jié)的辦法，經(jīng)過把輸油泵的出口閘門快要關(guān)閉了將一半進(jìn)行提供泵的剩余的揚(yáng)程。應(yīng)用這樣的方案就能夠暫時(shí)的解決輸油泵供液不足的問題，這樣也會(huì)在一定的程度上可以減少泵的剩余的揚(yáng)程，然而在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度沒有改變的情況下，帶動(dòng)輸油泵仍然可以相同的轉(zhuǎn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就會(huì)導(dǎo)致泵的壓強(qiáng)會(huì)升高。這個(gè)時(shí)候長(zhǎng)期運(yùn)行的狀態(tài)就會(huì)對(duì)泵的機(jī)封、軸承的磨損比較的嚴(yán)重，會(huì)造成泵的機(jī)封出現(xiàn)刺漏的情況，會(huì)大大的縮短泵的使用的壽命。除了這個(gè)能產(chǎn)生不良的影響之外，這種辦法是不能具有很好的節(jié)能的節(jié)電的效果的。在安裝變頻調(diào)速節(jié)能裝置之后，在泵的出口的閘門全部打開的情形下，可以應(yīng)用變頻調(diào)速的技術(shù)來進(jìn)行調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)動(dòng)的速度使得泵的供液量得到滿足，而且可以達(dá)到他的主要的目的，也就是具有良好的節(jié)能節(jié)電的效果，與此同時(shí)還能夠使得泵在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候不會(huì)產(chǎn)生不好的影響。

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