Частотнорегулируемый электропривод задвижек дожимной компрессорной станции

ВВЕДЕНИЕ


     Современные технологические процессы нефтедобычи невозможно представить без комплексных систем автоматизированного электропривода. В электроприводе трубопроводной арматуры электродвигатель выполняет

функцию электромеханического преобразователя, конвертирующего электрическую энергию в механическую. Для этого используют электродвигатели, рассчитанные на различное напряжение и вид электрического тока (электропривод постоянного тока, электропривод переменного тока).

     Номинальные параметры питания электроприводов переменного тока, составляющих большинство среди электроприводов трубопроводной арматуры частота тока 50 Гц и напряжение 220 В однофазной сети и 380 В трехфазной. потенциал технических возможностей современных электроприводов определяется не только параметрами электродвигателя, но и возможностями системы управления, система управления электроприводом отвечает за надежную и бесперебойную работу привода, регулируя все происходящие в нем процессы.

     Целью выпускной квалификационный работы является частотно-регулируемый электропривод задвижек дожимной компрессорной станции.

Выпускная квалификационная работа содержит:

- теорию, общие сведения  об электроприводе;

     - описание технологического процесса схема дожимной компрессорной станции;

     - силовой расчет задвижка крутящий момент и усилие на маховике необходимые для открытия и закрытия;

- математическую модель регулируемого электропривода;

- выбор преобразователя частоты.





4 Расчет регулируемого электропривода задвижки


4.1 Силовой расчет задвижки


Определяется крутящего момент и усилие на маховике ручного привода необходимые для управление задвижкой Dу. =800мм Pу.=200 конструкция и размеры которой не обходимые для расчета приведены на [35], Задвижка имеет вращаемый шпиндель уголь наклона клина ?=2°52' передаточное отношение привода Д которым снабжена задвижка при ручном управлении IM=902мм КПД ?=0,77 диаметр обода маховика DM.=800 мм. диаметры уплотняющих колец D1.=700 мм D2=627мм.































Рисунок 3 – Устройство задвижки








     4.4.1 Определение крутящего момента и усилия на маховике, необходимые для закрытия задвижки.

     Наибольшее усилие, необходимое для перемещения клина при закрытии клиновой задвижки с латунными уплотняющими кольцами при угле наклона клина ?=2°52? для данных условий определяется формулой:

у	;

(4.1)

где	Qу.– .усилие, необходимое для уплотнения, Н; Qср.– усилие от давления среды на клин, Н;
QG.– вес подвижных частей, который здесь пренебрежительно мал, поэтому

его в расчете не учитываем.

Усилие необходимое для уплотнения определяется по формуле

;

(4.2)

где

–средний диаметр уплотняющих;


колец ;

– ширина уплотняющих колец ;



?	?






– удельное давление.


Тогда

=3,14·0,6635·0,0365·2,87·106=218 кН;

усилие от действия давления среды по формуле

кН.

(4.3)

     Наибольшее усилие вдоль шпинделя, необходимое для закрытия задвижки, имеет величину:

Q0= Q1=0,60·218·103+0,25?863,9103=1523,9 кН.

(4.4)


4.4.2 Определим момент на шпинделе, необходимый для закрытия задвижки:

(4.5)




где
М0. - момент в резьбе, Н·м;


Мс. - момент трения в сальнике, Н·м;


Мб. - момент трения в бурте, Н·м.

где

dСР
tg?a ? p? ? 0,01255м – значения условного плеча момента для шпинделей с


2







трапецеидальной резьбой при коэффициенте трения ?=0,25.

Момент в резьбе определяется по формуле:
(	)	;


(4.6)

где	Т- сила трения в сальнике, Н;

dc.= 0,09 м - диаметр шпинделя в сальнике.

где	?=2,24 при h/s=6,94, так как h=0,104 м, D=0,12 м, dс=0,09 м, = (D–dc.)=0,015 м.


;

(4.7)

где	d6.=0,24 м – средний диаметр бурта принят по шарикоподшипнику, ?=0,01 – коэффициент трения.


Момент трения в бурте равен:
М	(	ШП )	?	?б


(


)



м, (4.8)

Усилие выталкивающее шпиндель равен:

.

(4.9)

Наибольший момент на шпинделе, необходимый для закрытия задвижки:

М = 19124,9+340,2+1847,8 =21312,9 Н·м.

(4.10)

     Наибольший момент на маховике, необходимый для закрытия задвижки вручную:
?

(4.11)

Где i = 97,9 – передаточное отношение;
? = 0,77 – коэффициент полезного действия передачи.

Тогда
?(	)	;

Усилие на маховике, необходимое для закрытия задвижки:
?

(12)

где Dм = 0,80 м – диаметр обода маховика.

Тогда
(	)?	.

     4.4.3 Определяется крутящий момент и усилие на маховике, необходимые для открытия задвижки.

Наибольшее усилие, необходимое для перемещения клина при открытии:

Крутящий момент на шпинделе:

Н;

(4.13)

Наибольший момент на шпинделе, необходимый для открытия задвижки:

,

(4.14)


где	М0. - момент в резьбе, Н·м;

Мс. - момент трения в сальнике, Н·м;

Мб. - момент трения в бурте, Н·м.



Момент в резьбе равен:
(а	р)	Н	м.


(4.15)




Момент трения в бурте равен:

?	Н	м.


(4.16)

Тогда

М=5436+340,2+519,7=6296 Н·м.

Наибольший  момент  на  маховике,  необходимый  для  открытия  задвижки

вручную:
?	?(	)	.

(4.17)

Усилие на маховике, необходимое для открытия задвижки:
?	(	)?	.

(4.18)

Выбирается двигатель с синхронной скоростью вращения 1500 об/мин.

Необходимая мощность:



(4.19)

Выбирается двигатель типа 4А100L4УЗ с запасом по мощность, Рн.=4 кВт.

Характеристики двигателя приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Характеристики двигателя типа 4А100L4УЗ

Наименование и обозначение
Значение




Номинальная мощность РH. кВт
4




Синхронная частота вращения n,
1500

мин-1








КПД, ?,%
84




Коэффициент мощности cos?
0,84




Номинальное скольжение Sн., О  е
4,6




Критическое скольжение, Sк., О  е
31,5






Частота питающего напряжения f, Гц
50


Момент инерции ротора Jрот кг·м2
0,011



Параметры схемы замещения в номинальном режиме: R1’ = 0,067; X1’ = 0,079;

R’’2=0,053; X’’2=0,14.

Таблица 4 – Расчетные параметры для схемы замещения:

Обозначение
Значение


Lm. Гн,
0,1946


Rs. Ом,
1,6539


Rr. Ом,
1,2678


Ls. Гн,
0,2008


Lr. Гн.
0,2053


Lsh.  Гн,
0,01631


LRh.  Гн,
0,01668


Ks.
0,969


KR.
0,948







4.2 Расчет параметров двигателя


Определяется номинальное значение тока статора АД

A;


?


?


(4.20)


Где:

Рн.–номинальная мощность;

Uн.–номинальное напряжение;

cos?–коэффициент мощности в номинальном режиме;

?–коэффициент полезного действия в номинальном режиме.

















Рисунок. 4 – Г образная схема замещения асинхронного двигателя номинального режимах

     Для расчета Г-образной схемы замещения используется методика изложенная в [36];

     Параметры Г-образной схемы замещения асинхронного двигателя для номинального режима в относительных единицах:

?	?

(4.21)

.


(4.22)

Коэффициент перевода относительных единиц в физические:

?	?

(4.23)

Взаимная индуктивность статора и ротора, приведенная к статору:

С
.






(4.24)

Определяется активное сопротивление фазы обмотки статора АД:

*	.

(4.25)

Определяется индуктивность фазы обмотки статора АД:
(	)	(	)



(4.26)

Поправочный коэффициент для параметров схемы замещения АД:

.


(4.27)

Определяется активное сопротивление ротора, приведенное к статору АД:

(	)


(4.28)



.


Определяется индуктивность фазы обмотки ротора, приведенная к статору

АД:
(

)
(


)













(
)












(4.29)

     Через первичные параметры определяется переходная индуктивность асинхронной машины.

Определяется переходная индуктивность статора АД:
?


(4.30)

Переходная индуктивность ротора:





(4.31)

Постоянная времени обмотки ротора:





(4.32)

Постоянная времени обмотки статора:


(4.33)

Коэффициент магнитной связи статора:

.


(4.34)

Коэффициент магнитной связи ротора:

.


(4.35)



4.3 Расчет механической характеристики двигателя


Определяются число пар полюсов:




(4.36)

Синхронная частота вращения ротора:




(4.37)

Кратность пускового и критического моментов:

Mп=Mп/Мн=2,0; Мк=Мк/Мн=2,4.

Определяется номинальный момент двигателя:

(	)	(	)

(4.38)

Где:

Рн–.номинальная мощность;

Sн.–номинальное скольжение;

nC.–Синхронная частота вращения.

Пусковой момент двигателя по справочным данным:

.

(4.39)

Критический момент:

.

(4.40)


































Рисунок 5 – Механическая характеристика двигателя 4А100L4УЗ


4.5 Математическая модель регулируемого электропривода


Рисунок 6 – Схема моделирования привода с частотным управлением U/f=const

Рисунок 7 – Схема задатчика интенсивности

     Алгоритм управления U/f = const c IR-компенсацией, которая выполнялась на основе начального задания U.

Рисунок 8 – Переходные процессы в приводе при пуске, набросе и сбросе нагрузки


4.6 Выбор преобразователя частоты


Таблица 4 – Характеристики ПЧ типа ТРИОЛ АТ16








ЗАКЛЮЧЕНИЕ


     В данной бакалаврской работе был рассмотрен частотно-регулируемый электропривод задвижек дожимной компрессорной станции.

     В разделе промышленной безопасности рассмотрены условия труда на газовом промысле и основные источники опасностей.

     Частотно-регулируемый электропривод на сегодняшний день является самым эффективным способом регулирования скорость.

      ыл произведен расчет параметров двигателя, расчет механической характеристики двигателя.

Проведена патентная проработка и литературный обзор.

     Частотно-регулируемый электропривод с асинхронным короткозамкнутым двигателем широко применяется и выпускается многими электротехническими фирмами мира. Это подтверждает актуальность использования частотно-регулируемого ЭП задвижек ДКС.
.......................