Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ № 4

«Выбор электродвигателя для привода буровой лебедки»

по дисциплине «Общая электротехника и электроника»

для студентов специальности специальность 130602 «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов»

УФА 2010

Приведены исходные данные, справочные материалы и методические рекомендации по выполнению расчетно-графической работы.

Целью работы является применение теоретических знаний для практического определения мощности нагрузки на валу двигателя буровой лебедки при известной технической характеристике подъемной установки и бурильных труб, а также исследования режима работы электродвигателя в процессе спускоподъемных операций.

Составители: В.А. Шабанов, проф., канд. техн. наук

О.В. Кабаргина, ассистент

Рецензент: В.И. Бабакин, доцент

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4

1 Задание

1 Произвести предварительный расчет мощности и выбор электродвигателя (ЭД) буровой лебедки (БЛ).

2 Определить скорость подъема и число свеч, поднимаемых на каждой передаче, и построить нагрузочную диаграмму ЭД БЛ.

3 Произвести проверку ЭД по нагреву методом эквивалентного момента.

4 Определить время пуска ЭД БЛ (время разгона колонны до установившейся скорости) при подъеме начального веса колонны бурильных труб на каждой передаче редуктора и построить диаграмму скорости. Определить среднее ускорение в процессе разгона колонны на каждой передаче.

2 Исходные данные

Исходные данные приведены в приложении 1 (таблице П. 1).

Номер варианта выбирается в соответствии с номером в списке группы.

Графа «Номинальная грузоподъемность лебедки» содержит 3 колонки для групп 1, 2, 3 соответственно.

3 Методические указания

3.1 Предварительный расчет мощности и выбор эд бл

В расчетно–графической работе необходимо исследовать режимы работы

электропривода БЛ в процессе спускоподъемных операций, влияние веса колонны и скорости подъема на мощность нагрузки на валу ЭД, усвоить принципы построения нагрузочных диаграмм и диаграмм скорости.

Режим работы ЭД БЛ в процессе спускоподъемных операций (СПО) является повторно-кратковременным [1, 2, 3, 4]. В процессе одного цикла СПО выполняются:

- подъем колонны на одну свечу;

- вспомогательные операции - отвинчивание, перенос и ус­тановка свечи;

- опускание незагруженного элеватора.

Время подъема колонны на одну свечу называют рабочим периодом двигателя t_раб.. Во время вспомогательных операций t_в двигатель лебедки либо отключается от сети, либо работает с небольшой нагрузкой. При следующем цикле СПО все операции повторяются, но вес колонны будет меньше на вес одной свечи.

Для выполнения подъемных операций ЭД БЛ должен обеспечивать подъем максимально возможного груза на крюке. Максимальную возможную нагрузку на крюке от массы всей колонны бурильных труб называют номинальной грузоподъемностью буровой ус­тановки и обозначают Q_ном. . При этом мощность электродвигателя Р_под. в кВт, необходимая для подъема колонны весом Q_ном. в кН со скоростью V в м/с, можно определить по формуле

, (1)

где Р_под. – мощность, необходимая для подъема колонны;

V – установившаяся скорость подъема при номинальной нагрузке;

η - КПД подъемный системы от вала ЭД до крюка.

Если выбрать номинальную мощность ЭД Р_ном. по формуле (1), т.е. Р_ном.= Р_под., то при подъеме полного веса колонны двигатель будет нагружен до номинальной мощности. Однако при меньшем числе свеч при Q < Q_ном. или при выполнении вспомогательных операций ЭД будет либо недогружен, либо отключен. При этом средняя нагрузка на ЭД будет значительно ниже номинальной мощности ЭД, и двигатель будет недоиспользован по мощности.

Для более полного использования мощности электродвигателя в процес­се подъемных операций его мощность выбирают меньше, чем по (1). Для этого вычисляют среднеквадратичную (эффективную) мощность нагрузки за «n» циклов СПО на одной передаче редуктора по выражению [5]

, (2)

где t_м - машинное время подъема одной свечи;

t_в - время вспомогательных операций;

β – коэффициент, учитывающий условия охлаждения ЭД.

Если во время вспомогательных операций ЭД БЛ отключается из сети, условия охлаждения ухудшаются и принимается β=0,5. Если же во время вспомогательных операций ЭД не отключается, а работает на холостом ходу или с небольшой нагрузкой, то β=1.

Если выбрать номинальную мощность по выражению (2), т.е. Р_ном.= Р_э., то в рабочие периоды цикла СПО ЭД будет перегружен, т.к. мощность, требуемая для подъема максимального веса колонны Р_под. будет больше, чем номинальная мощность ЭД.

Отношение

(3)

называют коэффициентом допустимой перегрузки ЭД в повторно-кратковременном режиме работы. С учетом (3) выражение (2) принимает вид

. (4)

Формула (4) используется для предварительного выбора мощности ЭД БЛ. Номинальная грузоподъемность Q_ном и установившиеся скорость подъема V при номинальной грузоподъемности указываются в технической характеристике подъемной системы. Значения λ при предварительном выборе мощности электродвигателя принимается от 1,3 до 1,45. Обычно на практике принимают λ=1,3 [2, 4].

КПД подъемной системы вычисляют через КПД талевой системы η_т, зависящий от типа оснастки, и кпд передач трансмиссии η_п= 0,85 … 0,9 по выражению

η = η_т·η_п. (5)

По вычисленному значению P_э выбирается асинхронный двигатель серии АКБ, АКЗ, АЗ, либо синхронный двигатель серии СДЗ, СДЗБ, СДБ, СДБО, СДБМ (приложение 2) с номинальной мощностью

Р_ном. ≥ Р_э. (6)

Паспортные данные выбранного двигателя следует выписать и занести в таблицу 1.

Таблица 1 – Паспортные данные ЭД

Тип ЭД	Номинальная мощность, Pном., кВт	Номинальное напряжение Uном, В	Номинальная частота вращения, nном., об/мин.	КПД ηном, %	Коэффициент мощности cosφном.	Отношение максимального момента к номинальному	Момент инерции ротора, кг·м2