Eficienţa energetică în sistemele electrice (XI)

Eficienta Energetica

de Ion Potarniche

Eficienţa energetică în sistemele electrice (XI)

Episodul X a urmărit evidenţierea problemelor specifice utilizării motorului asincron pentru acţionarea troliului în instalaţiile de foraj marin şi terestru. S-au urmărit cu această ocazie atât comportarea motorului acţionat, cât şi a convertoarelor c.a./c.a. dedicate acestor aplicaţii.

Utilizarea motorului asicron pentru antrenarea pompelor de noroi utilizate în foraj

Alegerea pompelor de fluid de foraj (noroi) se face astfel încât să fie asiguraţi parametrii sistemului de foraj - circulaţie în conformitate cu un program de foraj prestabilit.

Parametrul cel mai important al procesului de foraj din punct de vedere al fluidului folosit este viteza lui ascensională vα, care impune dimensionarea puterii antrenate în utilizarea eficientă a energiei disponibile în procesul de foraj.

Având în vedere că energia consumată pentru circulaţia fluidului reprezintă circa 70-80% din energia totală disponibilă, rezultă că eficienţa forajului depinde decisiv de felul în care aceasta este utilizată.

Într-un episod anterior, am arătat că utilizarea raţională a pompelor de fluid are loc la putere constantă, variindu-se debitul şi presiunea în conformitate cu necesităţile forajului. Puterea necesară pentru circulaţia fluidului este dată de relaţia (1):

(1) 

unde simbolurile utilizate reprezintă:

Pc - puterea de circulaţie;

Q - debitul de fluid;

p - căderea de presiune în sistemul de circulaţie;

η - randamentul total al instalaţiei de pompare.

Debitul Q este acela care asigură viteza ascensională

minimă, adică :

(2)

cu următoarele notări:

Ds - diametrul exterior al sapei;

De - diametrul exterior al prăjinilor de foraj;

α - coeficient care ţine seama de repartiţia vitezelor într-o secţiune dată;

vα - viteza ascensională a fluidului.

Pornind de la relaţiile (1) şi (2), în care elementele constitutive fie se calculează, fie se regăsesc în tabele sau diagrame bazate pe experienţă îndelungată în procesul de foraj, se determină puterea sarcinii motorului de antrenare a pompei şi în mod implicit puterea motorului electric care trebuie să acopere puterea sarcinii, adică:

(3)

Puterea motorului electric este:

M - cuplul activ la axul motorului;

Ω - viteza unghiulară la ax.

În procesul de foraj, pentru asigurarea unei optimizări a acestuia şi eficientizarea activităţilor conexe, funcţionarea motorului se realizează la putere constantă:

(5)

Din punct de vedere matematic, relaţia (5), o hiperbolă echilateră în coordonate M şi Ω, ne sugerează fenomenul fizic: orice punct de funcţionare de pe această hiperbolă

poate fi un proces de foraj în coordonate MK, ΩK sau cu alte cuvinte, debit variabil la viteză de circulaţie variabilă.

De unde poate apărea eficienţa energetică? Studiind relaţia (5), putem spune că acţionarea motorului de c.a. asincron cu rotorul în scurtcircuit cu turaţie variabilă şi cuplu constant, astfel încât să ne situăm pe caracteristica hiperbolică M = f(Ω), la putere constantă tot timpul procesului de foraj, va conduce la obţinerea unui proces optim de foraj şi implicit la obţinerea unui randament maxim.

2. Modificarea vitezei motorului asincron bazată pe reglarea concomitentă a mărimii şi frecvenţei tensiunii de alimentare

Pornind de la relaţia matematică a cuplului maxim al maşinii asincrone :

(6)

Putem spune că valoarea maximă a acestuia este direct proporţională cu pătratul valorii eficace a tensiunii de alimentare:

(7)

Conform acestei relaţii, caracteristicile mecanice artificial ale maşinii asincrone sunt prezentate în fig. 1

Modificarea frecvenţei tensiunii de alimentare modifică şi momentul maxim şi alunecarea critică, conform caracteristicilor din fig. 2.

Modificarea simultană a tensiunii şi frecvenţei tensiunii de alimentare se face într-un raport care depinde de modul în care momentul rezistent static la axul motorului variază cu viteza:

pentru rezultă că

 

pentru  rezultă că

 

pentru  rezultă că

Analiza comportării motorului asincron la modificarea frecvenţei tensiunii de alimentare arată că gama cea mai largă de reglare a vitezei se obţine la menţinerea constantă a raportului U1/f1 în domeniul subsincron, când prin acesta se menţine fluxul constant şi la menţinerea constantă a tensiunii în domeniul suprasincron.

Utilizarea convertoarelor statice din familia SINAMICS rezolvă în totalitate această problemă, prin compensarea parametrilor maşinii asincrone astfel încât liniaritatea caracteristicii U/f să rămână nealterată şi la frecvenţe foarte mici.

3. Îmbunătăţirea randamentului sistemului de circulaţie a fluidului de foraj

Problema creşterii randamentului sistemului de circulaţie a fluidului de foraj este o preocupare permanent a tuturor celor care concură la realizarea procesului de foraj, cât şi a celor care realizează echipamente pentru sistemul de circulaţie.

Dintre aceste preocupări trebuiesc amintite următoarele:

  • Managementul procesului de foraj pe care-l asigură sondorul şef astfel încât în orice moment să fie aleşi parametrii Q, p, vα optimi;

  • Constructorii de pompe au ajuns la performanţe ridicate prin:

  • crearea de pompe noi, moderne, cu funcţionări fracţionate pe o perioadă totală de funcţionare; astăzi întâlnim pompele triplex care au înlocuit vechile pompe duplex aproape în totalitate;

  • crearea de pompe la care transmisia motor-pompă să se facă fără reductoare cu roţi dinţate sau cu transmisie prin curele.

  • Constructorii de echipamente de antrenare a pompelor au rezultate

deosebite prin:

  • înlocuirea motoarelor clasice (cuplu mediu şi turaţie medie) cu motoarede turaţie mică şi cuplu mare;

  • utilizarea convertoarelor de antrenare cu funcţionalitate în 4 cadrane,care permit economii importante şi pe curba de răspuns a pistonului pompei prin introducerea energiei de frânare în reţeaua de alimentare.

4. Concluzii

În ceea ce priveşte activitatea ICPE ACTEL în domeniul acţionării pompelor de noroi utilizate în forajul terestru şi marin, preocupările noastre au vizat următoarele aspecte:

  • Menţinerea puterii constante în limite strânse pentru orice tip de pompă utilizată;

  • Limitarea cuplului activ al motorului de antrenare în limitele cerute de procesul de foraj;

  • Reglarea vitezei în gamă largă de variaţie pentru obţinerea parametrilor de foraj în zonele de graniţă şi de limitare;

  • În prezent ne preocupă tot mai mult introducerea transmisiei fără reductor între axul pompei şi al motorului de antrenare.


Ion Potarniche, dr. ing., Director General al ICPE ACTEL SA



Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord