Исследование режимов работы технологического комплекса электропривод–турбомеханизм–трубопроводная магистраль

   Цель работы – разработка математической модели технологического комплекса асинхронный двигатель–турбомеханизм–трубопроводная магистраль. Анализ пусковых режимов проводился методом нелинейного дифференциального исчисления и графоаналитическим методом. Расчеты выполнялись на моделях с применением программного комплекса MATLAB. Рассчитаны переходные процессы по расходу и напору, коэффициентам полезного действия механизма насоса и всей насосной установки, по току статора, угловой частоте и моменту вращения асинхронного двигателя при пуске насоса и увеличении коэффициента сопротивления трубопроводной магистрали в 2, в 5, в 10 и в 1000 раз. Исследования показали, что при увеличении коэффициента сопротивления магистрали в 10 раз производительность насоса снижается в 2,8 раза; напор возрастает в 1,28 раза; момент, ток статора и скорость асинхронного двигателя изменяются незначительно: момент и ток уменьшаются в 1,167 и 1,034 раза, соответственно, а скорость возрастает в 1,0046 раза; коэффициенты полезного действия механизма насоса и всей насосной установки (с учетом двигателя) снижаются в 1,78 и в 1,89 раза, соответственно. Время пуска двигателя насоса составляет 0,5 с, максимальный ток статора при пуске в 4,39 раза превышает номинальное значение, установившееся значение тока статора не более 59,3 % от номинального. Установлено, что разработанная математическая модель технологического комплекса асинхронный двигатель–турбомеханизм–трубопроводная магистраль для насоса позволяет получить количественные оценки эксплуатационных и энергетических параметров установки при пуске и управлении производительностью насоса методом дросселирования.

1. Гоман В. В. Сравнение энергопотребления различными электродвигателями, работающими в составе насосного агрегата / В. В. Гоман [и др.] // Электротехника и электромеханика. – 2020. – № 1. – С. 16–24. http://doi.org/10.20998/2074-272X.2020.1.03.

2. Kazakbaev V., Prakht V., Dmitrievskii V., Ibrahim M., Oshurbekov S., Sarapulov S. Efficiency analysis of low electric power drives employing induction and synchronous reluctance motors in pump applications // Energies. 2019. Vol. 12. No. 6. P. 1144. http://doi.org/10.3390/en12061144.

3. Gevorkov L., Rassõlkin A., Kallaste A., Vaimann T. Simulink based model of electric drive for throttle valve in pumping application // 19th International Scientific Conference on Electric Power Engineering (EPE). 2018. http://doi.org/10.1109/EPE.2018.8395996.

4. Tergemes K. T., Amanbek D. S., Maratova B. M., Zhauyt A. Control system improvement of the electric drive of the pumping unit for oil production // XVIII International Scientific Technical Conference Alternating Current Electric Drives (ACED). 2021. http://doi.org/10.1109/ACED50605.2021.9462275.

5. Klokov O. A., Pushkina A. A. Modernization of the electric drive and automation system of the sewage pumping station // International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon). 2020. http://doi.org/10.1109/FarEastCon50210.2020.9271382.

6. Schmehl C., McKinley M., McBride W., Kavanaugh J., Paes R. Adjustable speed drive selection for electric submersible pumps // IEEE Petroleum and Chemical Industry Technical Conference (San Francisco, 8–10 September 2014). San Francisco: IEEE, 2014. P. 201–216. http://doi.org/10.1109/PCICon.2014.6961885.

7. Liang Xiaodong, Ilochonwu O., Adedun R. Dynamic response of variable frequency drives in electrical submersible pump systems // 48th IEEE Industrial & Commercial Power Systems Conference. 2012. http://doi.org/10.1109/ICPS.2012.6229603.

8. Rachev S., Ivanova G., Koeva D. Y. Vector control of pump unit electric drive with medium voltage induction motor // 12th Electrical Engineering Faculty Conference. 2020. http://doi.org/10.1109/BulEF51036.2020.9326032.

9. Siro B., Săvulescu A., Ianache C. The simulation of crude oil extraction in Canadian pumping with the DTC electric drive in a wide range of operating frequencies // 10th International Conference on Electronics, Computers and Artificial Intelligence. 2018. http://doi.org/10.1109/ECAI.2018.8678975.

10. Пантелеев В. И. Математическое моделирование энерготехнологического комплекса «Питающая сеть – электропривод – насос – трубопровод» / В. И. Пантелеев, А. Н. Пахомов, А. А. Федоренко // Электротехника. – 2020. – № 10. – С. 56–62.

11. Довганюк И. Я. Особенности электромагнитных и электромеханических процессов пуска тягодутьевых механизмов мощных энергоблоков ТЭС / И. Я. Довганюк, П. В. Сокур, Г. Б. Лазарев // Электрические станции. – 2020. – № 9. – С. 38–49. http://dx.doi.org/10.34831/EP.2020.1070.9.005.

12. Мирхаликова Д. С. Исследование пусковых режимов асинхронного электропривода оросительной насосной станции при пониженном напряжении сети / Д. С. Мирхаликова, Ш. Т. Дадабаев // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2020. – № 3. – С. 303–309.

13. Дадабаев Ш. Т. Исследование технологических и переходных процессов электроприводов турбомеханизмов / Ш. Т. Дадабаев, Х. А. Рахматов, Б. А. Абдумаликов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2017. – № 4. – С. 256–262.

14. Крюков О. В. Пуск электроприводных газоперекачивающих агрегатов / О. В. Крюков // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2016. – № 20. – С. 62–83.

15. Tomov P., Aprahamyan B., Petrov K., Andreev P., Petkov P. Experimental survey and analysis on the impact of the commutation process on a positive displacement pump driven by an asynchronous electric motor // 16th Conference on Electrical Machines, Drives and Power Systems. 2019. http://doi.org/10.1109/ELMA.2019.8771523.

16. Săvulescu, Siro B., Ianache C., Georgescu L. Simulation of the electric drive of a beam pumping unit and its comparative analysis for different operating frequencies // 6th International Symposium on Electrical and Electronics Engineering. 2019. http://doi.org/10.1109/ISEEE48094.2019.9136112.

17. Wang Po-Hao, Wen Tsrong-Yi. Effects of electrical driving mode on pressure and flow rate of wire-rod electrohydrodynamic pumps // IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology. 2020. Vol. 10. No. 4. P. 621–625. http://doi.org/10.1109/TCPMT.2020.2978305.

18. Гоппе Г. Г. Математические модели динамических процессов технологического комплекса «электропривод – турбомеханизм – трубопроводная магистраль» при управлении его производительностью изменением скорости вращения электропривода / Г. Г. Гоппе, В. Е. Павлов //Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2013. – № 1. – С. 121–125.

19. Гоппе Г. Г. Управление соотношением топливо-воздух в котлоагрегатах ТЭС при регулировании производительности дутьевых вентиляторов методом дросселлирования / Г. Г. Гоппе, А. А. Луконин, В. Е. Павлов // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2015. – № 8. – С. 156–165.

20. Гоппе Г. Г. Исследование устойчивости работы технологического комплекса электропривод – турбомеханизм – трубопроводная магистраль / Г. Г. Гоппе, В. Е. Павлов // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2012. – № 5. – С. 150–158.