Дослідження енергетичних параметрів магістральних насосних агрегатів нафтоперекачувальних станцій

Abstract

Сучасні дослідження електроприводних магістральних насосних агрегатів є комплексним завданням значної технічної складності, оскільки їх функціонування характеризується протіканням взаємозв’язаних електромагнітних, механічних і гідравлічних процесів. Швидкий розвиток цифрових обчислювальних машин сприяв розробці нових методів математичного моделювання і розрахунку стаціонарних та перехідних режимів роботи електротехнічних систем. Це дало змогу по-новому підійти до багатьох питань проектування та експлуатації різного роду об'єктів. Одним із таких методів моделювання є уніфікований комп’ютерно-орієнтований метод Bond Graph. Основна ідея статті полягає у застосуванні швидко прогресуючого методу Bond Graph для проведення комп’ютерного експрес-аналізу енергетичних процесів у електроприводних магістральних насосних агрегатах. Автором розроблено графо-енергетичну Bond Graph модель електроприводного відцентрового насосного агрегату, яка складається з асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором, відцентрового насосу та запірної арматури. Запропонована модель відрізняється від існуючих аналогів здатністю відображати у графічній формі перетоки енергії між конструктивними елементами реального агрегату, враховувати ефекти насичення магнітопроводу і витіснення струму в роторі двигуна та в’язкість рідини в насосі. Об’єктом дослідження вибрано магістральний насосний агрегат нафтоперекачувальної станції «Плещівка» NGK-500/450/100 із електроприводом 4АЗМВ-2500/6000-У2 філії «Магістральні нафтопроводи «Дружба» ПАТ Укртранснафта. Досліджено енергетичні параметри даного агрегату за умови пуску на повністю відкриту напірну засувку. Отримано графічні залежності споживаної електроенергії за час пуску, миттєві значення активної і реактивної потужностей електродвигуна, механічної потужності на його валу та гідравлічної потужності на напірному патрубку насоса. Проведені дослідження енергетичних параметрів динамічних режимів роботи магістральних насосних агрегатів дають змогу аналізувати ефективність перетворення енергії у кожній фізичній області (електричній, механічній та гідравлічній), що в подальшому дозволить розробити та реалізувати енергоефективні режими їх функціонування.

Modern studies of the electrically driven main pumping units are considered to be a complex technical issue because their operation is characterized by running of interconnected electromagnetic, mechanical, and hydraulic processes. Rapid development of digital computers contributed to the development of new methods for mathematical modeling and calculating of stationary and transient operation modes of electrical engineering systems. This allowed us to redefine a new approach to many design and operation issues of various objects. One of such modeling methods is a unified computer-based method of Bond Graph. The main idea of the article consists in utilization of rapidly progressing Bond Graph method for conducting computer express analysis of energy processes in the electrically driven main pumping units. The author developed a graphical energy Bond Graph model of the electrically driven centrifugal pumping unit, which consists of an asynchronous motor with a squirrel-cage rotor, centrifugal pump, and valves. The proposed model differs from the existing analogues by the ability to display energy overflows between the structural elements of the real unit in a graphical form and take into account the effects of magnetic saturation and current displacement in an engine rotor, as well as the fluid viscosity in a pump. The main pumping unit of the oil pumping station “Pleshchivka” NGK-500/450/100 with an electric drive 4AZMV-2500/6000-U2 of the PJSC Ukrtransnafta Branch “Main Oil Pipelines “Druzhba” was chosen as a study object. The studies of the unit energy parameters during starting-up when the block valve is fully opened were carried out. Graphical dependencies of consumed electricity, instantaneous active and reactive power values of the electric motor, mechanical power on its shaft, and hydraulic power on the ascending nipple were obtained during starting-up procedure. The conducted studies of energy parameters of the main pumping units dynamic operation modes allow to analyze the efficiency of energy conversion in each individual area (electrical, mechanical, and hydraulic), which will further provide a possibility to elaborate and realize energy-efficient modes of their operation.