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輸油泵變頻工況研究分析

文檔作者：王婷郭鵬耿永峰朱榮乾文檔來源： 1．吐哈油田技術(shù)監(jiān)測中心節(jié)能監(jiān)測站 2．吐哈油田井下公司大修七隊； 3．吐哈油田技術(shù)監(jiān)測中心節(jié)能站 4．吐哈油田技術(shù)監(jiān)測中心設(shè)備站)		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月27日
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■ 設(shè)置·產(chǎn)品，Equipment＆Product
輸油泵變頻工況研究分析
王婷 郭鵬 耿永峰 朱榮乾
(1．吐哈油田技術(shù)監(jiān)測中心節(jié)能監(jiān)測站；2．吐哈油田井下公司大修七隊；
3．吐哈油田技術(shù)監(jiān)測中心節(jié)能站；4．吐哈油田技術(shù)監(jiān)測中心設(shè)備站)
摘要 為了提高輸油泵運行效率，魯克沁采油廠在輸油泵上安裝了變頻器，并對其在不同
轉(zhuǎn)速下的泵流量、壓力、電壓和電流等進(jìn)行了測試和分析。為了保證輸油泵能夠連續(xù)平穩(wěn)運
轉(zhuǎn)， 能夠根據(jù)實際供液量在相應(yīng)轉(zhuǎn)速下的高效區(qū)運行，以及延長設(shè)備使用壽命，采油廠通常在
輸油泵上安裝變頻器進(jìn)行調(diào)速。為了得到最優(yōu)測試效果，選用魯克沁采油廠型號為HDK的多級
離心輸油泵為測試對象，找出它的高效運行區(qū)段，測試在不同轉(zhuǎn)速下的輸油泵流量、壓力、電
壓和電流等，分析出轉(zhuǎn)速與流量、轉(zhuǎn)速與效率之間的關(guān)系曲線，從而得出此類輸油泵的最佳運
行狀態(tài)，為采油廠輸油泵的高效運行提供指導(dǎo)性意見
關(guān)鍵詞 輸油泵 變頻 轉(zhuǎn)速 流量 效率
D0I：10．3969／i．jssn．2095-1493．2013．004．014
1 輸油泵變頻節(jié)能
變頻器的作用是改變交流電動機(jī)供電的頻率和
幅值，從而改變其運動磁場的周期，達(dá)到平滑控制
電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。
1．1 輸油泵變頻調(diào)速的基本原理
輸油泵變頻調(diào)速的理論根據(jù)是交流電動機(jī)工作
原理中的轉(zhuǎn)速關(guān)系 ：
= 60f(1一s)／
式中：
— — 電動機(jī)轉(zhuǎn)速，r／rain；
廠—— 輸油泵電動機(jī)的電源頻率，Hz；
P—— 電動機(jī)的磁極對數(shù)；
S—— 轉(zhuǎn)差率。
由此可知，均勻改變電動機(jī)定子繞組的電源頻
率廠，就可以平滑地改變電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。電動
機(jī)轉(zhuǎn)速降低，軸功率就相應(yīng)降低，電動機(jī)輸人功率
也隨之降低，從而實現(xiàn)輸油泵的變頻調(diào)速。
1．2 輸油泵變頻調(diào)速運行的節(jié)能原理
離心泵的特性曲線表明，其工況調(diào)節(jié)主要是調(diào)
節(jié)流量，而調(diào)節(jié)流量最主要的方法有2種：通過泵
出口閥的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)；通過改變離心泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)
第一作者簡介：王婷，2010年畢業(yè)于西安石油大學(xué)(石油工程專
業(yè))，從事節(jié)能監(jiān)測工作， E-mail：lengyueqin@sina．eom，地址：新
疆鄯善火車站鎮(zhèn)吐哈石油大院技術(shù)監(jiān)測中心節(jié)能監(jiān)測站，838202。
40 1 www．syshjn．c。m
行調(diào)節(jié)。前者雖然調(diào)節(jié)方便，但閘閥作為一個阻力
元件，會產(chǎn)生很大的節(jié)流損失。通過變頻改變電動
機(jī)的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)輸油泵的工況調(diào)節(jié)，是滿足工藝運
行條件，保證泵能高效、節(jié)能、平穩(wěn)運行的技術(shù)
途徑。
在管路特性曲線不變的情況下，改變離心泵轉(zhuǎn)
速后，其性能參數(shù)的改變由下式?確定：
Q／Q1=n／n】
H／H1=(n／n1)
N／N1=(n／n1)。
式中：
Q、H、N —— 離心泵轉(zhuǎn)速為行時的流量、揚(yáng)
程和功率；
Q1、H1、Nl—— 離心泵轉(zhuǎn)速改變?yōu)?1時的流
量、揚(yáng)程和功率。
離心泵的特性曲線是用來表示離心泵的主要參
數(shù)之間關(guān)系的曲線，一般用流量作橫坐標(biāo)，其他參
數(shù)作縱坐標(biāo)來表示(圖1)。當(dāng)離心泵轉(zhuǎn)速為
時，揚(yáng)程流量曲線為H—Q(n1)，效率曲線為 1，
A1點為額定工況點， Q1為額定流量， H 為額定
揚(yáng)程，此時泵在高效區(qū)運行，效率為 】。運行中
要減少流量到Q2，有2種實現(xiàn)方式：一種是節(jié)流
調(diào)節(jié)， A3點為新的工況點，Q2為對應(yīng)流量， H。
為對應(yīng)揚(yáng)程，效率為叩3，此時泵運行偏離了高效
區(qū)；另一種是調(diào)速調(diào)節(jié)，泵轉(zhuǎn)速由 變?yōu)椤?。，?

■ 設(shè)置·產(chǎn)品，Equipment＆Product
H5=718．1 m ， H 6=696．3 m。
2．2 計算泵軸功率
根據(jù)尸：3UIcos 得出電動機(jī)輸入功率，
為電壓；J為電流； COS 為功率因數(shù)。
P1= 3UIcos = 3×226．25×313．19×0．878
= 187．13(kW)
根據(jù)△Pw=( jP l4’得出電動機(jī)額定負(fù)載
時的有功損耗， 叩 為電動機(jī)額定效率；P 為電動
機(jī)額定功率。
= ( ]PN=(志一 )x 355=19．88c
根據(jù)
p：一 △P一N～△Pn ‘得 寸
負(fù)載系數(shù)
一每+J竿+(ApN-Apo)(P1-AP)
· ————— ■——一
355
—
F 13~型2 一。
19．88— 57．8 ? ’。
根據(jù)叩：掣×100％~
璣： 。％ 一 。％ =71．9％
根據(jù)P =P×叩 得泵的軸功率
P l：P1×叩1=187．13×0．719=134．5(kW)
以此類推，得
P 2=152．9 kW ， P 3=199．1 kW ， P 4=237．0
kW ， P 5=267．1 kW ， P 6=275．5 kW 。
2．3 計算泵的運行效率
根據(jù)P =pQgHx 10 ’得出泵的輸出功率
Pul=lDQgH×10—3=890 3O ×
9．81×682．6×10一。=49． 4(kW )
根據(jù) ： -r u×100％ 得泵的運行效率
魯×10。％：麗49．4×10。％=36．7％
以此類推，得
叩2=44．7％ ， 3=53．0％ ， '／4 =55．4％ ， r／5=
51．4％ ， 叩6=48．7％ 。
2．4 轉(zhuǎn)速與流量、轉(zhuǎn)速與泵運行效率之間的關(guān)系
由于現(xiàn)場工況的限制，只做了上述6個點，運
42 1 www．sysh jn．c。m
用MATLAB軟件對其進(jìn)行圖形擬合，可知流量隨轉(zhuǎn)
速的增加而增加，但當(dāng)轉(zhuǎn)速為2 732 r／min時，流量
達(dá)到最大值為70 m ／h，即為實際工作狀態(tài)的最好工
況，但當(dāng)超過最好工況點時，因為供液量不足流量
會有所下降，而正當(dāng)這一點時泵的運行效率達(dá)到最
大值，過了這一工況點泵的運行效率下降。
3 結(jié)論
根據(jù)以上測試和計算的結(jié)果可知：流量隨轉(zhuǎn)速
的增加而增加， 當(dāng)轉(zhuǎn)速增加到一定程度時流量達(dá)到
最大值，即當(dāng)轉(zhuǎn)速為2 732 r／min時，流量將達(dá)到額
定值70 m ／h，而過了這個轉(zhuǎn)速點由于供液量的不足
會使流量下降，而泵的運行效率在流量最大點時為
效率最高點，過了這個轉(zhuǎn)速點效率則下降。在實際
的生產(chǎn)運行狀態(tài)中因為產(chǎn)量會隨時波動，它不會固
定到某個轉(zhuǎn)速點上持續(xù)為流量最大點和效率最高
點，在供液許可的情況下，建議在2 732～2 797 r／min
轉(zhuǎn)速區(qū)間運行，運用變頻調(diào)速的原理使泵在高效區(qū)
運行，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
參考文獻(xiàn)：
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[5] 孫邈．王岳，曲道天．等．輸油泵變頻節(jié)能_丁藝技術(shù)研究
[J]．石油與石化設(shè)備．2010，13
(收稿日期：2012—12—20)
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