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        鉆井供水泵站節(jié)能型供水機組的改造及應用

        2019-10-26 09:20:56王艷麗張顥新
        設備管理與維修 2019年12期
        關鍵詞:皮帶輪發(fā)電機組皮帶

        王艷麗,張顥新,張 德

        (川慶鉆探公司長慶鉆井總公司,陜西西安 710018)

        0 引言

        長慶鉆井總公司鉆井現(xiàn)場主要供水方式和工作流程是選擇合適的水源點建立供水泵站。泵站的設施一般采用90 kW 發(fā)電機組帶20~50 kW 揚程抽水泵作為一級供水系統(tǒng),將水源水抽到泵站蓄水罐內(nèi),然后用泵站的6135 柴油機帶動TBW850/50 泥漿泵將泵站蓄水罐內(nèi)的水,通過長距離管線輸送到鉆井隊儲水罐供鉆井使用(圖1)。

        圖1 鉆井供水泵站供水流程

        供水泵站使用的6135 型柴油機輸出功率為99.3 kW,TBW600/60 泥漿泵的額定壓力為6 MPa。在供水過程中,泥漿泵實際運行壓力一般只有3~4 MPa,也就是柴油機功率只發(fā)揮了2/3 左右,還有部分節(jié)余功率。而一級供水使用的發(fā)電機功率為90 kW,僅帶1 臺7.5~30 kW 的離心泵或潛水泵,它的有效功率沒有充分發(fā)揮,功率浪費較大。

        1 節(jié)能機組改造方案的提出及確定

        根據(jù)上述現(xiàn)狀,如何充分發(fā)揮現(xiàn)有柴油機的功率,節(jié)約發(fā)電機功率是我們研究的課題。經(jīng)過對現(xiàn)場設備使用情況進行認真分析和研究,提出了在柴油機輸出端設計加裝一套傳動裝置,驅動一臺30 kW 左右的小型發(fā)電機帶動抽水泵,代替90 kW 柴油發(fā)電機組的設想。柴油機與發(fā)電機之間采用三角帶傳動(圖2)。

        圖2 皮帶轉動方案

        1.1 發(fā)電機選配

        根據(jù)現(xiàn)場使用需要,選擇型號為ST6-30 的三相交流同步發(fā)電機。其基本參數(shù)如下:額定功率30 kW,額定電流27 A,額定電壓380 V,頻率50 Hz,轉速1500 r/min,絕緣等級為B,可滿足帶動7~25 kW 的離心泵或潛水泵的需求。

        1.2 皮帶輪的設計

        柴油機轉速一般為n1=1100 r/min,皮帶輪直徑D1=210 m,發(fā)電機組轉速n2=1500 r/min,發(fā)電機皮帶輪直徑據(jù)公式計算:n1:n2=D2:D1。即D2=210×1100÷1500=154 mm。取小皮帶輪直徑為160 mm。

        1.3 三角帶的選型

        皮帶所受功率PC=KaP2=1.2×15=18 kW,n2=1500 r/min,查表選皮帶型號為C 型。

        1.4 確定皮帶長度

        首先,計算出皮帶速度v=π×D2×n2÷60 000=3.14×210×1500÷60 000=16.48 m/s≤25 m/s。傳動比ε=n2:n1=1500/1100=1.36≤7。

        中心距A0:Amax=2×(D1+D2)=2×(160+210)=740 mm;Amin=0.7×(D1+D2)=0.7×(160+210)=259 mm。所以初定中心距A0=(Amax+Amin)/2=500 mm。

        皮帶長L=2×A+π/2×[(D1+D2)+(D1-D2)]2/A=1649.35 mm。

        取Li=1600 mm,LP=1655 mm,則實際中心距A=A0+(LP-Li)/2=500+(1655-1649)/2=560 mm。

        因此,確定三角帶的規(guī)格為1600C 型。

        1.5 校對帶輪包角

        皮帶輪包角α=180-[(210+160)/523×60]=134°>120°,三角皮帶根數(shù)Z=(18/5.46)×0.85=2.79 根。取Z=3 根。

        2 樣機試制及改進

        2.1 樣機試制

        (1)根據(jù)柴油機輸出功率和轉速,依據(jù)設計計算選配節(jié)能發(fā)電機、穩(wěn)壓調(diào)節(jié)器。(2)根據(jù)柴油機輸出軸皮帶輪尺寸和小型發(fā)電機轉速,設計皮帶傳動系統(tǒng)。(3)進行發(fā)電機支架、傳動系統(tǒng)安全防護、穩(wěn)壓過載保護裝置設計加工。(4)組裝調(diào)試,現(xiàn)場試運行。

        2.2 存在問題及改進

        樣機試制成功后,在長慶鉆井總公司鉆井隊供水泵站現(xiàn)場進行試驗,通過現(xiàn)場試運行,發(fā)現(xiàn)存在許多不足,改進措施如下:

        傳動比設計不合理,轉速和電壓不足。柴油機轉速900~1100 r/min,節(jié)能發(fā)電機額定轉速1500 r/min,輸入轉速不足,電壓不穩(wěn),功率不足。改進措施是在提高柴油機轉速的基礎上,重新設計傳動比和小型發(fā)電機皮帶輪尺寸,重新選取皮帶。

        穩(wěn)壓過載保護系統(tǒng)中調(diào)壓范圍小,不能滿足不同工況負荷的使用要求。通過對穩(wěn)壓電路系統(tǒng)改進,擴大了調(diào)壓范圍。

        發(fā)電機皮帶輪軸向竄動嚴重,致使皮帶異常磨損。通過在軸端鉆中心孔,加裝定位擋板予以解決。

        加裝傳動皮帶調(diào)節(jié)裝置,方便操作人員的使用操作。

        大皮帶輪為實心輪,重量大,對軸的磨損嚴重。將皮帶輪制作成輪輻式,減輕重量,解決了這一問題。

        在小皮帶輪上端和柴油機輸出軸聯(lián)軸器處加裝防護罩,提高了安全性能。

        通過以上的改進,增加了發(fā)電機的調(diào)壓范圍,提高了發(fā)電機的負荷適應性、運行穩(wěn)定性和安全防護性能,達到了預期的效果。

        3 改造效果分析

        (1)節(jié)省設備。改造后每個供水泵站可減去一臺90 kW 發(fā)電機組,并節(jié)省了泵站的占地面積。

        (2)節(jié)約燃料。改造前每個泵站配1 臺90 kW 發(fā)電機組,每口井(2000 m 井深)耗油0.6 t,配1 臺90 kW 柴油機帶供水泵,每口井耗油0.75 t,共計每口井耗油1.35 t。改造后僅用1 臺99 kW柴油機同時帶供水泵和節(jié)能發(fā)電機,每口井消耗柴油0.9 t。改造后每口井總體可節(jié)約柴油0.45 t,每套機組年平均供水22 口,全年可節(jié)約柴油費用7 萬元左右。長慶鉆井總公司每年運行20 個泵站供水,全年可總體節(jié)約燃油費用140 萬元左右。

        (3)節(jié)約運費。每個泵站節(jié)省1 臺90 kW 的發(fā)電機組,按年均搬遷6 次,每年每臺機組可節(jié)約運費8950 元左右。

        (4)減輕工人勞動強度。取消了二級泵站大型發(fā)電機的搬運安裝等工作量,節(jié)省了人力、物力,也可縮短建供水泵站周期。

        4 結束語

        該套供水泵站節(jié)能機組的改造成本小,投資回報率高,動力機功率利用充分,可操作性強,節(jié)能效果明顯,經(jīng)濟效益顯著,有可推廣和利用價值。

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