Ученые предложили метод защиты погружных установок нефтедобычи от электрического резонанса

Ученые Тольяттинского госуниверситета (ТГУ) совместно с коллегами из СамГТУ и Болгарии разгадали «парадокс нефтяных насосов» — выяснили, почему новые или отремонтированные погружные электродвигатели (ПЭД) более чувствительны к повышению напряжения, чем двигатели с большим пробегом.

Из-за внеплановых остановок скважин нефтяные компании теряют миллионы рублей. Анализ аварийности показывает, что более половины всех отказов приходится на погружное электрооборудование — кабельные линии и двигатели. При этом насосы выводит из строя не износ деталей, а невидимая вибрация, возникающая при обычной стабильной работе. Особенно уязвимы новые и только что отремонтированные ПЭД: они ломаются в первые же недели, в то время как двигатели с длительным сроком эксплуатации продолжают работать.

Авторы исследования провели серию стендовых испытаний на двигателях разных типов и установили точную причину разрушительной вибрации. Выяснилось, что когда питающее напряжение поднимается выше номинала на 15–20 %, уровень продольных колебаний корпуса двигателя растет на 76–88 %, а иногда и более чем вдвое. Это происходит из-за силы одностороннего магнитного притяжения: чем выше напряжение, тем сильнее магнитное поле притягивает ротор к статору, изгибает вал и разрушает подшипники.

«Мы привыкли думать, что стабильное напряжение — залог здоровья оборудования. Но наша работа показала, что и стабильное, но завышенное напряжение способно разрушить двигатель изнутри не меньше, чем скачки или перегрузки», — рассказал один из авторов работы, доцент кафедры «Электроснабжение и электротехника» института машиностроения, химии и энергетики ТГУ Владимир Романов.

Ученые разработали математические модели и номограммы (инженерные калькуляторы), которые позволяют для каждого типоразмера двигателя и конкретной длины кабеля рассчитать оптимальное напряжение. Вместо шаблонных настроек у промысловиков теперь есть безопасный коридор: от –10 % до +5 % от номинала. Выход за пределы этого диапазона запускает ускоренный износ.

«Например, для ПЭД 90-123 номинальное напряжение — 1950 В. Инженеры, чтобы не потерять мощность на длинном кабеле (1300 м), часто задают на трансформаторе 2130 В. Но наш расчет показывает: на двигатель приходит уже 2145 В — почти на 10 % больше. Уровень вибрации при этом подскакивает в 1,5–2 раза, и подшипники изнашиваются не за год, а за несколько месяцев. А если инженер подставит в нашу формулу тип двигателя, длину кабеля и температуру скважины, модель выдаст точное напряжение для трансформатора, и вместо опасных 2145 В двигатель получит рекомендованные 1950–2048 В, при которых вибрация минимальна. По сути, это готовая инструкция, как не убивать двигатели собственными руками и экономить миллионы рублей при нулевых затратах на переоснащение», — объяснил Владимир Романов.

Авторы отмечают, что внедрение методики не требует замены оборудования — достаточно правильно настроить существующие трансформаторы.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации