摘 要：詳細(xì)分析了液力耦合調(diào)速器（UCD）應(yīng)用在油田注水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)比目前油田注水系統(tǒng)上常用的變頻器，得出液力耦合調(diào)速器（UCD）應(yīng)用節(jié)能效果更好的結(jié)論，液力耦合調(diào)速器（UCD）具有調(diào)速精度高，調(diào)速范圍廣以及響應(yīng)速度快等突出優(yōu)點(diǎn)，在油田注水領(lǐng)域具有較高的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：液力耦合調(diào)速器;調(diào)速;油田注水;應(yīng)用;分析

在油田注水時(shí)，需要做好對(duì)水泵排量的有效管控，只有這樣才能夠保證注水壓力的穩(wěn)定。在當(dāng)下對(duì)于水泵排量的管控，一般都是采用相關(guān)閉環(huán)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)泵口排量的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)壓力的有效管控。該方式既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)注水工藝的完善優(yōu)化，提高工作效率，減少人工工作量，并且還可以減少在這一方面的成本支出，性價(jià)比非常高。

1 油田注水及變頻調(diào)速問(wèn)題

在油田注水過(guò)程中，必須保證水壓力的穩(wěn)定，往往通過(guò)調(diào)節(jié)控制注水泵排量實(shí)現(xiàn)控制注水壓力。在以往都是采用對(duì)水泵閘門和回流閘閥進(jìn)行調(diào)控，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水壓的控制，但是該方式的穩(wěn)定性相對(duì)較差，與工作人員的操作存在密切關(guān)系，并且工作量也非常大，無(wú)法有效確保水壓的穩(wěn)定。變頻調(diào)速裝置的缺陷：①污染大，治理費(fèi)用高。變頻器會(huì)在運(yùn)行中出現(xiàn)諧波電磁污染;②整體成本較高，經(jīng)濟(jì)效益較低;③雖然自動(dòng)化程度比較高，但容易產(chǎn)生故障，并且在操作維護(hù)中的難度也相對(duì)較大;④應(yīng)用范圍較小，多用于500kW以下的小型電機(jī)。

2 油田注水系統(tǒng)應(yīng)用液力耦合調(diào)速器（UCD）可行性分析

2.1 油田注水應(yīng)用液力耦合調(diào)速器（UCD）調(diào)節(jié)控制原理

工作介質(zhì)是油，油膜厚度的是利用調(diào)整離合器活塞的壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)厚度的調(diào)整，然后再通過(guò)油膜剪切力實(shí)現(xiàn)對(duì)S型摩擦片扭矩的傳遞，進(jìn)而使摩擦片徹底擬合，輸入輸出轉(zhuǎn)速完全一致（0%滑動(dòng)），傳動(dòng)效率為99%。

中央控制器PX-10001、PX-10002顯示器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況的監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并報(bào)警。

液力耦合調(diào)速器（UCD）能夠遵循既定的信號(hào)進(jìn)行線性調(diào)速，達(dá)成100%結(jié)合。根據(jù)要求，能夠從0到100%1，允許離合器的輸出轉(zhuǎn)速?gòu)牧戕D(zhuǎn)速到與電機(jī)相同的轉(zhuǎn)速變化。

閉環(huán)控制的具體流程如下：水泵的運(yùn)行狀態(tài)是由中央控制器來(lái)進(jìn)行監(jiān)控和處理的，在水泵運(yùn)行時(shí)，中央控制器會(huì)自動(dòng)采集和函數(shù)相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，并將相應(yīng)的參數(shù)數(shù)據(jù)也相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)特性曲線比較計(jì)算。在運(yùn)行中尤其需要強(qiáng)化對(duì)注水站總線壓力、流量?jī)蓚€(gè)方面的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和有效管控。

同時(shí)還需要設(shè)置壓力變速器在出口管線位置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)出口壓力的實(shí)時(shí)檢測(cè)，并把相關(guān)數(shù)據(jù)反饋中央控制器中;通過(guò)模糊推理，系統(tǒng)會(huì)在保證總線壓力的情況下，自動(dòng)對(duì)UCD、水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水壓的有效管控。在以上控制過(guò)程的作用下，就可以使水泵的注水壓力、流量與既定的標(biāo)準(zhǔn)壓力、標(biāo)準(zhǔn)流量相匹配，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡。

系統(tǒng)能夠有效完成閉環(huán)控制，通過(guò)調(diào)控流量壓力兩方面的參數(shù)，完成對(duì)實(shí)時(shí)流量、壓力與地層所需流量壓力的雙方面調(diào)節(jié);利用模糊推理來(lái)計(jì)算出最優(yōu)控制結(jié)果，并將結(jié)果及時(shí)反饋控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)UCD轉(zhuǎn)速的科學(xué)調(diào)整。

2.2 液力耦合調(diào)速器（UCD）調(diào)速技術(shù)發(fā)展優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)

液力耦合調(diào)速器（UCD）調(diào)速技術(shù)經(jīng)過(guò)30年的發(fā)展，已成為一種非常成熟、經(jīng)濟(jì)、可靠的節(jié)能調(diào)速裝置。此技術(shù)已廣泛應(yīng)用于鋼廠、電廠和城市供水等行業(yè)。液力耦合調(diào)速器（UCD）調(diào)速技術(shù)具有如下特點(diǎn)：①體積小，性價(jià)比高;②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)工作量小，不容易出現(xiàn)故障，并且能夠進(jìn)行軟啟動(dòng);③運(yùn)行中污染低，幾乎無(wú)污染;④具備閉環(huán)控制功能，可根據(jù)流量、壓力等反饋信號(hào)電話完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)動(dòng)態(tài)控制，合理調(diào)整注水壓力和流量，為整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行最優(yōu)化控制;⑤適用范圍大，能夠適用于各種高壓大功率電機(jī)系統(tǒng)。

2.3 利用液力耦合調(diào)速器（UCD）調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)油田平穩(wěn)注水和系統(tǒng)節(jié)能分析

由機(jī)泵功率與泵轉(zhuǎn)速關(guān)系公式：

（其中，n為機(jī)泵轉(zhuǎn)速，p為輸出功率）

可知，泵的功率變化與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，也就是說(shuō)，當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速下降1個(gè)單位，則泵的功率將以該單位的三次方的關(guān)系下降。而UCD調(diào)速是結(jié)合具體生產(chǎn)要求，來(lái)進(jìn)行壓力水量方面的調(diào)整管控，利用調(diào)整泵速來(lái)保證整個(gè)注水中的穩(wěn)定和高效，減少水資源的浪費(fèi)。

在具體運(yùn)行中，注水泵實(shí)際功率要小于額定功率，如果不通過(guò)調(diào)速節(jié)能，在水泵排出水超過(guò)實(shí)際需水量時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致多出的水被浪費(fèi)。但是利用UCD來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)注水量方面的控制，就能夠降低能耗，使操作人員在工作中的工作量得到減少，工作效率得到進(jìn)一步提升。UCD能夠結(jié)合具體注水量的需求變化，實(shí)施調(diào)控泵速，并且UCD的控制轉(zhuǎn)速可以精確到1rpm，從而實(shí)現(xiàn)精確控制泵的排量，優(yōu)化生產(chǎn)工藝。UCD調(diào)速方式與變頻調(diào)速方式的節(jié)電效率均取決于電機(jī)和泵的轉(zhuǎn)速，當(dāng)泵轉(zhuǎn)速下降至額定轉(zhuǎn)速90%以下時(shí)，高壓變頻調(diào)速器的節(jié)電率可達(dá)到20%以上，而UCD調(diào)速器一般可在35%。

在油田注水實(shí)際使用過(guò)程中，采用高壓變頻器需要配置相應(yīng)的專用機(jī)房和各種各樣的輔助設(shè)備，比如軸流風(fēng)機(jī)、潤(rùn)滑油站等設(shè)備，成本投入較大，并且由于變頻器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，必須聘用專業(yè)技術(shù)人員。但是UCD調(diào)速裝置在應(yīng)用中不需要其他配套設(shè)備的支持，潤(rùn)滑油站和水冷系統(tǒng)全部由自身配套提供，而且UCD調(diào)速裝置屬于機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)行穩(wěn)定性高，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，也不需要專人維護(hù)，前期投入成本小。

調(diào)速主要是通過(guò)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)而調(diào)整供水泵轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)供水泵出口壓力。該方式是基于離心泵的如下特性：

泵的流量與泵的轉(zhuǎn)速成正比。

泵的揚(yáng)程與泵的轉(zhuǎn)速的平方成正比。

泵的功率與泵的轉(zhuǎn)速的立方正正比。

其中Q為泵的流量，n為泵的轉(zhuǎn)速，N為泵的功率。

但因?yàn)橐陨咸匦?，我們可以通過(guò)調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整其出口壓力，在調(diào)整過(guò)程中要犧牲一部分流量。

考慮到泵的水力模型，過(guò)低的轉(zhuǎn)速會(huì)大大降低泵的效率，因此泵的高速范圍一般不低于50%，最好在70-100%之間。

3 結(jié)束語(yǔ)

在500kW以下的流體機(jī)械領(lǐng)域采用變頻調(diào)速裝置具有調(diào)速精度高，調(diào)速范圍廣以及響應(yīng)速度快等突出優(yōu)點(diǎn)，但是其存在污染高、成本投入高、維護(hù)難度大等多方面缺點(diǎn)，因此，在油田注水系統(tǒng)，特別是500kW以上大功率高壓注水系統(tǒng)上采用實(shí)用高效的液力耦合（UCD）調(diào)速器裝置，與高壓變頻調(diào)速裝置相比更具實(shí)用不知道，在油田這一領(lǐng)域具有一定的推廣價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：

王超（1986- ），男，漢族，新疆人，學(xué)士學(xué)位，中級(jí)工程師，研究方向：油氣田地面集輸及處理、油田注水設(shè)計(jì)。