Инженеры НГТУ НЭТИ разработали пять габаритов электродвигателя для нефтяных насосов по заказу нефтесервисной компании
Новости
Инженеры Новосибирского государственного технического университета НЭТИ с 2006 года занимаются разработкой электрических двигателей для нефтяных насосов, которые погружаются непосредственно в нефтяную скважину для добычи нефти. Такие двигатели должны обладать определенными техническими характеристиками для эффективной работы в специфических условиях – при очень высоком давлении, температуре порядка 200 градусов и на большой глубине. Кроме того, специфика работы требует нестандартных габаритов двигателя.
«Относительно длины его диаметр очень маленький, по классической теории, такое соотношение размеров не дает оптимальных характеристик, но, когда речь идет об эксплуатации непосредственно в скважине – на глубине порядка трех километров, выбора нет и приходится прибегать к такой конструкции», – рассказал заведующий кафедрой электромеханики НГТУ НЭТИ Дмитрий Михайлович Топорков.
В зависимости от диаметра и условий скважины требуются разные габариты и разные технические характеристики погружных насосов. На сегодняшний день сотрудники вуза разработали пять габаритов синхронных двигателей с постоянными магнитами. «Также для габарита 117 мм разработаны низкоскоростные двигатели с частотой вращения до 600 оборотов в минуту. Чтобы выполнить низкоскоростную машину, нужно делать большое число магнитных полюсов; обычно делается два, нам удалось в этом габарите сделать 10 полюсов», – сказал Дмитрий Топорков.
Поначалу ученые разрабатывали асинхронные двигатели для электроцентробежного нефтяного насоса. Сейчас разрабатываются синхронные двигатели с постоянными магнитами, их преимущество перед асинхронными в том, что на роторе нет обмотки, а есть постоянные магниты, соответственно, на роторе нет потерь, и полезная мощность в тех же габаритах увеличивается в 1,5 раза.
Двигатели нефтяных насосов требуют определенной системы управления, что должно быть учтено разработчиками в процессе проектирования. «Система выглядит примерно так: есть насос, его вращает двигатель, двигатель через длинную питающую линию питается от трансформатора, перед ним – станция управления, которая подает ток на трансформатор, трансформатор его преобразует в высоковольтный, потом он через кабель идет на двигатель. Мы занимаемся только электрическим двигателем, но при разработке необходимо учитывать все особенности и понимать, как вся эта система функционирует», – рассказал Дмитрий Топорков.
Разработки кафедры электромеханики направлены в том числе и на импортозамещение, поэтому свои технологии инженеры внедряют не только в нефтедобычу, но и в другие отрасли, например, в вузе создан электродвигатель для беспилотника, двигатель для рудничного электровоза, которые сегодня использует компания «Алроса» в Якутии при добыче алмазов, а также усилитель рулевого управления, который используется в автомобилях «Лада».
К 2024 году в вузе планируется создать испытательный стенд, имитирующий условия скважины для испытаний электродвигателей нефтяных насосов. «Мы прорабатываем вопрос о создании у нас испытательного стенда, который будет испытывать двигатели под нагрузкой и имитировать при этом условия работы в скважине. Мы ориентируемся на то, что создание стенда может занять около года», – сказал Дмитрий Топорков.
Стенд позволит проводить испытания как в рамках разработок новых типов двигателей в новых габаритах, так и подтверждать текущие технические характеристики серийно выпускаемых двигателей. Дмитрий Топорков добавил, что подтверждение характеристик сегодня требуется не только на основе расчетных данных, необходимы протоколы испытаний под нагрузкой, в условиях имитации работы в скважине, на сегодняшний день это является потребностью рынка.
«Относительно длины его диаметр очень маленький, по классической теории, такое соотношение размеров не дает оптимальных характеристик, но, когда речь идет об эксплуатации непосредственно в скважине – на глубине порядка трех километров, выбора нет и приходится прибегать к такой конструкции», – рассказал заведующий кафедрой электромеханики НГТУ НЭТИ Дмитрий Михайлович Топорков.
В зависимости от диаметра и условий скважины требуются разные габариты и разные технические характеристики погружных насосов. На сегодняшний день сотрудники вуза разработали пять габаритов синхронных двигателей с постоянными магнитами. «Также для габарита 117 мм разработаны низкоскоростные двигатели с частотой вращения до 600 оборотов в минуту. Чтобы выполнить низкоскоростную машину, нужно делать большое число магнитных полюсов; обычно делается два, нам удалось в этом габарите сделать 10 полюсов», – сказал Дмитрий Топорков.
Поначалу ученые разрабатывали асинхронные двигатели для электроцентробежного нефтяного насоса. Сейчас разрабатываются синхронные двигатели с постоянными магнитами, их преимущество перед асинхронными в том, что на роторе нет обмотки, а есть постоянные магниты, соответственно, на роторе нет потерь, и полезная мощность в тех же габаритах увеличивается в 1,5 раза.
Двигатели нефтяных насосов требуют определенной системы управления, что должно быть учтено разработчиками в процессе проектирования. «Система выглядит примерно так: есть насос, его вращает двигатель, двигатель через длинную питающую линию питается от трансформатора, перед ним – станция управления, которая подает ток на трансформатор, трансформатор его преобразует в высоковольтный, потом он через кабель идет на двигатель. Мы занимаемся только электрическим двигателем, но при разработке необходимо учитывать все особенности и понимать, как вся эта система функционирует», – рассказал Дмитрий Топорков.
Разработки кафедры электромеханики направлены в том числе и на импортозамещение, поэтому свои технологии инженеры внедряют не только в нефтедобычу, но и в другие отрасли, например, в вузе создан электродвигатель для беспилотника, двигатель для рудничного электровоза, которые сегодня использует компания «Алроса» в Якутии при добыче алмазов, а также усилитель рулевого управления, который используется в автомобилях «Лада».
К 2024 году в вузе планируется создать испытательный стенд, имитирующий условия скважины для испытаний электродвигателей нефтяных насосов. «Мы прорабатываем вопрос о создании у нас испытательного стенда, который будет испытывать двигатели под нагрузкой и имитировать при этом условия работы в скважине. Мы ориентируемся на то, что создание стенда может занять около года», – сказал Дмитрий Топорков.
Стенд позволит проводить испытания как в рамках разработок новых типов двигателей в новых габаритах, так и подтверждать текущие технические характеристики серийно выпускаемых двигателей. Дмитрий Топорков добавил, что подтверждение характеристик сегодня требуется не только на основе расчетных данных, необходимы протоколы испытаний под нагрузкой, в условиях имитации работы в скважине, на сегодняшний день это является потребностью рынка.