液力耦合調速器（UCD）在油田注水系統應用可行性分析

摘 要：詳細分析了液力耦合調速器（UCD）應用在油田注水系統的優點，對比目前油田注水系統上常用的變頻器，得出液力耦合調速器（UCD）應用節能效果更好的結論，液力耦合調速器（UCD）具有調速精度高，調速范圍廣以及響應速度快等突出優點，在油田注水領域具有較高的推廣價值和應用前景。

關鍵詞：液力耦合調速器;調速;油田注水;應用;分析

在油田注水時，需要做好對水泵排量的有效管控，只有這樣才能夠保證注水壓力的穩定。在當下對于水泵排量的管控，一般都是采用相關閉環控制技術來實現對泵口排量的控制，進而實現對管網壓力的有效管控。該方式既可以實現對注水工藝的完善優化，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，性價比非常高。

1 油田注水及變頻調速問題

在油田注水過程中，必須保證水壓力的穩定，往往通過調節控制注水泵排量實現控制注水壓力。在以往都是采用對水泵閘門和回流閘閥進行調控，來實現對水壓的控制，但是該方式的穩定性相對較差，與工作人員的操作存在密切關系，并且工作量也非常大，無法有效確保水壓的穩定。變頻調速裝置的缺陷：①污染大，治理費用高。變頻器會在運行中出現諧波電磁污染;②整體成本較高，經濟效益較低;③雖然自動化程度比較高，但容易產生故障，并且在操作維護中的難度也相對較大;④應用范圍較小，多用于500kW以下的小型電機。

2 油田注水系統應用液力耦合調速器（UCD）可行性分析

2.1 油田注水應用液力耦合調速器（UCD）調節控制原理

工作介質是油，油膜厚度的是利用調整離合器活塞的壓力來實現對厚度的調整，然后再通過油膜剪切力實現對S型摩擦片扭矩的傳遞，進而使摩擦片徹底擬合，輸入輸出轉速完全一致（0%滑動），傳動效率為99%。

中央控制器PX-10001、PX-10002顯示器能夠實現對整個系統實時運行情況的監測，及時發現異常并報警。

液力耦合調速器（UCD）能夠遵循既定的信號進行線性調速，達成100%結合。根據要求，能夠從0到100%1，允許離合器的輸出轉速從零轉速到與電機相同的轉速變化。

閉環控制的具體流程如下：水泵的運行狀態是由中央控制器來進行監控和處理的，在水泵運行時，中央控制器會自動采集和函數相關參數數據，并將相應的參數數據也相應的標準特性曲線比較計算。在運行中尤其需要強化對注水站總線壓力、流量兩個方面的實時監測和有效管控。

同時還需要設置壓力變速器在出口管線位置，以實現對出口壓力的實時檢測，并把相關數據反饋中央控制器中;通過模糊推理，系統會在保證總線壓力的情況下，自動對UCD、水泵的轉速進行調整，從而實現對水壓的有效管控。在以上控制過程的作用下，就可以使水泵的注水壓力、流量與既定的標準壓力、標準流量相匹配，實現動態平衡。

系統能夠有效完成閉環控制，通過調控流量壓力兩方面的參數，完成對實時流量、壓力與地層所需流量壓力的雙方面調節;利用模糊推理來計算出最優控制結果，并將結果及時反饋控制系統中，實現對UCD轉速的科學調整。

2.2 液力耦合調速器（UCD）調速技術發展優勢及特點

液力耦合調速器（UCD）調速技術經過30年的發展，已成為一種非常成熟、經濟、可靠的節能調速裝置。此技術已廣泛應用于鋼廠、電廠和城市供水等行業。液力耦合調速器（UCD）調速技術具有如下特點：①體積小，性價比高;②結構簡單，維護工作量小，不容易出現故障，并且能夠進行軟啟動;③運行中污染低，幾乎無污染;④具備閉環控制功能，可根據流量、壓力等反饋信號電話完成對整個系統的自動動態控制，合理調整注水壓力和流量，為整個生產過程進行最優化控制;⑤適用范圍大，能夠適用于各種高壓大功率電機系統。

2.3 利用液力耦合調速器（UCD）調速技術實現油田平穩注水和系統節能分析

由機泵功率與泵轉速關系公式：

（其中，n為機泵轉速，p為輸出功率）

可知，泵的功率變化與轉速的三次方成正比，也就是說，當泵的轉速下降1個單位，則泵的功率將以該單位的三次方的關系下降。而UCD調速是結合具體生產要求，來進行壓力水量方面的調整管控，利用調整泵速來保證整個注水中的穩定和高效，減少水資源的浪費。

在具體運行中，注水泵實際功率要小于額定功率，如果不通過調速節能，在水泵排出水超過實際需水量時，就會導致多出的水被浪費。但是利用UCD來實現對注水量方面的控制，就能夠降低能耗，使操作人員在工作中的工作量得到減少，工作效率得到進一步提升。UCD能夠結合具體注水量的需求變化，實施調控泵速，并且UCD的控制轉速可以精確到1rpm，從而實現精確控制泵的排量，優化生產工藝。UCD調速方式與變頻調速方式的節電效率均取決于電機和泵的轉速，當泵轉速下降至額定轉速90%以下時，高壓變頻調速器的節電率可達到20%以上，而UCD調速器一般可在35%。

在油田注水實際使用過程中，采用高壓變頻器需要配置相應的專用機房和各種各樣的輔助設備，比如軸流風機、潤滑油站等設備，成本投入較大，并且由于變頻器結構復雜，必須聘用專業技術人員。但是UCD調速裝置在應用中不需要其他配套設備的支持，潤滑油站和水冷系統全部由自身配套提供，而且UCD調速裝置屬于機械產品運行穩定性高，對環境的適應性強，也不需要專人維護，前期投入成本小。

調速主要是通過調整電機轉速進而調整供水泵轉速來調節供水泵出口壓力。該方式是基于離心泵的如下特性：

泵的流量與泵的轉速成正比。

泵的揚程與泵的轉速的平方成正比。

泵的功率與泵的轉速的立方正正比。

其中Q為泵的流量，n為泵的轉速，N為泵的功率。

但因為以上特性，我們可以通過調整泵的轉速來調整其出口壓力，在調整過程中要犧牲一部分流量。

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

3 結束語

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

參考文獻：

[1]李福尚，李青，姚飛.新型液粘調速器及其在電廠中的應用[J].山東電力技術，2005（05）：30-32.

[2]洪琢，王軍.液體粘性離合器的研究與應用[J].機床與液壓，2006（08）：229-230+240.

[3]鄭志強.液力耦合器的節能應用與選型[J].風機技術，2006（4）：43-46.

作者簡介：

王超（1986- ），男，漢族，新疆人，學士學位，中級工程師，研究方向：油氣田地面集輸及處理、油田注水設計。