液力耦合调速器（UCD）在油田注水系统应用可行性分析

摘 要：详细分析了液力耦合调速器（UCD）应用在油田注水系统的优点，对比目前油田注水系统上常用的变频器，得出液力耦合调速器（UCD）应用节能效果更好的结论，液力耦合调速器（UCD）具有调速精度高，调速范围广以及响应速度快等突出优点，在油田注水领域具有较高的推广价值和应用前景。

关键词：液力耦合调速器;调速;油田注水;应用;分析

在油田注水时，需要做好对水泵排量的有效管控，只有这样才能够保证注水压力的稳定。在当下对于水泵排量的管控，一般都是采用相关闭环控制技术来实现对泵口排量的控制，进而实现对管网压力的有效管控。该方式既可以实现对注水工艺的完善优化，提高工作效率，减少人工工作量，并且还可以减少在这一方面的成本支出，性价比非常高。

1 油田注水及变频调速问题

在油田注水过程中，必须保证水压力的稳定，往往通过调节控制注水泵排量实现控制注水压力。在以往都是采用对水泵闸门和回流闸阀进行调控，来实现对水压的控制，但是该方式的稳定性相对较差，与工作人员的操作存在密切关系，并且工作量也非常大，无法有效确保水压的稳定。变频调速装置的缺陷：①污染大，治理费用高。变频器会在运行中出现谐波电磁污染;②整体成本较高，经济效益较低;③虽然自动化程度比较高，但容易产生故障，并且在操作维护中的难度也相对较大;④应用范围较小，多用于500kW以下的小型电机。

2 油田注水系统应用液力耦合调速器（UCD）可行性分析

2.1 油田注水应用液力耦合调速器（UCD）调节控制原理

工作介质是油，油膜厚度的是利用调整离合器活塞的压力来实现对厚度的调整，然后再通过油膜剪切力实现对S型摩擦片扭矩的传递，进而使摩擦片彻底拟合，输入输出转速完全一致（0%滑动），传动效率为99%。

中央控制器PX-10001、PX-10002显示器能够实现对整个系统实时运行情况的监测，及时发现异常并报警。

液力耦合调速器（UCD）能够遵循既定的信号进行线性调速，达成100%结合。根据要求，能够从0到100%1，允许离合器的输出转速从零转速到与电机相同的转速变化。

闭环控制的具体流程如下：水泵的运行状态是由中央控制器来进行监控和处理的，在水泵运行时，中央控制器会自动采集和函数相关参数数据，并将相应的参数数据也相应的标准特性曲线比较计算。在运行中尤其需要强化对注水站总线压力、流量两个方面的实时监测和有效管控。

同时还需要设置压力变速器在出口管线位置，以实现对出口压力的实时检测，并把相关数据反馈中央控制器中;通过模糊推理，系统会在保证总线压力的情况下，自动对UCD、水泵的转速进行调整，从而实现对水压的有效管控。在以上控制过程的作用下，就可以使水泵的注水压力、流量与既定的标准压力、标准流量相匹配，实现动态平衡。

系统能够有效完成闭环控制，通过调控流量压力两方面的参数，完成对实时流量、压力与地层所需流量压力的双方面调节;利用模糊推理来计算出最优控制结果，并将结果及时反馈控制系统中，实现对UCD转速的科学调整。

2.2 液力耦合调速器（UCD）调速技术发展优势及特点

液力耦合调速器（UCD）调速技术经过30年的发展，已成为一种非常成熟、经济、可靠的节能调速装置。此技术已广泛应用于钢厂、电厂和城市供水等行业。液力耦合调速器（UCD）调速技术具有如下特点：①体积小，性价比高;②结构简单，维护工作量小，不容易出现故障，并且能够进行软启动;③运行中污染低，几乎无污染;④具备闭环控制功能，可根据流量、压力等反馈信号电话完成对整个系统的自动动态控制，合理调整注水压力和流量，为整个生产过程进行最优化控制;⑤适用范围大，能够适用于各种高压大功率电机系统。

2.3 利用液力耦合调速器（UCD）调速技术实现油田平稳注水和系统节能分析

由机泵功率与泵转速关系公式：

（其中，n为机泵转速，p为输出功率）

可知，泵的功率变化与转速的三次方成正比，也就是说，当泵的转速下降1个单位，则泵的功率将以该单位的三次方的关系下降。而UCD调速是结合具体生产要求，来进行压力水量方面的调整管控，利用调整泵速来保证整个注水中的稳定和高效，减少水资源的浪费。

在具体运行中，注水泵实际功率要小于额定功率，如果不通过调速节能，在水泵排出水超过实际需水量时，就会导致多出的水被浪费。但是利用UCD来实现对注水量方面的控制，就能够降低能耗，使操作人员在工作中的工作量得到减少，工作效率得到进一步提升。UCD能够结合具体注水量的需求变化，实施调控泵速，并且UCD的控制转速可以精确到1rpm，从而实现精确控制泵的排量，优化生产工艺。UCD调速方式与变频调速方式的节电效率均取决于电机和泵的转速，当泵转速下降至额定转速90%以下时，高压变频调速器的节电率可达到20%以上，而UCD调速器一般可在35%。

在油田注水實际使用过程中，采用高压变频器需要配置相应的专用机房和各种各样的辅助设备，比如轴流风机、润滑油站等设备，成本投入较大，并且由于变频器结构复杂，必须聘用专业技术人员。但是UCD调速装置在应用中不需要其他配套设备的支持，润滑油站和水冷系统全部由自身配套提供，而且UCD调速装置属于机械产品运行稳定性高，对环境的适应性强，也不需要专人维护，前期投入成本小。

调速主要是通过调整电机转速进而调整供水泵转速来调节供水泵出口压力。该方式是基于离心泵的如下特性：

泵的流量与泵的转速成正比。

泵的扬程与泵的转速的平方成正比。

泵的功率与泵的转速的立方正正比。

其中Q为泵的流量，n为泵的转速，N为泵的功率。

但因为以上特性，我们可以通过调整泵的转速来调整其出口压力，在调整过程中要牺牲一部分流量。

考虑到泵的水力模型，过低的转速会大大降低泵的效率，因此泵的高速范围一般不低于50%，最好在70-100%之间。

3 结束语

在500kW以下的流体机械领域采用变频调速装置具有调速精度高，调速范围广以及响应速度快等突出优点，但是其存在污染高、成本投入高、维护难度大等多方面缺点，因此，在油田注水系统，特别是500kW以上大功率高压注水系统上采用实用高效的液力耦合（UCD）调速器装置，与高压变频调速装置相比更具实用不知道，在油田这一领域具有一定的推广价值。

参考文献：

[1]李福尚，李青，姚飞.新型液粘调速器及其在电厂中的应用[J].山东电力技术，2005（05）：30-32.

[2]洪琢，王军.液体粘性离合器的研究与应用[J].机床与液压，2006（08）：229-230+240.

[3]郑志强.液力耦合器的节能应用与选型[J].风机技术，2006（4）：43-46.

作者简介：

王超（1986- ），男，汉族，新疆人，学士学位，中级工程师，研究方向：油气田地面集输及处理、油田注水设计。