Волновые редукторы нового поколения в нефтегазовой промышленности

На сегодняшний день отечественное нефтегазовое машиностроение в полной мере ощутило жесткую конкуренцию с зарубежной продукцией. Еще вчера кажущиеся современными конструктивные решения, встав в один ряд с иностранными аналогами, в большинстве случаев уступают в потребительских свойствах.

Долгое время дополнительным аргументом в пользу российского производителя была меньшая стоимость, но стремительно догнавшие мировые цены на металл и основные комплектующие свели на нет и это преимущество. А с точки зрения эргономичности, качества и надежности, отечественному оборудованию, несомненно, есть к чему стремиться.

В сложившейся ситуации наукоемкие отечественные разработки в сочетании с производительными и качественными зарубежными технологиями могут привести к созданию конкурентного продукта. К одному из примеров реализации вышеупомянутого сочетания можно отнести «волновые передачи с промежуточными звеньями».

Теория зацепления данных передач была разработана под руководством доктора Беляева в Томском политехническом университете и долгое время прикладное значение имела только в ракетно-космических и оборонных проектах. Отчасти ограниченное использование было обусловлено неосвоенной технологией производства и слабым развитием электроэрозионного оборудования в России. К бесспорным преимуществам передачи по сравнению с известными аналогами можно отнести компактность, многократную перегрузочную способность, высокие КПД и надежность.

Реализуя ракетно-космические проекты, специалисты томского филиала РКА, а впоследствии Сибирской машиностроительной компании, прекрасно осознавали, что качественные и надежные редукторы найдут применение в очень многих отраслях промышленности, особенно в нефтегазовой.

Так, требования, предъявляемые к военной и космической технике, во многом схожи с требованиями, например, к буровому оборудованию. Это связано с тем, что тяжелейшие нагрузочные и климатические условия являются нормой для работы этого оборудования. С одной стороны, узлы и механизмы должны обеспечивать надежную и безотказную работу, с другой — они должны быть легкими, малогабаритными и мобильными, так как удаленность месторождений от транспортных линий и ремонтных баз существенно усложняет доставку и ремонт оборудования.

Требования по снижению массогабаритных характеристик и повышению надежности становятся все более актуальными в связи с интенсивным освоением в последнее время труднодоступных месторождений в районах Крайнего Севера и шельфовых зон. Эксплуатация буровых установок, лебедок, насосов, станков-качалок, приводов запорной арматуры и другого оборудования во всей цепочке от добычи до переработки нефти и газа неразрывно связана с использованием редукторов, являющихся одним из основных звеньев, отвечающих за надежность и малогабаритность оборудования в целом.

Ставка на новейшие изобретения потребовала немало времени, сил и финансовых вложений для доведения до ума конструкции и технологии изготовления. На сегодняшний день Сибирская машиностроительная компания является разработчиком и производителем более 40 видов волновых редукторов с промежуточными звеньями и продукции на их основе. Одним из самых распространенных является их применение в буровом оборудовании, в частности в лебедках и механизмах приготовления буровых и солевых растворов.

«Волновая передача с промежуточными звеньями» (ВППЗ) является уникальной разработкой в области силовых зацеплений. Она обладает большими передаточными числами, высокими ресурсом работы и КПД, обеспечивает передачу высоких крутящих моментов при малых габаритах, плавность и бесшумность работы. На базе волновой передачи с промежуточными звеньями созданы новые высокоэффективные силовые передаточные механизмы — редукторы и мультипликаторы, обладающие качественно новыми ресурсными и силовыми характеристиками, превосходящими известные аналоги.

Основная конструктивная особенность этой передачи состоит в классической волновой схеме тел качения (шариков или роликов) вместо гибкого элемента.

На рис. 1 представлена принципиальная схема «Волновой передачи с промежуточными звеньями». Передача состоит из четырех основных элементов: приводного вала с эксцентриком 1, сепаратора 2, тел качения 3 и венца кулачковых секторов 4. Эксцентриковый вал, вращаясь, вызывает радиальное перемещение тел качения в пазах сепаратора. Создается эффект «волны», бегущей по цепочке сепарированных тел качения, т. е. эта цепочка является аналогом гибкого элемента в классических волновых схемах. Тела качения, контактируя с рабочими поверхностями венца кулачковых секторов, вызывают его вращение. Каждый полный оборот эксцентрикового вала поворачивает венец на один кулачковый сектор. Таким образом, передаточное отношение определяется количеством кулачковых секторов венца.

Основные особенности и преимущества волновой передачи с промежуточными звеньями: Высокое передаточное число.

Диапазон передаточных отношений редукторов ВППЗ: одноступенчатых — 9...60, двухступенчатых — до 3500; дифференциальных — до 1000; многоступенчатых — свыше 1000000.

Передачи ВППЗ позволяют очень компактно реализовать большие передаточные числа. При этом ступени передачи можно располагать последовательно («ступень за ступенью» в осевом направлении) и параллельно («ступень над ступенью» в диаметральном направлении). При расположении ступеней в осевом направлении при очень малом диаметре редуктора можно реализовывать большие передаточные числа до миллиона в четырех ступенях.

МР-ШД привод раскрытия солнечных батарей Передаточное число 13824 Крутящий момент, Нм 20 Частота вращения выходного вала, об./мин. 0,1 МР-ДПР привод раскрытия антенн Передаточное число 2548 Крутящий момент, Нм 10 Частота вращения выходного вала, об./мин. 2,35

Высокие крутящие моменты на выходном звене, большие перегрузочные резервы и высокая жесткость кинематических звеньев.

В конструкции ВППЗ нагрузка передается с помощью шариков или роликов с углом зацепления от 90° до 180°. То есть при передаточном отношении на одной ступени — 60, в зацеплении одновременно находится до 30 тел качения, что позволяет передавать крутящие моменты в 5–10 раз больше относительно зубчатых передач, с многократной кратковременной перегрузкой и практически без упругих деформаций при равных массогабаритных показателях.

Компактность.

По сравнению с зубчатой передачей, при равных передаточных числах и крутящих моментах, ВППЗ меньше по габаритам в 2–6 раз, в зависимости от типоразмера. Высокий КПД.

КПД ВППЗ составляет 0,8–0,9, в бессепараторной конструкции передачи — 0,97. Малый угловой зазор.

За счет большой жесткости кинематических звеньев ВППЗ при номинальных нагрузках общий угловой зазор (люфт) составляет в градусах: особо точные — до 0,05; повышенной точности — до 0,12; нормальной точности — до 0,8.

Высокая надежность и продолжительный срок службы.

Волновая передача с промежуточными звеньями обладает простой компоновкой, прочной конструкцией и длительным сроком службы. Применение пластичной смазки в конструкции не требует контроля за ее уровнем и значительно уменьшает затраты на техническое обслуживание. При применении перманентной смазки имеется возможность создания специальных необслуживаемых механизмов со сроком службы до 15 лет.

Еще одна разработка — «Перемешиватель бурового раствора с волновым редуктором ПБРТ-55». Он был разработан и поставлен для опытной эксплуатации в ЗАО «ССК» в 1999 г. На сегодняшний день перемешиватели прошли многоступенчатые испытания и успешно эксплуатируются на крупнейших предприятиях нефтегазового комплекса. Качественные показатели этих изделий оказались востребованы и ЗАО «Севморнефтегаз» на морской ледостойкой стационарной платформе МЛСП «Приразломная» в Баренцевом море.

Применение волнового редуктора в конструкции перемешивателя позволило снизить его массу с 400 до 200 кг, увеличить ресурс работы с 25000 до 50000 часов. Благодаря высокому КПД редуктора в конструкции применен электродвигатель 5,5 кВт вместо 7,5 кВт, при этом крутящий момент на мешалке больше на 10%, что позволяет перемешивание самых «тяжелых» буровых растворов, при этом энергопотребление снижено более чем на 25%. Присоединительные размеры перемешивателя ПБРТ-55 сделаны таким образом, что без каких-либо доработок они устанавливаются на место прежних конструкций перемешивателей с червячным редуктором, а также на любые буровые установки иностранного производства.

На базе волновых редукторов с промежуточными звеньями разработана и производится серия электромеханических и гидравлических лебедок различной грузоподъемности. Первые их конструкции были спроектирована по заказу Ракетно-космического агентства для проведения монтажных работ на космодроме, которые предполагают высочайшую надежность, универсальность и мобильность применяемого оборудования. Применение волнового редуктора позволило снизить массу лебедки более чем в 3 раза, значительно увеличить ресурс работы и создать практически необслуживаемую конструкцию. Это позволяет применять ее практически во всех отраслях промышленности.

Перспективы внедрения волновых передач с промежуточными звеньями только в нефтегазовой промышленности очень обширны. Так, в настоящее время прорабатывается вопрос применения компактных волновых редукторов в насосном оборудовании, шнековых конвейерах и другом оборудовании, имеющем повышенные требования к надежности и долговечности.

Ленинградская область идет на удвоение ВВП.

Группа компаний «Краш Маш». Отходы превращаются в доходы.

Гидроизоляция подвалов и подземных паркингов.

ICCX-2007: современные технологии в бетонном производстве.

Северо-Западная лизинговая ассоциация: итоги года и планы на будущее.

Все лучшее в транспортной отрасли.

Техносферная и экологическая безопасность.

Главная Публикации