Введение 5
1 Общие сведения об электромеханических приводах запорной арматуры 7
1.1 Определение и назначение электромеханического привода запорной арматуры в нефтегазовой отрасли 7
1.2 Устройство и структурная схема электромеханического привода запорной арматуры 10
1.3 Обзор нормативно-технической документации и требований к электромеханическим приводам запорной арматуры 12
1.4 Основные производители электромеханических приводов запорной арматуры и их продукция 17
1.4.1 АО «Тулаэлектропривод»: электромеханический привод с червячным редуктором 17
1.4.2 АО «Тулаэлектропривод»: электромеханический привод с планетарной передачей 20
1.4.3 ОАО «АБС ЗЭиМ Автоматизация»: электромеханический привод с червячной передачей 23
1.4.4 ООО «Гусевский арматурный завод «Гусар»: электромеханический привод с волновым редуктором с промежуточными телами качения 25
1.4.5 AUMA: Электромеханические приводы с конической и цилиндрической передачами 28
1.5 Недостатки отечественных электроприводов на примере продукции АО «Тулаэлетропривод» 30
Выводы 34
2 Пути модернизации электромеханических приводов запорной арматуры 36
2.1 Перспективы развития электромеханического привода 36
2.2 Перспективы модернизации редукторов многооборотных электроприводов 37
2.3 Применение полимерных материалов в редукторах электроприводов 39
2.4 Патентный обзор конструкций электромеханических приводов запорной арматуры 41
2.4.1 RU2029167C1: Передача с промежуточными звеньями 41
2.4.2 RU 2 258 168: Электропривод 43
2.4.3 US9669701B2: Компактный интегрированный электропривод с циклоидальным редуктором 45
Выводы 46
3 Проектирование электромеханического привода клиновой задвижки .. 48
3.1 Устройство и принцип действия разрабатываемого электромеханического привода клиновой задвижки 48
3.2 Оценка уровня эксплуатационной надежности электромеханического привода после модернизации 49
3.3 Кинематический расчет редуктора 51
3.4 Проектирование первой ступени редуктора с помощью библиотеки Компас-ЗЭ Валы и механические передачи 2D 56
3.5 Проектирование второй ступени редуктора 59
3.5.1 Построение профиля эпициклоидой звездочки 59
3.5.2 Силовой анализ профиля эпициклоидой звездочки 64
3.5.3 Оптимизация параметров зацепления 69
3.5.4 Проверочный расчет эпициклоидной звездочки на прочность 72
3.6 Посадочные соединения, допуски и шероховатости 74
Вывод 75
Заключение 76
Список используемой литературы 78
Приложение А. Кинематический расчет редуктора в MathCAD
Приложение Б. Геометрический и прочностной расчет цилиндрической передачи в библиотеке KoMnac-3D Валы и механические передачи 2D
Приложение В. Расчет оценки уровня эксплуатационной надежности в MathCAD
Приложение Г. Силовой расчет профиля эпициклоидной звездочки в MathCAD
Приложение Д. Создание трехмерной модели электропривода в SolidWorks
Приложение Е. Графические материалы
Важной тенденцией, которую можно наблюдать в развитии промышленного оборудования и инженерных сетей нефтегазовой отрасли, является увеличение уровня автоматизации трубопроводной арматуры. Наиболее распространенный представитель трубопроводной арматуры - клиновая задвижка. Автоматизация запорной арматуры с помощью электропривода имеет следующие преимущества: реализация системы удаленного контроля и управления; увеличение времени реагирования на закрытие/открытие потоков, повышение уровня безопасности предприятия, а также простая интеграция в систему автоматизированного управления.
В ходе изучения работы электроприводной арматуры на нефтегазовом промысле было выявлено, что отечественные электромеханические приводы трубопроводной арматуры проигрывают по своим техническим характеристикам импортным аналогам. Для улучшения технических характеристик электроприводов в качестве объекта модернизации был выбран редуктор.
Целью данной работы является модернизация электромеханического привода клиновых задвижек с целью повышения надежности. Для достижения поставленной цели представляется целесообразным решить следующие задачи:
- изучить производителей электроприводов запорной арматуры и их продукцию;
- выявить недостатки отечественных электроприводов;
- изучить перспективы развития электромеханического привода трубопроводной арматуры;
- разработать редуктор электромеханического привода клиновых задвижек;
- создать трехмерную модель электромеханического привода клиновых задвижек.
Также определены методы исследования для выполнения работы: анализ научно-технической литературы; патентный обзор; моделирование в системах автоматизированного проектирования Компас-3В и SolidWorks.
Научная новизна и практическая значимость работы состоит в создании редуктора для электромеханического привода клиновых задвижек с оптимизированной циклоидной передачей.
Структура дипломной работы представлена следующими разделами:
- введение, где раскрывается актуальность, определяется цель, задачи и методы исследования;
- первая глава, где рассматриваются общие сведения об электромеханических приводах трубопроводной арматуры, основные производители электроприводов и их продукция, а также определяются недостатки отечественных электроприводов.
- вторая глава посвящена определению перспективных способов модернизации электромеханических приводов трубопроводной арматуры;
- третья глава содержит расчет и проектирование передач редуктора;
- заключение, где подводятся итоги исследования, формируются окончательные выводы по рассматриваемой теме.
Целью работы являлась модернизация электромеханического привода клиновых задвижек для повышения надежности. В рамках решения поставленной задачи предложен электромеханический привод с полимерным редуктором. Для модернизированного электропривода рассчитаны и спроектированы передачи, также разработана трехмерная модель и рабочая документация.
Для достижения цели были выполнены поставленные задачи. А именно в первой главе рассмотрено устройство клиновой задвижки, структурная схема и основные элементы электромеханического привода, проведен анализ существующих электромеханических приводов запорной арматуры и выявлены недостатки отечественных электроприводов на базе устройств АО «Тулаэлектропривод». Отечественные электроприводы проигрывают в надежности и морозостойкости импортным аналогам.
Во второй главе рассмотрены перспективные способы модернизации электромеханических приводов. Среди них строит выявить использование циклоидного зацепления и зацепления с телами качения редукторов и полимерных передач. Среди рассмотренных патентов электромеханических приводов предложено использование планетарно-цевочных передач для увеличения надежности и снижения массогабаритных характеристик электромеханических приводов.
В главе рассмотрен принцип действия и устройство разрабатываемого электромеханического привода. Привод имеет двухступенчатый редуктор, содержащий внешнюю цилиндрическую передачу с эвольвентным профилем зуба и циклоидную передачу с промежуточными телами качения. Оценка данного электропривода по структурной схеме показала, что его надежность в 1,2 раза больше чем электропривода с планетарной передачей с эвольвентным профилем зуба.
С помощью библиотеки КОМПАС 3D Валы и механические передачи 2D была спроектирована первая ступень электропривода. При проектировании второй ступени было рассмотрено создание профиля эпициклоидной звездочки с помощью параметрического уравнения и библиотеки Компас - 3D FTDraw 2.0. Также во второй ступени была произведена оптимизация передачи для уменьшения радиальной составляющей равнодействующей сил в зацеплении. В ходе оптимизации радиальная составляющая равнодействующей была уменьшена, что позволило сократить области пластинчатой деформации в эпициклоидной звездочки. Такое решение позволит выполнить звездочку из полимеров.
Также была спроектирована трехмерная модель электропривода, разработаны сборочный и рабочие чертежи, определены допуски, посадки и шероховатости для деталей.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
