CC BY
83
Российские электроприводы трубопроводной арматуры. _Разработка, испытания и эксплуатация_
УДК.531.383
Р.В. Алалуев, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-19-59, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
Д.М. Малютин, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-19-59, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
A.B. Плясов, канд. техн. наук, доц., (4872) 33-23-80, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
B.Я. Распопов, д-р техн. наук., проф., зав.каф., (4872) 35-19-59, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
П.Г. Сидоров, д-р техн. наук, проф., зав. каф., (4872) 33-23-80, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
ИСПЫТАНИЯ МНОГООБОРОТНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ, РЕГУЛИРОВАНИЯ И МОНИТОРИНГА ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ МАГИСТРАЛЕЙ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА
Приведены результаты стендовых испытаний и испытаний на заводах изготовителях арматуры нового универсального многооборотного электропривода для управления запорной арматурой трубопроводного транспорта.
Ключевые слова: арматура, асинхронный электродвигатель, редуктор, система управления, электропривод.
Испытания многооборотного электропривода (МЭП), разработанного в ТулГУ и изготовленного на ОАО «Мичуринский завод «Прогресс», проводились в два этапа. Сначала испытаниям подвергался асинхронный электродвигатель (АД) TUEW2MAS № 8093 [1], а затем на нескольких предприятиях, выпускающих трубопроводную арматуру (ТПА), испытания проходил электропривод (ЭП) с разными типами силовых редукторов.
Испытания АД проводились в лаборатории электрических и виброакустических испытаний Испытательного центра ОАО «НИПТИЭМ» в г. Владимире, аккредитованной Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии России на техническую компетентность для проведения работ по испытаниям в соответствии с областью аккредитации. Регистрационный номер аттестата аккредитации в Государственном реестре № РОСС Я£7.0001.22М087 зарегистрирован 18.12.2009 г. и действителен до 18.12.2014 г. Испытания проводились в ноябре 2011 г. по ГОСТ Р 527765-2007. Методы испытаний соответствуют требованиям ГОСТ 7217-87, ГОСТ 11828-86.
В процессе испытаний была реализована следующая программа. Снятие характеристик холостого хода при частоте /<=50 Гц, напряжении U= 75 В. Снятие характеристик холостого хода и рабочих характеристик АД при частоте F= 146 Гц, напряжении 11= 220 В ± 5 %. Снятие ме-
ханической и токовой характеристики при частоте ^=146 Гц, напряжении U= 220 В ± 5 %. Испытание на нагревание. Режим S2: работа - 10 мин, охлаждение - 30 мин, количество циклов - 4. Режим S3 (ПВ 25 %): продолжительность цикла - 5 мин, количество циклов - 12. Измерение уровня звука. Измерение массы и габаритных размеров.
Результаты испытаний АД в соответствии с расчетными значениями проверяемых параметров для режима S2 приведены в табл. 1.
Таблица 1
Расчетные параметры и результаты испытаний электродвигателя
№ п/п Наименование параметров Обозн. Ед. изм. Расчетные значения Результаты испытаний
1 2 3 4 5 6
1 Режим работы S2 S2 S2 Нагрев 10 мин; 0хлаждение30 мин
2 Полезная мощность Р2 кВт 3,16 3,16 3,16 3,16
3 Напряжение и В 220 231 220 209
4 Ток статора 1ст А 13,47 14,67 14,92 15,41
5 Скольжение S % 8,09 8,10 8,68 10,50
6 Частота F Гц 146 146 146 146
7 Коэф. мощности при Р2=Рн cos Y - 0,745/0,702 0,734 0,757 0,790
8 КПД при Р2=Рн - % 82,59/79,98 73,36 73,48 71,70
9 Нач. пусковой и=Цн ток 1п А - - 66,88 -
10 Кратность нач. пускового тока 1п/1н - 4,988/5,986 - 4,48 -
11 Номинальный момент Мн Нм 15 15,0 15,09 15,40
12 Начальный пусковой момент Мп Нм - 47,82 43,38 39,15
13 Максимальный момент Ммах Нм - 48,73 44,20 39,89
14 Минимальный момент Ммин Нм - 39,81 36,11 32,59
15 Кратн. нач. пускового момента Мп/Мн - 2,779/2,362 3,19 2,87 2,54
16 Кратность макс. момента Мтах/Мн - 3,089/2,780 3,25 2,93 2,59
17 Кратность мин. момента Мтт/Мн - - 2,65 2,39 2,12
18 Скольжение критическое Sкр % - 48,6 48,6 48,6
19 Подводимая мощность Р1 кВт - 4,307 4,301 4,407
20 Превышение темп. обм. статора DT °С Не более 115 - 79,7 -
21 Температура корпуса DT °с - - 41,6 -
Российские электроприводы трубопроводной арматуры. _Разработка, испытания и эксплуатация_
Окончание табл. 1
1 2 3 4 5 6
22 Температура окружающей среды Т °С - - 15,5 -
23 Сопр. обмоток статора при 20о Rф Ом - 0,2736
24 Средний уровень звука L дБ А - - 62,7 -
Испытания электропривода на стендовом оборудовании ОАО «Мичуринский завод «Прогресс»
МЭП в комплекте с силовым редуктором МРЭП-88-10 [2] был подвергнут стендовым испытаниям на оборудовании экспериментального цеха №4 ОАО «Мичуринский приборостроительный завод «Прогресс» по утвержденной программе.
Внешний вид МЭП на испытательном стенде (СИД 580.00.000) показан на рис. 1. В состав стенда входит порошковый тормоз типа ПТ-250М1 и индикатор момента ИУ10.
Рис. 1. Внешний вид электропривода на испытательном стенде
По программе испытаний были выполнены следующие работы: подтверждено соответствие ЭП конструкторской документации (КД), коаксиальное расположение осей вращения ротора двигателя, входного и выходного валов редуктора; установлено соответствие масс всех деталей и ЭП в сборе значениям, указанным в КД; проверено на соответствие техническим требованиям (ТТ) сопротивление изоляции электрических цепей и их электрическая прочность, сопротивление между элементами заземления и доступными для проникновения металлическими токоведущими частями электропривода; проведена обкатка привода: вхолостую, проверены скоростные режимы на различных скоростях под нагрузкой и подтвержде-
79
но соответствие выходных параметров ТТ; проверены шумовые параметры и их соответствие ТТ; подтверждена работоспособность ручного дублера, равномерность и соответствие усилия на ободе маховика ТТ; подтверждена работоспособность датчиков силы и проведена проверка соответствия диапазона настройки моментных выключателей; выполнено испытание блока управления с имитацией работы в составе промышленной сети.
Масса ЭП составила 88,7 кг, а габаритные размеры -260*370*530 мм.
Экспериментальные данные, полученные в результате испытаний ЭП обкаткой вхолостую, в соответствии с Протоколом испытаний сведены в табл. 2. Знак «-» в графе «Требования к параметру» означает, что требования к рассматриваемому параметру не предъявляются или уточняются в процессе испытаний ЭП.
Таблица 2
Результаты испытаний электропривода обкаткой вхолостую
для различных частот тока преобразователя частоты
Наименование параметра Ед. изм. Требования к параметру Измеренное значение
Номинальное значение Предельное отклонение Нормальные условия
36 Гц 146 Гц 36 Гц 146 Гц 36 Гц 146 Гц
Среднее значение уровня звука (шума) дБ 80 80 5 5 76 84
Температура корпуса двигателя до обкатки °С — — — — 25 27
Температура корпуса редуктора до обкатки °С — — — — 25 25,5
Температура корпуса двигателя после обкатки °С — — — — 27 29
Температура корпуса редуктора после обкатки °С — — — — 25,5 26
Температура в лаборатории °С — — — — 24,2 —
Ток холостого хода А 8,5 9,1 0,5 0,5 8,5 9,1
Скорость выходного вала электропривода об/мин — — — — 4,3 17,1
Российские электроприводы трубопроводной арматуры.
_Разработка, испытания и эксплуатация_
В процессе испытаний ЭП обкаткой под нагрузкой проверена работоспособность МЭП при плавном изменении частоты тока преобразователя частоты (ПЧ) от малых значений до номинальных. При этом задавались три значения момента нагрузки на частоте 36 Гц (500, 750, 1000 Нм) и частоте 146 Гц (500, Нм, 1000 Нм). Результаты испытаний для частот 36 и 146 Гц приведены в табл. 3-4.
Таблица 3
Результаты испытаний многооборотного электропривода обкаткой под нагрузкой при частоте тока ПЧ 146 Гц
Требования к параметру Измеренные значения
Момент нагрузки, Н-м Время работы, мин Температура окружающей среды, °С Температура корпуса двигателя до обкатки, °С Температура корпуса редуктора до обкатки, °С Температура корпуса двигателя после обкатки, °С Температура корпуса редуктора после обкатки, °С Линейный ток в рабочем режиме, А Частота вращения выходного вала привода, об/мин
Номинальное значение Предельное отклонение
Момент нагрузки на валу, Нм 500 2,5 500 10 27 31 28 34 29 11,2 3,53
750 2,5 750 10 27 34,5 28,7 40,5 32 12,4 3,53
1000 2,5 1000 5 27 40,5 29,3 45 31,2 16,5 2,61
КПД ЭП определен как произведение КПД АД и КПД редуктора. КПД АД для частоты 146 Гц и момента нагрузки 500 Нм составляет 0,5, а при моменте нагрузки 1000 Нм равен 0,48. КПД может быть увеличен в процессе обкатки редуктора и проведения работ по подбору оптимального типа и консистенции смазки.
Таблица 4
Результаты испытаний многооборотного электропривода обкаткой под нагрузкой при частоте тока ПЧ146 Гц
Требования к параметру И змеренные значения
Момент нагрузки, Н-м Время работы, мин Температура окружающей среды, °С Температура корпуса двигателя до обкатки, °С I емпература корпуса редуктора до обкатки, °С Температура корпуса двигателя после обкатки, °С Температура корпуса редуктора после обкатки, °С Линейный ток в рабочем режиме, А Частота вращения выходного вала привода, об/мин
Номинальное значение Предельное отклонение
Момент нагрузки на валу, Н-м 500 2,5 500 2 27 39,5 29 41,2 30,3 10,4 18,75
1000 2,5 1000 2 27 42,7 30,5 43,5 33 14,0 18,0
1750 2,5 1750 2 24 25 25 29,7 29,6 24,0 16,22
Испытания электропривода на стендовом оборудовании ЗАО «Тяжпромарматура» (г. Алексин)
Предварительные заводские испытания опытного образца ЭП 7МРЭП 088.10.000.000, в комплекте с задвижкой проведены 30.07.2012 г. (рис. 2) на ЗАО «Тяжпромарматура» (г. Алексин) в цехе №2 на испытательном стенде 7871-6012 (заводской № 23, аттестован 8 ноября 2011 года). В испытаниях принимали участие представители Тульского государственного университета, ОАО « Мичуринский завод «Прогресс» и ЗАО «Тяжпромарматура».
Целью испытаний являлась проверка работоспособности и технических характеристик ЭП при его использовании для управления клиновой задвижкой типа ЗКЛПЭ-40 DN300 РШ,0МПа (черт. МА11024-300М-01) заводской №3.
Российские электроприводы трубопроводной арматуры. _Разработка, испытания и эксплуатация_
Рис. 2. Электропривод на испытательном гидравлическом стенде
№ 7871-6012
Испытания проведены при следующих условиях: температура окружающего воздуха +28 °С; испытательная среда, используемая для наполнения внутренней полости задвижки, вода с температурой +10...
+20 "С.
Настройка крутящих моментов электропривода при управлении задвижкой ЗКЛПЭ-40 DN300 Р№,0МПа была осуществлена следующим образом: момент при закрытии задвижки 600 Нм, момент при открытии задвижки 800 Нм.
В соответствии с программой ЭП с клиновой задвижкой ЗКЛПЭ-40 DN300 Р№,0 МПа прошел следующие испытания:
1) на герметичность разъемных соединений относительно внешней среды при давлении 1,1РN = 4,4 МПа выполнением трех циклов на полный рабочий ход шпинделя. После выдержки задвижки под давлением 1,1РN = 4,4 МПа в течение 5 мин были осмотрены разъём «корпус-крышка» и сальник. Протечек среды (воды) не обнаружено;
2) на герметичность затвора поочередно с каждой стороны задвижки. Визуальный контроль осуществлялся через левый и правый патрубки при закрытом затворе, на двух ступенях давлений: Р1 = 2,4 МПа и Р2 = 1,1, PN = 4,4 МПа. Величина крутящего момента при закрытии задвижки составила 600 Нм. Время выдержки после подачи давления в патрубок составляло 5 мин, время сбора и замера протечек достигало 10 мин. Запас на
износ составил: левая сторона - 9 мм, правая сторона - 9 мм. В результате контроля герметичности затвора с левой и правой стороны протечек среды обнаружено не было;
3) на работоспособность путем выполнения 8 циклов (по 4 цикла на сторону) «открыто-закрыто-открыто» без давления и при одностороннем давлении на затвор Р = 4,0 МПа с подачей давления поочередно в каждый патрубок. Останов затвора в конечных положениях осуществлялся с использованием моментного выключателя в положении затвора «закрыто» и выключателя по положению в положении затвора «открыто» с замером фактических моментов при закрытии и отклонения фактического положения выходного вала ЭП от заданного при настройке путевого выключателя. При проведении испытаний на работоспособность подвижные части затвора задвижки перемещались плавно, без стуков и заеданий. Максимальный крутящий момент при закрытии задвижки составил 620 Нм. Максимальный крутящий момент при открытии задвижки составил 400 Нм. Дискретность настройки путевых выключателей составила 30° угла поворота выходного вала ЭП. После испытаний был проведен контроль герметичности затвора на двух ступенях давления поочередно с правой и левой стороны задвижки в последовательности указанной в п.2. Протечек среды не обнаружено;
4) испытание на работоспособность ручного дублера проводилось путем выполнении 8 циклов (по 4 цикла на сторону) «открыто-закрыто-открыто» при одностороннем давлении на затвор Р = 4,0 МПа с подачей давления поочередно в каждый патрубок. При проведении испытаний на работоспособность подвижные части затвора задвижки перемещались плавно без стуков и заеданий. При вращении маховика ручного дублера привода усилие на ободе маховика при номинальной нагрузке (давлении в патрубке Р = 4,0 МПа) - составило 140 Нм;
5) испытание на работоспособность ручного переключения ЭП из автоматического режима управления задвижкой в режим ручного управления путем выполнении двух циклов (по одному циклу на сторону) «открыто-закрыто-открыто» без давления и при одностороннем давлении на затвор Р = 4,0 МПа с подачей давления поочередно в каждый патрубок. ЭП при выполнении переключения был обесточен. Переключение режимов работы происходило без сбоев;
6) испытание на работоспособность режима автоматического переключения путем выполнении двух циклов (по одному циклу на сторону) «открыто-закрыто-открыто» без давления и при одностороннем давлении на затвор Р = 4,0 МПа с подачей давления поочередно в каждый патрубок. Переключение режимов работы ЭП происходило без сбоев;
7) испытание на работоспособность режима самоторможения проводились следующим образом. Затвор задвижки был установлен в положение «открыто» на 30% от полного хода шпинделя. Испытание проводилось
84
Российские электроприводы трубопроводной арматуры.
_Разработка, испытания и эксплуатация_
при одностороннем давлении на затвор Р = 4,0 МПа с подачей давления поочередно в каждый патрубок. Время выдержки под давлением составило 5 мин. Контролировалось перемещение шпинделя задвижки и вращение выходного вала электропривода. Перемещений шпинделя задвижки и вращения вала электропривода не зафиксировано.
После выполнения всего объема испытаний вода из полости задвижки была слита, затвор задвижки поднят в верхнее положение и проведен осмотр состояния её деталей и узлов (уплотнений клина и корпуса). Повреждений и задиров на уплотнительных поверхностях не обнаружено. Температура редуктора после выполнения всего цикла испытаний составила 44 °С, а температура двигателя 55 °С.
Испытания электропривода на стендовом оборудовании ЗАО «Саратовский арматурный завод»
Предварительные заводские испытания опытного образца ЭП в комплекте с задвижкой также проведены в г. Саратове с 08.10.12 г. -09.10.12г. (рис. 3) на ЗАО «Саратовский арматурный завод». Испытания проводились на испытательном гидравлическом стенде ПКТБА-СИ-21М, аттестованном 15 июня 2012 года.
Рис.З.Электропривод на испытательном гидравлическом стенде
ПКТБА-СИ-21М
Целью испытаний являлась проверка работоспособности и технических характеристик ЭП 7МРЭП 088.10.000.000 при его использовании для управления клиновой задвижкой типа 30с964нж DN300 Р№5 кгс/см (черт. ЗС 300.25.3311), заводской № 007212.
Условия проведения испытаний: температура окружающего воздуха +21°С; испытательная среда - вода с температурой +10... +20 °С.
Настройка крутящего момента ЭП при закрытии задвижки составляла 300 Нм, а при открытии задвижки - 350 Нм.
В соответствии с программой ЭП с клиновой задвижкой прошел следующие виды испытаний.
1. Испытания на герметичность разъемных соединений относительно внешней среды проводилось при давлении 1,1РN = 2,7 МПа выполнением трех циклов на полный рабочий ход шпинделя. После выдержки задвижки под давлением 1,1РN = 2,7 МПа в течении 5 мин, были осмотрены разъём «корпус-крышка» и сальник. Протечек среды не обнаружено.
2. Испытание на герметичность затвора проводились поочередно с каждой стороны задвижки. Визуальный контроль осуществлялся через левый и правый патрубки при закрытом затворе на 2-х ступенях давлений: Р1 = 1,5 МПа и Р2 = 2,7 МПа. Величина крутящего момента при закрытии задвижки составила 300 Нм. Время выдержки после подачи давления в патрубок составило 5 мин., время для сбора и замера протечек не превышало 10 мин. В результате контроля герметичности затвора с левой и правой сторон протечек не обнаружено.
3. Испытания на работоспособность проводилось путем выполнения 8 циклов (по 4 цикла на сторону) «открыто-закрыто-открыто» без давления и при одностороннем давлении на затвор Р = 2,5 МПа с подачей давления поочередно в каждый патрубок. Останов затвора в конечных положениях осуществлялся с использованием моментного выключателя в положении «закрыто» и выключателя по положению в положении «открыто» с замером фактических моментов при закрытии и отклонения фактического положения выходного вала ЭП от заданного при настройке путевого выключателя.
При проведении испытаний подвижные части затвора задвижки перемещались плавно, без стуков и заеданий. Максимальный крутящий момент при закрытии задвижки составил 340 Нм. Максимальный крутящий момент при открытии задвижки составил 300 Нм. Дискретность настройки путевых выключателей составила 30° угла поворота выходного вала ЭП.
После выполнения испытаний проведен контроль герметичности затвора на двух ступенях давлений поочередно с правой и левой сторон задвижки в последовательности, указанной в п. 2. Протечек среды не обнаружено.
Российские электроприводы трубопроводной арматуры. _Разработка, испытания и эксплуатация_
4. Испытания на работоспособность ручного дублера проводилось путем выполнении 8 циклов (по 4 цикла на сторону) «открыто-закрыто-открыто» при одностороннем давлении на затвор Р = 2,5 МПа с подачей давления поочередно в каждый патрубок. При проведении испытаний подвижные части затвора задвижки перемещались плавно без стуков и заеданий. При вращении маховика ручного дублера привода усилие на ободе маховика при номинальной нагрузке составило 97 Нм.
5. Испытания на работоспособность ручного переключения ЭП из автоматического режима управления задвижкой в режим ручного управления проводились путем выполнении двух циклов (по одному циклу на сторону) «открыто-закрыто-открыто» без давления и при одностороннем давлении на затвор Р = 2,5 МПа с подачей давления поочередно в каждый патрубок. ЭП при выполнении переключения был обесточен. Переключение режимов работы ЭП происходило без сбоев.
6. Испытания на работоспособность режима автоматического переключения проводилось путем выполнении двух циклов (по одному циклу на сторону) «открыто-закрыто-открыто» без давления и при одностороннем давлении на затвор Р = 2,5 МПа с подачей давления поочередно в каждый патрубок. Переключение режимов работы ЭП происходило без сбоев.
7. Испытания на работоспособность режима автоматического переключения проводились путем выполнении двух циклов (по одному циклу на сторону) «открыто-закрыто-открыто» без давления и при одностороннем давлении на затвор Р = 4,0 МПа с подачей давления поочередно в каждый патрубок. Переключение режимов работы ЭП происходило без сбоев.
8. Испытания на работоспособность режима самоторможения проводились следующим образом. Затвор задвижки был установлен в положение «открыто» на 30 % от полного хода шпинделя. Испытание проводилось при одностороннем давлении на затвор Р = 2,5 МПа с подачей давления поочередно в каждый патрубок. Время выдержки под давлением составило 5 мин. Контролировалось перемещение шпинделя задвижки и вращение выходного вала ЭП. Перемещений шпинделя задвижки и вращения вала ЭП не зафиксировано.
После выполнения всего объема испытаний вода из полости задвижки была слита, затвор задвижки поднят в верхнее положение и проведен осмотр состояния её деталей и узлов (уплотнений клина и корпуса). Повреждений и задиров на уплотнительных поверхностях не обнаружено. Температура редуктора после выполнения всего цикла испытаний составила 37 °С, а температура двигателя - 42 °С.
Выводы
Предварительные заводские испытания электропривода 7МРЭП 088.10.000.000 проведены в полном объеме без замечаний.
Электропривод может быть рекомендован для проведения приемочных и сертификационных испытаний.
С целью удобства визуального восприятия текущей информации необходимо уменьшить частоту индикации момента на выходном валу и степени «открытия-закрытия» арматуры с 50 до 1 Гц.
Необходимо обеспечить индикацию и регистрацию величины момента срыва при полном перепаде давления на затворе.
Заключение
1. Разработка МЭП ТПА выполнена на основе новой редукторной передачи планетарного типа и специального асинхронного регулируемого АД с центральным отверстием.
2. При разработке учтены существующие технологии проектирования и технологические возможности завода-изготовителя.
3. Конструкция ЭП разработана с использованием модульного принципа.
4. ЭП может быть изготовлен без изменения технологических процессов завода-изготовителя.
5. Обеспечена интеграция ЭП с существующей трубопроводной арматурой и выполнение блоком управления функций регулирования и самодиагностики ЭП, а также его работы в составе промышленной сети.
6. Предварительные заводские испытания ЭП проведены в полном объеме без замечаний. ЭП рекомендован для проведения приемочных и сертификационных испытаний.
Список литературы
1. Кобелев А.С., Алалуев Р.В., Иванов Ю.В. Асинхронный электродвигатель с большим центральным отверстием для многооборотного электропривода / Известия ТулГУ. Технические науки. 2011. Вып. 5. Ч. 2. С. 247 - 255.
2. Сидоров П.Г., Пашин А.А., Плясов А.В. Многооборотные зубчатые трансмиссии: теория и методология проектирования / под ред. П.Г. Сидорова. М.: Машиностроение, 2011. 340с.
R. V. Alaluev, D.M. Malyutin, А. V. Plyasov, V. Ya. Raspopov, P. G. Sidorov TESTS OF THE MULTITURNAROUND ELECTRIC DRIVE FOR MANAGEMENT, REGULATION AND MONITORING OF SHUTOFF VALVES OF HIGHWAYS OF PIPELINE TRANSPORT
Results of bench tests and tests on plants manufacturers offittings of the new universal multiturnaround electric drive for management of shutoff valves ofpipeline transport are given.
Key words: the valve, the asynchronous electric motor, a reducer, a control system,
power.
Получено 3.12.12
