CC BY
70
УДК 621.646
М.В. Грязев, д-р техн. наук, проф., ректор, 35-54-50, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
В.А. Дмитриев, канд. эконом. наук, ген. директор, (47545)2-12-98, [email protected]
(Россия, Мичуринск, ОАО «Мичуринский завод «Прогресс»), В. Д. Кухарь, д-р техн. наук, проф., проректор, В.Я. Распопов, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, П.Г. Сидоров, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872) 35-19-59, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
РАЗРАБОТКА И СЕРИЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО КОНКУРЕНТОСПОСОБНОГО МНОГООБОРОТНОГО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ, РЕГУЛИРОВАНИЯ И МОНИТОРИНГА ЗАПОРНОЙ АРМАТУРОЙ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРЕДПРИЯТИЙ, ГАЗОВЫХ И НЕФТЯНЫХ МАГИСТРАЛЕЙ, ТЭЦ, ГРЭС, ГЭС И АЭС
Обоснованы проблема создания и три технических решения на многооборотный электропривод запорной арматуры нового поколения на базе многопоточной цен-троидной, волновой с многопарным зацеплением и планетарно-роликовой силовых трансмиссий.
Ключевые слова: запорная арматура, электропривод, трубопроводный транспорт, автоматизация, управление.
В соответствии с постановлением Правительства РФ от 9 апреля 2010 г. № 218 и Договором с Министерством образования и науки Российской Федерации от 22.10.2010 № 13.G25.31.0056 ОАО «Мичуринский завод «Прогресс» (ОАО «МЗП») является получателем субсидии, в объёме которой заключён договор между ОАО «МЗП» и ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» (ТулГУ) на разработку электропривода нового поколения для трубопроводной арматуры различных типоразмеров и его применения (в дальнейшем - электропривод).
Исходными ресурсами для начала работ по разработке электропривода явились: опыт разработки и серийного производства в ОАО «МЗП» однооборотных электроприводов серии «Прогресс» для арматуры тепловых электростанций; теория и методология проектирования многопоточных асинфазных редукторов планетарного типа, разработанные на кафедре «Проектирование механизмов и деталей машин» ТулГУ, а также опыт их применения при разработке электроприводов для объектов тяжёлого машиностроения; опыт кафедры «Приборы управления» ТулГУ по разработке управляемого электропривода и систем управления для сложных объектов специального назначения.
При разработке электропривода коллективы исполнителей ТулГУ и ОАО «МЗП» (в дальнейшем - разработчики) поставили перед собой амбициозную задачу по замещению аналогов зарубежной электроприводной техники. Была проведена большая работа по анализу состояния электроприводной техники [1]. В частности, установлено, что электроприводы ведущих фирм-производителей не достигают перспективного значения важнейшего интегрального критерия качества электроприводов - удельной массы, значение которой в современных электроприводах не должно превышать 0,015 кг/ Нм (таблица).
Удельная масса существующих приводов
Фирма-производитель, страна Удельная масса, кг/Нм
«AUMA», Германия 0,070...0,045
«ZPA», Чехия 0,080
«Тулаэлектропривод», Россия 0,113
«Tomzel», Томск, Россия 0,024
«Rotork», Англия 0,090
«Biffi», Италия 0,191
Исследования, выполненные коллективом исполнителей ТулГУ по изучению взаимосвязей геометрических, кинематических, силовых и энергетических параметров в многопоточных зубчатых передачах, по структурным преобразованиям рычажно-зубчатых кинематических цепей планетарных многопоточных передач, а также разработка методики расчёта подобных передач [2] дали уверенность разработчикам в достижении перспективных значений удельной массы электропривода и других параметров, гарантирующих выполнение технических требований к электроприводу.
Обобщённая функциональная схема разрабатываемого электропривода представлена на рис. 1.
В состав электропривода (ЭП) входят:
- блок ввода электропитания, включающий необходимые средства защиты внешней сети и датчики £э контроля параметров сети и системы
защиты;
- блок силового электрооборудования, включающий преобразователь управляющих сигналов с блока управления в силовые управляющие воздействия на электродвигатель и систему датчиков 5'с контроля параметров силовых управляющих воздействий;
- собственно электродвигатель, включающий систему датчиков
контроля параметров электродвигателя;
34
Рис. 1. Обобщённая функциональная схема управляемого
электропривода
- узел механического сопряжения, включающий исполнительный электромеханический преобразователь сигнала с блока управления и систему датчиков 5м контроля состояния узла механического сопряжения;
- преобразователь движения, включающий систему датчиков 5п контроля преобразователя движения;
- собственно механизм запорно-регулирующей аппаратуры, включающий систему датчиков 5зр контроля состояния запорно-регулирующей
аппаратуры;
- объект, датчики 5о состояния которого могут быть включены
в состав сенсорной подсистемы управляемого привода;
- блок управления, реализующий интеллектуальные функции привода;
- вторичный источник питания, обеспечивающий электропитанием датчики сенсорной подсистемы и блок управления.
Внешнее управление приводом может осуществляться через пульт управления ПУ или через внешний управляющий компьютер.
35
Ключевым моментом при разработке многооборотного электропривода является научно-обоснованный выбор его редуктора. По мнению разработчиков, асинфазный многопоточный редуктор с центроидными кинематическими парами обладает рядом преимуществ перед другими типами редукторов, т.к. дает возможность в одном неизменном габарите изготавливать электроприводы с различными выходными параметрами мощност-ного потока по скорости и моменту, а следовательно уменьшить номенклатуру электроприводов с 300 - 350 конструкций до 5 - 10.
Вместе с тем волновые редукторы с деформируемым рабочим элементом (сателлитом) и с генератором волн и промежуточными телами качения, хотя и имеют ограничения по выходным параметрам и исполнению, однако обладают достоинствами по массо-габаритным показателям, числу подвижных звеньев и технологичности конструкции. Это послужило к принятию решения о разработке макетных образцов электропривода на базе редукторов трех типов: многопоточного с центроидными высшими кинематическими парами; волнового с плоскостными низшими кинематическими парами с многопарными контактами и планетарно-роликового.
Сравнительные испытания этих макетов должны дать результаты, имеющие большое значение для теории и практики разработки серийных электроприводов.
В соответствии с техническими требованиями на разработку электропривод должен работать с задвижками клинового и шиберного типов. Рассмотрение существующих конструкций электроприводов для подобной арматуры привело к решению о необходимости перемещения ходового винта (преобразователь движения) редуктора в сквозном отверстии, проходящем через центральные оси электродвигателя и редуктора. Только в \этом случае достигается минимизация массы электропривода, а его дизайн становится привлекательным с точки зрения компоновки всех узлов и эргономики электропривода.
Технические предложения на макеты разрабатываемых электроприводов: конструкции их общих видов, 3Б-модели и таблицы технических характеристик приводятся на рис. 2 - 5.
Обобщённая структурная схема системы управления электропривода представлена на рис. 6.
Данная структура является универсальной. С её помощью возможна реализация практически любого набора функций и решаемых электроприводом задач.
Конкретная реализация блока управления электроприводом во многом определяется задачами, решаемыми в процессе эксплуатации управляемого привода.
Рис. 2. Техническое предложение на многопоточный многооборотный электропривод с центроидными кинематическими парами
Рис. 3. Техническое предложение на многопоточный многооборотный электропривод с волновым редуктором с гибким рабочим элементом
Рис. 4. Техническое предложение на многопоточный многооборотный электропривод с волновым редуктором с промежуточными телами
качения
Выбор той или иной реализации определяется:
- появлением новых объектов для установки привода запорно-регулирующей аппаратуры, требующих совершенствования и модернизации существующих изделий;
- развитием элементной базы в области электроники и приборостроения;
- достижениями механики и приводной техники;
- разработкой новых принципов функционирования и достижениями в области систем управления вообще и систем управления приводами, в частности.
Станочное оборудование ОАО «МЗП» позволяет изготовить электроприводы в соответствии с конструкторской документацией, которая дорабатывалась с учётом замечаний заводских специалистов.
Макетные образцы разрабатываемых электроприводов будут исследованы на модернизированном стенде ОАО «МЗП», который оснащён нагрузочной пусковой муфтой и датчиками положений и моментов. Для разработки оригинальных электродвигателей (вентильного синхронного и асинхронного) с центральным отверстием для прохода ходового винта редуктора были привлечены специалисты компании «Модем» (г. Тула) и НИИТИ Электрических машин (г. Владимир).
Рис. 5. 3Б-модели многопоточного многооборотного электропривода: а - с волновым редуктором с гибким рабочим элементом; б - с редуктором планетарного типа; в - с волновым редуктором с промежуточными телами качения
В соответствии с условиями выполнения Проекта, к разработке электроприводов привлечен большой коллектив студентов и аспирантов, которые внесли заметный вклад в выполняемую работу и приобрели опыт создания прогрессивных образцов техники. Немаловажно, что благодаря субсидии Министерства образования и науки работа достойно оплачивалась. Следует также отметить, что качественному выполнению работ в со-
ответствии с календарным планом способствовали контроль и методическая помощь со стороны «Военно-инженерной корпорации».
Рис. 6. Обобщённая структурная схема интеллектуального блока управления электроприводом
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ.
Список литературы
1. Многооборотный электропривод трубопроводной арматуры / под ред. В.Я. Распопова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 322 с.
2. Сидоров П.Г., Пашин А.А., Плясов А.В. Многопоточные зубчатые трансмиссии: теория и методология проектирования / под ред. П.Г. Сидорова. М.: Машиностроение, 2011. 340 с.
M.V. Gryazev, V.A. Dmitriev, V.D. Kukhar, V.Ya. Raspopov, P.G. Sidorov WORKING OUT AND BATCH PRODUCTION OF THE COMPETITIVE MULTITURNAROUND INTELLECTUAL ELECTRIC DRIVE OF NEW GENERATION FOR CONTROL, REGULATION AND MONITORING OF PIPELINE ARMATURE OF SYSTEMS OF AUTOMATION OF THE ENTERPRISES, GAS AND OIL PIPELINES, THERMAL POWER STATION, A STATE DISTRICT POWER STATION, HYDROELECTRIC POWER STATION AND THE ATOMIC POWER STATION
The creation problem and three technical decisions on the multiturnaround electric drive of new generation on the basis of multiline planetary, wave gear with multipairs gearing and planetary-roller power transmissions are proved.
Key words: pipeline fittings, electric drive, pipeline transport, automation, controlling.
Получено 18.10.11
