ФНГ / РЭНГМ / ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ На тему: «Восстановление работоспособности редукторов СК с применением полимерных и герметизирующих материалов»
(автор - student, добавлено - 28-11-2012, 14:15)
СКАЧАТЬ:
Введение Из всех существующих механизированных способов добычи нефти в нефтедобывающей промышленности штанговый насосный способ является наиболее массовым. С помощью штанговых скважинных насосных установок (УШСН) эксплуатируются около 60 тысяч скважин, в т.ч. почти треть из них в Татарстане. Штанговая скважинная насосная установка состоит из трех принципиально различных частей – скважинного насоса, насосных штанг и наземного привода. Самая «консервативная» часть всей установки, находящаяся в эксплуатации наибольшее время, - наземный привод, в подавляющем большинстве установок представленный в виде станка-качалки. Фактический срок службы наземного оборудования, исходя из мирового опыта, составляет 20-30 лет. Этим объясняется одновременное наличие в эксплуатации оборудования, выпускавшегося по различным нормативным документам, естественно меняющимся за такой продолжительный период. До 1991 г. головной организацией по проектированию и разработке всей документации на станки-качалки являлся АзИН-МАШ (г. Баку) и все оборудование установок монопольно производилось только в Азербайджане. В 1987 г. указанной организацией был разработан последний стандарт на станки-качалки. В последние годы на производство станков-качалок были переключены российские предприятия, в числе которых и ранее входившие в военно-промышленный комплекс, - Ижевский механический завод (АО «Ижнефтемаш»), Ижевский завод «Редуктор» (ОАО «Редуктор»), завод Уралмаши ГПО «Уралтрансмаш» (г. Екатеринбург), АО Мотовилихинские заводы (торговый дом «Мотовилихинский», г. Пермь), предприятие «Вакууммаш» (г. Казань), а также Нефтепроммаш (г. Ахтырка Сумской области), Тяжмашимпекс (г. Киев). Небольшими партиями указанное оборудование выпускается Октяборьским заводом, предпринимаются попытки выпуска станков-качалок другими предприятиями, например, Бугульминским механическим заводом. При этом каждое предприятие изготовляет станки-качалки, конструкция и параметры которых не всегда соответствуют требованиям ГОСТ 5866-76 и ОСТ 26-16-08-87, но должны по мнению изготовителей лучше удовлетворять запросам потребителей – нефтяников. Появление нескольких производителей однотипного оборудования способствует увеличению разнообразия конструктивных решений и улучшению качества изделий на конкурентной основе. За последние годы наблюдается тенденция пересмотра традиционных решений, что нашло отражение, в частности, во внедрении станков-качалок дезаксиального типа, в появлении отечественных станков-качалок с одноплечим балансиром, которые во время монополии АзИНМАШа не изготовлялись. Можно предполагать, что в ближайшие годы более широко будут производиться эксперименты по внедрению принципиально отличных от станков-качалок наземных приводов – тихоходных и длинноходовых без балансирных и гидроприводных с различным видом уравновешивания. В настоящее время в системе АО «Татнефть» в эксплуатации находится огромное разнообразие станков-качалок выпуска разных лет, производства разных изготовителей, в т.ч. зарубежных фирм (румынских и американских). Обзор и анализ существующего оборудования Цилиндрические редукторы являются наиболее простыми и наиболее распространенными в машиностроении и применяются для передачи вращения между параллельными или соосными валами. Валы зубчатых колес редукторов могут быть горизонтальными и все лежать в горизонтальной и в вертикальной плоскостях. В последнем случае редуктор представляет собой вертикальную конструкцию с валами, расположенными один над другим. Возможна также конструкция редуктора с вертикальными валами. Общее передаточное отношение цилиндрических редукторов зависит от числа ступеней передач. Передаточное отношение одной пары зубчатых колес может доходить до 25, однако в одноступенчатых редукторах передаточное отношение не выбирается более 10. при большем передаточном отношении, исходя из условий минимального веса и габаритов редуктора, а также допустимых деформаций быстроходных валов, выбираются двухступенчатые редукторы. Это объясняется тем, что при большом передаточном отношении зубчатой пары габариты редуктора в основном определяются величиной последнего зубчатого колеса. Поэтому, если габариты редуктора имеют решающее значение, рационально применить большее число ступеней, тем самым уменьшив последнее зубчатое колесо и, следовательно, габариты редуктора. Максимальные окружные скорости прямозубых колес могут доходить до 15 м/сек, наиболее часто применяются скорости до 5 м/сек. Одним из достоинств прямозубой передачи является отсутствие осевых усилий. Косозубые и шевронные зубчатые колеса в зависимости от качества изготовления могут применяться при окружных скоростях до 30 м/сек. Следует указать, что в последнее время особенно широкое распространение в редукторах получили косозубые передачи даже при малых окружных скоростях. Это объясняется их некоторыми преимуществами перед прямозубыми. В косозубых передачах одновременно в зацеплении находятся несколько зубьев, передача вращения происходит более плавно, уменьшаются динамические нагрузки, возникающие вследствие неточности изготовления колес. Одним из недостатков косозубых передач является наличие осевого усилия, что вызывает необходимости усиления подшипниковых узлов и вала. Поэтому при больших осевых усилиях при передаче больших мощностей рационально применение более сложных шевронных передач, в которых осевые усилия скомпенсированы. Аналогично шевронным будут работать две параллельные косозубые передачи с разным направлением угла спирали зуба. Иногда в цилиндрических редукторах могут применяться зубчатые передачи с внутренним зацеплением. По сравнению с передачами наружного зацепления они имеют во много раз меньшее относительное скольжение рабочих поверхностей зубьев, поскольку относительная скорость слагается из разности абсолютных скоростей, меньшее удельное давление между рабочими поверхностями зубьев, так как контакт чаще всего происходит между вогнутой и выпуклой поверхностями зубьев и меньшие размеры при сравнительно большом передаточном отношении и малом межцентровом расстоянии. Однако зубчатые передачи с внутренним зацеплением не получили большого распространения, поскольку они более сложны в изготовлении и при их применении не обеспечивается достаточная жесткость валов вследствие консольного крепления колеса и шестерни. Кинематические схемы некоторых наиболее распространенных цилиндрических редукторов общего назначения приведены на рис.___. На всех схемах ведущий и ведомый валы соответственно обозначены Б и Т (быстроходный и тихоходный). На рис. а, показана схема самого простого одноступенчатого редуктора. Редуктор может иметь четыре различных исполнения, отличающихся взаимным расположением выведенных концов ведомого и ведущего валов. Более сложные многоступенчатые редукторы (кроме соосных) также могут иметь различные сборки. Наиболее простая конструкция двухступенчатого редуктора (рис. б.) имеет несимметричное расположение зубчатых колес относительно опор, что вызывает увеличение неравномерности распределения нагрузки по ширине колеса, вследствие чего увеличивается расчетный крутящий момент передачи. Редуктор, приведенный на рис. б, может быть выполнен с прямозубыми и косозубыми колесами. В случае применения последних углы наклона зубьев на колесах промежуточного вала применяются одинакового направления, как показано на фигуре, так как при этом осевые усилия на колесах направлены в противоположные стороны, вследствие чего уменьшается суммарное осевое усилие, воспринимаемое подшипником. Схема, представленная на рис. д., выгодно отличается от схемы, приведенной на рис. б, так как здесь осуществлено симметричное расположение опор наиболее нагруженной тихоходной передачи относительно колес. Для обеспечения равномерного распределения передаваемой мощности между обеими параллельными парами быстроходной передачи обе половины раздвоенной шестерни выполняются косозубыми с противоположными углами наклона зубьев, а подшипники конструируются таким образом, чтобы вал шестерни имел возможность осевого перемещения. При этом осевое усилие на обеих половинах шестерни направлены в противоположные стороны, как показано на рис. д., и шестерня сама находит положение, при котором осевые силы на обеих половинах уравновешиваются. Так как окружные усилия в косозубой передаче пропорциональны осевым, то передаваемая мощность распределяется при этом равномерно между параллельными парами быстроходных передач. Это же равенство передаваемой мощности на параллельных парах колес имеет место и в редукторе, схема которого приведена на рис. е., где раздвоена тихоходная передача. При этом колеса быстроходной передачи должны быть приняты прямозубыми, чтобы промежуточный вал имел возможность свободно перемещаться в осевом направлении и находить себе положение, при котором нагрузки, передаваемые параллельными парами колес тихоходной передачи, будут равны. Однако так как динамические усилия возрастают с увеличением окружной скорости, а в косозубых передачах динамические усилия значительно меньше, чем в прямозубых, то быстроходную передачу выгодней конструировать косозубой. По этим причинам схема, приведенная на рис е., менее рациональна, если первую быстроходную передачу принять шевронной и дать возможность осевого перемещения также и валу шестерни быстроходной ступени. На рис. г., представлена схема насосного редуктора, которая во многих случаях предпочтительней других схем, так как дает большие преимущества при компоновке машин. Однако, если редукторы, приведенные на рис. а.,б., легко выполнить двухсторонними, выведя концы входных и выходных валов на обе стороны, то соосные редукторы этого не допускают. Поэтому редукторы первых двух типов более универсальны с точки зрения расположения на машине, чем насосные. Кроме того, недостатком соосного редуктора являются большая ширина и несимметричное расположение колес относительно опор. Назначение. Редуктор Ц2НШ-450 специальный цилиндрический, двухступенчатый с шевронными зубчатыми передачами с зацеплением Новикова, с симметричным расположением колес относительно опор, предназначен для увеличения крутящего момента и уменьшения частоты вращения и применения в приводах станков-качалок и других механических приводах (по габаритным и присоединительным размерам унифицирован с Ц2НШ-450-28, Ц2НШ-450-40). Технические характеристики Обозначения редуктора Ц2НШ-450 Наибольший допускаемый крутящий момент на ведомом валу, кнм, (кгс.м) 28(2800) Передаточное число 39.20 Тип редуктора цилиндрический двухступенчатый шевронный Зубчатое зацепление Системы Новикова с исходным контуром по ГОСТ 15023-76 Габаритные размеры, мм: длина 1450 ширина 1554 высотаь 948 Масса (сухая), кг не более 2090 3.1 Монтаж Монтаж редуктора производится после установки и выверки рабочей машины и сводится к установке его на фундаментную плиту, раму или непосредственно на машину и последующей выверки редуктора по осям соединяемых валов. После установки на фундамент плиты (раму) на нее ставят редуктор и начинают выверку. Сначала добиваются горизонтальности валов и их соосности с соединяемой машиной. Далее выверяют редуктор поперек валов с точностью до 0,1 мм на 1 м длины. Точность установки редуктора при выверке осей соединяемых валов определяется конструкцией соединительных муфт. Следует особо точно выполнять соединение валов, так как в работе возможны дополнительные перекосы и радиальные смещения. Половины соединительных муфт обычно заранее насаживаются на концы валов, и в этом случае проверка соосности соединяемых валов осуществляется по полумуфтам, а в случае их отсутствия – непосредственно по концам валов. При проверке по полумуфтам валы устанавливают так, чтобы торцовые плоскости полумуфт были параллельны и полумуфты не имели радиального смещения. Для этого необходимо совпадение образующих цилиндрических поверхностей обеих полумуфт и равенство зазоров между их торцами в любом взаимном положении полумуфт. Соосность валов проверяют с помощью контрольных штанг. В машинах с небольшим числом оборотов производят замеры по торцу полумуфты при помощи клинового щупа, а за меры по окружности при одинаковых диаметрах полумуфт осуществляют угольником и щупом. Смещение осей валов, определяемое посредством контрольных штанг, и зазоры между торцовыми плоскостями полумуфт измеряют в четырех противоположных точках окружности. Запись результатов замеров ведут по приведенной схеме. Внутри круга записывают значения замеров С, а снаружи круга – значения замеров h. При проверке соосности валов при помощи контрольных штанг радиальное смещение осей валов равно половине наибольшей разности замеров h при диаметрально противоположных положениях штанг. Для определения величины перекоса надо разделить наибольшую разность замеров С в двух противоположных положениях на удвоенное расстояние R. Умножив полученный результат на 1000, получим величину перекоса осей соединяемых валов (в мм) на длине 1000 мм. Все замеры при выверке соосности валов проводить только при полностью затянутых фундаментальных болтах редуктора, плиты и самой машины. Болты считаются затянутыми нормально, если при простукивании монтажных подкладок слесарным молотком последние издают характерный для плотного соединения звонкий звук. 3.2 Эксплуатация редуктора Обслуживание правильно собранного редуктора сводится в основном к наблюдению за смазкой, температурой подшипников и шумом в редукторе. Марка масла, заливаемого в редуктор, должна соответствовать рекомендациям завода – изготовителя для каждого редуктора. Замена одного масла другим производится по признаку вязкости. Заменитель должен быть равной или несколько большей вязкости при одинаковых температурах. Уровень масла должен быть не ниже нижней риски масло – мерной иглы. В первое время работы редуктора надо особо внимательно следить за состоянием масла. Если масло потеряло свой цвет, загрязнилось, особенно металлической пылью, то его надо сменить. В дальнейшем масло сменяют также в зависимости от его состояния, но не реже одного раза в шесть месяцев при непрерывной работе редуктора. Перед новой заливкой масла редуктор внутри надо промыть чистым керосином без примеси кислот и воды. Нельзя допускать перегрева редуктора. Рабочая температура масла в картере редуктора не должна превышать +50ºС. В случае обнаружения во время эксплуатации редуктора температуры масла в картере выше предусмотренной, следует проверить уровень и качество масла. Если в редукторе находится достаточное количество масла правильно выбранной вязкости и не загрязненное, а температура не снижается, то причину надо искать в зубчатом зацеплении или подшипниках. Если во время работы редуктора будут замечены необычный шум, стуки и повышение температуры, то редуктор должен быть остановлен для выяснения и устранения дефектов. Состояние рабочих поверхностей зубчатого зацепления должно систематически контролироваться через смотровой люк. Наличие непрогрессивного выкрашивания рабочих поверхностей (питтинг) на площади до 20% не может служить причиной остановки редуктора. Зацепление с таким ограниченным питтингом может работать длительное время. В случае дальнейшего прогрессирования питтинга нужно проверить: величину действующей нагрузки на редуктор и соответствие ее с проектной; состояние смазки и соответствие вязкости масла при рабочей температуре проектной вязкости. Если при этом нагрузка и состояние смазки будут соответствовать проектной характеристике редуктора, а питтингообразование будет прогрессировать, то в этом случае следует обратиться к заводу – изготовителю редуктора за консультацией. Необходимо периодически проверять затяжку гаек болтов крепления редуктора, затягивать гайки следует равномерно поочередно и понемногу, не нарушая контакта зубчатой передачи редуктора. Наружную поверхность редуктора следует периодически очищать от пыли и масла, так как интенсивность рассеивания тепла зависит от теплопередачи через поверхность редуктора. После длительных остановок надо убедиться в отсутствии коррозии на рабочих поверхностях зубьев зубчатой передачи и других сопрягаемых поверхностях. Все обнаруженные при работе редуктора дефекты надо заносить в паспорт редуктора с указанием мер, принятых к их устранению. 3.7 Хранение редукторов до монтажа Редуктор поступает в собранном виде, консервированным по действующим на заводе-изготовителе нормалям. Полученный редуктор следует осмотреть для проверки отсутствия возможных повреждений при транспортировке и проверить состояние консервации цепной передачи через смотровой люк. Если редуктор был упакован в ящик, то после его осмотра первоначальная упаковка должна быть восстановлена. Хранить редуктор следует в закрытом вентилируемых складах, в цехах или в крайнем случае под навесом, защищающим от атмосферных осадков. Редуктор, не упакованный в ящик, должен устанавливаться на деревянные брусья. Вблизи редуктор не должно храниться кислот, щелочей и других агрессивных веществ, способствующих коррозии. Осмотр редукторов, хранящихся под навесом, должен производиться не реже одного раза в три месяца. Заводская консервация редукторов рассчитана 6 мес.; по истечении этого срока редуктор следует переконсервировать. Типовая конструкция Редуктор является непременным элементом механизма станка-качалки и в сочетании с ременной или самостоятельно обеспечивает снижение частоты вращения двигателя до необходимой на ведомом валу и, соответственно, определяет частоту качений балансира. Надежность редукторов во многом определяет межремонтный период работы станка-качалки в целом, поэтому главный показатель редуктора – его крутящий момент – входит в число основных показателей привода. Чаще всего применяются двухступенчатые редукторы с передаточным числом около 40, цилиндрическими зубчатыми передачами. С учетом симметричной схемы преобразующего механизма станка-качалки с двумя кривошипами передачи редуктора также компонуются симметрично относительно продольной оси редуктора. Исключения в этом отношении есть, но редки. Для получения симметричного расположения одна из пар передач выполняется в раздвоенном виде и монтируется по обе стороны от нераздвоенной передачи. Обычно раздвоенной делается быстроходная ступень. По форме зубьев зубчатые колеса бывают прямозубыми, Косозубыми и шевронными, причем, в одном редукторе возможно сочетание различных вариантов. С видом зубчатой передачи связан тип подшипников, устанавливаемых на том или ином валу. Форма зацепления зубьев в редукторах – эвольвентная или системы Новикова. Оба вида зацепления были созданы в России: эвольвентная – в 1754 г. академиком Леонардом Эйлером, новая – в 1954 г. доктором технических наук М.Л. Новиковым. Система зацепления Новикова обладает повышенной нагрузочной способностью. С 1958 г. АзИНМАШем были начаты исследования по возможности применения этой передачи в редукторах станков-качалок, были доказаны ее преимущества по сравнению с эвольвентной в отношении получаемых габаритов, масса и долговечности редукторов. В 1959-66 г.г. новая система зацепления стала внедряться в конструкциях редукторов сначала типа РДН, затем ЦДН и, наконец Ц2Н, пошедшего в серию. В цилиндрических редукторах оси валов расположены в одной плоскости, что позволяет разъем крышки с корпусом выполнять в горизонтальной плоскости, проходящей через оси валов. Таким образом, по этому приказу стандартные редукторы относятся к горизонтально-разъемному типу. Симметричная конструкция редукторов позволяет поворачивать валы на 180º после износа зубьев колес с целью увеличения долговечности. Ведомый вал редуктора с этой же целью имеет на каждом конце два шпоночных паза, расположенных под углом 90º, что позволяет установить кривошипы в новые положения при износе шпоночных пазов вала. В мощных станках- качалках ведомый вал иногда монтируется на опорах скольжения, имеющих большую несущую способность по сравнению с подшипниками качения. Эти редукторы с учетом характера осуществления смазки допускают строго ориентированное направление вращения, указываемое стрелкой на корпусе редуктора. Корпус редуктора может быть выполнен из стали, чугуна, алюминия. Корпус снабжается всеми необходимыми атрибутами для обслуживания – горловиной для заливки масла, сливными отверстиями, маслоуказателями и др. Существенное эксплуатационное различие редукторов связано с системой смазки. В этом отношении редукторы можно подразделить на две группы: в одних системах смазки общая, картерная, в других – зубчатые колеса смазываются залитым в картер маслом, а подшипники осей имеют индивидуальную изолированную от общей ванны консистентную смазку. Высота установки редуктора на раме станка-качалки имеет принципиальное значение для монтажа привода. Для вращения кривошипов необходимо пространство снизу, которое может быть обеспечено либо поднятием редуктора на раме станка-качалки, либо поднятием всего станка-качалки. В первых советских конструкциях редукторы располагались только непосредственно на раме станка-качалки, но уже следующее поколение приводов предусматривало возможность установки редукторов на высокой подставке – тумбе. В первом варианте станку-качалке требуется высокий фундамент для возможности вращения кривошипов, во втором – минимальный по высоте. Второй вариант впоследствии получил название «тумбового» и станки-качалки, выполненные по нему, должны получать в шифре литеру «Т». Выпуск станков-качалок в двух вариантах чрезвычайно удобен потребителям, т.к. позволяет принять наиболее рациональное и экономическое решение в зависимости от конкретных местных условий, связанных со строительством фундамента (его материалом, грунтом и др.). В последние годы в связи с падением дебита скважин остро появилась необходимость в тихоходных станках-качалках с числом качений в минуту до двух-одного и менее. С этой целью в ПО «Татнефть» Был разработан вариант с дополнительной клиноременной передачей. Решение отличалось простотой и возможностью переделки серийных станков-качалок силами нефтяников, однако было паллиативным, временным. Естественно, более целесообразным явилось комплектование станков-качалок трехступенчатыми цилиндрическими редукторами с повышенными передаточными числами (до125), и такое оборудование сейчас выпускается серийно. В качестве исторической справедливости на до отметить, что впервые трехступенчатый редуктор был применен в станках-качалках СКН 15-6010 и СКП-4512 с пневматическим управлением нескольких десятков лет назад. Тогда же предпринималось попытка применения трехступенчатого цилиндрическо-конического редуктора с быстроходной передачей. В этом варианте коническая передача непосредственно соединялась с двигателем, без ременной передачи. Однако при таком присоединении к асинхронному электродвигателю, имеющему жесткую характеристику, станок-качалка может работать только при одном числе ходов, не допуская регулирование режима. По этой причине, а также из-за отсутствия особой необходимости в тот период такой редуктор внедрен не был. В последние годы созданы промышленные преобразующие устройства, позволяющие применять в качестве двигателя станка-качалки регулируемые электродвигатели, которые могут в определенном диапазоне изменять частоту вращения. Это позволяет отказаться от ременной передачи и, вернувшись к старой идее, применять в приводе цилиндрическо-конический редуктор. Такие редукторы уже существуют и применяются в некоторых типах станков-качалок. Похожие статьи:
|
|