Введение.
Сборочное производство является заключительной стадией изготовления машиностроительной продукции, включающей кроме собственно сборки цехи окраски, отделки, испытаний, сварки, упаковки.
Сборочные цехи в этой стадии являются ведущими, так как они завершают цикл изготовления изделий и определяют сроки выпуска продукции на предыдущих стадиях, оказывают значительное влияние на ритмичность производства на предприятии. Важной особенностью сборочных цехов является то, что на этапе сборки стоимость незавершенного производства приближается к предельной величине — себестоимости готовой продукции.
Поэтому сокращение длительности цикла сборки обеспечивает не только ускорение оборачиваемости оборотных средств, но и наиболее эффективное использование производственных площадей.
Технология сборки предусматривает соединение и обеспечение правильного взаиморасположения и взаимодействия деталей и сборочных единиц.
В цехах единичного и мелкосерийного производства наряду с чисто сборочными операциями могут выполняться и другие технологические операции (дополнительная механическая обработка деталей, слесарно-пригоночные операции и т.п.).
С технологической точки зрения различные сборочные операции имеют много общего, что позволяет использовать универсальную технологическую оснастку, типовые технологические процессы и формы организации сборочных процессов.
Сборочные процессы характеризуются высоким удельным весом ручных работ и, как правило, применением несложного технологического оборудования.
Постановка задачи проектирования
Необходимо спроектировать цех по сборке погружных электродвигателей с годовым объемом производства 5500 штук. Режим работы цеха – круглосуточный, с 12-ти часовой рабочей сменой.
Требуется разработать общую компоновку цеха, выбрать необходимое оборудование и оснастку, разработать технологический процесс сборки изделия.
Так же следует наметить в цехе предполагаемые места под сборку гидрозащит и газосепараторов, наряду с электродвигателями входящих в состав установки электроцентробежного насоса.
Описание устройства погружного электродвигателя.
2.1. Конструкция погружного электродвигателя
Первый центробежный насос для добычи нефти был разработан в 1916 году Российским изобретателем Армаисом Арутюновым. В 1923 году Арутюнов эмигрировал в США, и в 1928 году основал фирму Bart Manufacturing Company, которая в 1930 была переименована в «REDA Pump» (аббревиатура от Russian Electrical Dynamo of Arutunoff), которая многие годы была лидером рынка погружных насосов для нефтедобычи. В СССР большой вклад в развитие электрических погружных насосов для добычи нефти внесло особое конструкторское бюро по конструированию, исследованию и внедрению глубинных бесштанговых насосов (ОКБ БН) созданном в 1950 г.
В составе установки для добычи нефти электродвигатель является приводом насоса. От технического уровня на стадии проекта, качества изготовления и надежной работы двигателя зависит долговечная работа установки. В зависимости от заказа двигатели различаются по условиям эксплуатации при температуре пластовой жидкости 120, 140 и 160 °С.
Все стадии создания изделия, от проектирования до отгрузки потребителю, регламентируются нормативными документами. Это государственные стандарты, технические условия, инструкции и методики. Производство ведется по конструкторской и технологической документации, которая разрабатывается специалистами компании.
В общем случае электродвигатель представляет собой устройство для преобразования электрической энергии в энергию механическую. Преобразование основано на известных физических законах Джоуля – Ленца, Максвелла и других, о чем будет сказано ниже.
Рисунок 2.1. Погружной электродвигатель
Погружной односекционный маслонаполненный трехфазный асинхронный электродвигатель конструктивно состоит из основных сборочных единиц:
- головка с токовводом и упорным подшипником;
- основание со встроенным фильтром тонкой очистки масла;
- неподвижный статор;
- вращающийся ротор.
Головка находится в верхней части электродвигателя. В головке расположен токоввод и установлен упорный подшипник. Токоввод состоит из изоляционной колодки и деталей, обеспечивающих электрическое соединение питающего кабеля и обмотки электродвигателя. В головке установлен клапан для прокачки масла.
Основание расположено в нижней части электродвигателя. В основании установлены фильтр тонкой очистки масла, радиальная опора скольжения для нижней части вала ротора и клапан для закачки масла. По требованию Заказчика в основание может быть установлен погружной блок телеметрии, который контролирует в реальном времени такие параметры установки как сопротивление изоляции системы «двигатель – кабель», температуру нагрева обмотки и вибрацию двигателя, температуру пластовой жидкости.
Головка и Основание герметично соединены с корпусом статора.
Статор состоит из магнитопровода с обмоткой, запрессованного в стальную трубу-корпус. Магнитопровод представляет собой пакет из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм с термостойким изоляционным покрытием. Применение тонких листов позволяет уменьшить нагрев пакета от токов Фуко, которые возникают в магнитных материалах, помещенных в переменное магнитное поле, и прямо пропорциональны объему магнитного материала. Три фазы обмотки статора выполнены медным обмоточным проводом, они расположены в пазах магнитопровода равномерно по окружности (ось каждой фазы находится под 120 ° друг к другу) и соединены электрически по схеме «звезда». В зависимости от модификации электродвигателя по теплостойкости обмотка может быть компаундированной (для работы в пластовой жидкости с температурой 140 и 160 °С) или пропитанной высокотемпературным изоляционным лаком (для работы в пластовой жидкости с температурой 120 °С). Назначение компаунда или лака – обеспечить дополнительную изоляцию обмоточного провода и создать лучшие условия для отвода тепла от обмотки в окружающую среду. Функциональное назначение статора – при подключении к источнику электропитания (трехфазный трансформатор) в результате прохождения переменного тока по трем фазам обмотки статора, расположенным под 120 ° по отношению друг к другу, создать в магнитопроводе вращающееся магнитное поле.
Ротор состоит из отдельных пакетов, установленных неподвижно на валу и радиальных опор скольжения, установленных на валу между пакетами.
Пакеты ротора также выполнены из листов электротехнической стали. В пазах листов ротора размещена обмотка пакета ротора в виде медных стержней с замыкающими их медными кольцами. Согласно закону электромагнитной индукции (закон Максвелла) в стержнях пакета ротора, помещенным в переменное магнитное поле, наводится ток, частота которого равна частоте тока статора. Направление тока в стержне зависит от расположения стержня под полюсами магнитного поля в каждый момент времени и определяется по так называемому «правилу правой руки». Под воздействием магнитного поля статора и тока, наведенного в обмотке ротора, на короткозамкнутые стержни воздействует пара сил F1 и F2, которые создают на валу определенный момент сопротивления. Направление силы в каждый момент времени можно определить по так называемому «правилу левой руки». Видно, что вращение ротора происходит в том же направлении, что и магнитное поле статора. Но скорость вращения ротора будет меньше скорости вращения магнитного поля (иначе магнитный поток, пересекающий стержни пакета ротора, не был бы переменным и в них не возникал бы индукционный ток). Поэтому вращение ротора относительно магнитного поля статора является асинхронным, а относительное отставание ротора от вращающегося магнитного поля характеризуется скольжением, которое определяется по формуле:
s = n1 – n / n1,
где s – скольжение:
n1 – частота вращения магнитного поля статора ;
n – частота вращения ротора.
Учитывая, что частота вращения магнитного поля n1 = 60f / р, можно определить частоту вращения двигателя по формуле:
n = 60f / р • ( 1 – s ).
Изменяя число пар полюсов р обмотки статора и частоту f питающего напряжения можно регулировать частоту вращения магнитного поля, а следовательно, и частоту вращения асинхронного двигателя. Статоры всех двигателей компании «НОВОМЕТ» имеют одну пару полюсов, а скольжение – в пределах 0.03…0,05. Промышленная частота напряжения в разных странах принята 50 и 60 герц (в России 50 Гц).
Таким образом, назначение ротора – под воздействием вращающегося магнитного поля статора и тока, наведенного в обмотке ротора, создать вращающий момент на валу электродвигателя. В результате происходит преобразование электрической энергии в энергию механическую.
Вал предназначен для передачи вращающего момента на приводной механизм. Он изготовлен из специальной высокопрочной стали. Вал имеет продольный канал и радиальные отверстия для циркуляции масла и смазки радиальных опор скольжения (подшипников). Ротор установлен в статоре на радиальных опорах скольжения, которые состоят из корпуса и металлокерамических втулок. Корпус радиальных опор скольжения изготовлен из немагнитного материала с целью уменьшения его нагрева от токов Фуко.