Авторы: Алексей Кобзев (Voith Turbo), aleksei.kobzev@voith.com

Опубликовано на портале «Химическая техника», январь 2022

Предприятия нефтегазового, энергетического и химического сектора выдвигают множество требований к ротационному оборудованию. Такое оборудование должно быть экономичным, надежным и простым в эксплуатации. Также часто ввиду ограниченных площадей производства существует требование по минимизации занимаемого места. Не стоит также забывать об ужесточающихся с каждым годом экологических стандартах.

Все это ставит перед производителями оборудования весьма непростую задачу – сделать привод наиболее эффективным, надежным, компактным, экологичным и при этом все еще быть конкурентоспособным на рынке.

Компания Voith – пионер и лидер в области приводной техники – основательно подошла к решению данной задачи. Обладая компетенциями в различных дисциплинах, инженеры компании смогли объединить преимущества механического и электрического привода и применить богатый опыт в регулировании частоты вращения.

Разработанный привод получил название VECO-Drive (рис. 1). Его задача – наиболее эффективно и надежно передать мощность от привода (например, электродвигателя), жестко соединенного с валом 1, приводимой машине (например, насосу, компрессору и т.д.), жестко соединенной с валом 2. VECO-Drive служит для регулирования частоты вращения и плавного пуска основного привода.

Рис. 1. Регулируемая электромеханическая передача Voith VECO-Drive, модель REC:
1– входной вал (соединяемый с приводом); 2 – выходной вал (соединяемый с приводимой машиной); 3 – низковольтные электродвигатели с приводом от низковольтных ЧРП; 4 – зубчатый венец; 5 – сателлит; 6 – солнечная шестерня; 7 – водило сателлитов; 8 – блокирующие муфты; 9 – ретардер; 10 – цилиндрическая передача; 11 – цилиндрическая передача

Крутящий момент передается от приводимой машины с помощью жесткой муфты на вал 1, а далее через планетарную передачу, состоящую из зубчатого венца 4, сателлитов 5, водила сателлитов 7 и солнечной шестерни 6 передается на выходной вал 2, жестко соединенный с приводимой машиной. Регулирование частоты вращения происходит с помощью изменения частоты вращения водила сателлитов 7 за счет передаваемого крутящего момента от низковольтных электродвигателей 3 с приводом от низковольтных частотно-регулируемых приводов через цилиндрическую передачу 10. Замедляя, ускоряя или даже изменяя направление вращения водила (используя принцип разделения потоков мощности), удается менять частоту вращения солнечной шестерни и, соответственно, приводимой машины (рис. 2).

Рис. 2. Изменение частоты вращения выходного вала при изменении направления и частоты вращения сателлитов

Для защиты электросети от высоких токов двигатели 3 могут использоваться для запуска основного приводного электродвигателя. Для этого устанавливаются блокирующие муфты 8, которые временно блокируют функцию разделения потоков мощности. Ускорение привода происходит плавно, а главный электродвигатель синхронизируется до подключения к сети. Кроме того, двигатели 8 могут использоваться для обеспечения медленного вращения, чтобы избежать изгиба ротора при охлаждении после эксплуатации, что исключает необходимость использования отдельного валоповоротного устройства.

Решения, применяемые в VECO-Drive, объединяют в себе плюсы самых разных технологий:

  • принцип разделения потоков мощности обеспечивает максимально возможный КПД;
  • планетарная передача обладает высоким КПД, обеспечивает соосность валов привода и приводимой машины, а также компактность привода;
  • низковольтные электродвигатели и частотно-регулируемые приводы также обладают высоким КПД и надежностью и занимают мало места;
  • использован уже проверенный в гидродинамических решениях компании Voith принцип разделения потоков мощности для регулирования частоты вращения.

Эти преимущества позволяют достигать значений КПД до 97% (см. сравнение с решениями на базе высоковольтных ЧРП, рис. 3), обеспечить максимальную надежность, уменьшить площадь установки, снизить затраты на техническое обслуживание и ремонт и защитить сеть за счет возможности плавного пуска основного двигателя. Следует также отметить снижение капитальных затрат, так как при применении VECO-Drive мощность основного электродвигателя может быть снижена до 20%.

Рис. 3. Сравнение КПД VECO-Drive (включая трансформатор, низковольтные ЧРП, насос смазочного масла и принудительное охлаждение) и решения на базе высоковольтного ЧРП включая трансформатор, повышающий редуктор и насос смазочного масла

Несмотря на пандемию и связанные с ней сложности, в 2020 году компания Voith ввела в эксплуатацию первые два VECO-Drive на угольной электростанции Наньша в Гуанчжоу, Китай, в составе привода питательных насосов (рис. 4). Оба привода работают надежно, повышая не только общую эффективность насосного агрегата, но и значительно снижая уровни шума и вибрации. Мониторинг основных показателей (температура, вибрация, давление и др.) показывает, что все параметры находятся в безопасном диапазоне. Кроме того, был измерен общий КПД привода, который составил около 97%. Уровень шума был даже ниже ожидаемого.

Рис. 4. Регулируемая электромеханическая передача Voith VECO-Drive в приводе питательного насоса на ТЭЦ Наньша в Гуанчжоу, Китай

Компания Voith, обладая богатым опытом производства и поставки регулируемых приводных решений, стремительно развивает новые технологии для нефтегазового, энергетического и химического сектора. Подтверждением этому является регулируемая электромеханическая передача VECO-Drive.

СХОЖИЕ СТАТЬИБОЛЬШЕ ОТ АВТОРА