Details

Данная работа посвящена проектированию специализированного экстрактора (съёмника) для извлечения и установки трубных пучков кожухотрубных теплообменных аппаратов, а также разработке его основных узлов и металлоконструкции. Задачи, которые решались в ходе исследования: Анализ существующих конструкций и обоснование принципиальной схемы устройства. Разработка гидравлического механизма захвата, включая расчёт гидроцилиндров, насоса, трубопроводов, выбор гидроаппаратуры и рабочей жидкости. Проектирование тяговой каретки с реечным приводом: расчёт зубчатой передачи, приводного вала, шпоночных соединений, подшипниковых узлов и выбор мотор-редуктора. Разработка несущей металлоконструкции (рамы) и её проверка на прочность и жёсткость методом конечных элементов. Проектирование траверсы (несущей каретки) с системой балансировки: расчёт опорных элементов, привода перемещения, подшипниковых узлов. Разработка 3D-моделей узлов и чертежей общего вида. Работа проведена на основе нормативной документации (ГОСТ 2.105-2019, ГОСТ 34589-2019, ГОСТ 33166.1-2014 и др.). Основные расчёты металлоконструкций выполнялись в программном комплексе Femap с использованием КЭ-моделей. Гидравлические и механические расчёты проведены в Mathcad. Для подбора стандартизованных комплектующих использовались каталоги производителей (PSM Hydraulics, Bosch Rexroth, Техпривод и др.). В результате спроектировано устройство, обеспечивающее тяговое усилие до 16 т, скорость перемещения пучка 0,1 м/с, рабочее давление гидросистемы 20 МПа. Проведён комплекс прочностных расчётов несущей рамы, направляющих, траверсы. Разработаны гидравлический механизм захвата, тяговая каретка с реечным приводом и траверса с балансирным механизмом. Конечно-элементный анализ подтвердил выполнение условий прочности и жёсткости во всех расчётных случаях, включая критические режимы с креном до 10°. Разработаны 3D-модели и чертежи, необходимые для изготовления. Работа может быть рекомендована к практической реализации на предприятиях нефтегазовой и химической промышленности. Область применения результатов – ремонт и техническое обслуживание кожухотрубных теплообменников, конденсаторов, испарителей и других аппаратов, требующих периодического извлечения трубных пучков для очистки, дефектоскопии или замены труб. Для достижения данных результатов в работе были использованы следующие информационные технологии, в том числе программное обеспечение, облачные сервисы, базы данных: Femap (конечно-элементный анализ прочности и деформаций), Mathcad (проверочные расчёты), CAD-система (3D-моделирование), облачные сервисы поставщиков гидрооборудования, базы данных ГОСТ и СП.

This work is devoted to the design of a specialised extractor (puller) for removing and installing tube bundles of shell-and-tube heat exchangers, and the development of its main units and metal structure. Objectives of the study: Analysis of existing designs and substantiation of the basic schematic diagram of the device. Development of a hydraulic clamping mechanism, including calculation of hydraulic cylinders, pump, pipelines, selection of hydraulic control equipment and working fluid. Design of a traction carriage with a rack drive: calculation of the gear pair, drive shaft, keyed connections, bearing assemblies and selection of a geared motor. Development of the load-bearing metal structure (frame) and its verification for strength and stiffness by the finite element method. Design of the traverse (supporting carriage) with a balancing system: calculation of support elements, travel drive, bearing units. Development of 3D models of assemblies and general arrangement drawings. The work was carried out on the basis of regulatory documentation (GOST 2.105-2019, GOST 34589-2019, GOST 33166.1-2014, etc.). The main calculations of metal structures were performed using the Femap software package with finite element models. Hydraulic and mechanical calculations were carried out in Mathcad. Manufacturer catalogues (PSM Hydraulics, Bosch Rexroth, Techprivod, etc.) were used to select standardised components. Results: A device providing a traction force of up to 16 t, a bundle travel speed of 0.1 m/s, and a hydraulic system operating pressure of 20 MPa was designed. A comprehensive set of strength and stiffness calculations for the supporting frame, guides and traverse was performed. The hydraulic clamping mechanism, traction carriage with rack drive and traverse with balancing mechanism were developed. Finite element analysis confirmed that the strength and stiffness conditions are met in all design cases, including critical modes with a roll of up to 10°. 3D models and drawings required for manufacturing have been developed. The work can be recommended for practical implementation at enterprises in the oil and gas and chemical industries. Application area: repair and maintenance of shell-and-tube heat exchangers, condensers, evaporators and other equipment requiring periodic removal of tube bundles for cleaning, non-destructive testing or tube replacement. To achieve these results, the following information technologies, including software, cloud services, databases, etc., were used: Femap (finite element analysis of strength and deformation), Mathcad (verification calculations), CAD system (3D modelling), supplier cloud services for hydraulic equipment, databases of GOST and SP standards.