Старая поговорка гласит: «Одна голова хорошо, а две – лучше». В случае с электрическими двигателями, используемыми в работе буровых установок, ситуация совсем иная. Ученые Южно-Уральского государственного университета разработали энергоэффективный дифференциальный электропривод для буровой установки. Он способен заменить два электромотора, которые, как правило, работают на буровых.
«Сейчас для буровых установок используют либо два двигателя, либо громоздкую коробку передач, как в автомобиле, – поясняет старший преподаватель кафедры «Автоматизированный электропривод» Никита Савостеенко. – КПД такой коробки очень низкий. Если говорить про два двигателя, то там КПД высокий, как и при работе нашей разработки, но и здесь у нас преимущество: уменьшение массогабаритного параметра. Это важно, ведь вес самой буровой установки очень высок, достигает более 100 тонн. Уменьшая количество двигателей до одной единицы, мы снижаем вес установки и увеличиваем свободное пространство на ней. Высвобожденное место можно использовать под необходимое оборудование, например, для специальных климатических шкафов. Как правило, буровые используются на Крайнем Севере, если мы говорим о добыче нефти, при этом есть проблема поддержания необходимой рабочей температуры электрооборудования».
Помимо увеличения КПД и снижение массогабаритных параметров, разработка ученых позволяет снизить затраты на покупку электрооборудования и повысить надежность всей системы. Никита Савостеенко объясняет, почему:
«Сами механики заявляют, что чем больше механизмов, тем менее надежна система. Вероятность того, что сломается один из двух электродвигателей больше, чем вероятность того, что сломается один-единственный двигатель!»
Самые большие объемы нефтедобычи в России сегодня приходятся на Ханты-Мансийский автономный округ. Территория находится в районе Крайнего Севера. Электродвигатель, разработанный сотрудниками кафедры, способен работать при низких температурах вплоть до 60 градусов со знаком минус. Сотрудники кафедры «Автоматизированный электропривод» Энергетического факультета Политехнического института много лет занимаются разработками в области электротехники. Старший преподаватель кафедры Никита Савостеенко за время своей учебы в аспирантуре, подготовил около 30 статей в разные научные журналы, сейчас молодой ученый пишет диссертацию на тему применения электродвигателей. Сотрудник ЮУрГУ объясняет, как удалось заменить два двигателя одним.
«Что такое дифференциальный электропривод? Это значит, что в механической части двигателя используется дифференциальный планетарный редуктор. Дифференциальный – значит, что в нем есть возможность изменять кинематическую схему, то есть изменять передаточное число этого редуктора за счет механических воздействий, – рассказывает Никита Вадимович. – В случае с двумя двигателями, один их них обладает такими характеристиками, что у него высокая скорость, но он может создавать маленький нагрузочный момент, другой двигатель, наоборот, имеет низкую скорость, но обладает высоким моментом. Так вот за счет изменения кинематической схемы, мы смогли заменить два двигателя одним и реализовать на нем то, что было раньше возможно при работе двух электромоторов».
Сегодня ученые запатентовали разработку, но чтобы внедрить, необходим срок в два-три года. В ближайшее время будет изготовлен лабораторный макет, на котором можно будет оценивать работоспособность дифференциального электропривода. Электродвигатель должен также пройти полевые испытания. После этого можно будет презентовать разработку заинтересованным компаниям. А интерес к электродвигателю уже есть.