基于三維可視化提高地面設備生產(chǎn)效率的研究

肖祖印， 苗 杰

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司， 天津 300452）

0 引言

常規(guī)變頻控制系統(tǒng)占用平臺空間大，平臺建造成本高，30 口井預計要增加400 萬元的建造成本。通過對電氣元件進行重新優(yōu)化選型，對柜體內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，柜體安裝尺寸平均縮小30%以上，200 kW 常用功率尺寸縮小40%以上。通過有限元剛性強度分析和有限元散熱流體分析，驗證了變頻柜在緊湊式空間下的結(jié)構(gòu)的可靠性。項目組通過型式試驗和船級社認證，驗證了緊湊式尺寸下設備的可靠性，確保設備能夠滿足使用需求，在尺寸縮減后，保證穩(wěn)定運行。

ESP 地面緊湊式矢量變頻控制系統(tǒng)集成開發(fā)，形成了六大類變頻產(chǎn)品的開發(fā)，主要技術指標達到國外同類產(chǎn)品水平[1-3]。該項目成果產(chǎn)品投入使用，系統(tǒng)運行至今安全、可靠，達到了最初的設計要求。

1 生產(chǎn)效率提高方案

近年來，隨著海洋平臺對平臺空間利用率要求的不斷提高，緊湊式變頻柜應用逐漸在油田普及，ESP地面緊湊式矢量變頻控制系統(tǒng)總計銷售425 套。

公司3 個月內(nèi)就接到100 余套訂單，并且還有百余套設備待生產(chǎn)交貨。隨著訂單量迅速暴漲，必須提高緊湊式變頻柜自主化生產(chǎn)產(chǎn)能，才能夠滿足未來市場需求。

通過對2020 年DPC 系列緊湊式變頻柜的生產(chǎn)調(diào)研，1 套DPC 系列緊湊式變頻柜的生產(chǎn)環(huán)節(jié)所用工時約為40 h，如表1 所示。表1 中列出了生產(chǎn)1 套DPC 系列緊湊式變頻柜所需的全部工時。其中，控制回路裝配及走線占總工時的13.5%。考慮到電氣模塊掛裝屬于叉車作業(yè)，電氣模塊掛裝和一次回路走線，不同規(guī)格型號的設備，操作方式較為固定。因此，課題組將方向放在了提高控制回路裝配及走線方面。

表1 DPC 系列緊湊式變頻柜生產(chǎn)工時

由表2 控制回路細分工時可知，控制回路裝配及走線性存在以下問題：

表2 控制回路（二次回路）細分工時

1）效率低：柜體到貨后，控制回路裝配及走線有7 道工序。其中，2、3 和6 工序為電氣作業(yè)，1、4、5 和7工序為控制回路元件裝配板的安裝、拆除和復位，耗費工時為100 min。

2）易出錯：DPC 系列變頻柜控制回路元件一般有20 余項，出廠復檢復查，平臺檢修需要進行重新拆裝，且控制回路元件距離主回路較近，拆裝不便。

3）人員安全：7 道工序中，5 和7 工序為登高作業(yè)，控制回路元件裝配板的反復拆裝，增加了人員手部傷害的風險。

4）電路損傷：存在部分虛接、電線質(zhì)量不合格的情況，停電檢修、出廠前故障排查時，需用檢測儀表進行反復試驗。

為了解決地面設備生產(chǎn)存在的上述問題，小組形成了基于三維可視化，優(yōu)化控制回路元件安裝方式及內(nèi)部布局，提高地面設備生產(chǎn)效率的想法。經(jīng)過相關的調(diào)研和論證工作，設計出一套強度可靠、操作簡便、安裝快捷的控制回路元件裝配安裝板。同時，優(yōu)化安裝工藝，提高生產(chǎn)效率。

2 設定目標

總體方案是采用SolidWorks 三維設計軟件和Shot8 三維可視化工具，設計出能夠不對鈑金件進行拆除，就能完成控制回路元件安裝的器件。針對控制回路元件安裝中的重點內(nèi)容，分為可拆卸式風機安裝板、合頁式控制回路安裝板兩個方案。

方案一：可拆卸式風機安裝板。修改頂蓋，在頂蓋上設計一項可從下端拆卸的風機安裝板，在柜體到貨后進行控制回路—風機的裝配和接線時，無需拆卸整塊頂蓋。出廠質(zhì)檢、現(xiàn)場調(diào)修時，僅拆卸風機安裝板即可，如圖1 所示。詳細方案如下：

圖1 方案1 可拆卸式風機安裝板

1）在頂蓋下方焊接螺柱，保證安裝板能夠從下方站立拆卸，無需登高作業(yè)。

2）在風機安裝板上開設圓孔，圓孔內(nèi)安置過電纜膠圈，避免走線時由于加工切緣過于鋒利損傷電線。

可拆卸式風機安裝板具有以下優(yōu)點：

1）風機安裝板能夠從下端進行拆卸。

2）在風機安裝板上開設圓孔，圓孔內(nèi)安置過電纜膠圈。

3）所有導線在風機安裝板內(nèi)部布線，整齊規(guī)范。

方案二：合頁式控制回路安裝板。修改控制回路安裝板，位置調(diào)整為正對柜門，打開柜門后可以盤前維護，且為合頁式，拉開后可調(diào)試維修安裝板后方器件，在控制回路安裝板上開設陣列孔，保證不同廠家、不同品牌的電氣配件均能進行安裝，如圖2 所示。

圖2 方案2 合頁式控制回路安裝板

合頁式控制回路安裝板具有以下優(yōu)點：

1）合頁式控制回路安裝板，位置調(diào)整為正對柜門，打開柜門后可以進行盤前維護。

2）在合頁式控制回路安裝板上開設陣列孔，保證不同廠家、不同品牌的電氣配件均能安裝。

3）應力分析安全系數(shù)＞1.5，結(jié)構(gòu)可靠穩(wěn)固。

同時采用可拆卸式風機安裝板和合頁式控制回路安裝板，完成1 套DPC600 變頻器安裝，目標時間由270 min 縮短為175 min，安裝時間節(jié)約了36%，如表3 所示，操作過程亦不存在人身或設備安全隱患，本次課題目標達成。

表3 性能驗證表

3 結(jié)語

常規(guī)變頻控制系統(tǒng)占用平臺空間大，平臺建造成本高。緊湊式矢量變頻控制系統(tǒng)通過對電氣元件進行重新優(yōu)化選型，對柜體內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，柜體安裝尺寸平均縮小30%以上。尺寸縮減后，由于設備內(nèi)部空間較為緊湊，存在部分器件不方便安裝，安裝工時較長的情況。課題組通過調(diào)研1 套DPC 系列緊湊式變頻柜的生產(chǎn)環(huán)節(jié)所用全部工時，發(fā)現(xiàn)主要耗時的工序為控制回路器件安裝及風機安裝。因此，采用SolidWorks三維設計軟件和Shot8 三維可視化工具，設計出合頁式控制回路安裝板和可拆卸式風機安裝板，并優(yōu)化相應安裝工藝，能夠在不拆除鈑金件的前提下，快速完成控制回路元件的安裝。實際應用表明，DPC600變頻器安裝工時節(jié)省了36%，安裝效率顯著提高。