авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Мониторинг и управление качеством эксплуатации тяговых электродвигателей подталкивающих электровозов восточно-сибирской железной дороги

-- [ Страница 2 ] --

В табл. 1 обозначено: I – ток ТЭД; – колебания температуры воздуха; – давление водяного пара, содержащегося в воздухе; Nп – число циклов перехода температуры окружающего воздуха через нулевое значение; – температура воздуха; – колебания давления водяного пара, содержащегося в воздухе; ав – уровень вертикальных вибраций ТЭД. Полученные результаты (см. табл. 1) указывают на то, что надежность ТЭД зависит от эксплуатационных факторов, формирующих температурно-влажностный режим его изоляции.

Исследованиями Уральского отделения ВНИИЖТа установлено существенное снижение мощности двигателей НБ-418К6, ТЛ-2К по сравнению с НБ-412М при уменьшенном расходе воздуха. Наибольшее количество отказов изоляции наблюдается на ТЭД подталкивающих электровозов.

При ведении поездов повышенной массы по многочисленным протяженным (от 10 до 50 км) подъемам повышенной крутизны (до 17,5 ‰) с кривым и критического радиуса (до 300 м) токи ТЭД нередко в 1,5 раза превышают номинальное значение. Это, в условиях движения по подъемам с ограниченной скоростью по состоянию пути, пониженным напряжением контактной сети при вынужденной пачечной отправке поездов, уменьшенной по различным причинам интенсивностью вентиляции, троганием поездов на подъемах без вспомогательных локомотивов вызывает ускоренное старение изоляции ТЭД вследствие превышения предельно допустимой температуры и скорости нагрева. При этом отмечается существенное снижение теплопроводности и теплоотдачи изоляции. Из-за указанных причин тепловой износ изоляции ТЭД подталкивающих электровозов достигает 80 – 90 % общего износа изоляции. Пропитка обмоток ТЭД лаком пониженной нагревостойкости, способствует этому, так как лак теряет свои диэлектрические свойства и разрушается в первые месяцы эксплуатации после ремонта. Для определения влияния рассмотренных эксплуатационных факторов на тепловой износ изоляции якорной обмотки ТЭД и, соответственно, срока ее службы составим уравнения теплового баланса для обмотки и стали:

Р1(1+1)dt = С1d1+Л11dt+Л12(1 – 2)dt, (1)

P2dt+Л12(1 – 2)dt = C2d2+Л22dt, (2)

где Р1, Р2 – потери в обмотке и в стали; 1 и 2 – превышения температуры обмотки и стали над температурой окружающей среды; С1, С2 – теплоемкость обмотки и стали; Л1, Л2 – тепловая проводимость обмотки и стали с окружающей средой; Л12 – тепловая проводимость между обмоткой и сталью; – температурный коэффициент сопротив­ления материала проводника обмотки.

После решения уравнений (1) и (2) и преобразований получено установившееся значение превышения температуры обмотки якоря:

, (3)

где и – превышение температуры обмотки в номинальном режиме и в опыте короткого замыкания; коэффициент .

Тогда тепловой износ изоляции якоря ТЭД на i-м участке:

, (4)

где – средняя температура окружающей среды; н – номинальная температура нагрева изоляции; В – интенсивность теплового старения изоляции; t – текущее время; Т – постоянная времени нагрева якоря.

Повышенные температура нагрева и скорость изменения температуры обмоток ТЭД подталкивающих электровозов приводят к интенсивному тепловому и термомеханическому старению изоляции с образованием многочисленных пор и включений, вызывающих быстрое и обильное увлажнение обмоток и их пробой. (Масса влаги, поглощенная изоляцией, составляет в отдельных случаях более 1 % от массы изоляции). Оценка увлажненности изоляции определялась по соотношению сопротивлений изоляции ТЭД, измеренных прибором типа MIC-1000. У большинства опытных двигателей установлено существенное увлажнение. В качестве примера в табл. 2 приведены характеристики

Таблица 2

Характеристики увлажненности ТЭД

Номер ТЭД Сопротивление изоляции, МОм Коэффициент абсорбции, ед.
R15 R60
1 8,3 8,2 0,99
2 16,1 25,8 1,60
3 43,0 49,2 1,14
4 5,6 5,9 1,05
5 1600,0 3350,0 2,09
6 10,8 10,9 1,01
7 28,4 35,7 1,26
8 36,6 39,8 1,09

увлажненности изоляции ТЭД подталкивающего электровоза. Приведенные в табл. 2 данные показывают, что из восьми ТЭД электровоза только двигатель 5 имел сухую изоляцию, двигатели 2 и 7 частично увлажненную изоляцию, остальные ТЭД электровоза имели насыщение влагой 100 % и без ее удаления к эксплуатации не были пригодны.

Третья глава посвящена разработке математической модели температурно-влажностного процесса ТЭД в эксплуатации. Дифференциальные уравнения, описывающие динамику процесса переноса тепла и влаги в изоляции обмоток ТЭД в эксплуатации, имеют вид:

; (5)
; (6)
; (7)
. (8)

Дифференциальные уравнения (5) – (8) показывают, что изменение объема обмоток ТЭД V c течением времени происходит под действием трех движущих сил – изменения влагосодержания и массосодержания U, температуры t и давления Рт. Трудности разработки схемы численного решения дифференциальных уравнений (5) – (8) связаны с определением коэффициентов тепло- и массопереноса (К11…К44). Задача достаточно сложна по причине нелинейности. Под действием указанных движущих сил происходит увеличение или уменьшение объема изоляции обмоток ТЭД, в результате чего в изоляции образуются микротрещины и микропустоты.

Выход из данной ситуации заложен в анализе кривых роста и скорости роста объема обмоток ТЭД в процессе переноса тепла и влаги. Кривые изменения объема изоляции обмоток ТЭД и кривые сорбции и десорбции имеют одинаковый S-образный вид. Кривые скорости изменения объема изоляции ТЭД будут иметь трапецеидальный вид. Физически это объясняется наличием в процессах увлажнения и сушки изоляции ТЭД трех основных периодов: нарастающей, постоянной и спадающей скорости изменения объема изоляции ТЭД, которые описываются одним уравнением – уравнением S-образной кривой:

. (9)

Уравнение (9) рассматривает протекание процесса переноса тепла и влаги в изоляции обмоток ТЭД под действием двух движущих сил: отклонения текущего объема изоляции обмоток ТЭД V от начального разнообъемного значения и от конечного разнообъемного значения .

Путем решения дифференциальных уравнений кинетики процесса переноса тепла и влаги, отражающих взаимосвязь между тепло- и влагообменом и изменением объема обмоток ТЭД. Из дифференциального уравнения энергетического баланса применительно к процессу нагрева изоляции обмоток ТЭД

, (10)

где Т – постоянная времени нагрева изоляции ТЭД, с; – превышение температуры изоляции над температурой окружающей среды, К.

Т можно рассчитать по геометрическим и физическим характеристикам изоляции ТЭД. Считая, что существует полное совпадение по фазам между явлениями тепло- и влагообмена и изменением объема изоляции ТЭД, тогда из выражения (10) получаем:

. (11)

Величину Km можно использовать в качестве модифицированного обобщенного диагностического параметра при прогнозировании состояния изоляции ТЭД. На основании модифицированного обобщенного диагностического параметра созданы алгоритм и «Бортовой программный комплекс расчета степени увлажнения изоляции обмоток ТЭД» (рисунок).

Бортовой программный комплекс расчета степени увлажнения

изоляции обмоток ТЭД

Четвертая глава посвящена разработке методик и средств требуемого температурно-влажностного режима изоляции ТЭД электровозов.

Предлагаемая методика комплексного мониторинга и управления вентиляцией силового оборудования подталкивающих электровозов по величине активной мощности приводных двигателей позволяет проводить регулярную объективную проверку и регулировку вентиляции при проведении техническом обслуживании и текущем ремонте, обеспечивая существенное повышение надежности изоляции ТЭД электровозов без увеличения времени простоя.

При проведении экспресс-оценки в специальном журнале фиксируются номер электровоза и время его прибытия, температура окружающего воздуха на момент прибытия и при измерении, номер контролируемого ТЭД.

В момент прибытия отключаются мотор-вентиляторы. Измерение температуры ТЭД необходимо выполнять инфракрасным термометром «Кельвин» с погрешностью измерения ±1 °С. Определяется температура передних лобовых частей якорной обмотки (Я) и коллектора (К).

По кривым остывания ТЭД без вентиляции определяется температура якоря на момент прибытия. При превышении разницы температуры ТЭД между собой более 5 °С устанавливается причина различия теплового режима.

Автором предложена методика контроля изоляции ТЭД эксплуатируемого парка подталкивающих электровозов депо, позволяющая определять температурно-влажностное состояние изоляции. Анализ связи между температурой окружающей среды, давлением водяного пара в воздухе и параметром потока отказов изоляции показал, что корреляционное отношение между отмеченными эксплуатационными факторами и показателем безотказности составляет 0,95 – 0,96. Это указывает на почти функциональную связь между температурой, давлением водяного пара в воздухе и показателем безотказности изоляции ТЭД. При увеличении температуры воздуха и давления водяного пара в воздухе надежность изоляции существенно понижается.

Пятая глава посвящена расчету экономического эффекта от внедрения системы мониторинга температуры тяговых электродвигателей.

Прибыль от внедрения предлагаемой системы складывается из снижения числа отказов ТЭД по причине уменьшения отказов изоляции и числа повреждений моторно-якорных подшипников (МЯП), устраняемых лишь на капитальном ремонте и из уменьшения количества пожаров оборудования. Годовой экономический эффект от внедрения системы мониторинга температуры ТЭД на одном электровозе ВЛ80Р составляет 51594 руб.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Анализ надежности ТЭД подталкивающих электровозов переменного тока Восточно-Сибирской железной дороги показал, что отсутствие системы мониторинга и управления температурно-влажностным режимом изоляции приводит к снижению надежности тяговых электродвигателей на 35 – 45 %.

2. Предложена математическая модель температурно-влажностного процесса ТЭД, позволяющая создать «Бортовой программный комплекс расчета степени увлажнения изоляции обмоток ТЭД».

3. Определены степень и характер влияния эксплуатационных факторов на развитие процессов повреждения изоляции ТЭД подталкивающих электровозов переменного тока. Установлено, что в значительной мере надежность ТЭД зависит от эксплуатационных и климатических факторов, формирующих температурно-влажностный режим изоляции двигателя.

4. Установлено, что повышенная нагрузка ТЭД подталкивающих электровозов вызывает тепловой износ изоляции, составляющий до 80 – 90% общего ее износа. Увеличенные температура нагрева и скорость изменения температуры обмоток ТЭД приводят к интенсивному тепловому и термомеханическому старению изоляции с образованием многочисленных пор и включений, способствующих быстрому и обильному увлажнению обмоток и их пробою.

5. Разработаны методики, обеспечивающие требуемый температурно-влажностный режим ТЭД подталкивающих электровозов:

комплексного мониторинга и управления вентиляцией силового электрооборудования подталкивающих электровозов по величине активной мощности приводных электродвигателей;

комплексной экспресс-оценки теплового режима работы ТЭД после подталкивания тяжеловесных поездов, позволяющая обеспечить выравнивание температурно-влажностного режима изоляции ТЭД.

6. Предложены методы и средства, обеспечивающие требуемый температурно-влажностный режим ТЭД подталкивающих электровозов:

контроля изоляции ТЭД подталкивающих электровозов депо, что позволяет определять температурно-влажностное состояние изоляции;

непрерывного контроля и управления температурно – влажностными процессами изоляции обмоток ТЭД подталкивающего электровоза в процессе движения.

7. Внедрение комплекса методов и средств мониторинга изоляции обмоток ТЭД подталкивающих электровозов позволит повысить надежность ТЭД на 15 %.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Гамаюнов И. С. Управление температурно-влажностным процессом изоляции обмоток тяговых электродвигателей подталкивающего электровоза / И. С. Гамаюнов / Вестник ИрГТУ. Иркутск, 2006. № 4 (28). С. 35, 36.

2. Пат. РФ на изобретение № 2291544. Устройство для автоматического регулирования температурно-влажностным режимом тяговой электрической машины постоянного тока / В. П. Смирнов, И. С. Гамаюнов и др. Россия. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений РФ 10.01.2007.

3.  Смирнов В. П. Многомерная система контроля температуры предельно нагруженного оборудования электровоза / В.П. Смирнов, В. Н. Лисунов, И. С. Гамаюнов и др. // Труды второй междунар. науч.-техн. конф. / НГАВТ. Тобольск, 2004. С. 61 – 65.

4. Исмаилов Ш. К. Выбор режимов сушки увлажненной изоляции обмоток тяговых электродвигателей / Ш. К. Исмаилов, В. П. Смирнов, И. С. Гамаюнов и др. // Всерос. науч. конф. / ИрГУПС. Красноярск, 2005. Ч. 1. С. 548 – 554.

5. Смирнов В. П. Непрерывный контроль и регулирование температуры предельно нагруженного оборудования электровоза / В. П. Смирнов, Ш. К. Исмаилов, И. С. Гамаюнов и др. // Актуальные аспекты организации работы железнодорожного транспорта: Сб. науч. ст. / ИрГУПС. Иркутск, 2005. С. 11 – 17.

6. Худоногов А. М. Надежность коллекторно-щеточного узла тяговых двигателей / А. М. Худоногов, Ш. К. Исмаилов, И. С. Гамаюнов // Актуальные аспекты организации работы железнодорожного транспорта: Сб. науч. ст. / ИрГУПС. Иркутск, 2005. С. 17 – 24.

7. Худоногов А. М. Реализация исследований надежности и использования мощности грузовых электровозов / А. М. Худоногов, Ш. К. Исмаилов, И. С. Гамаюнов и др. // Актуальные аспекты организации работы железнодорожного транспорта: Сб. науч. ст. / ИрГУПС. Иркутск, 2005. С. 25 – 36.

8. Исмаилов Ш. К. Надежность предельно нагруженного оборудования электровозов восточного региона / Ш. К. Исмаилов, И. С. Гамаюнов, В. П. Смирнов и др. // Актуальные аспекты организации работы железнодорожного транспорта: Сб. науч. ст. / ИрГУПС. Иркутск, 2005. С. 36 – 41.

9. Худоногов А. М. Методы определения теплового старения изоляции асинхронных вспомогательных машин электроподвижного состава / А. М. Худоногов, Ш. К. Исмаилов, И. С. Гамаюнов и др. // Актуальные аспекты организации работы железнодорожного транспорта: Сб. науч. ст. / ИрГУПС. Иркутск, 2005. С. 76 – 82.

10. Худоногов А. М. Метод расчета теплового старения изоляции обмоток тяговых электродвигателей / А. М. Худоногов, Ш. К. Исмаилов, И. С. Гамаюнов и др. // Актуальные аспекты организации работы железнодорожного транспорта: Сб. науч. ст. / ИрГУПС. Иркутск, 2005. С. 82 – 88.

11.  Исмаилов Ш. К. Повышение надежности электровозов переменного тока введением многомерной системы температурного контроля силовых блоков / Ш. К. Исмаилов, В. П. Смирнов, И. С. Гамаюнов и др. // Инновационные проекты и новые технологии на железнодорожном транспорте: Сб. науч. ст. / ОмГУПС. Омск, 2007. С. 175 – 181.

12. Гамаюнов И. С. Эксплуатационная надежность тяговых двигателей электровозов восточного региона / И. С. Гамаюнов, А. М. Худоногов, В. П. Смирнов и др. / Междунар. науч.-техн. конф. /НГАВТ. Омск, 2007. Ч.1. С. 68 – 70.

13. Гамаюнов И. С. Влияние эксплуатационных факторов на надежность ТЭД подталкивающих электровозов / И. С. Гамаюнов, В. П. Смирнов и др. // Междунар. науч.-техн. конф. / НГАВТ. Омск, 2007. Ч.1. С. 71 – 73.

14. Гамаюнов И. С. Разработка мероприятий по повышению надежности изоляции ТЭД электровозов / И. С. Гамаюнов, Ш. К. Исмаилов, В. П. Смирнов и др. // Междунар. науч.-техн. конф. / НГАВТ. Омск, 2007. Ч.1. С. 74 – 76.

15. Ермолаев А. В. Диагностика вентиляции предельно нагруженного оборудования электровоза / А. В. Ермолаев, Ш. К. Исмаилов, И. С. Гамаюнов и др. // Междунар. науч.-техн. конф. / НГАВТ. Омск, 2007. Ч. 1. С. 77 – 81.

16. Гамаюнов И. С. Мониторинг и управление процессами качества эксплуатации ТЭД подталкивающих электровозов / И. С. Гамаюнов // Науч.-практ. конф. «Транспорт-2007» / РГУПС. Ростов-на-Дону, 2007. Ч. 2. С. 169 – 171.

17. Гамаюнов И. С. Надежность ТЭД подталкивающих электровозов ВСЖД / И.С. Гамаюнов / Науч.-практ. конф. «Транспорт-2007» / РГУПС. Ростов-на-Дону, 2007. Ч. 2. С. 172 – 174.

Типография ОмГУПСа. 2008. Тираж 120 экз. Заказ.

644046, г. Омск, пр. Маркса, 35



Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.