|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тел: +7(391)254-8445
|
Статьи
технической тематики из периодических изданий
|
Месяц | 2011 год | 2012 год | ||
Январь | 24 | 65 | 63 | 339 |
Февраль | 23 | 128 | ||
Март | 18 | 148 | ||
Апрель | 18 |
59 (124) |
165 |
361 (700) |
Май | 18 | 104 | ||
Июнь | 23 | 92 | ||
Июль | 21 |
65 (189) |
109 |
324 (1024) |
Август | 23 | 125 | ||
Сентябрь | 21 | 90 | ||
Октябрь | 27 | 78 | 97 | 347 |
Ноябрь | 25 | 104 | ||
Декабрь | 26 | 146 | ||
ВСЕГО | 267 | 1371 |
В таблице 1.2 представлены сведения по отказам электровозов по сериям.
Таблица 1.2 – Распределение отказов по сериям электровозов за 2012 г.
Серия электровоза | 2ЭС5К | 2х2ЭС5К | 3ЭС5К |
Количество отказов | 228 | 467 | 676 |
Итого | 1371 |
Главная причина отказов ТЭД на электровозах и ЭМ в целом – это низкий ресурс изоляции их обмоток (таблица 1.3).
Так как изоляция является наиболее уязвимым и в тоже время дорогим элементом в конструкции машины, проблеме продления её ресурса и восстановления её физико-механических свойств уделяется большое внимание [1, 39, 56, 58, 86, 91, 93, 135, 137, 138].
Из всех отказов ТЭД по причине выхода из строя изоляции примерно 30-40% приходится на лобовые части обмоток якоря ТЭД.
Таблица 1.3 – Распределения отказов элементов ТЭД типа НБ-514Б электровозов серии «ЕРМАК»
Характер повреждений |
2011 год | 2012 год |
Пробой изоляции и МВЗ якоря | 39 | 54 |
Повреждение МЯП | 38 | 47 |
Повреждения остова ( трещина ) | 14 | 17 |
Пробой и МВЗ обмоток ДП | 14 | 14 |
Пробой и МВЗ обмоток ГП | 12 | 19 |
Повреждение соединений между ГП, ДП, КО | 11 | 15 |
Проникновение смазки в остов | 10 | 16 |
Задир коллектора | 9 | 11 |
Ослабление подшипникового щита. | 7 | 13 |
Низкая изоляция якоря | 6 | 11 |
Повреждение выводов ГП, ДП, КО | 4 | 6 |
Ослабление ДП | 4 | 6 |
Биение якоря | 4 | 6 |
Оплавление пластин коллектора | 3 | 10 |
Выплавление петушков | 3 | 7 |
Повреждение выводных кабелей ТЭД | 3 | 6 |
Повреждение перемычек траверсы 3 6 | 3 | 6 |
Разрушение бандажа якоря | 2 | 10 |
Повреждение перемычек между щёткодержателями | 2 | 5 |
Излом вала якоря | 2 | 3 |
Пробой и МВЗ КО | 1 | 3 |
Ослабление сердечника ГП | 0 | 0 |
Заклинивание траверсы | 0 | 0 |
Прочие повреждения | 18 | 22 |
Восстановительные работы по восстановлению изоляции ТЭД типа НБ-514Б проводят в объеме деповского ремонта (ТР-3) в локомотиво-ремонтных депо через каждые 500 т. км пробега электровозов серии «ЕРМАК». На практике же это цифра значительно меньше и в среднем равна 350 т. км.
При эксплуатации электровозов на изоляционные конструкции тяговых ЭМ (ТЭМ) воздействует сложный комплекс внешних факторов [9, 46, 106, 127, 141, 143, 145, 147], который с течением времени приводит к постепенному изменению структуры и ухудшению диэлектрических свойств изоляции. В первую очередь, к таким факторам относятся:
– температурные воздействия (от –60 до +30 °С);
– вибрационные механические воздействия;
– влияние увлажнения изоляции;
– запыленность;
– воздействие внутренних перенапряжений;
– грозовые перенапряжения.
Действие перечисленных факторов вызывает объективное старение изоляционных конструкций. Принято считать, что в отдельных случаях последствия старения могут быть устранены при восстановительных ремонтах изоляции. Однако, как правило, изменения свойств изоляционных материалов носят необратимый характер и завершаются пробоем изоляционной конструкции ЭМ ТПС [64]. Объективные процессы старения ограничивают срок службы, поэтому при разработке, изготовлении, в процессе ремонта и эксплуатации ЭМ ТПС должны быть предусмотрены меры, снижающие темпы старения до такого уровня, при котором обеспечивается срок ее службы.
Повышение надежности и продление ресурса ЭМ ТПС – проблема многогранная и требует комплексного решения. В этом направлении можно выделить следующие пути:
- совершенствование конструкции ЭМ;
- модернизация действующих ЭМ ТПС и систем их диагностики [111];
- совершенствование устройств защиты от работы в аварийных режимах;
- внедрение новых методов и средств восстановления изоляции ЭМ ТПС при их ремонте и техническом обслуживании.
Наиболее пагубное воздействие на изоляцию оказывает влага и теплота [57, 87]. При поглощении изоляцией влаги снижаются её объемное и особенно поверхностное сопротивления, растет угол диэлектрических потерь и несколько повышается диэлектрическая проницаемость, снижается электрическая прочность вследствие перераспределения поля внутри изоляционного материала. При этом насыщенные влагой участки изоляции обладают очень большой диэлектрической проницаемостью, а в менее увлажненных участках резко возрастает напряженность электрического поля. Следствием этого являются пробои и межвитковые замыкания.
Наличие влаги в изоляции объясняется несколькими факторами. Главным из них является несовершенная система вентиляции ТЭД типа НБ-514Б (рисунок 1.5) [62], обусловленная тем, что обмотки лобовых частей его якоря оказываются в конце пути охлаждающего воздуха, который успевает нагреваться до того момента, как их достигнет [30, 82].
Рисунок 1.5. Образование конденсированной влаги и
при осуществлении вентиляции ТЭД типа НБ-514Б
При этом если ТЭД снаружи находится под воздействием низких температур, в области его задней прижимной шайбы начинает конденсироваться влага, которая при остановке машины приводит к переувлажнению лобовой части и проникновению воды в глубину паза проводников.
Образование конденсированной влаги возникает также при постановке электровоза в теплое депо с непрогретыми заранее ТЭД в периоды низких температур окружающей среды и при эксплуатации ТПС на участках и перегонах, имеющих протяженные искусственные сооружения (например – Северо–Муйский тоннель).
При анализе конструкции ЭМ ТПС была выдвинута гипотеза о том, что влага проникает в изоляцию через открытые лобовые части обмоток, будь это якорь или статор. Активная часть обмотки укладывается в пазы и удерживается от радиального смещения клиньями из (стекло-) текстолита, в этих местах изоляция наиболее защищена от проникновения влаги [3, 119]. В лобовых же частях обмоток проводники не имеют подобной защиты (рисунок 1.6–1.7).
Рисунок 1.6. Места проникновения влаги в паз из-за несовершенства конструкции
обмоток якоря ТЭД электровоза:
1, 2 – зоны возможного проникновения влаги
Именно в этом месте вода проникает в паз, вызывая впоследствии МВЗ и пробои изоляции.
В работе С.А. Бабичева было показано, что по статистике лобовая часть статора электрической машины отказывает в 36% случаях [5].
Помимо этого, в месте выхода секции из паза сердечника, в области лобовой части, напряженность электрического поля увеличивается [11].
Рисунок 1.7. Места проникновения влаги в паз из-за несовершенства конструкции обмоток
статора асинхронных вспомогательных машин (АВМ) ТПС:
1, 2 – зоны возможного проникновения влаги
На рисунке 1.8 показана эпюра напряженности электрического поля в области лобовой части обмотки ЭМ ТПС.
В этой зоне возникают направленные вдоль поверхности разряды. С повышением напряжения такие разряды могут проскакивать на большую длину, вплоть до полного перекрытия лобовой части. Начальное напряжение обеих стадий (кВ) опи- сывается общей формулой Теплера, полученной эмпирическим путем 1,36 10 , 4 -0,45 = × × Н уд U С (1.1) где Суд – удельная поверхностная емкость изоляции [Ф/см2]. а) б)
Рисунок 1.8. Эпюра напряженности электрического поля в области лобовой части
обмотки якоря ТЭД (а) и статора АВМ (б) электровоза
Такие тлеющие разряды возникают при напряжении в 3-4 раза меньшем ра- бочего и могут повреждать изоляцию при длительной эксплуатации, а также возможны повреждения резиновых уплотнений.
Краевые разряды устраняются с помощью изменения конструкции изоляции лобовой части обмотки - на ее поверхность наносится полупроводящее покрытие высокого сопротивления [12].
Кроме того, изоляция обмоток может сильно повреждаться при вибрационных нагрузках, оказываемых на ЭМ ТПС.
Вибрацию ЭМ ТПС вызывают силы механического и электрического происхождения [148]. Эти силы делятся на действующие при изменении нагрузки, в аварийных условиях и в стабильном состоянии. Помимо этого, они делятся на силы, действующие на сердечник остова ТЭД (статора), на лобовую часть в целом и на отдельный стержень (катушку) в пазу. В местах выхода стержней или катушек из пазов в районе лобовой части вибрация оказывает наиболее пагубное воздействие на состояние изоляции, вызывая её дальнейшее старение. На основании питающей частоты, лобовая часть может колебаться в двух критических диапазонах, частота сети, обычно, производится механическими силами и двойная частота сети, производимая электромагнитными силами от токоведущих фазных проводников.
Механическая вибрация является результатом вращения якоря ТЭД (ротора АВМ): несбалансированный или смещенный якорь ТЭД (ротор АВМ), поврежденные подшипники и электрические проблемы якоря ТЭД (ротора АВМ), такие как короткое замыкание обмотки или, для АВМ, сломанные стержни в короткозамкнутых роторах [155].
Вибрацию электрического происхождения вызывают электромагнитные силы между обмотками якоря ТЭД (статора АВМ), создаваемые токами, протекающими через них. В нормальном режиме работы эти силы являются относительно низкими и приходятся на структуру поддержки лобовой части обмотки. Во время крупных стрессовых событий, таких как короткое замыкание, ток может вырасти в 10 раз от номинального значения и в результате воздействие сил на лобовую часть может быть в 100 раз выше, чем при нормальных условиях эксплуатации.
В доказательство слабой защищенности лобовых частей можно привести опыт локомотиво-ремонтного депо ст. Нижнеудинск.
В 1999–2001 годах в локомотивном депо ст. Нижнеудинск ВСЖД была введена технология дополнительной пропитки и сушки изоляции лобовой части обмотки якоря с противоколлекторной стороны (рисунок 1.9). Необходимость этой технологии была обусловлена резким увеличением пробоев изоляции якорей ТЭД типа НБ-514 электровозов серии ВЛ85 за этот период.
Причины резкого увеличения пробоев изоляции якорей ТЭД типа НБ-514, обусловленные условиями эксплуатаций электровозов ВЛ85 на участке Тайшет–Таксимо (северный ход) и низкой влагостойкостью изоляции якоря ТЭД типа НБ-514, ранее были отражены в работах А.М. Худоногова и В.П. Смирнова [115, 116, 129, 135].
На рисунке 1.10 приведен характер изменения потока пробоев изоляции якорей ТЭД типа НБ-514 на период «до» внедрения технологии дополнительной пропитки и сушки задней лобовой части якорной обмотки и «после» её внедрения.
Рисунок 1.9. Технология дополнительной пропитке и сушке
изоляции лобовой части обмотки якоря
Рисунок 1.10. Характер изменения потока пробоев изоляции
якорей ТЭД типа НБ-514
Видны два явно выраженных периода кривой отказов: до (сплошная линия) и после (пунктирная линия) внедрения технологии дополнительной пропитки и сушки изоляции лобовой части обмотки якоря ТЭД НБ-514.
Проведенный анализ надежности ТЭД типа НБ-514Б по электровозам серии «ЕРМАК» показал их высокую уязвимость в плане защищенности изоляционных конструкций от воздействий внешних факторов (в основном влаги).
Это свидетельствует о неудовлетворительном качестве современных методов и средств по восстановлению изоляции в условиях деповского ремонта, применяемых в настоящее время на сети ОАО «РЖД», что приводит к снижению показателя межремонтного пробега до восстановительных работ в объеме деповского ремонта (ТР-3) для ТЭД типа НБ-514Б в среднем на 150 т. км.
С этой позиции необходимо совершенствовать технологию восстановления изоляции обмоток ЭМ ТПС на основе капсулирования изоляции их обмоток ИК-излучением в рациональных режимах ИК-энергоподвода.
Основываясь на выше изложенном, сформулируем задачи, решение которых осуществим в ходе выполнения настоящей диссертационной работы:
1) предложить математические модели процесса капсулирования изоляции лобовых частей обмоток якорей ТЭД типа НБ-514Б электровозов серии «ЕРМАК»;
2) разработать конечно-элементные математические модели для оценки работоспособности изоляции обмоток якорей ТЭД в зависимости от режимов ИК-энергоподвода при ремонте;
3) выполнить количественный и качественный анализ влияния технологических режимов процесса капсулирования изоляции на её работоспособность в эксплуатации;
4) разработать рациональные режимы ИК-энергоподвода в технологии капсулирования изоляции лобовых частей обмоток якорей ТЭД типа НБ-514Б с использованием различных пропиточных материалов;
5) усовершенствовать технологическое оборудование для капсулирования изоляции лобовых частей якорей ТЭД типа НБ-514Б.
ДУЛЬСКИЙ Евгений Юрьевич
Анализ отказов тяговых двигателей электровозов серии «Ермак»ак»
Совершенствование технологии восстановления изоляции электрических машин тягового подвижного состава при деповском ремонте