CC BY
38
П
1Г
Б.Л. Герике
д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории Института угля СО РАН, профессор кафедры ФГБОУ
ВПО «КузГТУ»
II. ПОЖАРНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ FIRE AND INDUSTRIAL SAFETY
УДК 622.23.05
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ
В статье рассмотрены вопросы профилактического обслуживания одноковшовых карьерных экскаваторов на основе диагностического обследования их технического состояния. Отказы электрооборудования экскаваторов достигают значительной величины, для выявления которых предложено проводить мониторинг технического состояния по параметрам тепловизионного контроля, который базируется на эффекте рассеивания мощности на активном сопротивлении элементов электрической цепи, что позволяет выявлять дефекты и повреждения на ранних стадиях развития и принимать соответствующие меры к их оперативному устранению. Приведены результаты мониторинга по оценке технического состояния электротехнического оборудования для различных типов карьерных экскаваторов.
Ключевые слова: ОДНОКОВШОВЫЙ КАРЬЕРНЫЙ ЭКСКАВАТОР, ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ТЕХНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ, ДИАГНОСТИКА, ТЕПЛОВОЙ КОНТРОЛЬ, ПРОФИЛАКТИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
В настоящее время на многих предприятиях все большую актуальность приобретают вопросы повышения надежности работы оборудования. Особенно остро эта проблема стоит на предприятиях угольной промышленности, ведь внезапный отказ оборудования в этом случае может стать не только причиной нарушения производственного цикла, но и привести к человеческим жертвам [1, 2]. В этих условиях особую важность приобретает возможность контроля в процессе работы наиболее уязвимого оборудования с целью предотвращения внезапных отказов и своевременного вывода в ремонт агрегатов, находящихся в неудовлетворительном состоянии. Решение подобной проблемы возможно лишь при внедрении методов неразрушающего контроля, которые обеспечивают получение достоверной информации о состоянии оборудования без нарушения
производственного цикла [3].
Оборудование карьерных экскаваторов, эксплуатирующихся на угольных разрезах Кузбасса, в настоящее время на очень значительный процент выработало свой ресурс, часть его находится в недопустимом техническом состоянии [4]. Согласно действующему на территории Российской Федерации законодательству, все технические устройства, применяемые на опасном производственном объекте в процессе эксплуатации и выработавшие свой ресурс, в обязательном порядке подлежат процедуре экспертизы промышленной безопасности (ЭПБ). Неотъемлемой составляющей процедуры экспертизы является диагностирование технического состояния объекта с применением методов неразрушающего контроля [5]: - визуально-измерительного контроля (ВИК), при помощи которого производит-
38
ся оценка состояния металлоконструкций (основного металла и сварных швов), конструктивных изменений объекта экспертизы;
- ультразвукового контроля (УЗК), использующегося для выявления скрытых трещин (не нашедших выход на поверхность металла) и проведения толщинометрии;
- метода акустической эмиссии (АЭ), применяемого при дефектоскопии стрел шагающих экскаваторов;
- теплового контроля (ТК), служащего для выявления поврежденных участков электрических цепей, состояния контактов, замыкания обмоток и т,п.;
- вйбродиагностики (ВД), позволяющей без длительного непроизводительного простоя техники определить фактическое техническое состояние узлнв и агрегатов машины.
Дефекты оборудования карьерных экскаваторов разнообразны. Причины появления некоторых из них закладываются еще на стадии изготовления на заводе, другие проявляются после неквалифицированного монтажа, третья группа дефектов - эксплуатационные, проявляющие себя уже в процессе работы оборудования [6]. Структура аварийных отказов карьерных экскаваторов представлена на
рисунке 1, из анализа которой следует, что на долю отказов электротехнического оборудования одноковшовых экскаваторов приходится около 46% общего числа отказов.
Около трети общего времени простоев карьерных экскаваторов связано с восстановлением их работоспособного состояния, причем на долю плановых ремонтов приходится около 82% затрат нремен или примерно 10% календарного фонда времени, а на долю ава-рийныь простоев - около 18% или примерно 2% календарного фонда времени (рис. 2).
Анализ неплановых п|востоев каряюрных экскаваторов показал [7], что нв простои из-за аварийных отказов по причине выхода из отрья электрооборудования приходится до 11% продолжительности простоев, что, в первочете на простои, связанные с отказом, собственно экскаваторов, составляет около 25% (рис.3).
В настоящее время при проведении ремонтов руководствуются «Положением о ППР оборудования открытых горных работ УК «Куз-бассразрезуголь» [8], основанном на «Положении о планово-предупредительных ремонтах оборудования открытый горных работ на предприятиях угольной промышленности СССР» [9], в котором приводятся тормативы перио-
1 - планиви-предупредттельные ремонты;
2 - аварийные пристит тз-за отразив механический оастт;
3 - аварийные пристит тз-за отразив элертртоесрий оастт;
4 - авартйные пристит тз-за отразив стстем управлентя.
Рисунок 2 - Структура затрат времени на восстановление работоспособности карьерных экскаваторов
1 - организационные простои (20%);
2 - общетехнические простои (9%);
3 - горно-эксплуатационные (26%);
4 - аварии механических систем (22%);
5 - аварии электрических систем (11%);
6 - аварии пневмо- и гидросистем (12%)
Рисунок 3 - Неплановые простои карьерных экскаваторов
дичности техобслуживания и ремонта карьерного оборудования. Однако объемы ППР, как правило, регулярно не выполняются (90-92% от плана), что и приводит к аварийоым отказам.
Одним из эффективных способов пред-упрождения отказов электротехнического оборудования является функциональная диагностика на основе ТК, которая базрруется на эффекте рассеивания мощности на активном сопротивлении элементов электрической цепи, что позволяет выявлять дефеаты и повреждения на ранних стадиях развития и принимать соответствующие меры оперативного устранения. Температура нагреваемых элементов зависир от величины протекающего тока, времени работы, физическех и геометрических параметров конструкций электрооборудования, наличия дефектов и повреждений и т.п.
Данн ый способ диагностирования позволяет выявить такие дефекты, какослаКление контактных соединений,залипвскг щеток оа щетое-но-коллекторном аппарате машин постоянного тока, витковые замыкания двигателев и другие.
Првмррррве теплового метод
да для доогностиои техническо го состояния электрооборудования обеспечивает:
- высокую производительность при практически любой велиогие разрешения вследствие дистанционности коитсиля и применения современных средств тепловизионной техники;
- возможемстп контроля иевлово-го состояния экектрооборудования без снятия напряжения, то есть в рабочем режиме, за счет использования процесса измерений без контакта с токоведущими частями;
- выявление дефектов и повреждений на ранних стадиях их появления;
- прогнозирование процессов об-
разования дефектов и их развития;
- высокую информативность, в том числе обработки данных, которая способствуют сокращению затрат натехническое обслуживание.
Оценка критериев технического состояния электротьхнического оборудования определяенон ем превышению температуры отно сительно нормального со стояния [10]:
-Т=(5-10)°С свидетельствует о начальной стадии неисправнмстн;
-Т=Н10-аН)оС говорит о ьазниеающемся дефекте, соторый следует устранить при блжжай-шем ремонте;
-Т>аооС, сигнализирует об аварийной ситуации.
Кьмпанией ООО оСиберь-Сервис» начиная с 2008 г. проводится мониторинг технического состояния электрооборудования экалаватореого парка ООО «Разрез Камышан-ский»», прижадлежащнго ОАО «СУЭК-Кузбасс». В еачестве примера использованы фотографии электрооборудования и его теплового поля при наличии дефектов, полученные с помощью тепловизора Thermo View Ti30 (рис.4,5).
На рисунке 4 показан главный автоматический выключатель экскаватора ЭШ 10/70. Перегрев одного из подводящих проводов и контактных болтом отходящих ниеиодов говорит о плохом контактном ноединении. Динный дефект легко обнаруживается методами ТК и до-итатоьао п°жсто устраняется, однако дальнейшая эксплуатация с подобным дефектом может привести к аварийной остановке экскаватора.
Нарисунке5показанотепловоеполеклемм-ной коробки экскаватора ЭКГ-10, по распределению которого можно сделать заключение о возможном отказе системы управления экскаватора.
Результаты мониторинга техни-
Рисунок 4 - Тепловое поле и общий вид главного автоматического выключателя экскаватора ЭШ10/70
Бр1 81,9
Бр2 88,2
БрЗ
Рисунок 5 - Тепловое поле и общий вид клеммной коробки экскаватора ЭКГ-10
22% - на щеточно-коллекторный аппа-
ческого состояния электрооборудования экскаваторного парка ООО «Разрез Камышанский» показали следующее:
- 40% дефектов приходится на болтовые соединения;
- 38% - на контакты коммутационных аппаратов;
рат;
- 10% - прочие дефекты.
Таким образом, внедрение ТК, как показывает опыт внедрения системы мониторинга на ООО «Разрез Камышанский», позволяет предупредить аварийные
41
ситуации, обусловленные выходом из строя электротехнического оборудования одноковшовых экскаваторов, при этом отмечается снижение потерь около 1%
рабочего времени, вызванных как неплановыми простоями, так и необходимостью ремонта или замены вышедших из строя узлов.
OPEN PIT EXCAVATOR ELECTRICAL EQUIPMENT DIAGNOSTICS BASED ON HEAT FIELDS STUDY
Gherike B. L., Nikitin K. V., Artamoshkin V. N., Steblin I. A.
In the article questions of single bucket open pit excavators preventative service are reviewed basing on their technical condition diagnostics. Excavator electrical equipment failures happen quite often and in order to find them it is suggested to do technical condition monitoring of thermal imaging control parameters which is based on power dispersion effect at the active resistance of electrical circuits which allows to detect the defects and failures at early stages of their development and to take necessary measures for their operational elimination. Monitoring results are shown evaluating electrical equipment technical condition for different types of open pit excavators.
Key words: SINGLE BUCKET OPEN PIT EXCAVATOR, ELECTRICAL EQUIPMENT, TECHNICAL CONDITION, DIAGNOSTICS, THERMAL CONTROL, PREVENTATIVE SERVICE
Герике Борис Людвигович e-mail: [email protected]
Никитин Константин Викторович e-mail: [email protected]
Артамошкин Василий Николаевич e-mail: [email protected]
Стеблин Игорь Алексеевич e-mail: [email protected]
42
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Клишин, В. И. Научное обеспечение инновационного развития угольной отрасли / В. И. Кли-шин, М. В. Писаренко // Уголь. - 2014. - № 9. - С. 42-46.
2.Гаммершмидт, А. А. Состояние и перспективы развития угольной промышленности Кузбасса / А. А. Гаммершмидт // Уголь. - 2015. - № 5. - С. 14-15.
3.Герцбах, И. Теория надежности с приложениями к профилактическому обслуживанию: Монография / Под ред. В. В. Рыкова; пер. с англ. М. Г. Сухарева. - М.: ГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003.
4.Kovalev, V. Preventive Maintenance of Mining Equipment Based on Identification of Its Actual Technical State / V. Kovalev, B. Gerike, A. Khoreshok, P. Gerike. - Taishan Academic Forum - Project on Mine Disaster Prevention and Control. - October, 17-20 Qingdao, China. - Atlantis Press. Amsterdam, Paris, Beijing. - 2014. - P. 184-189.
5.Герике, Б. Л. Стратегия профилактического обслуживания горных машин на основе распознавания их фактического технического состояния / Б. Л. Герике, И. Л. Абрамов, П. Б. Герике // Известия ВУЗов. Горный журнал. - 2008. - № 7.- С. 70-80.
6.Герике, Б. Л. Диагностика горных машин и оборудования: учеб. пособие / Б. Л. Герике, П. Б. Герике и др.. - М.: ИПО «У Никитских ворот», 2012. - 400 с.
7.Дрыгин, С. Ю. Разработка стационарного диагностического комплекса для одноковшовых карьерных экскаваторов - автореф. дис. ... канд. техн. наук / С. Ю. Дрыгин. - Кемерово, КузГТУ, 2012. - 18 с.
8.Положение о планово-предупредительных ремонтах оборудования открытых горных работ УК «Кузбассразрезуголь», Кемерово, 2004. - 26 с.
9.Положение о планово-предупредительных ремонтах оборудования открытых горных работ на предприятиях угольной промышленности СССР. - Челябинск, 1990 - 56 с.
10. Герике, Б. Л. Методические указания по проведению экспертизы промышленной безопасности одноковшовых экскаваторов для предприятий Кузбасса / Б. Л. Герике, Р. П. Журавлев [и др.]. -Кемерово: изд-во ГУ КузГТУ, Кемерово, 2008. - 121 с.
