CC BY
22
© В.В. Акименко, 2012
В.В. Акименко
ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ В УСЛОВИЯХ РАЗРЕЗА «НЕРЮНГРИНСКИЙ»
Дан анализ основных факторов, влияющих на эффективность эксплуатации электрооборудования в условиях Крайнего Севера. Ключевые слова: электрооборудование экскаваторов, классификация износов.
В процессе эксплуатации электрическое оборудование изнашивается и условно можно выделить три вида износа по характеру физических процессов, лежащих в его основе: механический, электрический и моральный. Следует отметить, что степень механического и электрического износа определяет и степень морального износа, поскольку определяет энергетические характеристики электрических двигателей. Поэтому необходим анализ и обобщение информации о причинах отказов электрооборудования экскаваторов, вызванных особенностями их эксплуатации в условиях Севера. Вышеуказанная классификация износов электрооборудования является условной, так как все три типа износа нельзя рассматривать изолировано друг от друга.
Причины отказов электрооборудования необходимо рассматривать как комплексную величину, учитывающую погодно-климатические условия, квалификацию персонала, наличие вибраций и пыли и т.д. Тем не менее, раздельный анализ видов износа позволяет более четко выявить физические факторы, лежащие в основе этих явлений, с целью выработки мероприятий, направленных на снижение их влияния на работу электродвигателя.
Влияние температуры окружающей среды на работу силового электропривода карьерных экскаваторов
Причины климатического характера вызывают простои экскаваторов в периоды воздействия наиболее низких отрицательных температур, которые оговариваются инструкциями за-
волов-изготовителей, а также инструкциями по эксплуатации машин, разработанными применительно к конкретным условиям, актирующими вынужленные простои оборулования. Гарантированный запас по уровню прелельных значений отрицательных температур лля узлов электрооборулования составляет от +40 °С ло -35 +-40 °С.
Влияние температуры возлуха на эффективность эксплуатации электрооборулования карьерных экскаваторов очевил-но. Прелставленная на рис. 1 зависимость показывает, что число часов простоев экскаваторов возрастает с сентября по март. Наибольшее число часов простоев, прихолящихся на ле-кабрь, объясняется максимальной смерзаемостью порол, сле-ловательно, электромеханические характеристики лвигателей, осуществляющих электропривол основного оборулования, резко возрастают. Слелует также учитывать условия тяжелого пуска в вышеуказанный периол. В зимний периол величина отказов возрастает по сравнению с летним в 1,5—2 раза, что пол-твержлается рис. 1. Не менее опасны температуры от -15— 25°С во время весеннего и осеннего периолов гола. Лля этих периолов характерны также резкие перепалы температур, вслелствие чего на узлах механизмов конленсируется влага, что влечет за собой нарушение изоляции, уменьшает належность эксплуатации электрооборулования. Кроме того, значительное количество осалков в виле ложля и мокрого снега увлажняет поролы, что влечет за собой увеличение момента нагрузки силового электропривола экскаватора, изменение скорости лви-жения, необхолимость ее регулирования и, слеловательно, увеличение количества перехолных процессов. Изоляция обмоток — наиболее слабый элемент конструкции электрических лвигателей, что вызывает необхолимость контролировать ее техническое состояние в процессе эксплуатации. Процесс старения изоляции ускоряется вслелствие ее увлажнения. Влага в изоляцию обмоток электрических лвигателей проникает в основном при охлажлении машин, когла лавление в порах и капиллярах изоляции несколько ниже атмосферного. Проникновение влаги вызывает гилролитическое разрушение изоляционных материалов, особенно имеющих волокнистую структуру. Периолическое проникновение влаги в изоляцию и ее улаление пол сушкой во время работы электрических лвигателей способствуют развитию пор в изоляции. Проникающая в поры и тре-
| 1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12
месяцы
Рис. 1. Влияние температуры окружающей среды на длительность простоев экскаваторов
шины влага значительно снижает электрическую прочность, в результате чего создаются условия для возникновения луговых разрядов и пробоя изоляции при сравнительно низких значениях перенапряжений. Через места дефектов в изоляции пол действием напряжения проходит ток, разрушающий изоляцию, вследствие чего возникает короткое замыкание между витками обмоток или замыкания обмотки на землю.
Зависимость длительности простоев от температуры окру-жаюшей среды, аналитически описывается квадратным уравнением:
у = 2,767х2 - 33,893х + 353,59
Несмотря на значительную разницу температуры окружаю-шей среды в зимний и летний периоды число часов простоев электропривода в летний период остается достаточно высоким.
Влияние вибрации на работу электропривода карьерных экскаваторов
Значительную опасность для электропривода представляет вибрация, возникаюшая по следуюшим причинам: неуравновешенность врашаюшихся частей; изгиб вала; износ подшипников; обрыв стержней короткозамкнутых обмоток роторов; вибрации со стороны механизмов и т. д. Вибрация ухудшает плотность контактных соединений, что ведет к отказам оборудования. Нарушение контактов паяных или сварных соединений в асинхронных двигателях эквивалентно по своему проявлению обрыву витков стержней короткозамкнутых обмоток
или фазы обмотки в зависимости от места нахождения данного соединения. Нарушение контакта в цепи щеток приводит к повышенному искрению между контактными кольцами и щетками.
Вибрация действует на протяжении всего периода работы электрических двигателей и приводит к потере электрической и механической прочности изоляции обмоточных проводов и компаунда. Вибрация может сократить срок службы изоляции в несколько раз. Кроме того, наличие вибрации вызывает большое количество механических неисправностей электрооборудования. К ним относятся отказы из-за выплавки баббита в подшипниках скольжения, разрушения сепаратора, шариков или роликов в подшипниках качения, деформации вала ротора, образования глубоких дорожек на поверхности коллектора или контактных колец, ослабления крепления сердечников полюсов и статоров к станине, обрыва бандажей или их сползания, ослабления прессовки сердечников, ухудшения охлаждения электродвигателя из-за засорения охлаждающих каналов.
Как видно из анализа неисправностей электрических двигателей и их влияния на рабочие свойства последних, одни и те же эффекты могут быть вызваны различными причинами. Например, ослабление крепления полюсов и сердечников статоров приводит к повышенным вибрациям, исчезающим после отключения машины от сети. Ослабление прессовки магнитопровода также вызывает появление низкочастотного шума машины и ее повышенные вибрации. Выплавка баббита в подшипниках скольжения и чрезмерный износ подшипников качения приводят к нарушению соосности валов электрического двигателя и механизма, к появлению эксцентриситета ротора. Несмотря на разнообразие вышеперечисленных причин, закономерность изменения длительности простоев при изменении уровня вибрации очевидна.
^ 400 -----------
| 350 -----------—-
| зоо----------
е- 250 -------—— --
й 200 § 150
I 100
I 50
4 0
0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34
вибрация (Гц)
Рис. 2. Влияние уровня вибрации на длительность простоев
Повышенные вибрации могут являться также следствием нарушения уравновешенности вращающихся частей (ротора, полумуфт или шкива). Деформация вала ротора приводит к появлению эксцентриситета ротора и появлению больших сил одностороннего притяжения. [54].
Зависимость длительности простоев от изменения уровня вибрации может быть выражена квадратным уравнением
у = 1937х2 - 9838,2х +1426,7.
Влияние запыленности воздуха на работу электропривода карьерных экскаваторов
При сильных механических сотрясениях, в кузов, в отдельные узлы и аппараты экскаватора проникают пыль, грязь и влага. Мелкие фракции пыли оседают на панели управления, ко-мандоаппаратах, в кабине машиниста, т.е. в местах, где скорость перемещения воздушных потоков мала. Мелкие фракции породной пыли содержат оксиды углерода и азота, которые при взаимодействии с температурой создают химически агрессивные среды.
Засорение охлаждающих (вентиляционных) каналов пылью приводит к недопустимым перегревам электрического двигателя в целом и (или) ее отдельных частей. Перегрев отдельных мест станины электрических двигателей переменного тока свидетельствует о наличии межвиткового замыкания обмоток, а в электрических двигателях постоянного тока — о замыкании обмоток на корпус в двух местах. Перегрев обмоток электрических двигателей может свидетельствовать о перегрузке, не-
концентрация пылп (мг/мЗ)
Рис. 3. Влияние концентрации пыли в воздухе на длительность простоев
правильном их соединении, о витковых замыканиях, неисправностях вентиляционных систем. Эксплуатация электрических двигателей с нарушенным тепловым режимом не допускается. Допустимая температура нагрева зависит от класса применяемой изоляции — для обмоток и для всех деталей не должна превышать 100 °С. Можно заключить, что длительность простоев зависит от концентрации пыли, что подтверждается рис. 3.
Причиной нарушения теплового режима может быть недостаточная вентиляция двигателя, вследствие чего осевшая на обмотках изоляции пыль вызывает появление конденсата на обмотках изоляции, ее увлажнение и дальнейшее разрушение.
Уравнение, характеризующее закономерность изменения числа часов простоев от изменения концентрации пыли в воздухе у = 6,2527х2 - 21,867х + 226,91.
Влияние квалификации персонала на длительность простоев электропривода карьерных экскаваторов
При рассмотрении комплексного показателя, характеризующего условия эксплуатации экскаватора, следует учитывать такой немаловажный фактор, как квалификации машиниста и ремонтного персонала. Работа привода происходит в режиме частых разгонов и стопорений, вплоть до полной остановки. Вследствие, резко изменяются нагрузки основных механизмов. Это приводит к увеличению количества неплановых ремонтов и увеличению их продолжительности, трудоемкости и сложности. Кроме того, от квалификации машиниста зависит время цикла экскавации, наполнение ковша, производительность и надежность работы электрооборудования в целом. При совмещении некоторых операций сокращается число переключений, число промежутков рабочего и нерабочего периодов. От сокращения продолжительности цикла экскавации, периода черпания и числа переключений командоконтроллеров прямо зависит качество управления, следовательно, изменение динамических характеристик электропривода и сроки службы деталей экскаваторов.
Одним из важнейших факторов показателей ремонтной технологичности является продолжительность пребывания электрооборудования в ремонте. Нормальная продолжительность пребывания в ремонте электрических двигателей в зависимости от типа мощности, сложности и качества организации работ.
| 150 g 100 е- so I о
¡ 3 4 5 6 7 Р^Рад
Е
Рис. 4. Влияние разряда ремонтного персонала на длительность простоев
Повышение уровня профессиональной подготовленности позволяет сократить время простоев за счет более быстрого обнаружения и устранения отказов. В зависимости от разряда обслуживающего персонала сокращается время выполнения операций и повышается качество ремонтных работ.
Закономерность между повышением разряда ремонтного персонала и уменьшением числа часов простоев экскаваторов выражается квадратным уравнением
у = 4,454х2 - 60,597x + 278,84.
Выводы
1. Снижение температуры окружающей среды на 10°С влияет на динамическую характеристику электродвигателей, что значительно увеличивает момент нагрузки, изменяет прочностные свойства обмотки, что приводит к частым отказам электродвигателей и, как следствие, росту длительности простоев экскаваторного парка разреза «Нерюнгринский» на 10— 15 %.
2. Температура окружающей среды граничит с гарантированным запасом температур для узлов электропривода, следовательно, условия эксплуатации приближаются к предельно допустимым. Длительность простоев, приходящихся на летний период, отличаются в 1,5—2 раза от длительности простоев зимнего периода.
3. Электрооборудование по механическим воздействиям должно соответствовать группе эксплуатации М29 или по синусоидальной вибрации по группе М1, а по ударам одиночного действия по группе М29 (ГОСТ 17516.1—90). Результаты
исследований эксплуатации экскаваторного парка на разрезе «Нерюнгринский» показали, что превышение нормируемого уровня вибрации на 0,1 Гц увеличивает число часов простоев в 2,2 раза.
4. Для повышения эффективности работы электропривода экскаваторов необходимо, чтобы окружающая среда не содержала пыли в концентрациях, снижающих параметры изделий в недопустимых пределах, в т.ч. по ГОСТ 24682— 81, тип атмосферы II по ГОСТ 24682—81, концентрация пыли должна быть не выше 10 мг/м3. Учитывая токопрово-дящие свойства угольной пыли, вызывающей повышенное искрение в узлах электропривода, длительность простоев при увеличении концентрации пыли в воздухе возрастает более, чем в 2 раза.
5. Ремонт электрооборудования персоналом с более высоким уровнем профессиональной подготовленности позволяет повысить эффективность эксплуатации за счет качества проводимых работ, и число часов простоев изменяется при выполнении одинаковых ремонтных работ персоналом различной квалификации. Время нахождения в ремонте и, следовательно, время простоев уменьшается, т.к. сокращается время обнаружения причин отказов и время ремонта электрооборудования, за счет улучшения навыков проводимых ремонтных работ и совмещения некоторых операций.
6. Эффективность эксплуатации карьерных экскаваторов зависит от квалификации машиниста, выбирающего оптимальный режим управления, отчего изменяется качество и количество переходных процессов за цикл копания, влияющих на показатели работы электродвигателей, следствием чего является увеличение времени безотказной работы, ггш
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Акименко В.В. — главный инженер ОАО ГКМ «Тимир», [email protected]
