CC BY
34
Системный анализ. Моделирование. Транспорт. Энергетика. Строительство
УДК 621.33.025
Лыткина Екатерина Михайловна,
ассистент кафедры «Электроподвижной состав» ИрГУПС, аспирант,
тел. 8 950 132 89 66, e-mail: [email protected]
НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗОВ
E.M. Lytkina
THE NEW TECHNOLOGY OF THE ELECTRIC LOCOMOTIVES TRACTION MOTORS RESOURCE INCREASE
Аннотация. Предложена технология повышения ресурса тяговых двигателей электровозов с открытыми головками секций якоря, включающая в себя операции по нанесению слоя пропиточного материала пневматическими распылителями и капсулирования ее энергией ИК-излучения.
Ключевые слова: тяговый двигатель, обмотка якоря, ресурс, нагрев, пропитка, сушка
Abstract. The technology of electric locomotives traction motors of with open heads of sections of the anchor resource increase, including operations of material of impregnation layer drawing with pneumatic sprays and drying it with energy of IK-radiation is offered.
Keywords: traction engine, anchor winding, resource, heating, impregnation, drying.
Электрические машины тягового подвижного состава относятся к предельно нагруженному оборудованию и поэтому с позиций комплексного воздействия на них тепловых, электромагнитных, механических и климатических факторов, несмотря на постоянно проводимые мероприятия конструктивно-технологического характера при изготовлении и ремонте, уровень повреждаемости их в эксплуатации хотя и снижается, но остается довольно высоким. Современные технологии по изготовлению коллекторных тяговых двигателей (ТД) электровозов позволяют повысить ресурс по остовам на пробег до 5 млн км. Использование этих же технологий для изготовления якорей не обеспечивает ресурс их более чем на 1 млн км пробега.
Анализируя кривые превышений температуры обмоток якорей ТД (рис. 1), очевидно, что, во-первых, закрытие головок секций керамикой приводит к недопустимым нагревам изоляции лобо-
вой части обмотки со стороны, противоположной коллектору.
Во-вторых, раскрытие головок секций позволяет при прочих равных условиях снизить не только нагрев обмотки в районе головок секций, но и существенно повысить мощность машины, либо снизить общий нагрев обмотки, повысив срок службы изоляции. Тенденция изготовления ТД с открытыми головками секций наблюдается во всём мире.
Г Tep = 142,3 f._
1 X 1-'* 1 T., 1 5 "С
i- • r- • T, = Ш •с N
* * * é '\r A - = 108% N
ф * ** s2
у* <
Передняя лобовая! часть Сталь tau паке m 3ilâjtfl <1 (л л voue асть ]Л
* 1 1* 1 1 '1 1 -
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Ь,м -
Рис. 1. Зависимости превышений температуры обмоток якорей ТД НБ-418К6 с закрытыми (1 - при Рч = 790 кВт и 1' - при Рч = 835 кВт) и НБ-514 с открытыми головками катушек (2 и 2' — при тех же мощностях)
На протяжении последних 8 лет в локомотивном ремонтном депо Нижнеудинск сохраняется стабильная тенденция - более 40 отказов в год по пробою изоляции и межвитковому замыканию (МВЗ) якоря типа НБ-514 [1]. В этой связи была выдвинута гипотеза о том, что пробои изоляции и МВЗ якорей происходят в результате наиболее
интенсивных процессов тепломассообмена в изоляции лобовых частей их обмоток с открытыми головками секций. Это и предопределило поиск новых методов и средств повышения ресурса тяговых двигателей электровозов.
Целесообразно проанализировать опыт локомотивного ремонтного депо станции Нижне-удинск ВСЖД по продлению ресурса ТД типа НБ-514 путём введения технологии дополнительной пропитки и сушки изоляции лобовой части обмотки якоря, расположенной со стороны выхода воздуха из остова. Необходимость в этой технологии была обусловлена резким увеличением пробоев изоляции якорей тяговых двигателей НБ-514 в 1999-2001 годах.
Была составлена и утверждена технологическая карта, которая включала следующие операции: очистка от пыли и смазки, промывка; сушка в стандартных печах для удаления влаги; пропитка лобовой части в специальной ёмкости лаком ФЛ98 методом окунания; сушка якоря в стандартных печах.
На рисунке 2 приведен характер изменения потока отказов изоляции якорей двигателей НБ-514 за 2000-2002 гг., полученный на основании первичных данных, предоставленных техническим отделом локомотивного депо Нижнеудинск ВСЖД. Резкое увеличение параметра потока отказов было вызвано эксплуатацией электровозов в условиях больших перепадов температур в зоне БАМ. После принятия решения о профилактической пропитке и сушке изоляции лобовых частей обмоток якорей с противоколлекторной стороны в
2002 году параметр потока отказов снизился более чем в 1,7 раза.
Была выдвинута идея о том, что в случае капсулирования электроизоляционных пропиточных материалов с использованием ИК-энергоподвода вместо конвективного энергоподвода эффективность процесса увеличится не менее чем в 10 раз. На рисунке 3 приведены принципы нагрева слоя электроизоляционного пропиточного материала при различных методах энергоподвода [2]. При сушке теплым воздухом (рис. 3, а) верхний слой, засыхающий первым, затрудняет удаление растворителя из нижних слоев. Процесс заканчивается только тогда, когда благодаря повышающемуся давлению паров они проникнут сквозь оболочку в атмосферу и вся пленка затвердеет.
Сравнительную замедленность конвективной технологии определяет несовпадение потока тепла (направленного внутрь слоя) и потока удаляемых паров (изнутри наружу).
ИК-энергоподвод иначе распределяет энергию по слою покрытия. Большая часть доставленной инфракрасным излучением энергии (рис. 3, б) поглощается пропитанным материалом и превращается в нем в тепло. Следовательно, сильнее нагретыми оказываются проводник обмотки и нижний слой пропиточного материала, из которого интенсивно улетучиваются пары растворителя, не встречая заметного противодействия. При оптимальной организации управления ИК-энергоподводом в технологии капсулирования изоляции обмоток тяговых электрических машин
а> я, отказ/млн.км
ЯММИлС Н ЯММИлС Н ЯММИлС Н
2000 г 2001 г 2002 г
Рис. 2. Характер изменения параметра потока пробоев изоляции якорей двигателей НБ-514
Системный анализ. Моделирование. Транспорт. Энергетика. Строительство
можно будет получать двухслойный «монолит» с высокими показателями тепломассообмена, состоящий из покрытия проводника обмотки в нижнем слое только электроизоляционным пропиточным материалом и в верхнем слое сухой изоляции с пропиточным материалом.
а)
б)
Рис. 3. Принципы процесса нагрева слоя электроизоляционного пропиточного материала при различных методах энергоподвода: а - конвективный энергоподвод; б - ИК-энергоподвод
Коллективом сотрудников кафедры электроподвижного состава (ЭПС) Иркутского государственного университета путей сообщения совместно с инженерно-техническим персоналом управления ВСЖД и локомотивного депо Нижне-удинск создана и апробирована установка для повышения и продления ресурса якорей тяговых двигателей электровозов типа ВЛ85, серии «Ермак» и других типов и серий электровозов, оснащенных тяговыми двигателями с открытыми головками якорных секций (рис. 4).
Перед началом проектирования опытно-промышленного образца были учтены и скорректированы руководящие указания, изложенные в работе Р. Борхерта и В. Юбица, применительно к установке для капсулирования изоляции лобовых частей обмоток якоря тягового двигателя типа НБ-514. На рисунке 5 представлена схема установки для реализации эффективной технологии капсули-рования изоляции лобовой части обмотки якоря инфракрасным излучением [3].
Устройство состоит из станины с пристроенным частотно-регулируемым асинхронным электроприводом, установленных на фундаменте, и сменного распылителя-облучателя.
Рис. 4. Установка для капсулирования изоляции лобовых частей обмоток ТД на базе локомотивного ремонтного депо ст. Нижнеудинск
Рис. 5. Схема установки для реализации эффективной технологии капсулирования изоляции лобовой части обмотки якоря ИК-излучением:
1 - пульт управления с частотным преобразователем,
2 - приводно-опорный и опорные резиновые ролики;
3 - клиноременная передача; 4 - муфта; 5 - асинхронный двигатель; 6 - задняя букса; 7 - стойка с излучателями и распылителями; 8 - якорь ТД
Станина 8 с пристроенным частотно-регулируемым асинхронным приводом предназначена для размещения, фиксации и обеспечения плавного вращательного движения якоря 7 тягового двигателя в широком диапазоне. Размещение и фиксация на станине осуществляется при помощи приводно-опорного и опорных резиновых роликов 2 и задней буксы 6.
Частотно-регулируемый привод предназначен для придания плавного вращательного движения якорю тягового двигателя в широком диапазоне. Частотно-регулируемый асинхронный электропривод состоит из магнитного пускателя и преобразователя частоты, расположенных в шкафу управления 1, асинхронного трёхфазного коротко-замкнутого электродвигателя 5, цепной передачи 3. Резиновые ролики соединены с асинхронным двигателем с помощью муфты 4.
Передвижной сменный распылитель-облучатель (рис. 6) предназначен для нанесения пропиточного материала на изоляцию лобовой части обмотки якоря пневматическим распылителем и капсулирования её путём нагревания ИК-излучателями. Он состоит из станины, на которой размещены распылители 1 и импульсные керамические преобразователи излучения (ИКПИ) 2. Способ капсулирования компаундом изоляции лобовой части обмоток якорей ТД НБ-514 заключается в следующем. Необходимо исключить попадание влаги и как следствие - пробои изоляции якоря с противоколлекторной стороны, пропитав компаундом класса изоляции F. После этого выполнить сушку с помощью ИК-излучения. При включении асинхронного двигателя начнет своё вращение якорь. В распылители под давлением подаётся компаунд, который локально наносится на лобовую часть якоря ТД. Вместе с распылителями в работу включаются ИК-излучатели, осуществляющие одновременную сушку компаунда на месте.
Внедрение технологии капсулирования изоляции инфракрасным излучением позволит повысить ресурс якоря тягового двигателя электровоза,
как показывают производственные данные и лабораторные испытания, не менее чем в 1,7 - 2,0 раза.
1.
2.
3.
Рис. 6. Стойка с закреплёнными ИК-излучателями и распылителями:1 - распылитель; 2 - ИКПИ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Смирнов В. П. Непрерывный контроль температуры предельно нагруженного оборудования электровоза: монография. Иркутск : Изд-во Иркут. гос. ун-та, 2003. 328 с. Гуревич В. З. Энергия невидимого света. М. : Наука, 1973. 144 с.
Лыткина Е. М., Ковшин А. С., Дульский Е. Ю. Локальный метод капсулирования лобовых частей обмоток тяговых электрических машин // Проблемы, решения, инновации транспорта Российской Федерации : сб. науч. тр. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых ЭМФ. ИрГУПС, 2010. С. 19-25.
