CC BY
11
- отсек управления;
- высоковольтный отсск вакуумного выключателя, трансформаторов тока, трансформаторов напряжения и силовых предохранителей;
В отсеке вводного разъединителя расположен разъединитель РВЗ с заземляющими ножами и, при группировании шкафов в подстанцию, сборные шины.
В отсеке управления расположена аппаратура релейной защиты, механизмы и привод управления разъединителя.
Доступ во все отсеки закрыт дверями, запирающимися замками-прижимами.
За дверью высоковольтного отсека зводного разъединителя находится сетчатое ограждение на петлях, закрывающее доступ в высоковольтный отсск, открывающееся только с применением инструмента (гаечного ключа) и при полностью снятом напряжении на вводном кабеле. При открытой двери высоковольтного отсека вводного разъединителя, сетчатое ограждение позволяет видеть положение основных и заземляющих ножей вводного разъединителя, производить осмотр токоведущих частей, сборных ШИП И состояние контаетов, находящихся в этом отсеке без снятия напряжения.
Управление вакуумным выключателем осуществляется встроенным электромагнитным приводом на выпрямленном токе. Между валом основных ножей водною разъединителя и приводом вакуумного выключателя предусмотрена электромеханическая блокировка, исключающая оперирование разъединителем при включенном вакуумном выключателе и отключающая закуумный выключатель при попытке начать оперирование разъединителем.
Верхние заземляющие ножи разъединителя управляются приводом, установленным в верней левой фасадной части шкафа, имеющим устройство для запирания его на висячий замок.
Применение тяжелых выкатных элементов для малообслуживаемых вакуумных высоковольтных аппаратов излишне, а «высокая» безопасность обслуживания шкафов с выкатными элементами и шторочными механизмами в специфических условиях карьеров сомнительна из-за того, что зачастую шторочный механизм, закрывающий доступ к розеткам втычных контактов, находящихся под напряжением и расположенных непосредственно перед оператором, открывается им принудительно для выяснения причин отказа втычных контактов выкатного элемента без снятия напряжения. Как правило, это ведет к элсктротравматизму.
Внутри контейнера предусмотрен отсек для установки силового трансформатора собственных нужд мощностью до 63 кВА.
По результатам промышленной эка:луатации установлено, что применение схемы внутреннего электроснабжения карьеров с использованием БКРУ с вакуумными выключателями обеспечивает снижение продолжительности отказов системы электроснабжения горного участка в 4 раза, что, в свою очередь, снижает простои экскаваторов и буровых станков в 8 раз. Применение в схемах электроснабжения карьеров БКРУ с вакуумными выключателями снижает затраты на техническое обслуживание и ремонт одной ячейки в 12 раз, затраты на устранение отказов в 4 раза, затраты, связанные с вынужденными простоями, в 7 раз. В целом суммарные эксплуатационные затраты на обслуживание одного шкафа БКРУ снижаются в 7,5 раз.
Н. В. Дурнев, Н. М. Скрнпова, £. Б. Шарнн, Г. А. Боярских, В. Г. Хусаинов
ОЦЕНКА ИНФОРМАТИВНОСТИ И АДЕКВАТНОСТИ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ СОСТОЯНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА И МЕХАНИЗМА ПОДЬЕМА ЭКСКАВАТОРА ЭДГ-3,2.30
В настоящее время в связи с новыми требованиями к повышению качества машин и механизмов весьма актуальной становится задача оценки их технического состояния е. процессе изготовления, сборки и эксплуатации.
Наиболее эффективными методами оценки состояния горного оборудования и прогнозирования его изменения во времени являются методы технической диагностики. Техническая диагностика решает задачи распознавания состояния системы, определения причин нарушения работоспособности, установления вида и места дефекта и прогнозирования его изменения. Сложность этих -задач состоит в том, что для получения достоверных результатов анализ технического состояния машин необходимо проводить в условиях их эксплуатации, т. е. в условиях ограниченной информации. Это вызывает повышенные требования к выбору информационных сигналов и режима работы оборудования при контроле широкого диапазона режимов его эксплуатации, к определению начальных показателей качества систем.
Параметры вибрации и шума, и в первую очередь их спектральные характеристики, могут служить информационными сигналами о внутренних ненаблюдаемых процессах, происходящих в механической и электрической системах [1]. Силы, возбуждающие вибрацию и шум, по своей природе могут быть механического, магнитного и аэродинамического происхождения. Спектр вибрации и шума любою механизма - широкополосный с наличием большого числа гармоник, кратных основным частотам возбуждения, называемых информативными. При износе деталей машин и механизмов происходит увеличение амплитуды полигармоничсского сигнала [2] и появление боковых составляющих (полос) около основной возбуждающей силы.
Достоверная оценка технического состояния в общем случае является вероятностной задачей, для решения которой используются как статистические, так и детерминистские методы диагностирования (1-4]. Основными диагностическими признаками появления дефектов в системах диагностики оборудования являются: рост амплитуды составляющих в спсюрс вибрации; появление модуляции отдельных гармонических составляющих в вибрации гармонических и низкочастотных случайных процессах; изменение формы периодических колебаний объекта, сопровождающееся изменением соотношения амплитуд составляющих в гармоническом ряду [5]. В процессе диагностики ставится задача поиска дефектов системы, информация о которых заключена в значениях амплитуд и частот виброхарактеристик.
Для обнаружения, идентификации вида и величины дефекта результаты измерений виброакустических диагностических параметров сравниваются с эталонами бездефектных узлов машин, а также с пороговыми уровнями, соответствующими различным видам дефектов.
При обследовании карьерного экскаватора ЭДГ-3,2.30 определены начальные пороговые значения вибрационных характеристик на информативных частотах - «уровни состояния» (далее «уровни»), соответствующие бездефектному состоянию узла (уровень В), а также состоянию узла со слабыми (уровень С), средними (уровень Э) и сильными дефектами при доверительной вероятности 0,7 и 0,95. Слабые дефекты не влияют на ресурс узла, средние характеризуются появлением в узле необратимых изменений, и сильные - появлением в узле реальной (в одном из десяти случаев) возможности отказа узла за время 20-30 дней непрерывной работы [5].
Уровень В - верхняя граница среднего квадратичсского значения (далее С КЗ) виброскорости (или уровня звукового давления/уровня звука) на информативной частоте, равная
где 0 - среднее арифметическое значение; / - коэффициент Стьюдента для п числа измерений и для доверительной вероятности а; 5Я- среднее гвадратичсскос отклонение (далее СКО).
Пороговые уровни определены в соответствии с рекомендациями пакета прикладных программ «МастерТренд» фирмы «С51» США.
На основании полученных пороговых значений проведена диагностика узлов преобразовательного агрегата и двигателя подъемной лебедки экскаваторов типа ЭДГ-3,2.30.
Модель технического состояния преобразовательного агрегата по критерию несоосносги валов
На рис. I приведены значения уровней звукового давления (далее УЗД), измеренные с 17 ноября 1998 г. по 4 октября 2001 г., и пороговые уровни технического состояния преобразовательного агрегата (далее ПА) экскаваторов ЭДГ-3,2.30 и ЭКГ-5А для октавной полосы с частотой 63 Гц.
Дата
Рис. I. УЗД преобразовательного агрегата экскаваторов ЭДГ-3,2.30 в режиме холостого хода: УЗД преобразовательного агрегата в октав ной полосе 63 Гц; —А— уровень В, соответствующий бездефектному состоянию узла; ^ уровень С, соответствующий состоянию ума со слабыми дефектами; В уровень Э, соответствующий состоянию узла со средними дефектами
У.
0
1
ю ¡33
5.0 4,0 3,0 2,0 1.0 0
§§
1,28
0,57 0,38
14.07.1999 14.11.1999 14.03.2000 14.07.2000 14.11.2000 14.03.2001 14.07.2001
Дата
Рис. 2. Вибрационные характеристики подшипниковых узлов асинхронного двигателя 11А экскаваторов ЭДГ-3,2.30 при работе в режиме холостого хода: СКЗ виброскорости подшипниковых узлов асинхронного двигателя ПА на частоте 50 Гц; —А— уровень В, соответствующий бездефектному состоянию узла;
уровень С, соответствующий состоянию узла оо слабыми дефектами; И уровень Р, соответствующий состоянию узла со средними дефектами
58,0
54.0
50,0 17.11.98
17.04.99 17.09.99 17.02.00 17.07.00 17.12.00 17Л5.01 17.10.01
10351
1хоб
2хоб
1.6 1Ч® Л..." ...Ч.
. ... ф. л .
о
■*> у>.
«г о-
со
00
й
. > и
в
10 12 14
Мшшк.
16 18 Частот«, хоб
1.42 мм/с
1в 12 14
11,59 мм*
|хоб
1.
1. 2
8. 8;
0. 4 '
"вт
2хоб
в»- г*>
т». о •
со
11
и.
10 12
I *оЛ
со
10 12 14
. .00.
16 18
Частота. хоб
14 16 18
Частота, хоб
;::: Р ^72 мм/с-' ' 2 х'об • ............% • ■
• • • •
\ • о • -
Г. <с со <х> . •
Ь 1»;
16 18
Частота, хоб
Рис. 3. Спеюры вибрации подшипниковых узлсв двигателя преобразовательного
агрегата экскаватора ЭДГ-3,2.30 № 2: а - правого (т. 05Г) и в - левого (т. 06Г) до центровки и замены сухарей в муфлах; б - правого (т. 05Г) и г - левого (т. 06Г) после центровки и замены сухарей в муфтах 1хоб - частота вращения вала ПА; 2хоб - 2-я гармоника частоты вращения вата ПА
УЗД преобразовательного агрегата экскаватора № 2 в октавных полосах 63-125 Гц, измеренные 5 июня 2001 г., достигали уровня Э (рис. 1), соответствующего среднему дефекту многомашинного преобразовательного агрегата. В октавную пслосу 63 Гц входит удвоенная частота вращения вала электродвигателя ПА (2хоб), равная 50 Гц, характеризующая расцентровку (параллельную несоосность) валов. При разборке преобразовательного агрегата 5 июня 2001 г. была обнаружена расцентровка валов электродвигателя и генераторов. После центровки и замены сухарей
муфт преобразовательного агрегата УЗД в октавах 63 и 125 Гц уменьшились соответственно на 9 и 7 дБ (в 2,8 и 2,2 раза) и стали сравнимы уровням звукового давления ПА экскаватора № 1. Следовательно, значения УЗД в октавных полосах частот 63 и 125 Гц характеризуют качество центровки валов преобразовательного агрегата.
На рис. 2 приведены СКЗ виброскорости подшипниковых узлов асинхронного двигателя экскаваторов ЭДГ-3,2.30, измеренные в течение 1999-2001 гг., и пороговые уровни, соответствующие состоянию узлов ПА. Вибрации, измеренные 5 июня 2001 г. на двигателе до замены сухарей муфт и центровки валов, превышают уровень сильного дефекта, равный 10 В (сильные дефекты обнаруживаются, если уровень вибрации диагностируемого узла по амплитуде превышает уровень бездефектного состояния (уровень В) в 10 раз, т. е. на 20 дБ [5]). Повышенные вибрации на частоте 2-й гармоники вращения вала свидетельствуют о расцентровкс валов
Спектры виброскорости подшипниковых узлов асинхронного двигателя (далее АД) преобразовательного а! регата экскаватора № 2 до и после цоггровки и замены сухарей в правой и левой муфте двигателя приведены рис. 3, а и б соответственно. Наибольшие вибрации 11-13 мм/с зафиксированы утром 5 июня 2001 г. Огределяющими в спектре вибраций являются колебания с частотой вращения вала и ее 2-й гармоникой. Вибрации электродвигателя (см. рис. 3) на основной частоте 1хоб со стороны левой муфты (т. 06) выше, чем со стороны правой (т. 05), вероятно, за счет большего износа сухарей левой муфты. Вибрации в горизонтальном направлении на частоте 2хоб в 1,7-4,4 раза выше вибраций на основной частоте 1хоб, что свидетельствует о сдвиговой несоосности вращающихся элементов.
При замене сухарей обнаружено, что в правой муфте сухари частично расслоились, в левой - превратились в труху. Расцснтровка валов у правой муфты составила 0,47 мм, у левой -0,35 мм (норма <. 0,25 мм).
После центровки валов и замены сухарей муфт произошло значительное снижение вибрации на асинхронном электродвигателе АД (тт. 5-6) и генераторе поворота ГВ (тт. 7-8) на основной частоте вращения валов 1 хоб (в 2,0-9,6 ргла) и на всех генераторах и электродвигателе на второй гармонике 2хоб (в 1,5-72,0 раза). Например, после центровки вибрации в т. 06Г на частоте 2хоб уменьшились с 11,59 до 0,72 мм/с (см. рис. 3) и стали ниже уровня О (1,28 мм/с). Вибрации на асинхронном двигателе на основной частоте вращения вала (1хоб) стали меньше, чем на генераторах. После центровки и замены сухарей муфт вибрации генераюров ПА экскаваюра № 2 стали сравнимы по величине с вибрацией генераторов ПА экскаваторов № 1 и № 3.
Следовательно, полученные пороговые значения вибрации на удвоенной частоте вращения вала асинхронного электродвигателя 2>об могут быть использованы для диагностирования несоосности валов.
Оптимизация параметров редуктора подъема при помощи модели техническою состояния механизма подъема по критерию резонансной частоты
Механизм подъема (далее МП) экскаватора ЭДГ-3,2.30 состоит из двигателя, двухступенчатого редуктора и барабана. Основными источниками вибрации МП являются двигатель и редуктор. Возможными причинами появления вибраций приводного механизма - двигателя МП, могут быть дисбаланс, нссоосностъ, дефекты подшипников и эксплуатационные неполадки; редуктора -несоосность, неполадки в зубчатых передачах и подшипниках.
Для выяснения причин поломки пластин щеткодержателей двигателя подъемной лебедки были проведены измерения вибрации на двигателе и редукторе механизма подъема МП экскаватора. Измерение вибрации подшипниковых узлов двигателя подъема проводили при подсоединенном через дисковую муфту редукторе (работа МП под ншрузкой) и при работе в режиме холостого хода (XX) при отсоединенном редукторе. Скорость вращения вала электродвигателя и входного вала редуктора была 1080 об/мин (18 Гц). Режим холостого хода выбра с целью выяснения причин повышенных вибраций подшипниковых узлов электродвигателя МП на частоте 2,08хоб (об=18 Гц) и ее гармониках, зафиксированных в феврале-марте 2000 г.
Частота 2,08хоб соответствует частоте зубозацепления 2-й ступени редуктора. В процессе эксплуатации экскаватора с июля 1999 г. по август 2000 г. максимальные вибрации (11,47 мм/с)
а
8.0
7.0
1 6.0
У.
5,0
1 г- 4.0
*
| 3.0
о
5 2.0
1.0
0
10.07.! 99910.11.199910.05.200010.07.200010.11.200010.03.200! 10.07.2001
Дата
0
10.03.200010.06.200010.09.200010.12.2000! 0.03.200110.06.200110.09.2001
Дата
Рис. 4. СКЗ виброскорости подшипниковых узлов двигателя (а) и редуктора (б) МП: СКЗ виброскорости подшиг пиковых узлов двигателя и редуктора на частоте 2,08хоб; —А— уровень В. соогветстеуК'Щий бездефектному состоянию узла; • уровень С, соответствующий состоянию узла со слабыми дефектами; в- уровень П. сооютсщующи! состоянию узла со средними дефектами
Рис. 5. Спектры вибрации механизма подъема экскаватора ЭДГ-3,2.30 № 1: а. 6 - подшипниковых узлов двигателя (т. Г01) и г - промежуточного вала редуктора (т. Г05) при работе его под нагрузкой; в - подшипниковых узлов двигателя (т. ПН) на холостом ходу без редуктора /ъ* - частота зубозацепления 2-й ступени редуктора (2,08хоб);/и- частота вращения вала Г1А; - частота вращения вала электродвигателя механизма подъема
были зафиксированы в феврале-марте 2000 г. на подшипниковом узле промежуточного вала редуктора на частоте 2,08хоб (рис. 4-5). Данные вибрации через муфту и металлоконструкции передавались на корпус двигателя и, вероятно, явились причиной поломки Г-образных металлических пластин щеткодержателей.
Вибрации на подшипниковом узле промежуточного вала редуктора МП экскаватора в т. Г05 16 марта 2000 г. (см. рис. 5, г) превышали уровень О (2,83 мм/с) и уровень сильного дефекта 10,1 мм/с (см. рис. 4, б). На двигателе уровень вибрации на частоте 2,08хоб (рис. 5, о и б) превышал уровень Р в 1,6 раза (см. рис. 4, а).
В спектре вибрации редуктора (см. рис. 5, г) присутствует большое количество гармоник частоты зубозацепления 2,08хоб (впервые обнаружено 21.02.2000 г.). На основной частоте зубозацепления 2,08хоб вибрация равна 11,47 мм/с (см. рис. 5, г). Состояние зубчатой передачи второй ступени редуктора механизма подъема в процессе эксплуатации экскаватор«, с июля 1999 г. по март 2000 г. ухудшилось.
В спектре вибраций подшипниковых узлов двигателя механизма подъема экскаватора присутствуют колебания с частотой вращения вала электродвигателя 1хоб и ее второй гармоникой 2хоб, с зубцовой частотой второй ступени редуктора 2,08хоб и ее 2-3 гармониками (4,2хоб, 6,2хоб) и частотой вращения вала преобразовательного агрегата (ПА) 24,9 Гц/1,4хоб (см. рис. 5, а и б). При работе двигателя МП под нагрузкой определяющими в спскгрс вибрации двигателя являлись колебания с зубцовой частотой второй ступени редуктора 2,08хоб, т. е. вибрации, передающиеся от редуктора через металлоконструкции и муфту. В горизонтальном направлении вибрации двигателя на частоте 2,08хоб достигали 7,83 мм/с, а по общему уровню в широком частотном диапазоне - 10,1 мм/с, превышая допустимый уровень вибраций 4,5 мм/с для электрических машин данного типа в 2,2 раза (норма 4,5 мм/с по ГОСТ 16921-83 дается для двигателя, работающего без нагрузки, т. е. без сцепления с механизмами).
СКЗ виброскорости на подшипниковом узле двигателя со стороны муфты близки по величине СКЗ виброскорости на подшипниковом узле входного вала редуктора, т. е. вибрации с частотой 2,08хоб передаются от редуктора на двигатель через муфту. Для высокочастотных колебаний, например, с зубчатой частотой 1-й ступени редуктора 12хоб, муфта является виброизолятором.
При работе электродвигателя МП в режиме холостого хода, без редуктора, вибрации с зубцовой частотой 2,08хоб и ее гармониками отсутствовали (см. рис. 5, в), что подтверждает вывод о том, что повышенные вибрации двигателя обусловлены передачей вибраций от реду ктора через металлоконструкции и муфту. При работе двигателя без редуктора (на XX) вибрации на основной и удвоенной частоте врацения вала электродвигателя уменьшаются, что можно объяснить снижением нагрузок при работе двигателя в режиме холостого хода.
При отсоединенном редукторе общий уровень вибрации подшипниковых узлов электродвигателя не превышал 3,0 мм/с (норма 4,5 мм/с). Вибрации с частотой вращения вала Г1А (1,4хоб) при работе двигателя под нагрузкой и в режиме холостого хода остаются практически неизменными (см. рис. 5), что подтверждает вывод, что вибрации двигателя с частотой 24,9 Гц/1,4хоб связаны не с работой механизма подъема, а передаются через металлоконструкции от преобразовательного агрегата.
В спектре вибраций двигателя МП присутствуют колебания с удвоенной частотой вращения вала электродвигателя 2,0хоб (в марте-июне 2000 г. были равны 1,9-2,1 мм/с.), близкой по величине к частоте зубозацепления 2,08хоб. Присутствие в спектрах вибрации колебаний с удвоенной частотой вращения ротора является признаком расцснтровки (несоосности) вращающихся элементов. Поэтому наличие даже незначительной несоосности в системе двигатель или двигатель-редуктор может привести к резкому возрастанию колебаний двигателя и выходу его из строя за счет явления резонанса. На последующих машинах для исключения явления резонанса были изменены передаточные отношения в первой и второй ступени редуктора механизма подъема: частота зубозацепления 1-й ступени стала 13хоб, а второй - 2,81 хоб.
Таким образом, причиной поломки Г-образных металлических пластин щеткодержателей явились повышенные вибрации двигателя механизма подъема экскаватора на частоте 2,08хоб, близкой ко второй гармонике частоты вращения вала электродвигателя, передающиеся от редуктора двигателю через крепежные детали моторной муфты, металлоконструкции и платформу.
На сегодняшний день в литературе по вибродиагностике роторного оборудования присутствует достаточно косвенных виброакустических признаков дефектов для определения технического состояния агрегатов. Ряд из них, применительно к преобразовательному агрегату и механизму подъема экскаватора ЭДГ-3,2.30, приведены в таблице [6].
Виброакустическне признаки дефектов преобразовательною Я1регага и механизма подъема экскаватора ЭДГ-3,2.30
Источник вибрации 11рсобладающая частота Преобладающее направление
Дисбаланс 1хоб Радиальное
Несоосность: угловая 1 хоб, 2хо5 Аксиальное
параллельная 1 хоб, 2хо5. Зхоб Радиальное
комбинированная 1хоб, 2хо5, Зхоб. мультигармоники Радиальное и аксиальное
Механические ослабления 1хоб. 2хо5. Зхоб.....Юхоб Преобладание 1хоб Рали&тьнос
Подшипники качения Ранние стадии появ.1ения дефектов: подшипниковые частоты Радиальное
Поздние стадии: 1 хоб и гармоники Аксиальное
Двухступенчатый редуктор: дисбаланс 1 хоб Радиальное и аксиальное
несоосность 1хоб, 2хоб Радиальное и аксиальное
поврежденный зуб Частота зубозаиепления и субгармоники Радиальное и аксиальное
Таким образом, существует возможность сформировать виброакустические модели различных видов дефектов, основанные на информативных частотах и направлениях вибрации. Также наблюдается некая корреляция между величиной амплитуды информативной частоты и степенью развитости дефекта.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Явленский К. //.. Явленский А. К Вибродиагностикя и прогнозирование качества механических систем. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1983.
2. Вибрация в технике: Справочник. В 6-ти т. / Ред. совет: В. Н. Челомей (преде.) / Под ред. М. Д. Ген-кина. М.: Машиностроение. 1981. Т. 5. Измерения и испытания. 1981.
3. Биргер И. А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978.
4. Вибрация и шум электрических машин маюй мощности / Л. К. Волков и др. Л.: Энергия, 1979.
5. Барков А. В.. Баркова Н. А., Аювцев А. Ю Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации. СПб.: Изд. цеигр СПбГМТУ, 2000.
6. Виброакустический неразрушающий контроль. Екатеринбург: Уральский центр аттестации. 2000.
