Научная статья на тему 'Применение композиционных материалов для проведения процесса сушки изоляции электродвигателей'

Применение композиционных материалов для проведения процесса сушки изоляции электродвигателей Текст научной статьи по специальности «Машиностроение»

CC BY
48
10
Поделиться
Ключевые слова
УВЛАЖНЕННАЯ ИЗОЛЯЦИЯ / ТЯГОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ / ТРУБЧАТЫЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ / МНОГОЭЛЕКТРОДНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРООБОГРЕВАТЕЛЬ / СУШКА УВЛАЖНЕННОЙ ИЗОЛЯЦИИ ТЭМ

Аннотация научной статьи по машиностроению, автор научной работы — Коноваленко Даниил Викторович, Кочетков Алексей Валерьевич

Обоснована необходимость внедрения в технологические процессы ремонта новых принципов, методов и средств сушки увлажненной изоляции обмоток тяговых электрических машин (ТЭМ) с целью повышения их эксплуатационной надежности и поддержания сопротивления изоляции в допустимых для эксплуатации пределах. Проведен сравнительный анализ применения трубчатых электронагревателей (ТЭНов) и композиционных материалов при организации и проведении процесса сушки увлажненной изоляции обмоток электрических машин.

Похожие темы научных работ по машиностроению , автор научной работы — Коноваленко Даниил Викторович, Кочетков Алексей Валерьевич,

APPLICATION OF COMPOSITE MATERIALS FOR ELECTRIC MOTOR INSULATION DRYING

The authors prove the necessity to introduce new principles, methods and facilities of drying the wet insulation of traction electrical machine windings into technological processes of repair in order to improve their operational reliability and maintain insulation resistance within limits acceptable for operation. A comparative analysis of the use of tubular electrical heaters and composite materials for the organization and carrying out of drying of wet insulation of electrical machine windings is performed.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Применение композиционных материалов для проведения процесса сушки изоляции электродвигателей»

lui

Транспорт

Библиографический список

1. Кулько П.А., Ушаков К.В. Государственный технический осмотр. Проблемы и решения // Автотранспортное предприятие №9. Сентябрь 2005. С.15-19.

2. Серов А.В. Стенды для контроля технического состояния и обкатки лесотранспортных машин. М.: Лесная промышленность, 1969. 168 с.

3. Федотов А.И., Бойко А.В. и др. Экспериментальное исследование радиуса качения колеса в ведомом режиме на

опорных роликах диагностических стендов // Материалы II Международной научно-практической конференции. Иркутск, 2009. С. 217-225.

4. Федотов А.И., Бойко А.В. и др. Экспериментальное исследование параметров, характеризующих взаимодействие автомобильного колеса с опорными роликами диагностических // Вестник ИрГТУ. 2009. Вып.4. С. 72-77.

УДК 629.423.1

ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА СУШКИ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

1 9

Д.В.Коноваленко1, А.В.Кочетков2

Иркутский государственный университет путей сообщения, 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15.

Обоснована необходимость внедрения в технологические процессы ремонта новых принципов, методов и средств сушки увлажненной изоляции обмоток тяговых электрических машин (ТЭМ) с целью повышения их эксплуатационной надежности и поддержания сопротивления изоляции в допустимых для эксплуатации пределах. Проведен сравнительный анализ применения трубчатых электронагревателей (ТЭНов) и композиционных материалов при организации и проведении процесса сушки увлажненной изоляции обмоток электрических машин. Ил. 4. Табл. 1. Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: увлажненная изоляция; тяговые электрические машины; трубчатый электронагреватель; многоэлектродный композиционный электрообогреватель; сушка увлажненной изоляции ТЭМ.

APPLICATION OF COMPOSITE MATERIALS FOR ELECTRIC MOTOR INSULATION DRYING D.V. Konovalenko, A.V. Kochetkov

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Irkutsk State University of Railway Engineering, 15, Chernyshevsky St., Irkutsk, 664074.

The authors prove the necessity to introduce new principles, methods and facilities of drying the wet insulation of traction electrical machine windings into technological processes of repair in order to improve their operational reliability and maintain insulation resistance within limits acceptable for operation. A comparative analysis of the use of tubular electrical heaters and composite materials for the organization and carrying out of drying of wet insulation of electrical machine windings is performed. 4 figures. 1 table. 4 sources.

Key words: wet insulation; traction electrical machines; tubular electrical heater; multielectrode composite electrical heater; traction electrical machine wet insulation drying.

Изоляция является наиболее уязвимым элементом тяговой электрической машины (ТЭМ). Статистические данные по надежности узлов и деталей оборудования электровозов в условиях эксплуатации их за последние пять лет на ВСЖД показывают, что большая доля отказов приходится на тяговые электрические машины. На основании исследований надежности ТЭМ [1,2] было установлено, что 75-85% двигателей выходит из строя по причине пробоя изоляции в осенне-зимне-весенний период, т.е. когда происходит интенсивное увлажнение изоляции обмоток ТЭМ и снижение ее диэлектрической прочности. В связи с этим возникает потребность внедрения в технологические процессы ремонта новых принципов, методов и средств сушки увлажненной изоляции обмоток тяго-

вых электрических машин с целью повышения качества ремонта ТЭМ [3].

Изоляция ТЭМ имеет сравнительно небольшую механическую прочность [4] в процессе работы под воздействием воздуха, влаги, колебаний температуры и электромагнитных сил. При работе изоляция ТЭМ подвергается механическому, химическому и тепловому износу, расслаивается, теряет эластичность и электрическую прочность. Наибольшую опасность для изоляции представляет увлажнение, т.к. оно приводит к снижению омического сопротивления и соответственно к невозможности дальнейшей эксплуатации тяговых двигателей. Увлажнение происходит при конденсации влаги на холодных обмотках двигателей при соприкосновении с ними теплого окружающего воздуха.

1Коноваленко Даниил Викторович, кандидат технических наук, доцент, заместитель заведующего кафедрой электроподвижного состава, тел.: 89025686635,e-mail: Konovalenko_dv@mail.ru

Konovalenko Daniil, Candidate of technical sciences, Associate Professor, Deputy Head of the Department of Electric Rolling Stock, tel.: 89025686635, e-mail: Konovalenko_dv@mail.ru

2Кочетков Алексей Валерьевич, аспирант, старший лаборант, тел.: 89501285798, e-mail: Kochetkovalex555@mail.ru Kochetkov Aleksei, Postgraduate, Senior Laboratory Assistant, tel.: 89501285798, e-mail: Kochetkovalex555@mail.ru

Сушка и пропитка изоляции обеспечивает повышение ее диэлектрической и механической прочности, химико- и влагостойкости, теплопроводности, т.е. всего того комплекса свойств, которые определяют качество изоляции, а следовательно, надежность и долговечность эксплуатации обмоток.

Для удаления влаги из изоляции обмоток ТЭМ наукой и практикой предлагается большое количество методов, способов и средств. Среди них наиболее широкое применение в практике сушки увлажненной изоляции обмоток ТЭМ электровозов и электропоездов получил конвективный метод с использованием стационарных или передвижных калориферных установок, состоящих из установленных на общей раме калорифера, центробежного вентилятора с электродвигателем и патрубка с мягкой вставкой.

Для организации данного процесса в электрокалориферных установках используются трубчатые электронагреватели (ТЭНы), которые предназначены для нагрева различных сред путем конвекции, теплопроводности и излучения посредством преобразования электрической энергии в тепловую. Конструкция ТЭНа представляет собой двухконцевой трубчатый электронагреватель круглого сечения (рис. 1) с плотно прилегающей к его активной поверхности стальной гофрированной лентой, навитой на оболочку ТЭНа по спирали (оребрение). Внутри металлической трубки находится нагревательный элемент (спираль или несколько спиралей из сплава с высоким сопротивлением) с контактными стержнями. От оболочки нагревательный элемент изолирован спрессованным электроизоляционным наполнителем. Для предохранения от попадания влаги из окружающей среды торцы ТЭНа герметизируют. Контактные стержни изолируют от оболочки диэлектрическими изоляторами. С целью соблюдения однородности материала и недопущения разницы в коэффициентах теплового расширения оболочки ТЭНа и оребрения, лента используется из нержавеющей или углеродистой стали.

поверхности, значительный вес и габариты, низкая ремонтно-восстановительность, повышенные металлоемкость и расход дефицитных сплавов.

В [5] был проведен анализ кривой кинетики процесса сушки изоляции с физико-механической связью влаги, показывающий, что для удаления свободной влаги в начальный момент процесса сушки целесообразно подводить большое количество энергии до достижения предельно допустимой температуры для данного класса изоляции с целью интенсификации процесса влагоудаления и сокращения времени на процесс сушки. По мере удаления влаги из изоляции уровень подводимой энергии необходимо снижать и поддерживать рабочую температуру, не превышающую предельно допустимых значений для данного класса изоляции. Однако рассмотренный способ сушки несёт в себе другие недостатки, связанные прежде всего с невозможностью плавного регулирования подводимой к ТЭМ температуры и недостаточно экономичным использованием затрачиваемой в процессе сушки энергии.

Проведено теоретическое и практическое исследование композиционных материалов (КМ) в сравнении с использованием ТЭНов. Необходимо отметить, что КМ имеют повышенную стойкость к агрессивным средам и тепловому старению, что является важным показателем при их эксплуатации в ремонтных локомотивных депо.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Исследуемый гибкий композиционный электрообогреватель МКЭ-1 [6] пластинчатого типа по сравнению с известными техническими решениями [7] позволяет за счет группового расположения электродов обеспечить равномерность нагрева протяженных объектов.

В композиционном гибком электрообогревателе МКЭ-2 на основе бутилкаучука внутри корпуса из изоляционного слоя 1 размещен электропроводный слой 2, в котором установлены электроды 3, связанные с токопроводящими жилами кабеля 4. Корпус из изоляционного слоя имеет форму цилиндрической поверх-

Рис. 1. Конструкция двухконцевого трубчатого электронагревателя: L - развернутая длина; Lo - длина оребре-ния; D - диаметр оболочки; Do - диаметр оребрения; h - шаг оребрения

Ресурс и надежность работы ТЭНа зависят от того, насколько велика поверхностная нагрузка. Для различных нагреваемых сред допустимая удельная поверхностная нагрузка разная и является строго нормативной величиной, превышение которой ведет к преждевременному выходу ТЭНа из строя.

Электрокалориферные установки с применением ТЭНов для сушки изоляции наряду с несомненными достоинствами обладают определенными недостатками: неравномерное распределение температуры по

ности, электроды расположены вдоль образующей (рис. 2).

Теоретические исследования по диаграммам Л.К. Рамзина (рис. 3) и расчеты показывают, что сушка увлажненной изоляции ТЭМ холодным воздухом с высоким влагосодержанием в течение длительного времени не только приводит к большим затратам энергии, но и не позволяет в большинстве случаев восстановить допустимые параметры по сопротивлению изоляции.

Рис. 2. Многоэлектродный композиционный электрообогреватель (общий вид) пластинчатого (МКЭ-1)

и цилиндрического (МКЭ-2) типа

При проведении сравнительного расчета для типовой и предлагаемой установки при изменении температуры с шагом 1=20°С параметры воздуха не изменялись.

Адиабатная психрометрическая разность 11 - 2 не зависящая от посторонних тепловых явлений и скорости потока, характеризует способность воздуха поглощать влагу и называется потенциалом сушки. Также потенциал сушки выражается через разность вла-госодержаний и парциальных давлений.

Определен расход воздуха и тепла для испарения 1 кг влаги. При установившемся процессе сушки коли-

чество влаги, поступающее в сушилку с материалом и воздухом, должно быть равно количеству влаги, оставшейся в материале и ушедшей с сушильным агентом. Запишем уравнение материального баланса:

а

100

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

а.,

• щ

1000

100

<

1000

(1)

где С1 - масса влажного материала, которую необходимо высушить за период времени, кг/ч; С2 - масса высушенного материала за тот же период времени, кг/ч; ы1 - начальная влажность материала, %; ы2 -влажность материала после сушки, %; Ц = 1_2 =1. -

Влагосодержание в, г/ на 1 кг сухого воздуха Рис. 3. Процесс сушки в «теоретической» изобарной сушилке на 1-в диаграмме влажного воздуха

I ami

Транспорт

Сравнительный анализ режимов сушки для типовой и предлагаемой установки

Температура t, °С Расход тепла на сушку q, кДж/кг влаги Затрачиваемое время т, сек/кг влаги

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Типовой Предлагаемый Типовой Предлагаемый

20 0 0 244,8 178,9

40 2746 2695 66,6 48,7

60 3048 2821 36,8 26,9

70 3114 3001 30,1 21,4

80 3124 3062 25 18,3

100 3179 3115 18,8 13,6

масса воздуха, поступившая и вышедшая за период сушки, кг/ч (принимаем, что присосы и утечки воздуха в сушильной системе отсутствуют).

Так как Ц = 1_2 = Ц то уравнение (1) можно запи-

сать как

Gi • wi 100

G2 • w2 =L d2 - d1

100

1000

(2)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Левая часть уравнения (2) обозначает потерю влаги материалом за период сушки:

G1 • w1 100

G1 • w? ТТГ

—2—2 = W . С учетом этого уравнение 100

принимает вид (кг/ч)

Расход тепла на подогрев воздуха, требующегося для испарения 1 кг влаги. Если каждый килограмм сухого воздуха нагревается от ^ до причем энтальпия его увеличивается от 10 до Ь, а для испарения 1 кг влаги необходимо затратить I кг сухого воздуха, то расход тепла на его нагревание можно определить по уравнению

д = I ■ (Д - /2), кДж на 1 кг влаги. (5) По расходу воздуха l определено время сушки. Если с помощью вентилятора обеспечить заданную производительность по воздуху, то время, необходимое для испарения 1 кг влаги, определится как т = I/Ь, сек / кг влаги. Полученные расчетные значения представлены зависимостями д^) и т(Ц на рис. 4.

3000

Ц 2500

™ 2000 сц

£ 1500

CI

О

о 1000 Q_

500 0

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

***

/ / S

- электрокалориферный метод композиционный метод

/ ' / _

/ / _ _

/ /

/■

250

х s

5 200 S

х

§Е 150

(D CL со

3 100

с!

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

50

со

0

\

N ч \

> . S ч

ч \ \

- электрокалориферный - метод - композиционный метод

W = L

d-^ 1000

Температура t, оС Температура t, оС

Рис. 4. Расход тепла на нагрев д(И) и затраты времени тА) при реализации электрокалориферного и

композиционного методов сушки

Применение гибкого композиционного электрообо-(3) гревателя МКЭ-1 по сравнению с известными техническими решениями [7] позволяет за счет группового расположения электродов обеспечить равномерность нагрева протяженных объектов. Гибкий электрообогреватель МКЭ-2 позволяет обеспечить возможность объемного обогрева объектов, имеющих внешнюю цилиндрическую поверхность, при минимальных материальных и энергетических затратах.

Обозначив расход воздуха на 1 кг испаренной влаги через l = L / W, получим окончательное выражение для определения расхода сухого воздуха для испарения 1 кг влаги:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

, 1000

I = —--, кг на 1 кг испаренной влаги. (4)

d2 - dl

Библиографический список

1. Коноваленко Д.В., Худоногов А.М. Обоснование рациональных режимов энергоподвода в процессе сушки увлажненной изоляции обмоток ТЭМ электрокалорифером // Тр. региональной научно-технической конференции творческой молодежи (Хабаровск, 18-19 апреля 2006 г.). Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2006. С.14-17.

2. Коноваленко Д.В., Худоногов А.М., Иванов В.Н. Надежность электрических машин тягового подвижного состава //

Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. Новосибирск, 2008. №2. С. 196-198.

3. ЦТ/814. Инструкция по подготовке к работе и техническому обслуживанию электровозов в зимних и летних условиях: от 10.04.01. М.: Транспорт, 2001. 72 с.

4. Лыков А.В. Теория сушки. М.: Энергия, 1968. 472 с.

100

10

90 100

5. Коноваленко Д.В. Рациональные режимы сушки увлажненной изоляции обмоток тяговых электрических машин. 2007. С.53-59.

6. Халина Т.М. Теоретический анализ и расчет электрической проводимости многоэлектродных низкотемпературных композиционных электрообогревателей. 2001. С. 57-62.

7. Патент №2094957 Российская Федерация. Степаненко Б.Г., Осипов Б.А., Першиков В.Н., Левит Р.М., Беркович М.Д. Зыбцева С.Я. Многослойный нагревательный элемент -1997.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

УДК 629.46.027.2.015:625.032.5

АНАЛИЗ ЭКСПЛУАТАЦИИ СОВРЕМЕННЫХ ТЕЛЕЖЕК ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ В КРИВЫХ УЧАСТКАХ ПУТИ И ПРЕДЛАГАЕМОЕ РЕШЕНИЕ ПО УЛУЧШЕНИЮ ИХ РАБОТЫ

Е.В.Чупраков1, О.В.Мельниченко2, А.Н.Танцурин3, В.В.Павлов4

1,2Иркутский государственный университет путей сообщения, 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15.

3Восточно-Сибирская дирекция по ремонту грузовых вагонов - филиал ОАО «РЖД», 664013, г. Иркутск, ул. Академика Образцова, 35. 4Дорожный центр обучения ВСЖД - филиала ОАО «РЖД», 664020, г. Иркутск, Воинская площадка, 31.

Обоснована необходимость поиска первопричин проблемы обеспечения устойчивого взаимодействия системы «колесо-рельс» в самой организации работ ходовых частей вагона. Выполнен обстоятельный анализ поведения элементов конструкции современной типовой тележки модели 18-100 при движении в кривом участке пути. Приведены схемы вписывания рамы тележки вагона в плане пути в кривой участок пути с подробным рассмотрением сил взаимодействия челюстей боковин с буксовыми узлами. Выявлены основные причины и их следствия по ухудшению горизонтальной динамики вписывания подвижного состава и расстройства системы взаимодействия «колесо-рельс». Предложено техническое решение для улучшения устойчивого взаимодействия системы «колесо-рельс».

Ил. 6. Библиогр. 8 назв.

Ключевые слова: взаимодействие пути и подвижного состава; тележка вагона; колесная пара; колесо; рельс; износ.

EXPLOITATION ANALYSIS OF MODERN FREIGHT CAR BOGIES IN THE CURVED TRACKS AND THE PROPOSED SOLUTION TO IMPROVE THEIR OPERATION E.V. Chuprakov, O.V. Melnichenko, A.N. Tantsurin, V.V. Pavlov

Irkutsk State University of Railway Engineering, 15, Chernyshevsky St., Irkutsk, 664074.

East Siberian Directorate for the repair of freight cars - Branch of PLC "Russian Railways", 35, Academician Obraztsov St., Irkutsk, 664013.

Road Educational Center of East-Siberian Railway - Branch of PLC "Russian Railways", 31, Military Court, Irkutsk.

The paper justifies the necessity to find the original causes of the problem to ensure stable interaction of the "wheel-rail" system in the very organization of car running parts operation. A detailed analysis of the behavior of the structural elements of a typical modern bogie of the model 18-100 during travelling in a curved track is performed. The authors present the schemes of the car bogie frame performance on the curved section of a track with the detailed examination of the interaction forces of side horn blocks with the axle-box equipment. The basic causes and their effects on the deterioration of the horizontal dynamics of rolling stock performance, and thus the failure of the "wheel-rail" interaction system are revealed. A technical solution to improve the stable interaction of the "wheel-rail" system is proposed. 6 figures. 8 sources.

Key words: interaction of tracks and rolling stock; car bogie; wheelset; wheel; rail; wear and tear.

1Чупраков Егор Владимирович, ассистент, заведующий лабораторией кафедры электроподвижного состава, тел.: 89025768319, e-mail: chuprakov_ev@irgups.ru

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Chuprakov Egor, Assistant , in charge of the Laboratory of the Department of Electric Rolling Stock, tel.: 89025768319, e-mail: chuprakov_ev@irgups.ru

2Мельниченко Олег Валерьевич, кандидат технических наук, доцент, преподаватель кафедры электроподвижного состава, тел.: 89021702437, e-mail: melnichenko@irgups.ru

Melnichenko Oleg, Candidate of technical sciences, Associate Professor, Lecturer of the Department of Electric Rolling Stock, tel.: 89021702437, e-mail: melnichenko@irgups.ru

3Танцурин Алексей Николаевич, главный инженер Восточно-Сибирской дирекции по ремонту грузовых вагонов, тел.: 89500844495, e-mail: alex_siberia@yandex.ru

Tantsurin Aleksei, Chief Engineer of the East Siberian directorate for repair of freight cars - JV TSDRV, tel.: 89500844495, e-mail: alex_siberia@yandex.ru

4Павлов Виктор Валерьевич, преподаватель, тел.: 89025699759, e-mail: vikrot@bk.ru Pavlov Victor, Lecturer, tel.: 89025699759, e-mail: vikrot@bk.ru