CC BY
53
УДК 621.33 Лыткина Екатерина Михайловна,
к. т. н., ст. преподаватель кафедры «Электроподвижной состав», Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. 8(3952)63-83-66
Дульский Евгений Юрьевич, аспирант кафедры «Электроподвижной состав», Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. 8-983-403-46-43
СЕЛЕКТИВНЫЙ МЕТОД СУШКИ УВЛАЖНЕННОЙ ИЛИ ПРОПИТАННОЙ ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТОК ЯКОРЕЙ ТЯГОВЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗОВ
E.M. Lytkina, E. Yu. Dulskiy
SELECTIVE METHOD OF DRYING OF THE HUMIDIFIED OR IMPREGNATED ISOLATION OF ARMATURE WINDINGS OF ELECTRIC LOCOMOTIVES TRACTION MOTORS
Аннотация. На основе проведенного анализа отказов узлов электровозов Восточного региона выявлено, что наиболее уязвимым элементом являются тяговые электродвигатели, а именно их изоляция. При рассмотрении существующей в настоящее время технологии сушки увлажненной или пропитанной изоляции обмоток якорей тяговых двигателей были выявлены основные недостатки данной технологии, обусловленные использованием технически устарелой, энергозатратной конвективной сушки, получившей широкое применение на линейных предприятиях ОАО «РЖД». Авторами предложен инновационный селективный метод сушки, основанный на нагреве изоляционных частей якоря энергией ИК-излучения, а также конструктивная схема для реализации и последующей автоматизации данного метода.
Ключевые слова: якорь тягового двигателя, изоляция, сушка, конвективный нагрев, инфракрасное излучение.
Abstract. On the basis of the carried-out analysis of refusals of knots of electric locomotives of East region it is revealed that the most vulnerable element are traction electric motors, namely their isolation. By consideration of technology of drying of the humidified or impregnated isolation of armature windings of traction motors existing now the main shortcomings of this technology caused by use of technical and obsolete, power expensive convective drying,which received wide application at the linear enterprises of JSC RZhD, were revealed. Authors offered the innovative selective method of drying based on heating of insulating parts of an anchor by infra-red radiation energy, and also the constructive scheme for realization and the subsequent automation of this method.
Keywords: traction motor armature, isolation, drying, convective heating, infra-red radiation.
Проблема повышения надежности и продления ресурса электрических машин тягового подвижного состава (ТПС) приобрела в последние годы большое социально-экономическое значение для железнодорожного транспорта. Необходимым условием его безубыточной работы и эффективного функционирования в рыночных условиях является минимизация всех производственных затрат, что достигается путем анализа бизнес-процессов, необходимым обеспечением и менеджментом с последующим применением инновационных технологий.
Системный анализ данных процессов позволил из комплекса существующих вопросов выделить проблему безопасности и надежности электрических машин ТПС. Для ее решения необходимо обеспечить высокое качество производства, эксплуатации, обслуживания и ремонта электрических машин.
В связи с реформированием железнодорожного транспорта особое значение приобретают повышение надежности и продление срока эксплуатации электрических машин. В соответствии со стратегическими задачами ОАО «РЖД» до 2030 г. предусмотрен переход на полигонные (зональные) технологии эксплуатации, обслуживания и ремонта локомотивов.
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 кон-
Современные технологии. Транспорт. Энергетика. Строительство. _Экономика и управление_
ш
структивно-технологического характера при изготовлении и ремонте, уровень повреждаемости их в эксплуатации хотя и снижается, но остается довольно высоким.
Условия эксплуатации тяговых электродвигателей (ТЭД) на различных дорогах резко отличаются не только климатом, но и профилем пути, колебанием напряжения в контактном проводе, грузонапряженностью и интенсивностью движения [1].
Оценить техническое состояние электровозов и определить надежность их в работе представляется возможным только на основе анализа надежности подвижного состава, который показывает, что ТЭД электровозов ВСЖД являются одним из самых повреждаемых узлов и по количеству отказов занимают второе место (рис. 1).
97,3 98,6 99,5 100,0
Рис. 1. Диаграмма Парето по видам отказов оборудования электровозов за 2011 год
Наиболее уязвимым элементом ТЭД и в то же время дорогим является изоляция. Несмотря на постоянно проводимые мероприятия конструктивно-технологического характера при изготовлении и ремонте двигателей, уровень повреждаемости их изоляции в эксплуатации хотя и снижается, но все же остается на довольно высоком уровне (рис. 2).
На рис. 2: МЯП - моторно-якорные подшипники, МВЗ - межвитковое замыкание, ГП -главный полюс, ДП - дополнительный полюс, КО - компенсационная обмотка.
Рис. 2. Диаграмма Парето по видам отказов ТЭД за 2011 год
В процессе деповского ремонта структуру и физико-механические свойства изоляции ТЭД восстанавливают пропиткой и компаундировкой.
Упреждающая пропитка продлевает ресурс ТЭД, её производственный цикл включает в себя операции предварительной сушки изоляции для удаления из нее влаги, собственно пропитки, т. е. заполнения пор и пустот в материале и промежутков в изоляции лаками; сушки изоляции после пропитки лаками для удаления растворителей и полимеризации твердой основы лака; лакировки и окончательной отделки изоляции для придания соответствующих свойств поверхности обмоток.
Цель сушки и пропитки изоляции - повышение диэлектрической и механической прочности, химо- и влагостойкости, теплопроводности, т. е. всего того комплекса свойств, которые определяют качество изоляции и, следовательно, надежность и долговечность эксплуатации обмоток.
Существуют следующие методы сушки обмоток электрических машин:
- конвективный;
- вакуумный;
- терморадиационный;
- индукционный;
- токовая сушка.
Анализ вышеперечисленных методов сушки показал, что наиболее эффективным по сравнению с другими методами является терморадиационный метод сушки, который имеет плотность теплового потока в разы больше других. При токовом методе сушки происходят большие тепловые потери мощности, связанные с нагревом меди проводников. Такие же потери присутствуют и при индукционной сушке, но уже в большем количестве, так как здесь происходит нагрев всего стального пакета якоря. В случае терморадиационной сушки имеет место лишь селективный нагрев изоляции без дополнительных энергетических потерь.
По технологии, в депо при ремонте сушку изоляции якорей ТЭД проводят два раза: первый раз перед пропиткой лаком, при этом время сушки занимает десять часов, и второй раз после пропитки, когда время сушки составляет уже пятнадцать часов. Если же изоляция не нуждается в пропитке, единожды производят десятичасовую сушку. Сушку осуществляют в электропечи СДО (рис. 3).
В процессе эксплуатации при сушке электрических машин в печи возникают огромные непроизводственные потери мощности, связанные с нагревом воздуха в её рабочем пространстве и нагревом внешних стенок, вызывая тем самым большие тепловые и, как следствие, электрические потери мощности. Так же, при конвективном про-
94 2 95,9
60
40
20
иркутским государственный университет путей сообщения
цессе сушки, помимо технологически необходимого нагрева изоляции обмоток якоря, происходит бесполезный нагрев стального пакета.
а)
б)
Рис. 4. Механизм процесса распределения температуры по толщине слоя пропитанного материала при различных методах энергоподвода а - конвективный энергоподвод; б - ИК-энергоподвод; 1 - пропиточный материал, 2 - пары растворителя, 3 - медный проводник
Рис. 3. Электропечь СДО
С целью повышения надёжности, продления ресурса электрических машин, а также с позиций энергосбережения авторами была выдвинута идея о том, что при сушке изоляционных пропиточных материалов электрических машин и аппаратов с использованием ИК-энергоподвода (терморадиационного) вместо конвективного эффективность процесса сушки увеличится не менее чем в 10 раз [2]. На рис. 4 приведен механизм процесса распределения температуры по толщине слоя пропитанного материала при различных методах энергоподвода. При запекании теплым воздухом (рис. 4, 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 (рис. 4, б). Большая часть доставленной инфракрасным излучением энергии 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.
Преобразование электрической энергии, превращённой в энергию ИК-излучения, в технологическом процессе сушки может быть представлено последовательностью ряда этапов (рис. 5):
I этап - передача электроэнергии к источнику излучения;
II этап - генерирование потока в источнике излучения;
III этап - формирование потока отражателем;
IV этап - формирование пространственного распределения потока;
V этап - формирование поверхностного распределения энергии потока на лобовой части;
VI этап - поглощение энергии ИК-излучения пропитанной изоляцией и превращение ее в теплоту.
Рис. 5. Схема этапов преобразования энергии ИК-излучения в технологическом процессе сушки: 1 - источник электрического питания; 2 - источник излучения; 3 - отражатель; 4 - изоляция обмотки якоря ТЭД
Этапы Ш-У условно относятся к виртуальному энергетическому блоку. Особенностью его является то, что он непосредственно не связан с элементами энергетической системы.
Современные технологии. Транспорт. Энергетика. Строительство. _Экономика и управление_
Чтобы продлить ресурс ТЭД с открытыми лобовыми частями обмоток, был предложен селективный метод сушки увлажненной или пропитанной изоляции обмоток якорей тяговых электрических машин. Конструктивная схема установки селективного метода сушки изоляции обмоток якорей ТЭД типа НБ-514 показана на рис. 6.
Рис. 6. Устройство для реализации селективного метода сушки увлажненной или пропитанной изоляции обмоток якоря ТЭД ИК-излучением:
1 - станина; 2 - стойка с ИК-излучателями;
3 - асинхронный двигатель, 4 - редуктор; 5 - муфта;
6 - приводно-опорный и опорные резиновые ролики;
7 - вентиляционное окно
Данное устройство состоит из двух основных узлов: станины 1 (рис. 6) со стойкой 2, на которой располагаются длинноволновые импульсные керамические ИК-излучатели. Якорь кран-балкой устанавливается на ролики 6 и через редуктор 4 и муфту 5 приводится во вращение пристроенным частотно-регулируемым асинхронным электродвигателем 3.
На стойке расположены три изогнутых ИК-излучателя 10 (рис. 7), предназначенные для сушки изоляции лобовой части 8 обмотки якоря, и шесть плоских ИК-излучателей 11, предназначенные для сушки изоляции активной части 9 обмотки якоря ТЭД.
Станина с пристроенным частотно -регулируемым асинхронным приводом предназначена для размещения, фиксации и обеспечения плавного вращательного движения якорю ТЭД в широком диапазоне. Размещение и фиксация на станине осуществляется при помощи приводно-опорного и опорных резиновых роликов 6.
Регулирование оборотов асинхронного двигателя 3 до оптимальных для процесса сушки в данной установке будет осуществляться преобразователем частоты.
Рис. 7. Схема расположения ИК-излучателей в установке селективного метода сушки увлажненной или пропитанной изоляции обмоток якоря ТЭД ИК-излучением: 8 - лобовая часть обмотки якоря ТЭД; 9 - активная часть обмотки якоря; 10 - ИК-излучатели лобовой части якоря; 11 - ИК-излучатели активной части якоря
Для обеспечения защиты рабочего персонала от вредных паров растворителя в процессе эксплуатации установки предусмотрено окно вытяжной вентиляции 7 (рис. 6).
Управление качеством сушки увлажненной или пропитанной изоляции обмоток якоря ТЭД в зависимости от свойств пропиточной жидкости и регулирования ИК-энергоподводом можно организовать при помощи данного устройства по различным схемам.
Даная установка будет автоматизирована по двум параметрам: регулирование скорости вращения якоря в зависимости от частоты питающего напряжения и изменение спектрального состава ИК-излучателей, изменением подводимого к ним напряжения. Установка будет поддерживать два основных режима сушки: первый - это сушка перед пропиткой изоляции обмоток с целью удаления влаги, второй - сушка после пропитки. Оба этих режима сушки имеют отличные между собой условия и физические особенности их протекания.
Внедрение данной инновационной технологии селективного метода сушки увлажненной или пропитанной изоляции обмоток якоря ТЭД ИК-излучением позволит существенно уменьшить материальные затраты, необходимые для их ремонта, в связи со значительным сокращением времени и снижением потребления электроэнергии.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Дульский Е. Ю. Совершенствование технологии ремонта магнитной системы тяговых двигателей электровозов // Вестник ИрГТУ. 2012. № 4 (63). С. 103-108.
2. Лыткина Е. М. Повышение эффективности кап-сулирования изоляции лобовых частей обмоток тяговых двигателей электровозов инфракрасным излучением : дис. ... канд. техн. наук. Иркутск, 2011. 205с.
УДК 65.011.56:004.9 Оленцевич Виктория Александровна,
ст. преподаватель, Иркутский государственный университет путей сообщения,
тел.(395-2) 638-328, е-mail: olencevich_va@irgups.ru Гозбенко Валерий Ерофеевич, д. т. н., профессор, Иркутский государственный университет путей сообщения,
тел. (395-2) 638-357, E-mail: vgozbenko@yandex.ru
АНАЛИЗ ПРИЧИН НАРУШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ
V.A. Olentsevich, V.E. Gozbenko
ANALYSIS OF THE VIOLATION OF THE RAILWAY TRANSPORT
SYSTEM SAFETY CAUSES
Аннотация. В статье проанализировано состояние безопасности движения на железных дорогах России за трехлетний период. Выявлены основные факторы, воздействующие на железнодорожную транспортную систему.
Ключевые слова: безопасность, железнодорожная транспортная система, подсистема, причины нарушения безопасности, влияющие факторы, отказ.
Abstract. The article analyzes traffic safety on the railways of Russia for the three-year period. The main factors affecting the rail transport system are revealed.
Keywords: safety, railway transport system, subsystem, security breach causes influencing factors, failure.
Железнодорожный транспорт - сложная транспортная система, которая является связующим звеном единого экономического пространства России. Без четкой работы железнодорожной транспортной системы невозможна стабильная деятельность промышленных предприятий, своевременный подвоз жизненно важных грузов в самые отдаленные уголки страны, нормальное функционирование экономики регионов и страны в целом.
Из принципа иерархии управления [1] следует, что транспортная система является многоуровневой, а при переходе от одного уровня к другому компоненты системы претерпевают изменения. Иерархия делит людей на «человека», который формирует задачу, организует, управляет, и
«человека», который совместно с техникой образует компонент «машина», непосредственно осуществляющий решение поставленной задачи. Сложные процессы, происходящие между основными компонентами данной системы, нуждаются в управлении и постоянном контроле.
На стадии эксплуатации взаимодействие компонентов, входящих в транспортную систему, может быть штатным и нештатным. При штатном взаимодействии мы наблюдаем безотказную, безаварийную работу системы. Нештатное взаимодействие может выражаться в виде чрезвычайных ситуаций - нежелательных, незапланированных, непреднамеренных событий, нарушающий обычный ход вещей и происходящих в относительно короткий отрезок времени. Предотказные и критические состояния обычно предшествуют чрезвычайным ситуациям, но могут иметь и самостоятельное значение.
Основными причинами возникновения чрезвычайных ситуаций в железнодорожном транспорте являются увеличение плотности транспортных потоков, отказы технических устройств [2]. Большое количество аварий возникает по вине человека [3] (рис. 1).
При организации деятельности железнодорожной транспортной системы необходимо учитывать не только внутренние факторы и взаимодействие всех ее элементов, но и внешние связи с остальными отраслями народного хозяйства, а также изучать его подсистемы как отдельные элементы сложной структуры. Решение данной задачи
