УДК 621.313.13:621.822
В.А. Буторин, А.М. Молчан
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОБЛЕМЕ НАДЕЖНОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ», ТРОИЦК, РОССИЯ
V.A. Butorin, A.M. Molchan SYSTEMATIC APPROACH TO THE RELIABILITY PROBLEM OF SUBMERSIBLE ELECTRIC
MOTOR REHABILITATION FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION «SOUTH URAL STATE
AGRARIAN UNIVERSITY», TROITSK, RUSSIA
Владимир Андреевич Буторин
Vladimir Andreevich Butorin
доктор технических наук, профессор
butorin_chgau@list.ru
Аннотация. В работе рассмотрено место решения проблемы повышения качества капитального ремонта погружных электродвигателей в системе элементов предмета теории эксплуатации электрооборудования. При этом производственный процесс можно представить в виде совокупности подсистем. Первая подсистема -это технологический объект, который преобразует исходные материалы в необходимую продукцию. Три оставшиеся подсистемы, к которым относится подсистема трудовых ресурсов, материальных ресурсов и энергетических ресурсов, необходимы для обеспечения возможности функционирования технологического объекта. Для этого приведена структурная схема производственного процесса любого вида выпускаемой продукции. Электрооборудование при этом входит в подсистему энергетических ресурсов. Главным видом используемого электрооборудования являются электроприводы. Для обеспечения качества эксплуатации электрооборудования в литературе предложена структурная схема, определяющая влияние отдельных ее элементов на работоспособность этого электрооборудования. В дальнейшем для разработки мероприятий по повышению качества капитального ремонта из указанной структуры была выделена подсистема Р - Э (ремонтный завод - погружной электродвигатель). В структурной схеме, определяющей влияние ее отдельных элементов на надежность электроприводов, были выделены ее ключевые элементы: источник, электроприемник, технологический объект, служба эксплуатации и ремонтный завод. Была раскрыта суть вышеуказанных элементов, и сделаны выводы о том, каким образом они влияют на работоспособность электроприводов, которые относятся к основному элементу электрооборудования, поскольку потребляют больше половины вырабатываемой электрической энергии. В выделенной подсистеме было отмечено, что для повышения качества капитального ремонта необходима разработка методики ускоренных испытаний на долговечность для оценки мероприятий, направленных на совершенствование технологии этого ремонта. Новая методика ускоренных испытаний погружных электродвигателей необходима еще и потому, что существующие методы и модели испытаний на надежность не могут быть использованы, поскольку разрабатывались для электродвигателей, эксплуатирующихся на открытом воздухе. Разработанная методика ускоренных испытаний погружных электродвигателей приведет к сокращению сроков
Александр Михайлович Молчан
Alexander Mikhaylovich Molchan a.molchan@list.ru
продвижения инновационных решений в совершенствовании их капитального ремонта.
Ключевые слова: погружной электродвигатель, надежность, ремонт, эксплуатация, техническое состояние.
Abstract. The paper considers the place of solving the problem of improving the quality of submersible motors overhaul in the system of elements of the subject of the theory of electric equipment operation. Thus the production process can be represented as a set of subsystems. The first subsystem is a technological object, which converts initial materials into necessary products. The three remaining subsystems, which includes a subsystem of human resources, material resources and energy resources are necessary to ensure the ability to operate a technological facility. For this purpose the structural scheme of the production process of any type of manufactured products is given. Electrical equipment is a part of the energy resources subsystem. The main type of electrical equipment used is the electric drives. To ensure the quality of electrical equipment operation, the literature offers a structural scheme that defines the impact of its individual elements on this electrical equipment e performance. In future, to develop measures to improve the quality of overhaul from this structure was separated subsystem P-E (repair plant - submersible motor). In the structural diagram determining the influence of its individual elements on the reliability of electric drives, its key elements were singled out: source, electric receiver, technological object, operation service and repair plant. The essence of the above elements and how they affect the performance of electric actuators, which belong to the main element of electrical equipment, as they consume more than half of the generated electrical energy, was disclosed. In the allocated subsystem it was noted that to improve the quality of the capital repair it is necessary to develop a method of accelerated durability tests to evaluate measures aimed at improving the technology of this repair. The new method of accelerated testing of submersible motors is also necessary because the existing methods and models of reliability tests cannot be used as they were developed for motors operating in the open air. The developed method of accelerated testing of submersible motors will lead to reduction of time for promotion of innovative solutions in improvement of their overhaul.
Keywords: submersible electric motor, reliability, repair, operation, technical condition.
Введение. Системный подход обеспечивает процесс решения проблемы повышения надежности обмоток капитально отремонтированных погружных электродвигателей и взаимосвязанное решение менее сложных отдельных задач. Системный подход не является универсальным решением проблемы. Он представляет собой метод поиска ее оптимальных решений.
Производство любой продукции вызывает необходимость исследования трудовых Т, материальных Мр и энергетических Эр ресурсов. В связи с этим производственную систему ПС можно воспроизвести в виде разработанной Ерошенко Г.П. [1] структурной схемы, представленной на рисунке 1. Эта схема выражает подсистему: технологический объект Т, преобразующий исходные материалы в необходимую продукцию; подсистемы трудовых ресурсов Т, материальных ресурсов Мр и энергетических ресурсов Эп.
Рисунок 1 - Структурная схема производственной системы ПС
Рассматриваемые подсистемы можно представить в виде самостоятельных систем. Например, подсистему ЭР можно представить в виде системы, имеющей на входе свои трудовые ТЭ материальные МЭ и энергетические ЭЭ ресурсы.
Электрооборудование входит в подсистему энергетических ресурсов, оно обеспечивает энергией производственный процесс. Цель технической эксплуатации электрооборудования заключается в поддержании и восстановлении его работоспособности для обеспе-
чения функционирования производственного процесса [2, 3, 4].
Важнейшим видом подсистемы энергетических ресурсов является электрооборудование, среди которого основным по количеству и потреблению электрической энергии являются электроприводы. Электроприводы потребляют более 60 % от всей произведенной электрической энергии [5]. В настоящей работе к данным электроприводам относятся скважинные электронасосы сельского водоснабжения, основным элементом которых являются электродвигатели.
Методика. Методической основой системного подхода к обеспечению надежности капитально отремонтированных погружных электродвигателей являлась разработанная Ерошенко Г.П. структурная схема предмета теории эксплуатации электрооборудования.
Ерошенко Г.П. показывает, что на качество работы электропривода влияют: источник электроснабжения И, отвечающий за качество электрической энергии II; техническое состояние электроприводов С, оценивающее пригодность их применения по назначению; технологический объект Т, указывающий на режимы нагрузки и условия окружающей среды V; служба эксплуатации С, отвечающая за качество проводимых технических обслуживаний и ремонтов электроприводов С. Предмет теории эксплуатации электрооборудования представляет собой систему указанных элементов. Совокупность представленных элементов называется системой ИЭТС [2].
Поскольку служба эксплуатации сельскохозяйственных предприятий обычно не включает в себя специализированные предприятия по капитальному ремонту электродвигателей и других видов силового электрооборудования, они в работах Буторина В.А. [6, 7] вынесены отдельным элементом Р предмета теории эксплуатации электрооборудования, отвечающим за качество капитального ремонта р.
Отдельные элементы системы ИЭТСР несут обобществленные представления об этой системе [3, 7].
Источник - это электротехническая служба и специалисты системы сельского электро-
снабжения.
Электроприемник - это электрооборудование технологического объекта и в первую очередь электропривод.
Технологический объект - это электрифицированная установка или рабочая машина.
Служба эксплуатации - это работники электротехнической службы, а также ее стационарные и передвижные средства для обслужи-
вания электрооборудования сельскохозяйственного предприятия.
Ремонтный завод - это работники и стационарные средства специализированного предприятия для проведения капитального ремонта электрооборудования, используемого в сельскохозяйственном производстве.
Предлагаемая структурная схема системы ИЭТСР представлена на рисунке 2.
Энергия
Т
Рисунок 2 - Структурная схема системы ИЭТСР
Параметры работоспособности Р (значения параметров надежности) электродвигателей описываются функцией
Р, = /(У, р, с, V, с),
где и, р, с, V, с - характеристики влияния на электродвигатели соответственного электроснабжения, капитального ремонта, технического обслуживания и текущего ремонта, рабочей машины электропривода, технического состояния электродвигателя.
Результаты. Совершенствование технологии ремонта электрооборудования скважин-ных насосов в сельском водоснабжении, регулирование периодичности профилактических работ скважинных электродвигателей, прогнозирование необходимого числа запасных элементов связаны с обязанностью проверки их эффективности через установление влияния данных мероприятий на надежность скважинных электродвигателей.
Обоснование объекта исследования в системе ИЭТСР строилось исходя из цели настоящей работы. На основании этого в данной системе выдвинута на первый план подсистема ЭР
(электрооборудование - специализированное ремонтное предприятие). Структурная схема данной подсистемы приведена на рисунке 3.
Представленная на рисунке 3 подсистема включает в себя электроприемник Э, которым в настоящей работе являются электродвигатели привода скважинных электронасосов.
Подсистема ЭР содержит элемент Р, который охватывает: РТ - технические средства для осуществления капитального ремонта и оценки технического состояния восстановленного объекта; Д - документы проведения капитального ремонта; Пр - производителя капитального ремонта.
Элемент РТ включает технические средства для проведения капитального ремонта РТК и испытаний на надежность РТК для оценки качества ремонта и модернизации электрооборудования Э (погружного электродвигателя).
Производителями Пр капитального ремонта являются электрообмотчики ПО и инженерные работники ПИ.
К документации Д относятся государственные и отраслевые стандарты, технические тре-
Рисунок 3 - Структурная схема подсистемы ЭР
бования на капитальный ремонт [8, 9], рекомендации по восстановлению ДСТ [10], методика МНД ускоренных испытаний на надежность и диагностики обмоток электрооборудования (погружного электродвигателя).
Рассматриваемая подсистема ЭР включает информационные связи, управляющие и энергетические воздействия.
Информационные связи о результатах испытаний на надежность отремонтированных объектов позволяют вести работникам ПИ целенаправленную работу по повышению качества их восстановления и модернизации.
Управляющее воздействие МНД выражается во внедрении новых элементов в технологии капитального ремонта, а также в разработке новых технических средств для испытаний объ-
ектов на надежность.
Энергетическое влияние РТК и Пр на Э выражается в их совместном воздействии на качество восстановления и модернизации электрооборудования (погружных электродвигателей) при капитальном ремонте.
Шунтирующий проводник Ш1-Ш2 указывает на то, что не все восстановленные объекты подвергаются испытаниям на надежность. Это объясняется тем, что испытания на надежность являются самыми дорогостоящими из всех видов испытаний, проводимыми на изучаемых объектах в течение их жизненного цикла. На эти испытания приходится до 80% от общего количества затрат на все испытания [11].
Информационная связь Э-ПИ служит для сопоставления результатов оценок надежности
с помощью ускоренных испытаний и рядовой эксплуатации.
Критерием эффективности мероприятий по обеспечению качества капитального ремонта погружных электродвигателей в сельском водоснабжении является достижение максимального годового экономического эффекта (Эг^тах) от их внедрения в ремонтное производство.
Выводы. Таким образом, системный подход к обеспечению качества восстановления погружных электродвигателей позволил установить место решения данной проблемы путем развития МНД и РТК в предмете теории эксплуатации электрооборудования. Это приведет к сокращению сроков продвижения инновационных решений по совершенствованию технологий капитального ремонта и модернизации погружных электродвигателей.
Список литературы
1 Ерошенко Г. П. Эксплуатационные свойства электрооборудования. Саратов: Изд-во Саратовский университета, 1984. 180 с.
2 Ерошенко Г.П., Коломиец А.П., Кондратьева Н.П., Медведько Ю.А., Таранов Н.А. Эксплуатация электрооборудования. М.: КолосС, 2007. 344 с.
3 Ерошенко Г. П., Кондратьева Н.П. Эксплуатация электрооборудования. М: ИНФА-М, 2014. 336 с.
4 Ерошенко Г.П., Медведько Ю.А., Таранов М.А. Эксплуатация электрооборудования сельскохозяйственных предприятий. Ростов-на-Дону: ООО «Терра», НПК «Гефест», 2001. 592 с.
5 Карманова Т.Е. Приемники и потребители электрической энергии систем электроснабжения. Архангельск: САФУ им. М.В. Ломоносова, 2015.120 с.
6 Буторин В.А. Эксплуатация и надежность восстановленного электрооборудования. Челябинск: Изд-во ЧГАУ, 2006. 164 с.
7 Буторин В.А. Обеспечение работоспособности электрооборудования сельскохозяйственных предприятий: дис. ... доктора техн. наук. Челябинск, 2002. 310 с.
8 Электродвигатели трехфазные асинхронные водозаполненные погружные: ехни-ческие требования на капитальный ремонт: ТК 70.0001.086-78. М.: ГОСНИТИ, 1979. 82 с.
9 Электродвигатели трехфазные асинхронные короткозамкнутые водонаполненные погруженные: Технические требования на капитальный ремонт: ТК 70.0009.001-84. М: ГОСНИТИ, 1985. 80 с.
10 Рекомендации по восстановлению изношенных узлов и деталей погруженных электродвигателей. М.: ГОСНИТИ, 1987. 69 с.
11 Курчаткин В.В., Тельнов Н.Ф., Ачка-сов К.А. Надежность и ремонт машин. М.: Колос, 2000. 776 с.
List of references
1 Eroshenko G.P. Operational properties of electrical equipment. Saratov: University of Saratov,
1984. 180 p.
2 Eroshenko G.P., Kolomyets A.P., Condrati-eva N.P., Medvedko Yu.A., Taranov N.A. Operation of electrical equipment. M.: Colossus, 2007. 344 p.
3 Eroshenko G.P. Condratieva N.P. Operation of electrical equipment. М: INFA-M, 2014. 336 p.
4 Eroshenko G.P., Medvedko Yu.A., Taranov M.A. Operation of electrical equipment of agricultural enterprises. Rostov-on-Don: Terra LLC, Gefest NPC, 2001. 592 p.
5 Karmanova T.E. Receivers and electric power consumers of power supply systems. Arkhangelsk: M.V. Lomonosov SAFU, 2015. 120 p.
6 Butorin V.A. Operation and reliability of restored electrical equipment. Chelyabinsk: CHGAU Publishing House, 2006. 164 p.
7 Butorin V.A. Ensuring the operability of electrical equipment of sebel-economic enterprises: thesis for the degree of Doctor of Technical Sciences. Chelyabinsk, 2002. 310 p.
8 Three-phase asynchronous submerged water motors: Technical requirements for overhaul: TC 70.0001.086-78. M.: GOSNITI, 1979. 82 p.
9 Three-phase asynchronous short-circuited submerged electric motors: Technical requirements for overhaul: TC 70.0009.001-84. М: GOSNITI,
1985. 80 p.
10 Recommendations for restoration of worn out units and parts of submerged electric motors. M.: GOSNITI, 1987. 69 p.
11 Kurchatkin V.V., Telnov N.F., Achkasov K.A. Reliability and repair of machines. M.: Kolos, 2000. 776 p.