CC BY
14
УДК 629.423
Совершенствование технологии ремонта изоляционных конструкций электроподвижного состава Восточного полигона тепловым излучением
12 1 Е. Ю. Дульский1, В. А. Кручек2, П. Ю. Иванов1
1 Иркутский государственный университет путей сообщения, Российская Федерация, 664074, Иркутск, ул. Чернышевского, 15
2 Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, Российская Федерация, 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9
Для цитирования: Дульский Е. Ю., Кручек В. А., Иванов П. Ю. Совершенствование технологии ремонта изоляционных конструкций электроподвижного состава Восточного полигона тепловым излучением // Бюллетень результатов научных исследований. - 2020. - Вып. 1. - С. 54-69. DOI: 10.20295/2223-9987-2020-1-54-69
Аннотация
Цель: Совершенствование технологии ремонта изоляционных конструкций электрооборудования электровозов с использованием теплового излучения. Проведение анализа надежности оборудования электровозов с разделением на условные зоны по всем дорогам Восточного полигона обслуживания электровозов с учетом климатических особенностей, грузонапряженности и рельефа пути. Методы: Применяются системный подход к анализу характеров и причин отказов электрооборудования электровозов Восточного полигона и математическое моделирование технологических процессов нагрева полимерной изоляции. Результаты: Проведенный анализ показал, что рассматриваемые параметры существенно отличаются на каждом участке, что особенно выражено при оценке климатических факторов. Так, даже на одной дороге в один и тот же период времени разность температуры может достигать 40 %, причем в одном случае это положительное значение, а в другом - отрицательное. Ежегодно проводимые анализы технического состояния электровозов показывают, что наиболее ненадежным элементом является электрооборудование по причине выхода из строя изоляции. При этом территориальные признаки также существенно влияют на надежность, особенно климатические факторы, что особенно выражено у предельно-нагруженного оборудования (тяговые и вспомогательные машины, тяговые трансформаторы). Выявлены и представлены недостатки существующей технологии сушки изоляции в конвективных электрических печах высокой мощности. На основании математических моделей разработаны новые способы и технические устройства для упрочнения полимерной изоляции электрооборудования электровозов с использованием теплового излучения. Практическая значимость: Предлагаемые технические и технологические решения проблемы повышения надежности силового электрооборудования электровоза научно и экспериментально обоснованы и позволяют минимизировать энергозатраты и теплопоте-ри, а также ускорить процесс ремонта.
Ключевые слова: Отказы, климатические условия, Восточный полигон, электрооборудование, электроподвижной состав, изоляция, изоляционная конструкция, ресурс, повышение надежности, ремонт, сушка, упрочнение, тепловое излучение, энергетический баланс, метод конечных элементов, метод Монте-Карло.
Технология и техника упрочнения изоляции электрооборудования электровозов с использованием теплового излучения [1-4] позволяет существенно повысить производительность ремонта изоляционных конструкций электрооборудования, сократить издержки и увеличить надежность электрооборудования в целом.
Для обоснования необходимости совершенствования методов и средств восстановления и ремонта изоляционных конструкций электровозов был проведен анализ характеров и причин отказов элементов электрооборудования электровозов, который показал, что наиболее слабой с точки зрения надежности является изоляция обмоток (особенно для тяговых двигателей (ТЭД), рис. 1). В процессе эксплуатации изоляция подвержена комплексному воздействию внешних и внутренних негативных факторов: влага, температура, вибрация, изменения химического состава среды и др. При этом грузонапряжeнность, рельеф пути и климатические условия на участке эксплуатации электровозов также существенно влияют на надежность изоляции.
Рис. 1. Статистические данные отказов оборудования электровозов серии «Ермак»
за 2013-2017 гг.
Оценка таких факторов применительно к Восточному полигону по территориальным признакам проводилась на Восточно-Сибирской железной дороге (ВСЖД), Красноярской железной дороге (КрЖД), Забайкальской железной дороге (ЗабЖД) и Дальневосточном полигоне (ДВЖД). При этом на каждом из участков были выбраны станции, условно представляющие собой разделение по зонам обращения - север, центр и юг.
При анализе данных было выявлено, что рассматриваемые параметры существенно отличаются на каждом участке, особенно это выражено при оценке климатических факторов: температуры воздуха, влажности и количества осадков. Так, даже на одной дороге в один и тот же период времени разность температур достигала 40 % (к примеру, для ВСЖД при сравнении северных районов с южными, рис. 2).
Для наглядности влияния климатических факторов на надежность оборудования на рис. 3 представлено изменение параметра потока отказов ТЭД по зонам эксплуатации ВСЖД за 2017 г.
Ресурс изоляционных конструкций закладывается на этапе ремонт-но-изготовительных операций. Анализ существующей технологии ремонта
Рис. 2. Среднее значение температуры воздуха по участкам ВСЖД
за 2012-2018 гг.
Рис. 3. Изменение параметра потока отказов ТЭД по зонам эксплуатации ВСЖД за 2017 г.
изоляционных конструкций электрооборудования, основанной на пропитке в жидком полимере с последующей сушкой в конвективных печах, позволил выявить следующие недостатки:
- длительность процесса восстановления изоляции в печах (10-20 ч);
- существенные затраты электроэнергии при мощности печи 80120 кВт (до 1 МВт в сутки) [5];
- снижение качества изоляции электрооборудования из-за механики протекания процессов полимеризации, в частности распределения нагрева с верхних слоев к нижним (рис. 4, а), что приводит в итоге к образованию микродефектов в виде полостей и трещин (рис. 4, б).
а
б
Рис. 4. Конвективный метод сушки полимерной изоляции: а - схема процесса сушки конвективным методом, б - микроструктура полимерной изоляции после сушки конвективным методом; 1 - нагретый воздух, 2 - слой затвердевшего жидкого полимера, 3 - жидкий полимер, 4 - твердая изоляция, 5 - медный проводник, 6 - полости
Для решения данной проблемы предлагаются научно-обоснованные технические и технологические решения по использованию инфракрасного
(ИК) излучения при ремонте изоляционных конструкций электрооборудования электровозов. ИК-излучение имеет плотность теплового потока в 4 раза выше, чем при применении конвекции. При этом одна часть падающего излучения, зависящая от свойств материалов, частично отражается его поверхностью, другая - проникает в слой и частично поглощается, согласно закону поглощения Ламберта-Бугера, позволяющему определить пропущенный слоем поток излучения Ф:
Ф = Ф0е
ы
где Ф0 - падающий поток излучения; й - толщина слоя облучаемого материала; е - основание натуральных логарифмов; к - показатель поглощения (или ослабления).
При четком согласовании терморадиационных характеристик ИК-из-лучателей с оптическими свойствами полимерной изоляции эффективность предлагаемых методов будет иметь максимальную эффективность. В таком случае большая часть ИК-излучения будет проникать до проводника, что позволит осуществить направленный нагрев снизу вверх с совпадением направления вывода паров растворителя (рис. 5, а), что даст возможность получить равномерную полимерную капсулу на поверхности изоляции без наличия полостей и трещин (рис. 5, б) [5].
Процесс упрочнения изоляции необходимо рассматривать с позиции комплексной оценки каждого элемента структурной схемы «ИК-излуча-тель-среда-жидкий полимер-изоляция-проводник» (далее Схема), участвующего в работе (рис. 6).
а
б
Рис. 5. Упрочнение полимерной изоляции тепловым излучением: а - схема процесса упрочнения ИК-излучением, б - микроструктура полимерной изоляции после упрочнения ИК-излучением; 1 - ИК-излучение, 2 - жидкий полимер, 3 - твердая изоляция, 4 - слой затвердевшего жидкого полимера, 5 - медный проводник
Как видно из рис. 6, Схема условно разбита на восемь элементов, каждый из которых так или иначе влияет на работоспособность последующего.
I- т~ ~г 1 ' 2 ' 3 "у"" 5 6 7 8
0- =1 г* н —»
I N ; \\\\\\ ■Ш >
: х 1
11р 50 N¡4
¡3— : Щ
0- ____ ____ ! У у А
\ ////А
\ УуУУУУ-. ; /ууу/ у- ш
* \ У У Ууу А # NN
Клуу/ » .....*
у у *
_____ шу , *
Рис. 6. Структурная схема «ИК-излучатель-среда-жидкий полимер-изоляция-проводник»: 1 - трехфазная сеть; 2 - преобразователь; 3 - линия питания; 4 - облучатель; 5 - среда; 6 - жидкий полимер; 7 - слои изоляции; 8 - проводник
Для питания Схемы часто используется однофазная двухпроводная сеть напряжением 220 В, однако для повышения энергоэффективности при разработке генераторов теплового излучения лучше применять трехфазную систему.
Для управления режимами работы излучателей в Схеме может быть предусмотрен преобразователь. Им может быть обычный трансформатор, а также регулятор мощности, который позволит регулировать температуру нагрева путем изменения спектрального состава излучателей.
Облучатель представляет собой совокупность ИК-излучателя и отражателя. В настоящее время существует огромное количество ИК-излуча-телей. Их рынок постоянно развивается, а сферы использования расширяются. Именно в облучателе происходит формирование основного потока теплового излучения. Выбор материала и формы отражателя существенно влияет на потери излучения в процессе работы. Зачастую отражателями служат изогнутые алюминиевые пластины с полированной поверхностью. Наиболее распространенными в промышленности по параметрам экономичности и надежности являются электрические ИК-излучатели, в связи с чем в настоящей работе внимание будет уделено именно им.
Среда между облучателем и нагреваемым объектом значительно отличается для каждого технологического процесса. В случае упрочнения полимерной изоляции за весь период времени будет изменяться и сама среда. В начальный момент времени она будет представлять в основном
воздух. Далее, в процессе нагрева жидкого полимера (полимерного материала) с его поверхности интенсивно начнут выделяться пары растворителя. При этом интенсивность выделения паров зависит от типа пропиточного материала. Так, для материалов на основе лаков, состоящих на 90 % из растворителя, интенсивность испарения будет максимальная, а для компаундов - минимальная. Таким образом, тип жидкого полимера существенно влияет на химический состав среды, который, в свою очередь, воздействует на потери теплового излучения.
Для процесса упрочнения изоляции характерно наличие жидкого полимера, которым могут выступать лаки, смолы, компаунды или другие пропиточные материалы.
В зависимости от типа электрооборудования используются разнообразные типы изоляционных материалов с разным количеством слоев. При этом оптические характеристики материалов очень отличаются, обладая различными показателями по отражению, пропусканию и поглощению.
Для разработки эффективных установок по упрочнению изоляционных конструкций электрооборудования электровозов в теоретическом плане предлагается комплекс математических моделей, позволяющий сопоставлять влияние каждого из элементов Схемы, выбирая оптимальные параметры каждого из них, что даст возможность повышать энергоэффективность процесса упрочнения и качество изоляции в целом.
На начальных этапах проектирования предлагаются модели, основанные на составлении и анализе дифференциального уравнения энергетического баланса.
Кривые нагрева поверхностного слоя полимерной изоляции в процессе воздействия теплового излучения имеют типичный экспоненциальный характер, описываемый стандартным уравнением вида
в = втах (1 - е "7 Гн),
где в - превышение температуры нагрева поверхностного слоя полимерной изоляции над температурой окружающей среды, оС; втах - максимальное превышение температуры нагрева поверхностного слоя полимерной изоляции над температурой окружающей среды, оС; t - суммарное время нахождения изоляции в области теплового излучения, с; Тн - постоянная времени нагрева, с.
Данный факт приводит к возможности формировать математические модели на основе известных законов с использованием дифференциальных уравнений первого порядка. Однако допущения при составлении таких моделей позволяют оценивать работы элементов Схемы лишь на начальных этапах проектирования.
Для выбора оптимальных режимов упрочнения, расположения технологического оборудования на промышленных установках и их параметров предлагаются методика и математические модели, основанные на применении метода конечных элементов (МКЭ) [6-11]. Порядок составления подобных моделей можно разделить на следующие этапы:
1) создание 3D-модели;
2) разбиение модели на конечно-элементную сетку;
3) предание конечным элементам свойств реальных материалов;
4) задание граничных условий и нагрузок;
5) анализ (решение);
6) графическая визуализация решения [7-9].
На рис. 7 в качестве примера приведены конечно-элементная модель якоря ТЭД с размещенными ИК-излучателями (а) и результаты расчета в виде цветовой заливки в зависимости от значений температуры (б).
Рис. 7. Конечно-элементная модель якоря ТЭД с ИК-излучателями: а - конечно-элементная модель, б - визуализация расчета;
1 - якорь ТЭД, 2 - горизонтальная ИК-нагревательная панель, 3 - вертикальная ИК-нагревательная панель
Порядок постановки этой задачи подробно описан в [10].
Поверхность якоря тягового двигателя цилиндрической формы с учетом строения Схемы разбита на определенное количество конечных элементов тетраэдральной формы. При этом заданы граничные условия с учетом мощности ИК-излучателей как источников тепла, а также теплофи-зические свойства материалов элементов рассматриваемой Схемы (коэффициенты кондуктивного, конвективного и терморадиационного теплообмена). Основой нагрузки служили ИК-излучение, естественная и искусственная конвекции (рис. 7, а).
Общее стационарное квазигармоническое уравнение, на основании которого происходит формирование основного температурного поля в Схеме, можно представить как
(х
\ — хх (х
14Л J
( +—
йу
Г 7 лтЛ
кууФ
( +—
й.2
Г \
К
V
(т
(г
+ б = 0:
к —I + к —I +к —I + ц + а-(Т - Т)+ б* = 0
хх х уу 7 у гг т г 1 V со/
где Т (х, у, г) - распределение температуры в рамках Схемы, К; кхх, куу, кгг - коэффициенты анизотропной теплопроводности элементов Схемы, Вт/мм-К; б - тепловой поток от ИК-излучателя, Вт/мм .
Физические условия данной задачи и исследуемой области требуют конкретных граничных условий, определяемых температурой на поверхности ИК-излучателя:
Т = ТИК,
где ТИК - температура нагрева ИК-излучателя, К; и на поверхности полимерной изоляции:
(Т , (Т , , (Т —1х + к —I + кгг — (х х уу (у у 22 (г
здесь 1х, 1у, 1г - направляющие косинусы внешней нормали к граничной поверхности; ц - удельный поток теплового излучения, Вт/мм ; а - коэффициент конвективного теплообмена, Вт/мм2 оС; Т^ - температура окружающей среды, К; бя' - внутренняя 1 и внешняя е компоненты теплообмена излучением, Вт/мм .
По результатам расчета были установлены оптимальные параметры варианта промышленной установки для сушки якоря ТЭД, который включает в себя размещение 8 ИК-нагревательных панелей по 3 ИК-излучателя мощностью 1 кВт в каждой на расстоянии 50 мм, что способствует равномерному нагреву поверхности якоря до необходимого значения при его вращении (рис. 7, б).
Для оценки эффективности использования ИК-излучения при упрочнении внутренних слоев изоляции была составлена плоская конечно-элементная модель паза якорной обмотки ТЭД, которая учитывает особенности строения изоляции (количество слоев, свойства, расположение), представленная на рис. 8, а. Результаты расчета на 15 мин работы приведены на рис. 8, б.
Расчет показал, что при интенсивном нагреве внешней поверхности якоря уже за 15 мин тепло распространяется до нижних слоев изоляции.
Разработанные конечно-элементные модели позволяют оценивать температурные поля в процессе упрочнения полимерной изоляции с учетом реальных параметров элементов Схемы (теплоемкость, плотность, теп-
лопроводность, геометрические формы, взаимное расположение и т. д.), когда принимается во внимание взаимное расположение излучателей относительно полимерной изоляции.
а
б
Рис. 8. Конечно-элементная модель пазовой части обмотки якоря ТЭД с ИК-излучателями: а - плоская конечно-элементная модель; б - визуализация расчета на 15 мин
Одними из особенностей процесса упрочнения полимерной изоляции являются изменение среды и образование «серого газа», который влияет на работу ИК-излучателей [12, 13], приводя к дополнительным теплопоте-рям, что особенно актуально при упрочнении лаков с высоким содержанием растворителя. Для уточнения мощности ИК-излучателей и режимов ИК-энергоподвода предлагается составлять вероятностные модели теплообмена излучением на основе метода Монте-Карло.
Метод Монте-Карло заключается в статистической выборке событий для определения поведения системы, применим к задачам теплообмена между поверхностями и сводится к прослеживанию процесса распространения конечного числа энергии.
На рис. 9 представлена блок-схема программы расчета метода Монте-Карло теплообмена излучением между испускающей и поглощающей поверхностями полимерной изоляции.
Рис. 9. Блок-схема программы расчета теплообмена излучением между ИК-излучателем и поверхностью полимерной изоляции с учетом вращения облучаемого объекта при использовании метода Монте-Карло
Предлагаемая программа позволяет определять параметры среды «серого газа», такие как оптическая толщина, количество поглощенной энергии в среде (рис. 10), и температуру нагрева среды. Данная методика дает возможность на финальном этапе проектирования промышленных установок уточнять необходимую мощность или тип ИК-излучателей в зависимости от пропиточного материала.
Рис. 10. Распределение пучков энергии по оптической толщине среды «серого газа»: 1 - плотность потока пучков энергии, поглощенных поверхностью ИК-излучателей; 2 - плотность потока пучков энергии, падающих на поверхность полимерной изоляции; 3 - плотность потока пучков энергии, поглощенных в среде «серого газа»; 4 - плотность серого газа между ИК-излучателем и поверхностью полимерной изоляции
Таким образом, предлагаемый комплексный подход к составлению математических моделей позволяет проектировать энергоэффективные установки упрочнения полимерной изоляции для электрооборудования
(Ы - полное число пучков в единицу времени; V - линейная скорость перемещения облучаемой изоляции относительно излучателя; к - число приращений объема; 5 - показатель счетчика пучков; q - поток теплового излучения; п - индекс пучка; Х0 - координата предыдущей точки поглощения; Х - расстояние от источника излучения до следующей точки поглощения; в - угол испускания пучков; Яр - кумулятивная функция распределения; Т - температура нагрева полимерной изоляции; а - постоянная Стефа-на-Больцмана; у - индекс приращения объема; хо - оптическая толщина слоя «серого газа»; с - концентрация паров растворителя у поверхности (зависит от типа пропиточного материала); Н - высота образования слоя «серого газа»; I - длина поверхности испарения; с1 - коэффициент диффузии молекул паров растворителя в воздушной среде; £ - коэффициент захвата (смещения); © - температура среды «серого газа»; ТЯиЫС -операция округления до целого значения; Я - случайные числа, распределенные между 0 и 1)
любого типа, габаритных размеров, мощности. При этом учитываются свойства и параметры самой изоляции и пропиточного материала, что приводит к минимизации теплопотерь и ускорению процесса ремонта.
Библиографический список
1. Давыдов Ю. А. Контроль фактического технического состояния локомотивов на основе диагностики / Ю. А. Давыдов, А. К. Пляскин, А. С. Кушнирук // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2018. - № 3 (59). - С. 8-47.
2. Рябко К. А. Анализ характерных неисправностей и количественных показателей по отказам электрического оборудования электровоза ВЛ80Т / К. А. Рябко, Е. В. Рябко, В. А. Пьяникин, А. В. Кочев // Сб. науч. трудов Донецк. ин-та ж.-д. транспорта. - 2018. - № 51. - С. 85-91.
3. Сотников С. Г. Анализ эксплуатационной надежности и причин повреждаемости электрических аппаратов электровозов 2ЭС6, 2ЭС10 / С. Сотников, В. Смирнов // Эксплуатационная надежность локомотивного парка и повышение эффективности тяги поездов: материалы второй Всерос. науч.-технич. конференции с международным участием. - Омск: Омск. гос. ун-т путей сообщения, 2014. - С. 49-53.
4. Алексеев С. А. Анализ надежности и определение ресурса оборудования электровозов ЭП1 в различных условиях эксплуатации: дис. на соискание учен. степени канд. техн. наук, специальность: 05.22.07. - М: МИИТ, 2010. - 137 с.
5. Дульский Е. Ю. Исследование эффективности конвективного и терморадиационного методов капсулирования изоляции обмоток при ремонте электрических машин тягового подвижного состава / Е. Ю. Дульский, Н. С. Доценко Е. М. Лыткина // Изв. Транссиба. - 2014. - № 1 (17). - С. 4-19.
6. Иванов П. Ю. Математическое моделирование процесса нагрева изоляции обмотки статора асинхронной вспомогательной машины электровоза / П. Ю. Иванов,
B. М. Агафонов, Е. Ю. Дульский // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2016. - № 1 (49). - С. 183-189.
7. Александров А. А. Система компьютерного моделирования термических остаточных напряжений / А. А. Александров, Р. А. Данеев, Д. В. Буторин, А. В. Лившиц // Вестн. Ростовск. гос. ун-та путей сообщения. - 2019. - № 4 (76). - С. 8-16.
8. Дульский Е. Ю. Моделирование режимов ИК-энергоподвода в технологии продления ресурса тяговых электрических машин с использованием метода конечных элементов / Е. Ю. Дульский // Вестн. Иркутск. гос. технич. ун-та. - 2013. - № 12 (83). -
C. 258-263.
9. Александров А. А. Влияние растяжения заготовок на уровень термических остаточных напряжений / А. А. Александров, А. В. Лившиц // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2016. - № 4 (52). - С. 66-69.
10. Дульский Е. Ю. Капсулирование электроизоляции из полимерных материалов тяговых электродвигателей при воздействии инфракрасного излучения / Е. Ю. Дульский, С. К. Каргапольцев // Безопасность и живучесть технических систем: материалы и доклады: в 3 т. - Иркутск: Иркутск. гос. ун-т путей сообщения, 2015. - Т. 2. -С. 175-180.
11. Александров А. А. Расчет термических остаточных напряжений в заготовках из алюминиевых сплавов / А. А. Александров, А. В. Лившиц, А. В. Рудых // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2016. - № 1 (49). - С. 52-56.
12. Васильев А. А. Совершенствование технологии деповского ремонта вспомогательных электрических машин электропоездов: дис. на соискание учен. степени канд. техн. наук, специальность: 05.22.07. - Омск: Омск. гос. ун-т. путей сообщения, 2018. -150 с.
13. Зигель, Р. Теплообмен излучением / Р. Зигель, Дж. Хауэлл / пер. с англ.; под ред. Б. А. Хрусталева. - М.: Мир, 1975. - 934 с.
Дата поступления: 20.11.2019 Решение о публикации: 24.11.2019
Контактная информация:
ДУЛЬСКИИ Евгений Юрьевич - канд. техн. наук, доцент; E.Dulskiy@mail.ru КРУЧЕК Виктор Александрович - д-р техн. наук, профессор; victor.kruchek@yandex.ru ИВАНОВ Павел Юрьевич - канд. техн. наук, доцент; savl.ivanov@mail.ru
Improving the thermal radiation repair technology of the Eastern operating domain electric rolling stock insulating structures
E. Yu. Dulskiy1, V. A. Kruchek2, P. Yu. Ivanov1
1 Irkutsk State Transport University, 15, Chernyshevskogo ul., Irkutsk, 664074, Russian Federation
2 Emperor Alexander I Petersburg State Transport University, 9, Moskovsky pr., Saint Petersburg, 190031, Russian Federation
For citation: Dulskiy E. Yu., Kruchek V. A., Ivanov P. Yu. Improving the thermal radiation repair technology of the Eastern operating domain electric rolling stock insulating structures. Bulletin of scientific research results, 2020, iss. 1, p. 54-69. (In Russian) DOI: 10.20295/2223-9987-2020-1-54-69
Summary
Objective: Improving the thermal radiation repair technology of electric locomotive electrical equipment insulating structures. Analysis of the reliability of electric locomotive equipment, dividing the electric locomotive service along all the roads of the Eastern operating domain into conditional zones, taking into account climatic features, traffic volume, and track topography. Methods: A systematic approach to the analysis of the nature and causes of failures of electric locomotive equipment of the Eastern operating domain. Mathematical modeling of polymer insulation heating processes. Results: The analysis has shown that the parameters under consideration differ significantly from section to section, which is especially apparent when assessing climatic factors. Thus, even on one road within the same time period, the temperature difference can reach 40 %, and in one case the value is positive, while in another - negative. Annual analyzes of the technical condition of electric locomotives show that the most failure-prone elements are electrical equipment due to the insulation malfunction. At the same time, territorial specifics, climatic factors in particular, also significantly affect reliability, which is especially pronounced for equipment under extreme loads (traction and auxiliary machines, traction transformers). The shortcomings of the existing insulation drying technology in high-power convective electric furnaces are identified and discussed. Based on mathe-
matical models, new methods and technical devices have been developed for hardening the polymer insulation of electric locomotive electrical equipment using thermal radiation. Practical importance: The proposed technical and process solutions to the problem of increasing the reliability of electric locomotive power equipment are theoretically and experimentally justified and would minimize energy consumption and heat losses, as well as speed up the repair process.
Keywords: Failures, climatic conditions, Eastern operating domain, electrical equipment, electric rolling stock, insulation, insulation structure, service life, increasing reliability, repair, drying, hardening, thermal radiation, energy balance, finite element method, Monte Carlo method.
References
1. Davydov Yu. A., Plyaskin A. K. & Kushniruk A. S. Kontrol' fakticheskogo tekhni-cheskogo sostoyaniya lokomotivov na osnove diagnostiki [Diagnostics-based control of the actual technical condition of locomotives]. Sovremennyye tekhnologii. Sistemnyy analiz. Modelirovaniye [Modern technologies. System analysis. Modeling], 2018, no. 3 (59), pp. 847. (In Russian)
2. Ryabko K. A., Ryabko E. V., P'yanikin V. A. & Kochev A. V. Analiz kharakternykh neispravnostey i kolichestvennykh pokazateley po otkazam elektricheskogo oborudovaniya elektrovoza VL80T [Analysis of characteristic malfunctions and quantitative indicators for failures of the VL80T electric locomotive electrical equipment]. Scientific proceedings Donetsk Railway Transport Institute, 2018, no. 51, pp. 85-91. (In Russian)
3. Sotnikov S. G. & Smirnov V. A. Analiz ekspluatatsionnoy nadëzhnosti i prichin pov-rezhdayemosti elektricheskikh apparatov elektrovozov 2ES6, 2ES10 [Analysis of operational reliability and causes of damage to electrical apparatus of 2ES6, 2ES10 electric locomotives]. Ekspluatatsionnaya nadezhnost' lokomotivnogo parka i povysheniye effektivnosti tyagi poyezdov. Materialy vtoroy Vseros. nauch.-tekhnich. konferentsii s mezhdunarodnym uchastiyem [Operational reliability of the locomotive fleet and increasing the efficiency of train traction. Proceedings of All-Russia Scientific and Technical Conference with International Participation]. Omsk, Omsk State Transport University Publ., 2014, pp. 49-53. (In Russian)
4. Alekseyev S. A. Analiz nadezhnosti i opredeleniye resursa oborudovaniya elektrovo-zov EP1 v razlichnykh usloviyakh ekspluatatsii. Dis. na soiskaniye uchen. stepeni kand. tekhn. nauk, spetsializatsiya: 05.22.07 [Reliability analysis and determination of the resource of EP1 electric locomotives equipment in various operating conditions. Dissertation in support of candidature for a technical degree, specialty: 05.22.07]. Moscow, MIIT Publ., 2010, 137 p. (In Russian)
5. Dulskiy E. Yu., Dotsenko N. S. & Lytkina E. M. Issledovaniye effektivnosti konvek-tivnogo i termoradiatsionnogo metodov kapsulirovaniya izolyatsii obmotok pri remonte elektricheskikh mashin tyagovogo podvizhnogo sostava [Study of the efficiency of convective and thermoradiation methods of encapsulation of winding insulation in the repair of electric machinery of traction rolling stock]. Izvestiya Transsiba [Journal of Transsib Railway Studies], 2014, no. 1 (17), pp. 4-19. (In Russian)
6. Ivanov P. Yu., Agafonov V. M. & Dulskiy E. Yu. Matematicheskoye modelirovaniye protsessa nagreva izolyatsii obmotki statora asinkhronnoy vspomogatel'noy mashiny elektrovoza [Mathematical modeling of the insulation heating process of the stator winding of the electric locomotive asynchronous auxiliary machine]. Sovremennyye tekhnologii. Sistemnyy
analiz. Modelirovaniye [Modern technologies. System analysis. Modeling], 2016, no. 1 (49), pp. 183-189. (In Russian)
7. Aleksandrov A. A., Daneyev R. A., Butorin D. V. & Livshits A. V. Sistema kom-p'yuternogo modelirovaniya termicheskikh ostatochnykh napryazheniy [Computer simulation system of thermal residual stresses]. Vestnik of Rostov State Transport University, 2019, no. 4 (76), pp. 8-16. (In Russian)
8. Dulskiy E. Yu. Modelirovaniye rezhimov IK-energopodvoda v tekhnologii prodle-niya resursa tyagovykh elektricheskikh mashin s ispol'zovaniyem metoda konechnykh ele-mentov [Modeling of IR power supply modes in the procedure of extending the service life of traction electric machines using the finite element method]. VestnikIrkutskogo gosudarstven-nogo tehnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University], 2013, no. 12 (83), pp. 258-263. (In Russian)
9. Aleksandrov A. A. & Livshits A. V. Vliyaniye rastyazheniya zagotovok na uroven' termicheskikh ostatochnykh napryazheniy [Influence of blanks strain on thermal residual stresses]. Sovremennyye tekhnologii. Sistemnyy analiz. Modelirovaniye [Modern technologies. System analysis. Modeling], 2016, no. 4(52), pp. 66-69. (In Russian)
10. Dulskiy E. Yu. & Kargapol'tsev S. K. Kapsulirovaniye elektroizolyatsii iz polimer-nykh materialov tyagovykh elektrodvigateley pri vozdeystvii infrakrasnogo izlucheniya [Encapsulation of polymer electrical insulation of traction electric motors when exposed to infrared radiation]. Bezopasnost' i zhivuchest' tekhnicheskikh system. Materialy i doklady. V3 t. [Safety and survivability of technical systems. Materials and reports. In 3 vol.]. Irkutsk, Irkutsk State Transport University Publ., 2015, vol. 2, pp. 175-180. (In Russian)
11. Aleksandrov A. A., Livshits A. V. & Rudykh A. V. Raschet termicheskikh ostatochnykh napryazheniy v zagotovkakh iz alyuminiyevykh splavov [Calculation of thermal residual stresses in aluminum alloy blanks]. Sovremennyye tekhnologii. Sistemnyy analiz. Modelirovaniye [Modern technologies. System analysis. Modeling], 2016, no. 1(49), pp. 52-56. (In Russian)
12. Vasil'yev A. A. Sovershenstvovaniye tekhnologii depovskogo remonta vspomoga-tel'nykh elektricheskikh mashin elektropoyezdov. Dis. na soiskaniye uchen. stepeni kand. tekhn. nauk, spetsializatsiya: 05.22.07 [Improvement of roundhouse servicing technology for auxiliary electric machines of electric trains. Dissertation in support of candidature for a technical degree, specialty: 05.22.07]. Omsk, Omsk State Transport University Publ., 2018, 150 p. (In Russian)
13. Siegel R. & Howell J. Thermal radiation heat transfer. Tr. in Engl., ed. by B. A. Khrustalev. Moscow, Mir Publ., 1975, 934 p. (In Russian)
Received: November 20, 2019 Accepted: November 24, 2019
Author's information:
Evgeniy Yu. DULSKIY - PhD in Engineering, Associate Professor; E.Dulskiy@mail.ru Viktor A. KRUCHEK - D. Sci. in Engineering, Professor; victor.kruchek@yandex.ru Pavel Yu. IVANOV - PhD in Engineering, Associate Professor; savl.ivanov@mail.ru
