Совершенствование защиты электропривода путем внедрения виброакустической системы Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.313.333

Г.С. Мясников

Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: ktksigma@mail.ru

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПУТЕМ ВНЕДРЕНИЯ ВИБРОАКУСТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

При эксплуатации электродвигателей в силу разных причин возникают неисправности, которые могут привести к перерывам в работе станков и других производственных механизмов, а также к развитию крупных аварий с серьезными последствиями. Для того чтобы такие перерывы возможно меньше сказывались на выполнении предприятием производственных планов, необходимо внедрение современных систем защиты и диагностики неисправностей.

Такие системы способствуют не только снижению последствий отказов, но и быстрейшему выявлению и устранению повреждений различных типов асинхронных электроприводов.

Ключевые слова: безотказность, работоспособность, внезапный отказ, эксплуатация, защита электроприводов, эффективность.

G.S. Myasnikov

Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003 e-mail: ktksigma@mail.ru

ELECTRIC DRIVE PROTECTION IMPROVING BY INTRODUCING A VIBROACOUSTIC SYSTEM

During the electric motors operation the malfunctions arise due to various reasons, that can lead to interruptions in the machine tools operation and other production mechanisms, as well as to the development of major accidents with serious consequences. In order to reduce the quantity of such interruptions, it is necessary to introduce modern protection and fault diagnosis systems.

Such systems contribute not only to reducing the consequences of failures, but also to quickly detecting and repairing damages in various types of asynchronous electric drives.

Key words: reliability, performance, sudden failure, operation, protection of electric drives, efficiency.

На современном производстве высокий ресурс оборудования и его безотказная работа являются очень важным эксплуатационным фактором, определяющим стабильность производства, его эффективность и минимизацию издержек из-за простоев. Из-за сложности современных установок ремонт не всегда может быть проведен в кратчайшие сроки по причине отсутствия запасных частей, необходимых для восстановления работоспособности механизма, или отсутствия квалифицированных специалистов, способных качественно выполнить ремонтные работы [1].

Вместе с тем, многие неисправности и поломки оборудования периодически повторяются и происходят в основном по причине низкой организации технической эксплуатации, халатности или низкой квалификации обслуживающего персонала [2]. Примером таких организационно-технических факторов являются:

- несвоевременная проверка уровня масла в редукторах и количества смазки в подшипниках;

- отсутствие контроля момента затяжки резьбовых соединений;

- несвоевременное обслуживание гибких муфт и прочих изнашивающихся узлов;

- грубое нарушение инструкций по эксплуатации (например, умышленное отключение встроенной защиты из-за частых срабатываний).

Десятая национальная (всероссийская) научно-практическая конференция

Также существуют и внешние факторы, обуславливающие определенные риски выхода из строя оборудования:

- резкие перепады напряжения в электрической сети;

- скрытые заводские дефекты в узлах оборудования;

- удаленное нахождение оборудования, при котором невозможен постоянный визуальный контроль (насосы в скважинах, вентиляционные установки на крышах и иное оборудование в труднодоступных местах).

В совокупности указанные факторы могут способствовать возникновению внезапных отказов оборудования и возникновению аварийных ситуаций, особенно в тяжелых и предельных режимах работы. Пример подобных аварийных повреждений электропривода приведен на рис. 1. Последствием таких ситуаций является срыв работы производства, значительные экономические потери, а иногда и несчастные случаи с обслуживающим персоналом [3].

Рис. 1. Разрушение подшипникового щита электропривода из-за повышенной вибрации

Одним из способов повышения надежности оборудования и качества его эксплуатации является совершенствование системы защиты и диагностики. Анализ эксплуатации показал, что существующие современные системы защиты и диагностики электропривода и рабочей машины обладают рядом недостатков:

- узкая специализация;

- отсутствие гибкой настройки под конкретные нужды предприятия;

- невозможность сопряжения разных типов защит в единую сеть мониторинга оборудования;

- сложность в монтаже, программировании и эксплуатации;

- высокая стоимость.

Именно по этим причинам можно сделать вывод о необходимости создания современной, надежной и эффективной комплексной защиты, адаптированной под конкретное производство [4].

Наряду с традиционными видами защиты электроприводов (электромагнитные реле, автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем, электротепловые реле, термозащита обмоток и т. д.) в настоящее время применяются технологии, основанные на контроле виброакустических характеристик механизма.

Проведенные нами исследования показали возможность и целесообразность создания устройства на основе одноплатного микрокомпьютера RaspberryPi, нескольких микроконтроллеров ARDUINO Uno, релейного и клеммного модуля, объединенных на общей печатной плате и заключенных в пластиковый корпус, с возможностью крепления на DIN-рейку или на плоскую поверхность. Преимуществами такого технического решения являются:

- низкая стоимость компонентов;

- доступность комплектующих на рынке;

- возможность использовать отечественные комплектующие при производстве устройства (печатные платы, датчики, корпус, релейные модули).

При этом сохраняются технические характеристики устройства, способного обеспечить непрерывный мониторинг и регистрацию виброакустической картины защищаемого оборудования. Предлагаемая комплексная виброакустическая защита электропривода и рабочей машины позволит заблаговременно выявлять такие неисправности, как:

- неправильное выполнение соединений отдельных частей или фаз обмоток;

- обрывы одной или нескольких параллельных ветвей обмоток;

- неравномерный воздушный зазор между статором и ротором;

- нарушение центровки электродвигателя с рабочей машиной;

- неисправности в соединительной муфте;

- искривление вала;

- неуравновешенность вращающихся частей электродвигателя или рабочей машины;

- ослабление крепления или посадки вращающихся частей;

- дефекты опорных подшипников привода и агрегата.

Кроме того, при совершенствовании программного обеспечения возможно расширение функций устройства, и наряду с мониторингом, контролем и регистрацией можно реализовывать функцию регулирования и поддержания заданных параметров. Таким образом, внедрение и развитие комплексной виброакустической защиты электропривода и рабочей машины будет способствовать повышению надежности и эффективности его эксплуатации.

Литература

1. Белов О.А. Методология оценки технического состояния электрооборудования при развитии параметрических отказов // Вестник Астраханского государственного университета. Серия: Морская техника и технология. - 2015. - № 3. - С. 96-102.

2. Белов О.А. Оценка технической готовности системы с учетом влияния человеческого фактора // Вестник Камчатского государственного технического университета. - 2014. - № 30. -С.11-16.

3. Белов О.А. Оценка безопасности эксплуатации судовых энергетических установок // Вестник Камчатского государственного технического университета. - 2017. - № 42. - С. 6-10.

4. Белов О.А., Марченко А.А., Труднев С.Ю. Анализ расчетно-аналитических методов прикладных задач технической безопасности // Вестник Астраханского государственного университета. Серия: Морская техника и технология. - 2015. - № 4. - С. 7-15.