ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА (1226285), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Рисунок 2.2 – Диаграмма причин межпоездных ремонтов электровозов 2(3)ЭС5К за 2014 год

По представленным данным (см. таблицу 2.1 и рисунки 2.1-2.2), видно, что основные из причин межпоездных ремонтов являются: электроаппараты – 41-43%; тяговые лектродвигатели – 24-25%; пневмоаппаратура – 15%.

2.2 Анализ отказов и межпоездных ремонтов пневматического оборудования электровозов 2(3)ЭС5К

Сравнение отказов по видам пневматического оборудования электровозов 2(3)ЭС5К за 2013 и 2014 г.г. представлено в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Сравнение отказов по видам пневматического оборудования

Данные о сравнении отказов по видам пневматического оборудования электровозов 2(3)ЭС5К за 2013 и 2014 г.г. представленные в таблице 2.2 показаны в виде диаграммы на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 – Диаграмма причин межпоездных ремонтов по причине отказов по видам пневматического оборудования электровозов 2(3)ЭС5К за 2013-2014 г.г.

Неисправность пневматического оборудования за 2014 г. – 319 случай или 15% от общего количества отказов технических средств.

Наибольшие количество неисправностей приходится на напорную часть воздушной магистрали – 78 случая, или 64,5% за 2013 г и 83 случая, или 63,4% за 2014 г.

3 РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОВОЗОВ 2(3)ЭС5К

3.1 Обоснование объекта исследования

Из проведенного анализа во втором разделе выпускной квалификационной работы, было выявлено, что наиболее часто выходят из строя трубопровод напорной части воздушной магистрали компрессора. На рисунке 3.1 представлен пример наиболее частой неисправности данного узла.

Рисунок 3.1 – Пример выхода из строя трубопровода

напорной части воздушной магистрали компрессора

Данный узел подвержен воздействию вибрации, температурным расширениям, а так же давления.

Считается, что основная причина колебании трубопроводов и самих машин механического происхождения (наличие неуравновешенных сил инерции движущихся частей кривошипно-шатунного механизма, действующих через жесткие конструкции на всю систему), а не аэродинамического и акустического (действие пульсации давления газа). В связи с этим борьба с вибрациями нагнетательных машин и присоединенных трубопроводов осуществляется способами, не отличающимися от обычно применяемых в других машинах и сооружениях, а именно устройство упругих упор, упругих прокладок, а также увеличение массы фундамента с целью изменения частоты собственных колебаний агрегата. Однако устройством сложных статических и динамических амортизаторов или применением тяжелых скоб и массивных фундаментов можно только частично устранить вибрации трубопроводов и нагнетательных установок. Трубопроводы коренным образом отличаются от любых обычных конструкций, подверженных вибрации. Они имеют специфический источник вибраций в виде пульсирующего потока газа или жидкости в трубах. Кроме того, при устройстве эластичных опор вибрации трубопроводов могут даже увеличиться. Это связано со сложностью определения места расположения упругих опор и способом крепления трубопровода к опорам.

Следует иметь в виду, что если применение того или другого способа крепления может значительно уменьшить или даже погасить колебания самих трубопроводов, то величина пульсации газа в трубах после этих мероприятий остается неизменной.

Вибрация от неуравновешенных сил инерции движущихся частей машин передается трубопроводам через непосредственную жесткую связь и опорные конструкции. Величина инерционных сил, создаваемых движущимися частями машины, зависит в основном от степени их уравновешенности. Частота колебаний, возникающих под действием этих сил, служит функцией числа оборотов вала машины в единицу времени.

При распространении колебаний через опорные конструкции конечные силы, постигая трубопроводы, значительно ослабляются. Однако их нельзя недооценивать, так как при резонансе даже незначительные силы могут вызвать колебания большой амплитуды.

Основным источником вибраций трубопроводов нагнетательных установок в большинстве случаев является пульсирующий поток газа.

Высокие давления наблюдаются при крутых углах поворота трубопроводов с пульсирующим потоком.

Пульсация давления газа снижает пропускную способность трубопровода, что уменьшает производительность установок. Пульсация газа в нагнетательном трубопроводе может привести к увеличению расхода мощности агрегата, поскольку образуются стоячие волны, увеличивается среднее давление в момент выброса очередной порции газа из цилиндра компрессора. Возникающая неравномерная работа клапанов приводит к ускоренному их износу.

Стоячие волны создаются при отражении периодических импульсов газа от переходов, отводов, тройников, колен и т.п. Эти импульсы особенно опасны в условиях акустического резонанса, когда число импульсов от компрессора в секунду находится в таком соотношении с длиной участка трубопровода между компрессором и плоскостью отражения, что на нем укладывается целое число четвертей длины волны давления.

Вибрации компрессоров, присоединенных к ним трубопроводов и оборудования возникают почти во всех случаях, когда газ пли воздух подвергается компрессии и транспортируется по трубам. Вследствие увеличения внутренних напряжений под действием дополнительной вибрационной нагрузки продолжительность эксплуатации газомоторных компрессоров и присоединенных к ним конструкций и оборудования значительно сокращается.

Из сказанного видно, что эффективные мероприятия по борьбе с вредным воздействием пульсации газа и вибраций технологических трубопроводов имеют исключительно важное значение и должны предусматриваться при конструировании, производстве и эксплуатации нагнетательных установок.

3.2 Анализ проблемы

3.2.1 Пульсирующий поток – основной источник колебаний трубопроводов

Газовый поток в определенном сечении трубопровода принято считать стационарным, когда его скорость, давление, температура и другие параметры остаются постоянными в любой точке сечения. Поток, у которого периодические изменения этих величин незначительны и не вызывают ощутимой погрешности при его измерении, также следует считать постоянным.

Газовый поток называется периодическим пульсирующим или пульсирующим, если имеются быстрые периодические знакопеременные изменения скорости, давления и других параметров, причем характер таких изменений в каждом месте системы во времени не нарушается. Пульсирующий поток – частный случай непостоянного потока.

В 1923 году в работе /3/ впервые была сделана реальная попытка изучить причины возникновения пульсаций газа в трубопроводах и найти способы их устранения. Выводы этой работы до настоящего времени считаются правильными. Дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования были основаны на идеях, высказанных в указанной работе, и сводились главным образом к доказательству выдвинутых там следующих положений:

а) Пульсации в трубопроводах представляют собой внезапное изменение скорости и давления жидкости. Однако основной причиной пульсаций является изменение давления.

б) Волна давления распространяется со скоростью звука.

в) Скорость пульсаций не зависит от скорости движения газа в трубопроводе.

Высказаны интересные и практически важные предположения о том, что в прямолинейном трубопроводе вследствие высоких скоростей распространения пульсаций последние гасятся на весьма значительном расстоянии от источника возникновения.

Эффективность всякого противопульсационного устройства зависит от его способности рассеивать или преобразовывать энергию пульсаций.

Пульсационное движение газов в трубах широко распространено в технике и оказывается неизбежным спутником возвратно-поступательного неравномерного движения поршня всех поршневых, тепловых и пневматических машин. При перекачке газа поршневыми нагнетательными установками динамические явления обусловлены возвратно-поступательным движением масс в цилиндрах этих машин и соответственно непрерывными изменениями расхода газа , которое сопровождаются изменениями давления.

Наибольшее влияние на образование пульсации оказывает процесс впуска и выпуска газов из цилиндра поршневой машины в присоединенный трубопровод, на чем и следует особо остановиться. Предположим, что поршень приобретаете какой-либо момент ускоренное движение. В результате начавшегося движения перед лобовой поверхностью поршня образуется область измененного состояния газа. До этой области газ находится в состоянии покоя. Граница, разделяющая две области, распространяется в сторону невозмущенного состояния со скоростью звуковой волны. Величина этой скорости зависит от температуры газа в области невозмущенного состояния. Внутри области возмущенного состояния газ имеет различные для отдельных сечении трубопровода величины давления, температуры, удельные веса и скорости движения, отличные от их значении для невозмущенной области. Изменения состояния газа вдоль оси трубопровода в возмущенной области образуют так называемый фронт волны.

Рассматривая распространение ноли, необходимо учитывать движение газа в трубопроводе, вызванное затухающими колебаниями от волн предшествующих циклов. Следовательно, волна, идущая от поршня, проходит в этом случае участки трубопровода, в которых газ уже находится в возмущенном состоянии. Направление движения газа на этих участках может совпадать и быть противоположным направлению распространения волны. При совпадении направлений распространения волны и движения газа скорость перемещения волны по трубопроводу увеличивается, в противном случае – уменьшается.

Таким образом, в зависимости от мгновенного состояния газа и сочетания направления движения газа и волны на отдельных участках трубопровода скорость перемещения каждой фазы волны при ее перемещении по трубопроводу непрерывно изменяется. Изменяется и амплитуда результирующего колебания в зависимости от смещения фаз. Характер возмущений определяется вихреобразованием и колебаниями газовой струи, возникающими из-за непрерывного изменения действующих на нее сил. Такое представление вполне удовлетворительно совпадает с записями кривых давления за клапаном, из которых видно, что импульсы давления довольно правильно периодически повторяются, причем каждый импульс состоит из двух частей:

а) области резкого нарастания давления, что обусловлено разностью давлений внутри и снаружи цилиндра в момент открытия клапана;

б) области пониженного давления, происхождение которой в основном объясняется выталкиванием газов поршнем.

Движущийся пульсирующий ноток жидкости или газа, взаимодействуя со стенками трубы, вызывает механические колебания трубопроводов, связанного с ними оборудования и опорных конструкций, собственная частота колебании которых близка к частотам пульсации давления. На длинном прямолинейном участке трубопровода пульсация давления движущегося потока газа распределяется равномерно по трубе, а потому здесь не могут возникнуть значительные силы, способные возбудить колебания трубопровода. Такие колебания возможны лишь при резонансе, когда даже небольшие продольные усилия, вызванные местным сопротивлением, например шероховатостью трубы, овальностью или изменением поперечного сечения ее, могут возбудить значительные поперечные колебания трубопровода.

В связи со сложностью формы волны пульсации давления, образующейся в результате несинхронной работы ряда машин, разветвленности системы трубопроводов и связанного с ними оборудования, на отдельных участках поршневых нагнетательных станций велика вероятность появления собственных частот колебаний жидкости или газа, близких к колебаниям резонансного характера.

Вибрация трубопроводов под действием пульсирующего потока возникает вследствие изменения периодического воздействия газа на трубопровод.

Для определения усилия воздействия пульсирующего потока на стенку трубы применим закон сохранения количества движения к массе газа, движущейся в объеме аа-bb (см. рисунок 3.2). Поскольку изменение количества движения равно импульсу силы, то сумма проекции всех сил на ось х обусловит изменение количества движения массы газа в единицу времени, т.е.

m₁v₁ - m₂v₂ соs β = R соs (90 - β) Δt = R sin β Δt. (3.1)

Расход движущегося потока неизменный, поэтому

 v₁ F₁ Δt =  v₂ F₂ Δt,

где  – плотность движущейся среды, кг/м³;

v₁=v₂ – средняя скорость потока, м/с;

F₁=F₂ – площадь поперечного сечения трубопровода по внутреннему диаметру, м².

Характеристики

Список файлов ВКР