Автореферат (792575), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Момент вызывал изгибы изоляции вылетов секций, выходящих из пазов сердечника якоря. Как установлено в главе 1, чрезмерное различие диаметров бандажей колесных пар электровоза, приводит к интенсивномуед.1,4боксованию колесных пар с бан-1,2дажами большого диаметра. При1боксовании, особенно интенсив-0,8ном, амплитуда колебаний выле-0,6тов секций резко возрастала. Это0,4∆dэл∆dэл =R = 0,9190,6895e0,0004U0,2приводило к накоплению механи-0100U30050070090011001300В1500ческих повреждений в изоляции ипоследующему ее пробою.
Необ-Рисунок 11 - Доля электрическогостарения в износе изоляцииходимо отметить, что согласно исследованийд.т.н.,профессораОмГУПСа И.И. Галиева глубина промерзания грунта в зимний периодэксплуатации определяла уровень вертикальных вибраций ТЭМ с опорно14осевым подвешиванием. Это позволяет определить влияние вертикальныхвибраций от пути на безотказность изоляции ТЭМ (рисунок 6, рисунок 7).На основании анализа результатов эксплуатации ЭПС постоянного токапри неизменном последовательном соединении ТЭМ выявлено влияние величины напряжения на зажимах ТЭМ на увеличение общего износа изоляции ТЭМ,электровозов переменного тока полигонов с СПКУ (рисунок 11).На основании результатов исследований кинетики химических реакций визоляции от температуры, проведенных Вант Гоффом и Аррениусом, полученафункциональная зависимость, связывающая скорость износа изоляции якорныхобмоток ТЭМ, электровозов полигонов с СПКУ, с величинами основных эксплуатационных и природно-климатических факторов = т ∆тм1 ∆эл ∆виб ∆тм2т = 1( −н1 (1−⁄− +∆ +ϑ +273)+−1вяв−⁄∆тм1 = 0,0844Δ2 + 0,0316Δ + 99,8),∆эл = 0,6895e0,0004U∆виб ={− 0,0055в + 2,162,16∆тм2 = 0,0073е2в − 0,24ев + 2,815где d – скорость износа изоляции ТЭМ; dт – скорость теплового износа изоляции на i-том элементе профиля пути при среднем превышении температуры;∆dтм1 – изменение скорости износа изоляции вследствие вариаций превышениятемпературы обмоток (термомеханический износ первого вида); ∆dэл – влияниеэлектрического поля на скорость износа изоляции (электрический износ); ∆dвиб– изменение скорости износа изоляции якорной обмотки из-за вибраций со стороны пути (механический износ); ∆dтм2 – влияние снижения упругости изоляции на скорость ее износа при уменьшении содержания влаги в воздухе (термомеханический износ второго вида); В – коэффициент, характеризующий способность молекул изоляции к химическому взаимодействию; Θн – номинальнаятемпература класса нагревостойкости изоляции; τyi – среднее превышение температуры обмотки якоря над температурой окружающей среды; ti – время движения по i-тому элементу профиля пути; Т – тепловая постоянная ТЭМ; ∆τвя –среднее превышение температуры вентилирующего воздуха над температурой15окружающей среды; в – температура окружающей среды; Δ – колебания температуры перегрева якорной обмотки около среднего значения; U – напряжениена зажимах ТЭМ;в – уровень вертикальных вибраций от пути; ев – абсолют-ная влажность воздуха.Установлено, что хорошо пропитанная изоляция ТЭМ содержит около0,3 % влаги от массы изоляции.
При этом изоляция упруга и ее электрическаяпрочность соответствует нормам. Переувлажнение состарившейся изоляциирезко снижает ее электрическую прочность. Выявлено, что на переувлажнение(снижение электрической прочности) изоляции ТЭМ существенно влияет времянахождения электровоза в нерабочем состоянии.
Зависимости безотказности тяговых машин и изоляции ТЭМ НБ-418К6 электровозов ВЛ80 депо Абакан, Боготол Красноярской железной дороги, депо Вихоревка, Северобайкальск Восточно-Сибирской железной дороги от времени отстоя приведены на рисунке 12 а. Аналогичные зависимости ТЭМ НБ-514 электровозов депо АбаканКрасноярской железной дороги и Нижнеудинск, Вихоревка, СеверобайкальскВосточно-Сибирской железной дороги представлены на рисунке 12 б. Из рассмотрения зависимостей, приведенных на рисунках 12 а - 12 б, видно существенное влияние времени отстоя электровозов на безотказность тяговых электрических машин и их изоляции.Выявлено, что во время отстоя электровоза после сближения температурыобмоток ТЭМ и воздуха, скорость поглощения и масса влаги, поглощаемая изокружающего воздуха изоляцией, увеличивается в десятки раз по сравнению сработой ТЭМ под нагрузкой.
Переувлажнение изоляции тяговых электрическиха)б)5040отказ106 км 45отказ106 км 35403035ωтэм = 6,8304e0,141ТожR = 0,9392530ωтэм = 5,193e0,1714TожR = 0,954252020151510ωиз = 4,8497e0,1114ТожR = 0,97610ωωиз = 1,6017e0,2056TожR = 0,9315ω5000Tож24681012ч014Tож2468Рисунок 12 - Характер изменения безотказности ТЭМэлектровозов ВЛ80 (а) и ВЛ85 (б) от времени отстоя161012ч14машин может наступить за несколько часов отстоя электровозаА(рисунок 13).
На рисунке 13: I –сила тока ТЭМ; - превышениеIтемпературы обмоток ТЭМ; Gв масса воды в изоляции ТЭМ с0Cразной степенью старения; Eпр –электрическая прочность наибо-τлее изношенной изоляции ТЭМ.Четвертая глава посвя-%щена реализации результатов исGвследований,проведенныхвыполнениикВммработы,напридиссертационнойжелезнодорожномтранспорте. Выявлено, что осEпрТновной причиной пробоя изолявремяРисунок 13 - Динамика снижения электрической прочности изоляции ТЭМ при продолжительном нахождении электровоза в отстоеции ТЭМ, электровозов полигоновсСПКУ,состарившейсявследствие интенсивного теплового, термомеханического, меха-нического и электрического износа, является резкое снижение ее электрическойпрочности из-за переувлажнения при длительном отстое электровоза. Установлено,что наибольшая вероятность пробоя изоляции наблюдается в ТЭМ электровозов,отправляющихся на подъемы повышенной крутизны и длины после длительногоотстоя.
Для обеспечения необходимой безотказности ТЭМ, электровозов полигонов с СПКУ, разработаны мероприятия, представленные на рисунке 14.Объективное определение степени увлажнения изоляции ТЭМ может бытьполучено при использовании неразрушающих методов оценки ее состояния – метода контроля изоляции с использованием явления абсорбции и метода контроляизоляции по емкостным характеристикам - определение поверхностного увлажнения изоляции по коэффициенту абсорбции (метод основан на сравнении тока абсорбции на 15 и 60 секундах) и определению объемного увлажнения по методу17«емкость-время» (по измере-Мероприятиянию соотношения абсорбци1.
Внедрение систем температурного контроля ТЭМ3. Контроль состояния ТЭМпосле длительного ожиданияработы электровозоми сушка изоляциипри переувлажнении2. Оборудование электровозов системами поддержанияувлажненности изоляции надопустимом уровне4. Контроль увлажнения изоляции ТЭМ после проведенияремонта и сушка изоляциипри переувлажненииРисунок 14 - Мероприятия попредотвращению выдачи на линию электровозов с переувлажненной изоляцией ТЭМонной емкости, отражающейпроцесс накопления влаги вструктуре изоляции, к геометрической емкости).Разработанакомплекс-ная система контроля увлажненности изоляции ТЭМ, состоящая из подсистем (рисунок 15).
Подсистема 1 обеспе-чивает измерение сопротивления изоляции на 15 и 60 секундах и расчет коэффициента абсорбции с последующим его перечётом на номинальную температуру 20 0С. Подсистема 2 определяет температуру обмоток ТЭМ с последующейпередачей информации на блоки пересчета 1-й и 3-ей подсистем. Подсистема 3измеряет абсорбционную и геометрическую емкость изоляции с пересчетом ихотношения на номинальную температуру 20 0С. Информация со всех трех подсистем передается в постоянное запоминающее устройство и управляющий модуль, с которого поступает на монитор и принтер (патент на полезную модель№148398 от 10 декабря 2014 г.).Для предотвращения выдачи на линию ТЭМ, электровозов переменноготока полигонов с СПКУ, с переувлажненной изоляцией, предлагается производить подогрев ТЭМ, во время длительного отстоя электровоза, подачей тока наобмотки главных полюсов ТЭМ от выпрямительной установки возбуждения(рисунок 16).
Предлагаемый способ подогрева наиболее удобен и безопасен вэксплуатации из-за отсутствия необходимости подключения к электровозу стационарных устройств нагрева воздуха, а также оснащения электровозов дополнительным высоковольтным оборудованием. Кроме того этот способ позволяетобеспечить равномерный подогрев воздуха по всему контуру ТЭМ.Анализ результатов выполненных исследований безотказности ТЭМ,электровозов полигонов с СПКУ, указывает на необходимость ввода бортовыхсистема температурного контроля (СТК) изоляции тяговых электрическихмашин. Разработанная в диссертационной работе СТК основана на измерениитемпературы ТЭМдатчиками - позисторами, передающими сигнал на18Рисунок 15 - Функциональная схема комплексной системы контроляувлажненности изоляции ТЭМисполнительные устройства типа УВТЗ, с последующей световой сигнализациейо тепловом состоянии ТЭМ локомотивной бригаде.В пятой главе приведен расчет экономического эффекта от внедрениякомплексной системы контроля увлажнения изоляции ТЭМ электровозов Восточного полигона ОАО «РЖД».
Срок окупаемости при внедрении комплекснойсистемы составит менее года, а чисто дисконтированный доход – 107 423 000рублей. Результаты исследований безотказности ТЭМ, электровозов полигоновс СПКУ, представленные в диссертационной работе, одобрены Дирекцией тягиОАО «РЖД» и рекомендованы к внедрению в сервисных и эксплуатационных19депо, полигонов с СПКУ страны.ЗАКЛЮЧЕНИЕБезотказность1.ТЭМэлектровозов, полигонов с СПКУ внесколько раз ниже, чем электровозов, работающих на равнинном иравнинно-холмистом профиле путиРисунок 16 – Структурная схема подогреваизоляции ТЭМ при длительном отстоепри их эксплуатации в кривыхбольшого радиуса и непродолжи-тельным зимним периодом с температурой воздуха не ниже минус 20 – 25 0С.
Наизоляционные конструкции ТЭМ, электровозов полигонов с СПКУ, приходится отполовины до четырех пятых отказов ТЭМ. Это обусловлено ускоренным ухудшением ЭМХ изоляции ТЭМ из-за интенсивного теплового, термомеханического, механического, электрического износа с резким снижением электрической прочностипостаревшей изоляции тяговых электрических машин из-за переувлажнения вовремя продолжительного отстоя.2.Разработан комплекс мероприятий повышения ресурса ТЭМ электро-возов, эксплуатируемых на полигонах с СПКУ, путем обеспечения необходимыхтемпературно-влажностных условий работы изоляционных конструкций ТЭМ введением непрерывного контроля температуры, периодического контроля влажностиизоляции обмоток и поддержания необходимой температуры, исключающей переувлажнение обмоток при длительном отстое электровозов.3.Полученыкорреляционныесвязивоздействияприродно-климатических и эксплуатационных факторов на безотказность тяговых электрических машин полигонов с СПКУ, которые позволяют установить степень и характервлияния факторов на безотказность ТЭМ.4.Уточнен механизм теплового и термомеханического износа изоляцииТЭМ электровозов, эксплуатируемых на полигонах с СПКУ, обусловленный повышенной величиной и колебаниями токовой нагрузки вследствие существенногоразличия диаметров бандажей колесных пар электровозов, магнитных потоковглавных полюсов ТЭМ, сопротивлений обмоток тяговых электрических машин,20смещений траверс щеткодержателей ТЭМ относительно нулевого положения, атакже вследствие неэффективной системы вентиляции ТЭМ, приводящей к локальным перегревам изоляции, снижения расхода охлаждающего воздуха ТЭМ существенно ниже допустимого значения, различия напряжений питающих преобразователей.5.Уточнен механизм снижения электрической прочности изоляции ТЭМэлектровозов, эксплуатируемых на полигонах с СПКУ, из-за переувлажнения припродолжительном отстое электровозов.6.Разработаны методики и средства обеспечения необходимого темпе-ратурно-влажностного режима работы изоляции ТЭМ электровозов, эксплуатируемых на полигонах с СПКУ.7.Внедрение комплекса мероприятий по обеспечению требуемых темпе-ратурно-влажностных условий работы изоляции дает возможность иметь необходимый ресурс ТЭМ электровозов, эксплуатируемых на полигонах с СПКУ.8.Разработка аналогичных комплексов мероприятий по обеспечениютребуемых температурно-влажностных условий работы изоляции ТЭМ тепловозов,эксплуатируемых на полигонах с СПКУ, позволит повысить их безотказность.Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:а) в рецензируемых научных изданиях рекомендованных ВАК1.Попов, Ю.И.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
