Диссертация (792576), страница 14

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

Текст из файла (страница 14)

Использованиеграфического метода позволяет увидеть трапецеидальный вид кривыхскорости роста объема изоляции ТЭМ, имеющий вид S-образной кривойK m (Vконразннач V ) * (V  V разн)dV.d(3.59)106Данное уравнение учитывает перенос тепла и влаги в изоляции ТЭМ вначзависимости от изменения текущего объема V от начального Vразниликонконечного значения V разн. Данное уравнение позволяет оценить увеличениеили уменьшение объема изоляции, в зависимости от соотношения объемовмежду ее сухой и увлажненной частью.Решение при  = 0 и V =Vн представлено ниже1конначK m (V разн V разн)* lnначкон(Vн  V разн) * (V разнV )коннач(V разн Vн ) * (V  V разн).(3.60)конДля определения параметров V разни Km необходимо решить системууравнений процесса переноса тепла и влаги, отражающих взаимосвязь междуизменением объема изоляции и тепловлагообменном.

Согласно уравненияэнергетического баланса, с учетом процесса нагрева изоляции ТЭМ ln max ,T min(3.61)где Т – постоянная времени нагревания и остывания обмоток ТЭМ; - максимально допустимое превышение температуры обмоток ТЭМ надтемпературой окружающего воздуха.На основании геометрических и физических характерискик, для расчетапостоянной времени нагревания Т можно использовать формулуТ=∑1 С τн∆Риз,(3.62)где Сi – теплоемкость изоляции ТЭМ, Дж/0С;τiн –максимально допустимое превышение температуры изоляции ТЭМ вноминальном режиме работы, 0С;∆Риз – потери мощности в изоляции ТЭМ, Вт.По результатам проведенных исследований, между изменением объемаизоляции ТЭМ и тепло- и влагообменом в изоляции справедливо уравнениекинетики процесса переноса тепла и влаги в изоляции1071TконначK m (V разн  V разн)начкон. max  (Vн  V разн ) * (V разн  V )коннач  min (V разн Vн ) * (V  V разн)3.6.(3.63)Влияние увлажнения изоляции на безотказность ТЭМэлектровозов, эксплуатируемых на полигонах с СПКУИсследованиямисотрудниковВНИИЖТаВ.И.

КарташевымиН.Д. Сухопрудским выявлено, что увеличение массы воды в изоляции зависитот степени ее старения и времени увлажнения (рисунок 3.8) [81]. Намиустановлено, что при различии температуры обмоток ТЭМ и окружающеговоздуха более 6-80 С процесс увлажнения изоляции идет медленно.Рисунок 3.8. Характер накопления влаги в изоляции ТЭМв зависимости от времени увлажнения и степени ее старенияПосле сближения температуры обмоток и воздуха интенсивностьвпитывания изоляцией обмоток влаги из окружающего воздуха возрастает вдесятки раз. Качественно пропитанная изоляция 1 (рисунок 3.8) увлажняетсянезначительно.

Сущесвенно большое увлажнение наблюдается у постаревшейизоляции 2-5. Чем более пориста изоляция, тем больше влаги она поглощает.108Выявлено, что хорошо пропитанная изоляция имеет содержание влагиоколо 0,3 % от массы изоляции. При этом изоляция упруга и ее электрическаяпрочность соответствует нормам. Переувлажнение состарившейся изоляциирезкоснижаетеепереувлажнениеэлектрическую(снижениепрочность.электрическойУстановлено,прчности)чтоизоляциинаТЭМсущуственно влияет время нахождения электровоза в нерабочем состоянии.На рисунке 3.9 и рисунке 3.10 приведены зависимости безотказности ТЭМ иизоляции тяговых машин типа НБ-418К6 электровозов ВЛ80 депо Абакан,Боготол КярЖД, депо Вихоревка, Северобайкальск ВСЖД и НБ-514электровозовдепоАбаканКярЖДиНижнеудинск,Вихоревка,Северобайкальск ВСЖД, соответственно, от времени нахождения в нерабочемсостоянии.отказ106 км50454035ωтэм = 5,193e0,1714TожR = 0,9543025201510ωωиз = 1,6017e0,2056TожR = 0,9315002Tож4681012чРисунок 3.9.

Зависимости безотказности ТЭМ электровозов ВЛ80от времени нахождения в нерабочем состоянии1410940отказ106 км3530ωтэм = 6,8304e0,141ТожR = 0,93925201510ωωиз = 4,8497e0,1114ТожR = 0,97650024681012чTож14Рисунок 3.10. Характер изменения безотказности ТЭМ электровозов ВЛ85от времени нахождения в ожидании работыПриведеные на рисунок 3.9 - 3.10 зависимости указывают насущественное влияние времени ожидания работы электровозами набезотказность ТЭМ и их изоляции.Безотказность ТЭМ электровозов полигонов с СПКУ Сибири исеверного Урала существенно ниже среднесетевой.

Математические моделипозволяют прогнозировать безотказность изоляции обмоток ТЭМ приизвестных профиле участка эксплуатации, скорости движения поездов истепени нагрузки электровозов [82]. Определение безотказности изоляции,особенно в зимние периоды эксплуатации, обусловлено тем, что до половиныотказов ТЭМ приходится на пробои изоляции якоря и остовных обмоток.Анализ повреждений изоляции ТЭМ одного из основных депо электровозовпостоянного тока ОАО РЖД позволил определить параметр потока такихотказов в течение нескольких лет эксплуатации. Установлено, что потокотказов тяговых машин по годам был неравномерный.

Безотказностьэлектрическихмашинснижаласьвгодысболеесуровымиметеорологическими условиями зимних периодов. Эмпирический рядраспределения пробега ТЭМ до пробоя изоляции или до ее смены призаводских ремонтах представлен гистограммой. Вид гистограммы позволилпредположить,арасчетыпоказали,чтораспределениехорошо110характеризуется композицией законов Пуассона и экспоненциального спараметрами р = 4,515 и exp = 0,2, соответственно.

Сходимость распределенияс композицией законов проверена по критерию Пирсона и оказалась вполнедостаточной.Основнойзадачейпостроениякомпозицииявлялосьопределение весов  и (1-), которое выполнено графически. При  = 0,195 и(1-) = 0,805 эмпирический ряд хорошо описывается композициейраспределения рассматриваемых законов.f к ( х)  0,195(0,2е 0, 2 х )  0,805( 4,515 e 4,515 ) .m!m(3.64)Теоретическая кривая экспериментального ряда позволяет объяснитьхарактер и причины отказов ТЭМ по пробою их изоляции, а также определитьпути повышения ее безотказности. Известно, что распределение Пуассонаописывает закономерности появления внезапных отказов в сложных системах,а экспоненциальное распределение типично для систем с различными expхарактеристиками в случае, когда влиянием износа можно пренебречь.Пробой изоляции ТЭМ обусловлен кинетикой необратимых физическихявлений, происходящих за счет ее нагрева и воздействия случайных факторов,особенно увлажнения.

Динамика отказов изоляции ТЭМ по временам годапоказывает, что наиболее часто пробои изоляции наблюдаются в месяцы снизкой температурой окружающей среды, а также в снегопады и метели. Впериод работы электровозов изоляция ТЭМ не подвергается опасностиувлажнения, так как переход влаги от холодного воздуха к нагретой изоляциизатруднен. Непосредственное попадание снега в ТЭМ в период метелей приустановке с наружной стороны жалюзи снегозащитных фильтров, как показалопыт, почти исключено.Таким образом, увлажнение изоляции ТЭМ возможно при постановкеохлажденного электровоза в отапливаемый цех и оттепелях в периоднахождения его в запасе.

Причиной увлажнения является то, что наповерхности якоря и катушек полюсов при охлаждении воздуха до точки росыобразуются капельки влаги или твердый кристаллический налет (иней). На111рисунке 3.11 приведены данные замеров отношения емкостей изоляции ТЭМС2/С50 во время опытных поездок в зимний период. Электровозы отправлялисьв поездки после ожидания работы не менее двенадцати часов при температуревоздухаот минус 10°С и ниже. Полученные опытные точки позволилиполучить область состояний изоляции в процессе работы ТЭМ в указанныхусловиях. При нагревании изоляции ТЭМ в первые тридцать – сорок минутдвижения с поездом после продолжительного нахождения электровоза внерабочем состоянии происходит ее увлажнение.

Далее свойства изоляциипосле прогрева восстанавливаются [83].Подобные явления объясняются тем, что замерзшая влага в твердомсостоянии не вызывает снижения электрической прочности изоляции ТЭМ.При нагревании влага переходит из твердого состояния в жидкое, вызываяувлажнение и снижение электрической прочности изоляции. В дальнейшемвлага переходит в газообразное состояние (испаряется) и электрическаяпрочность изоляции ТЭМ восстанавливается.1,6ед.Объемноеувлажнение1,51,4Поверхностноеувлажнение1,3Хорошеесостояниеизоляции1,21,1С2/С50101Т23456чРисунок 3.11.

Характер изменения увлажненности изоляции ТЭМ с разнойстепенью старения при ее нагревании в процессе движения с поездом послепродолжительного нахождения электровоза в нерабочем состоянии112Анализ экспериментальных данных, длительные наблюдения иисследование законов распределения наработки до отказа изоляции ТЭМпозволяют предложить следующую модель отказа. Около одной пятой отказовпроисходит вследствие повышения и пиков напряжения (рисунок 3.12).

Этамодельсоответствуетэкспоненциальномураспределениюнаработкиизоляции до отказа, если принять, что уровень ее электрической прочностинезначительно изменяется в процессе эксплуатации. Четыре пятых отказовобусловлены кратковременными снижениями электрической прочностиизоляции из-за переувлажнения по различным причинам, особенно в зимнеевремя (рисунок 3.13).Рисунок 3.12.

Характеристики

Список файлов диссертации