Устройство камерного типа для сушки полимерной изоляции остова тяговых электрических машин вращающимся тепловым полем

Полезная модель относится к электромашиностроению, в частности к производству и ремонту электрических машин, например, обмоток тяговых электрических машин (ТЭМ) локомотивов и мотор-вагонного подвижного состава.
Известен способ сушки изоляции обмоток магнитной системы остова ТЭМ в специализированной сушильной печи камерного типа с принудительной циркуляцией воздуха [1].
Недостаток данного способа заключается в том, что данная технология сушки является низкокачественной и очень энергоемкой с длительным временем сушки. При установленной мощности печи в 80 кВт, время сушки занимает от 10 до 15 часов.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для реализации инфракрасно-конвективно-низковакуумного способа сушки изоляции обмоток магнитной системы остова тяговой электрической машины.
Недостатком данного устройства является высокая мощность привода из-за необходимости вращения остова ТЭМ большой массы. Помимо этого, в конструкции устройства есть ненадежные элементы в виде опорных резиновых роликов, на которые опирается основание с размещенным остов ТЭМ. При длительной эксплуатации устройства под действием большой массы остова ролики быстро деформируются, что будет приводить к их частой замене. Также в данном устройстве отсутствует герметичность процессе сушки, так как остов ТЭМ по сути сам является камерой. Однако в конструкции остова присутствуют различные открытые части (смотровые люки, вентиляционные крышки), через которое в процессе сушки будут происходить теплопотери, приводящие к увеличению длительности сушки.
Устройство камерного типа для сушки полимерной изоляции остова тяговых электрических машин вращающимся тепловым полем, включающее генератор теплового излучения, установленный в корпусе сушильной камеры, верхний модуль, который содержит привод инфракрасного генератора, имеющий возможность через клино-ременную передачу приводить во вращение вал генератора теплового излучения, в нижней части вала расположены инфракрасные излучатели, устройство также содержит вытяжной вентилятор и блок управления, установленный на вал генератора с возможностью управления вращением с блока интерфейса частотного преобразователя и контроля с автоматизированного рабочего места оператора, верхний модуль также содержит два микроконтроллера, один из которых предназначен для контроля температуры нагреваемых обмоток и температуры инфракрасных излучателей, а другой для осуществления регулирования энергоподвода к инфракрасным излучателям, а также пирометры, установленные на основании и на крышке сушильной камеры и предназначенные для измерения температуры обмоток.
Схема предлагаемого устройства изображена на фиг. 1.
На фиг. 1:1 - блок управления; 2 - асинхронный трехфазный двигатель привода инфракрасного генератора; 3 - гаджет с автоматизированным рабочим местом (АРМ) оператора; 4 - частотный преобразователь питания привода инфракрасного генератора; 5 - ИК-излучатели; 6 - блок интерфейса частотного преобразователя; 7 - опоры моторно-осевых подшипников (выемка в остове под ось колесной пары); 8 - вал инфракрасного генератора; 9 - центрирующий цилиндр остова; 10 - установочный контур сушильной камеры; 11 - основание сушильной камеры; 12 - центрирующий стержень остова; 13 - технологические проушины тягового двигателя; 14 - обмотки магнитной системы остова тягового двигателя; 15 - остов тягового двигателя; 16 - корпус сушильной камеры с теплоизоляцией; 17 - стационарные пирометры; 18 - вытяжной вентилятор;
19 - пары растворителя; 20 - технологические разъемные муфты; 21 -блок силовых скользящих контактов, 22 - клино-ременная передача, 23 - рым-болт.
Остов 15 кран-балкой помещается на основание сушильной камеры 11, как показано на фиг. 2. Точность позиционирования остова обеспечивается наличием центрирующих стержня 12 и цилиндра 9 остова (фиг. 1). Данные направляющие являются съемными. Осевая направляющая находится на одном месте для типов двигателей НБ-520, НБ-514 и НБ-418. Вспомогательная направляющая является съемной и место ее установки меняется в зависимости от типа двигателя. После размещения остова на основании, его накрывают корпусом сушильной камеры 16 с помощью кран-балки и рым-болтов 23 (фиг. 1, 2). Корпус сушильной камеры устанавливается в пазы 10 приваренные к основанию для четкой фиксации.
Сушильная камера состоит из трех основных элементов: корпус сушильной камеры с теплоизоляцией 16, генератор теплового излучения и верхний модуль. Генератор теплового излучения состоит из вала 8, в нижней части которого расположены керамические инфракрасные излучатели 5; технологических разъемных муфт, предназначенных для демонтажа генератора; блока силовых скользящих контактов 21, через которые подается питание на излучатели при вращении генератора. Верхний модуль содержит асинхронный трехфазный двигатель привода инфракрасного генератора 2 и клино-ременную передачу 22, предназначенные для осуществления вращения генератора вокруг своей оси; блок управления 1; частотный преобразователь питания привода инфракрасного генератора 4. В блоке управления 1 расположены силовые твердотельные реле, регулирующие мощность ИК-излучателей; электроника системы управления и непрерывной передачи данных по каналу Wi-fi на гаджет оператора 3. Блок управления 1 устанавливается на вал генератора 8 и вращается вместе с ним. Управление вращением осуществляется с блока интерфейса частотного преобразователя 6 и контролируется с гаджета оператора 3. Электропитание вращающегося генератора теплового излучения осуществляется при помощи трехфазного напряжения, передаваемое через блок силовых скользящих контактов 21. Питание электродвигателя 2 осуществляется также трехфазным напряжением через частотный преобразователь 4, обеспечивающий регулирование в диапазоне от 5 до 50 Гц. Двигатель передает вращающий момент на генератор через клино-ременную передачу 22. Верхний модуль оснащен двумя микроконтроллерами. Один из микроконтроллеров осуществляет контроль температуры нагреваемых обмоток и температуру инфракрасных излучателей 5. Температура обмоток измеряется при помощи стационарно установленных пирометров 17, установленных на основании и на крышке сушильной камеры. Второй микроконтроллер осуществляет регулирование энергоподвода к инфракрасным излучателям 5 при помощи твердотельных реле, изменяя периодичность включения и выключения, циклически включая и выключая излучатели. Периодичность включений и выключений имеет высокую частоту (порядка пяти циклов в секунду). Микроконтроллер имеет Wi-Fi модуль, который передает информацию о температуре и мощности подводимой к излучателям на гаджет оператора 3. Управление излучателями производится с гаджета, по беспроводному каналу связи, при помощи независимого группового симисторного регулятора напряжения. Автоматизированное рабочее место оператора позволяет непрерывно контролировать развитие теплового процесса, записывать динамику температуры и подводимой мощности, а также регулировать его по зонам. Излучатели делятся на три группы: верхняя, средняя и нижняя. Группа излучателей, осуществляющих сушку полюсных наконечников, размещаются вертикально. Верхняя и нижняя группы осуществляют сушку торцевых витков изоляции главных полюсов и имеют горизонтальное размещение. Средняя группа содержит 24 излучателя расположенных на двух подсистемах кронштейна. Верхняя группа содержит 5 излучателей, и нижняя группа содержит 10 излучателей, находящихся на двух подсистемах кронштейнов. Верхняя группа излучателей состоит из излучателей мощностью 1 кВт, средняя группа состоит из излучателей мощностью 250 Вт и нижняя состоит из излучателей мощностью 1 кВт.
Устройство работает следующим образом. После размещения остова 15 на основании 11, подается питание на асинхронный трехфазный двигатель привода инфракрасного генератора 2, который через клино-ременную передачу 22, приводит во вращение вал генератора теплового излучения 8, скорость вращения которого задается частотным преобразователем 4. Далее блок управления 1 подает питание на ИК-излучатели 5 через твердотельные реле и блок силовых скользящих контактов 21. Равномерно вращающийся генератор теплового излучения создает тепловое поле, которое осуществляет нагрев полимерной изоляции обмотки магнитной системы остова 14 до необходимой температуры с последующей сушкой. Температура нагрева контролируется системой управления с помощью стационарных пирометров 17. Для удаления паров растворителя 19 из рабочего пространства сушильной камеры предусмотрен вытяжной вентилятор 18, который также создает в камере необходимый уровень разряжения воздуха (вакуумная сушка), для ускорения процесса сушки, а также выравнивает температуру нагрева полимерной изоляции обмотки магнитной системы остова 14 за счет конвективного потока.
В результате применения устройства для сушки пропитанной полимерной изоляции остова тяговых электрических машин инфракрасным излучением камерного типа, сокращаются затраты электроэнергии на ремонт, повышается скорость сушки за счет снижения теплопотерь.
Источник информации
1. Френкель, Е.Б. Ремонт электрических машин, электроподвижного состава и тепловозов Текст. / Е.Б. Френкель, В.Г. Комолов, С.И. Фаиб. М.: Транспорт, 1966. - 455 с.
2. Пат. 2569337 Российской Федерации. МПК Н02К 15/12. инфракрасно-конвективно-вакуумный способ сушки изоляции обмоток магнитной системы остова тяговой электрической машины и устройство для его реализации [Текст] / A.M. Худоногов, Е.М. Лыткина, Е.Ю. Дульский, П.Ю. Иванов, Н.Н. Гарев, В.Н. Выжимова; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения». №2012145098/07; заявл. 23.10.2012; опубл. 27.04.2014.