К вопросу о совершенствовании средств и методов испытаний тяговых электрических машин

т.

Национальные приоритеты России. 2013. № 3

УДК629.4.083: 621.313

К ВОПРОСУ О СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ СРЕДСТВ И МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЙ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

В.О. Мельк, В.А.Смирнов

Омский государственный университет путей сообщения

В статье рассматриваются способы снижения затрат топливно-энергетических ресурсов на стадии испытаний ТЭД. Предложенные средства и методы испытаний в сочетании с автоматизацией процессов позволят существенно сократить расход электрической энергии, повысить производительность испытательных станций, снизить финансовые потери за счет своевременного выявления дефектов и неисправностей в элементах конструкции электрических машин.

Ключевые слова: дефекты, расход электроэнергии, тяговые электрические машины, технология испытаний.

В соответствии с корпоративными стандартами для подтверждения соответствия параметров и характеристик тяговые электрические машины после ремонта с разборкой подвергаются обязательным испытаниям под нагрузкой. Нормативно-методической базой при составлении программ и методик испытаний являются национальные стандарты и технические условия предприятий заводов-изготовителей. Испытания под нагрузкой обеспечивают наиболее полную проверку соответствия электрической машины техническим условиям предприятия-изготовителя, гарантируют выявление максимального количества возможных скрытых дефектов, которые могут проявиться в эксплуатации. Основными недостатками являются высокий расход электрической энергии и значительная продолжительность испытаний.

Существующая технология предусматривает следующие виды испытаний тяговых электрических двигателей (ТЭД) после ремонта [1]:

- испытание на нагревание в номинальном режиме в течение 1 часа;

- проверка коммутации при номинальном напряжении, полуторном часовом токе якоря и номинальной степени возбуждения;

- проверка коммутации при максимальном напряжении, конструкционной частоте вращения и наименьшей степени возбуждения;

- испытания на повышенную частоту вращения.

Общая продолжительность испытаний с учетом

подготовительных и вспомогательных технологических операций составляет порядка 2-3 часов. Средний расход электрической энергии на испытания

пары ТЭД ТЛ2К1 методом взаимной нагрузки составляет около 200 кВт-ч.

Способы снижения затрат топливно-энергетических ресурсов при испытаниях тяговых электрических машин могут быть условно разделены на три группы:

- исключение испытаний под нагрузкой за счет операций промежуточного пооперационного контроля и диагностирования в сборе неразрушающими методами при ремонте без замены элементов магнитной системы электрической машины (ТР-3);

- изменение технологии испытаний, а именно продолжительности и удельной энергоемкости испытательных режимов при среднем ремонте (СР);

- повышение коэффициента полезного действия испытаний за счет автоматизации процессов и использования более современной элементной базы при создании испытательных станций при капитальном ремонте.

«Безнагрузочные» испытания. Анализ неисправностей, выявленных при испытаниях ТЭД и вспомогательных машин после ремонта, показывает, что большинство причин внутреннего возврата связано с дефектами отдельных деталей и сборочных единиц, обнаружение которых возможно на более ранних этапах технологического процесса ремонта «безнагрузочными» методами. Так, по данным локомотивного ремонтного депо Московка ЗападноСибирской железной дороги около 50 % неисправностей тяговых двигателей обусловлено дефектами моторно-якорных подшипников, 10 % - дефектами смазки, еще около 8 % приходится на низкое качество обработки коллектора, 4 % связаны с низким

Научно-технический прогресс

т

качеством изоляции обмоток после пропитки, 3 % приходится на неудовлетворительное состояние траверса и щеткодержателей.

Перечисленные группы дефектов явхмются прямым следствием нарушений технологии ремонта отдельных сборочных единиц и отсутствием действенного выходного контроля на промежуточных технологических участках (выявление указанных категорий дефектов не связано непосредственно с обязательными испытаниями электрических машин под нагрузкой). По остальным видам неисправностей (около 25 % от общего числа забракотенных двигателей) возможно также исклюеение нтгрузочньгс испытаний при выполнении следующих условий: удовлетворительное состояние магнитной оистемы остова, качественная сборка и нсттройка нейтрали электрической машины.

Таким образом, ужесточение технологических требований, внедрение прогрессивных технологий восстановления ресурса: пропитка изоктции обмоток ультразвуковым методнм;кхнтинах щао-филя коллектора с последующим поверхкоктным уплотнением накаткой; динамическая балансировка якорей; механизированная сборка машины строго в вертикальном положении; приборная оценка технического состояния магнитной системы остова и ряда других позволят существенно сократить, а при ремонте без разборки магнитной системы остова в перспективе исключить приемо-сдаточные испытания под нагрузкой.

Свидетельством правомочности и успешности данного подхода является положительный опыт зарубежных стран в данном направлении. Соответствующее приборное обеспечение неразрушаю-щего контроля электрических машин выпускается рядом компаний, работающих на международном рынке технологий для электромашинного производства.

Изменение технологии испытаний. Действующие требования ОАО «РЖД» на текущий ремонт электрических машин предусматривают испытания на нагревание ТД по ГОСТ 2582-81 в часовом режиме при номинальном количестве охлаждающего воздуха, указанного в технических характеристиках. Потери, возникающие в ТЭД, идут на его нагревание и частично рассеиваются с поверхности за счет конвекции.

В установившемся продолжительном тепловом режиме отвод тепла должен быть равен тепловыделению в ТЭД, что обеспечивается принудительной подачей вентилирующего воздуха таким образом, чтобы перегрев обмоток не превышал допустимых

значений для выбранного класса нагревостойкости изоляции. Затраты мощности на вращение приво-дноговеныщркора он^дехиюеея ыырежекыем:

^е =

Р

Пе

ХАр,

Се -/е е

где Св - уденеоая темлоемкосеь вон/рхаы Втх/кг°С; ур - птохнаодь прр ыавнении 1,01 "105 Пои

температуре 50°С, кг/м3; X Ар. - суммарные потери, возникающие в ТЭД ери испытаниях; ©Б - до-пуытимый пкроахев оснтилиАующоыо Бляд/хат "Ст ^Мент — аЛ1Д вено^хос^рэ ртвный для

воздуха 0,2-0,4; Z - аэродинамическое сопротивле-нфд ТЭД.

Алхтераедивным дартанном квхвютсе исыо1-тешм оы нахиав без ю^ищ^е^о^с^ылрло1^(С ехлхжхоння. Пес этом электрической энергии достига-

ется за счет сокращения времени испытаний под нагрузкой и исключения из технологии вентиляторов охлаждения [2].

Внедрение данного метода возможно при проведении исследований для построения эквивалентных кривых нагревания ТЭД при испытаниях без принудительного охлаждения. Дополнительно потребуется разработка новой методики испытаний с указанием времени и режимов на основе полученных эквивалентных кривых нагревания; а также выпуск изменений и дополнений к руководящим документам по ремонту электрических машин ОАО «РЖД».

Автоматизация испытаний. Экономические показатели метода взаимной нагрузки и качество испытаний определяются его технической реализацией, схемным исполнением и элементной базой, наличием средств автоматизации и приборного контроля. Специалистами ОмГУПС созданы и успешно эксплуатируются на сети железных дорог автоматизированные станции для испытаний электрических машин на статических полупроводниковых преобразователях (рис. 1).

Необходимый токовый режим испытываемых двигателей создается статическим преобразователем, компенсирующим электрические потери в системе испытуемых двигателей. Режим напряжения обеспечивается высоковольтным источником, возмещающим потери холостого хода, добавочные и магнитные потери в испытываемых двигателях за счет первичной сети.

3

Рис. 1. Автоматизированная стшпщя испытаний элееирдкесдна машин: а) блок управления и индикации; б) коммутационный шкаф и панель автоматизации

Автоматизированная система на базе персональной ЭВМ обеспечивает управление режимами испытаний по заданной программе, поддержание заданных режимов работы электрических машин, сбор, обработку и отображение данных с измерительных датчиков; регистрацию информации в базе данных и формирование электронного про токниире-зультатов испытаний.

Коэффициент экономичности схемы испытаний для двух однотипных тяговых двигателей с последовательным возбуждением при использовании современных статических преобразователей равен [3]:

К

,2 Пд-11 + 2,2

Р

вдп

Рд

•

где Рд, Пд - мощность и КПД испытываемого тягового мниганаля; РВДп ^щщ- мхщностн и КПД вольтодк-бавоивого ниес^К^-^г^^с^дв^-^^н^-!.

Использоиииие придакраемике д-ндсть и методов исиь-ичний в сонетании и автомнниаицией процессев поенхлик сиьнанвнеакп сниратити расход хлектрнча-ской энергии, повысить производительность испытательных станций, снизить финансовые потери за счет своевременного выявления дефектов и неисправностей в элементах конструкции электрических машин.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

1. Руководство по текущему ремонту и техническому обслуживанию электрических машин электровозов.- М.: ОАО «РЖД», 2009.

2. Мельк В. О. Энергосберегающие технологии испытаний тягово-энергетического оборудования локомотивов

после ремонта / В.О. Мельк, В.А. Смирнов. // Известия ПГУПС. -2011.-№4.

3. Щербаков В.Г. Тяговые электродвигатели электровозов. - Новочеркасск: Агентство «Наутилус», 1998. -672 с.

Мельк Владимир Оскарович, Смирнов Виктор Александрович - кандидаты технических Статья поступила в редакцию

наук, доценты кафедры «Подвижной состав электрическихжелезных дорог» ОмГУПС. 8 декабря 2013 г.

© В.О. Мельк, В.А. Смирнов, 2013

Научные конференции

XXXI Международная научно-практическая конференция «Технические науки - от теории к практике»

Рассылка сборника статей планируется 13 марта 2014 года Контакты

scienkonf@sibac.info; 630075, г. Новосибирск, Залесского 5/1, оф. 605. тел. 8 (383) 2-913-800; 8-913-915-38-00.