Система поддержания надежности электрических двигателей на основе комплексной диагностики и эффективной технологии восстановления изоляции

 Система поддержания надежности электрических двигателей на основе комплексной диагностики и эффективной технологии восстановления изоляции
Хомутов, С. О. Система поддержания надежности электрических двигателей на основе комплексной диагностики и эффективной технологии восстановления изоляции  [Электронный ресурс] : монография – / С. О. Хомутов. – Электронные данные. – Барнаул : ООО «МЦ ЭОР», 2015. – 1 эл. опт. диск (CD-R); 12 см.
– Рекомендуемые системные требования: ПК с част. ЦП 800 МГц и выше; Windows XP и выше; дисковод CD-ROM;  Adobe Reader или др. программа для чтения файлов формата PDF. - Загл. с этикетки диска.

ISBN 978-5-9907546-0-7

В электронном издании рассмотрены вопросы создания системы поддержания надежности электрических двигателей, эксплуатируемых в промышленности и сельском хозяйстве, путем разработки методов и технических средств комплексной диагностики, а также теоретического обоснования способа интенсификации процессов тепломассопереноса и практической реализации электротехнологии восстановления изоляции обмоток для обеспечения высокой эффективности производства и улучшения условий труда обслуживающего и ремонтного персонала.
Книга рассчитана на специалистов в области эксплуатации, обслуживания и ремонта электрооборудования, студентов специальности «Электроснабжение» и направления «Электроэнергетика и электротехника», преподавателей вузов, научных работников и аспирантов.

Рецензенты: А. А. Багаев, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» (АлтГАУ);  А. Г. Якунин, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Информатика, вычислительная техника и информационная безопасность» (АлтГТУ)

ISBN 978-5-9907546-0-7


© Хомутов Станислав Олегович, 2015
© Электронное издание. ООО «МЦ ЭОР», 2015


Презентация электронного издания:





Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1 ОСНОВНЫЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
1.1 Структура парка электрических двигателей, эксплуатируемых в условиях сельскохозяйственного производства
1.2 Анализ факторов, влияющих на интенсивность протекания процессов старения и восстановления изоляции двигателей
1.2.1 Причины повреждений изоляции электрических двигателей и статистика выходов их из строя
1.2.2 Методы и технические средства восстановления работоспособности электродвигателей в процессе эксплуатации и ремонта
1.3 Состав и основные элементы предлагаемой системы повышения надежности электродвигателей в сельском хозяйстве
1.4 Количественная оценка степени влияния воздействующих факторов на надежность электрических двигателей
1.4.1 Анализ методов описания неопределенностей в задачах мониторинга сложных процессов
1.4.2 Математическое моделирование в условиях нечеткой логики
1.4.3 Использование информационно-логического анализа при изучении влияния различных факторов на срок службы двигателя
1.5 Основные результаты и выводы по разделу

2 МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДИАГНОСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ В АГРОПРОМЫШЛЕННОМ КОМПЛЕКСЕ
2.1 Современные методы диагностики электрических двигателей, используемых в сельском хозяйстве
2.2 Теоретическое обоснование диагностики электродвигателей на основе зависимости гармонического состава напряженности их внешнего магнитного поля от степени развития дефектов
2.2.1 Исследование природы и источников внешнего магнитного поля электрических двигателей
2.2.2 Анализ проявления различных дефектов электродвигателя в спектре напряженности его внешнего магнитного поля
2.2.3 Моделирование внешнего магнитного поля электрического двигателя при витковых и фазных замыканиях
2.3 Экспериментальные исследования зависимости параметров магнитного поля электродвигателя от степени развития дефектов
2.4 Метод диагностики электрических двигателей на основе анализа спектра напряженности их внешнего магнитного поля
2.5 Система технических средств диагностики на основе измерения параметров волновых затухающих колебаний в обмотке двигателя
2.5.1 Теоретические исследования влияния конструктивных и внешних воздействующих факторов на параметры волновых затухающих колебаний в обмотке электродвигателя
2.5.2 Метод оценки технического состояния изоляции электрических двигателей на основе анализа параметров волновых затухающих колебаний в обмотке
2.5.3 Экспериментальные исследования влияния конструктивных параметров изоляции на параметры схемы замещения двигателей
2.6 Выбор и обоснование показателей эффективности технологических процессов пропитки и сушки изоляции электрических двигателей
2.7 Основные результаты и выводы по разделу

3 СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА В ОБМОТКАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ ИЗОЛЯЦИИ
3.1 Теоретические исследования процессов переноса энергии и массы вещества, протекающих в твердых капиллярно-пористых телах, и обоснование принципов их интенсификации
3.1.1 Анализ факторов, влияющих на качество восстановленной изоляции обмоток двигателей в ходе обслуживания и ремонта
3.1.2 Математическое описание процесса разрушения связующего обмоток электрических двигателей
3.1.3 Повышение эффективности пропитки обмоток электродвигателей посредством интенсивного изменения давления
3.1.4 Математическое моделирование процесса массопереноса в теле обмотки электродвигателя при скоростном вакуумировании
3.1.5 Анализ изменения свойств изоляции обмоток статоров электродвигателей в различных условиях пленкообразования
3.2 Экспериментальные исследования процессов тепломассопереноса в обмотках электрических двигателей при восстановлении изоляции
3.2.1 Комплекс экспериментов по пропитке и сушке изоляции электродвигателей различными методами
3.2.2 Результаты экспериментальных исследований процессов пропитки и сушки скоростным термовакуумным методом
3.2.3 Динамика изменения обобщенного диагностического параметра при восстановлении изоляции электрических двигателей
3.2.4 Анализ режимов функционирования технологических установок по пропитке и сушке изоляции электродвигателей
3.3 Основные результаты и выводы по разделу

4 ЭЛЕКТРОТЕРМОВАКУУМНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ И УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРОПИТКИ И СУШКИ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
4.1 Стационарная и мобильная установки термовакуумного разрушения связующего, пропитки и сушки обмоток ЭД
4.2 Система информационно-программного сопровождения электротермовакуумной технологии восстановления изоляции электрических двигателей
4.2.1 Схема автоматизации работы технологической установки разрушения связующего, пропитки и сушки изоляции двигателей
4.2.2 Выбор управляющих воздействий на процессы разрушения связующего, пропитки и сушки изоляции
4.3 Оптимизация параметров технологического процесса восстановления изоляции электродвигателей
4.3.1 Общий подход к оптимизации параметров процесса восстановления изоляции электродвигателей
4.3.2 Постановка и алгоритм решения задачи оптимизации параметров процесса пропитки и сушки изоляции двигателей
4.3.3 Представление технологического процесса восстановления изоляции обмоток в пространственной модели оптимизации
4.3.4 Методики оптимизации параметров технологического процесса восстановления изоляции электродвигателей
4.4 Основные результаты и выводы по разделу

5 СИТУАЦИОННОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ РЕМОНТОВ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ИХ ДИАГНОСТИКИ
5.1 Анализ методов планирования работ по ремонту электрических двигателей на предприятиях
5.2 Исследование системы организации ремонта электродвигателей в сельском хозяйстве как системы их массового обслуживания
5.2.1 Анализ систем с неограниченным потоком требований при ремонте электрических двигателей сторонними организациями
5.2.2 Показатели функционирования хозяйства при собственной системе ремонта отказавших электродвигателей
5.3 Оптимизация параметров системы организации ремонта электрических двигателей в сельском хозяйстве
5.4 Прогнозирование технического состояния электрических двигателей, эксплуатирующихся в условиях агропромышленного комплекса
5.4.1 Разработка экспертной системы прогнозирования наработки до очередного диагностического контроля электродвигателей
5.4.2 Определение логических зависимостей параметров спектра напряженности внешнего магнитного поля электрического двигателя от степени развития различных дефектов
5.4.3 Количественная оценка наработки до очередного диагностического контроля двигателя с учетом влияния условий эксплуатации
5.5 Основные результаты и выводы по разделу

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЯ




Введение

Актуальность проблемы. Как известно, необходимым условием безубыточной работы и эффективного функционирования в рыночных условиях любого сельскохозяйственного предприятия является минимизация всех производственных издержек, которая достигается путем анализа бизнес-процессов, процессов обеспечения и менеджмента с последующим применением современных технических средств и электротехнологий. Системный анализ данных процессов позволил из комплекса существующих проблем низкой эффективности технологических процессов в сельском хозяйстве выделить проблему обеспечения безотказной работы установленного на предприятии электрооборудования (ЭО), решение которой определяется надлежащей организацией системы повышения его надежности.

Исследования в области повышения эксплуатационной надежности электрооборудования можно услов­но разделить на два больших на­правления. С одной стороны – это работы, нацеленные на изучение и обеспечение высокого уровня на­дежности ЭО на стадии его проекти­рования и изготовления, с другой – связанные с вопросами поддержания заданного уровня надежности в ходе его технического обслуживания и ремонта (ТОиР). Дополняя друг друга, данные исследования позволили в целом обеспечить определенный прогресс в сельском хозяйстве.

Особое значение вопрос повышения надежности приобретает для электрического двигателя (ЭД), как основного потребителя электроэнергии [1 – 4]. В процессе эксплуатации электродвигателей общепромышленного назначения, составляющих более половины всего парка двигателей, в условиях сельского хозяйства на интенсивность старения изоляции, как наиболее «слабого» и уязвимого элемента ЭД, влияют различные факторы: окружающая среда, режимы работы двигателя, техническое обслуживание и ремонт, а также текущее состояние электрической изоляции обмоток. В итоге, как правило, происходит ускоренное старение изоляции, результатом которого является выход ее из строя, и, как следствие, значительное сокращение реального срока службы электродвигателя по сравнению с заложенным заводом-изготовителем.

...

В первой половине 60-х годов появился целый ряд работ в области надежности, которые опреде­лили основные их направления [52 – 56]:

- исследование эксплуатационной надежности обмоток и анализ их отказов;

- создание методов количественной оценки показателей надежности и долговечности обмо­ток электродвигателей;

- исследование влияния конструкционных и технологических факторов на показатели надежности обмо­ток ЭД;

- анализ влияния эксплуатационных факторов на надежность изоляции обмоток двигателей и механизма ее из­носа;

- повышение надежности обмо­ток электродвигателей за счет разработки и создания новых систем изоляции, изоляционных материалов, пропиточных составов.

Исследованиями по перечисленным направле­ниям занимаются, преимущественно, ученые и специалисты, деятельность которых связана с по­вышением надежности электродвигателей на ста­дии их проектирования и изготовления. Вместе с тем необходимо признать, что вопросу изучения эксплуатационной надежности электрических машин, особенно в последнее время, уделяется недостаточно внимания. При этом следует заметить, что методы оценки показателей надежности изоляции по данным эксплуатации, хотя и считаются одними из самых достоверных, до настоящего времени не находили широкого применения из-за их невысокой оперативности. Ус­пехи в области разработки новых эффективных средств информационного контроля и управле­ния позволили несколько сместить вектор исследований в сторону интереса к этим методам [57 – 59].


...

Значительный вклад в развитие работ, связан­ных с исследованием эксплуатационной надеж­ности электрооборудования и электрических систем, в т. ч. в условиях сельскохозяйственного производства, сделан видными советскими и российскими учеными И. А. Будзко, В. Н. Андриа­новым, И. И. Мартыненко, Л. Г. Прищепом, Г. И. Назаровым, В. Ю. Гессеном, Н. М. Зулем, Т. Б. Лещинской, Ю. А. Судником, С. П. Лебедевым, А. А. Пястоловым, Р. М. Слави­ным, А. М. Мусиным, Г. П. Ерошенко, А. О. Грундулисом, Ф. Я. Изаковым, В. Н. Вануриным, Н. Н. Сырых, А. М. Худоноговым, Л. А. Саплиным, В. Н. Делягиным, А. Е. Немировским, В. А. Буториным, О. К. Никольским, О. И. Хомутовым, А. А. Сошниковым и многими их коллегами [10, 63, 65, 68 – 84].



...

Весь комплекс представленных в данной монографии результатов исследований вы­полнялся на базе кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» АлтГТУ. Ряд исследований, выполненных совместно с учеными кафед­ры под руководством доктора технических наук, профессора Хомутова О. И., успешно завершился защитой докторской диссертации автора, в которой предложены эффективные решения задач в области обеспечения надежности эксплуатации электрооборудования.

Устойчивое развитие научных исследований невоз­можно без прочных связей с пред­приятиями и научными организациями. Многолетними партнерами в рамках выполнения совместных научно-исследовательских работ яв­ляются филиал ОАО «МРСК Сибири»-«Алтайэнерго», ОАО «Сетевая компания Алтайкрайэнерго», ОАО «Алтайэнергосбыт», ООО «Барнаульская сетевая компания», Томский политехнический университет, Московский государственный агроинженерный университет, Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства и ряд других организаций и учреждений России.

...

Таким образом, целью выполненной работы является создание системы повышения надежности электродвигателей в сельском хозяйстве путем разработки методов и технических средств комплексной диагностики, а также теоретического обоснования способа интенсификации процессов тепломассопереноса и практической реализации электротехнологии восстановления изоляции обмоток для обеспечения высокой эффективности сельскохозяйственного производства и улучшения условий труда обслуживающего и ремонтного персонала.

В качестве объекта исследования выступают процессы изменения свойств изоляции обмоток в результате ее старения и восстановления.

Предметом научного исследованияявляется получение новых закономерностей протекания процессов изменения свойств изоляции обмоток, позволяющих осуществлять ее комплексную диагностику и эффективное восстановление в ходе эксплуатации и ремонта.

Для достижения цели работы сформулированы следующие основные задачи:

1) научно обосновать выбор метода оценки степени влияния факторов, воздействующих на состояние изоляции двигателя в реальных условиях эксплуатации и ремонта, а также разработать механизм и количественно оценить степень этого влияния;

2) исследовать и обосновать принципы диагностирования ЭД, а также разработать методы и современные технические средства комплексной диагностики на основе анализа закономерностей возникновения гармоник в спектре их внешнего магнитного поля (ВМП) и изменения параметров волновых затухающих колебаний (ВЗК) в обмотке при развитии различных дефектов;

3) построить математические модели, описывающие процессы старения и восстановления изоляции электродвигателей, устанавливающие взаимосвязь между параметрами переноса теплоты и массы под действием сил различной природы и значениями показателя качества изделий;

4) разработать единую эффективную электротехнологию разрушения связующего, пропитки и сушки изоляции обмоток ЭД по замкнутому циклу, а также создать методику оптимизации режимов технологического процесса;

5) выполнить анализ систем массового обслуживания (СМО) и составить математическое описание параметров СМО для группы двигателей сельскохозяйственного предприятия, оперируя показателями надежности каждого ЭД с учетом всех возможных связей данной системы с внешней средой, а также осуществить постановку и решение задачи оптимизации параметров СМО;

6) разработать систему автоматизированной оценки результатов диагностики ЭД и прогнозирования наработки до очередного контроля их состояния на основе соответствующих математических моделей, позволяющих оценить остаточный срок службы электродвигателя и спланировать сроки и объемы проведения профилактических мероприятий и ремонтов.

Методы исследования. Для решения основных задач исследования использованы системная методология анализа процессов старения изоляции и тепломассопереноса в капиллярно-пористых телах, методы теории подобия и моделирования с применением методов математической статистики и численных методов решения дифференциальных уравнений, логико-вероятностный метод расчета сложного изделия, математические методы оптимизации, численные методы аппроксимации функций, метод интегральных аналогов, а также методологии теории планирования экспериментов и информационно-логического анализа, обеспечивающие всестороннее исследование надежности двигателей, эксплуатирующихся в сельском хозяйстве.

Научная новизна работы. Впервые с использованием информационно-логического анализа получены модели процессов изменения свойств изоляции обмоток, дающие возможность выявить основные направления повышения ее надежности с минимальными затратами.

Построены математические модели магнитного поля двигателя и волновых затухающих колебаний в обмотке при диагностике изоляции с учетом ее состояния и конструктивных особенностей ЭД. Разработаны методы и технические средства комплексной диагностики электрических двигателей в условиях эксплуатации и ремонта, основанные на анализе гармонического состава спектра напряженности внешнего магнитного поля ЭД и параметров волновых затухающих колебаний в обмотке (патенты №№ 2208234, 2208236, 2283503), а также предложены критерии и методика оценки состояния ЭД в сельском хозяйстве.

Выявлены закономерности протекания процессов тепломассопереноса в капиллярно-пористых телах под действием градиентов давления и температуры, разработана математическая модель пропитки и сушки обмоток ЭД, устанавливающая зависимость выбранного и обоснованного показателя качества ремонта от воздействующих в процессе восстановления изоляции факторов. На основе полученной модели создана методика оптимизации режимов пропитки и сушки обмоток и объема восстановительных мероприятий.

Предложен и теоретически обоснован новый способ разрушения связующего обмоток двигателей на основе вакуумирования (патент № 2168831). Разработаны конструкции установок для пропитки и сушки изоляции ЭД (патент № 2191461).

Предложена стратегия обслуживания ЭД на предприятиях с различными технологиями ремонта для получения оптимального для заданных условий эксплуатации качества. При использовании разработанных технических средств диагностики электрических двигателей создана система прогнозирования дополнительной наработки до очередного контроля их состояния (патенты №№ 2208235, 2283501, 2283502).

...

Практическая значимость результатов исследований. Результаты проведенных исследований позволили развить научно-технические основы создания единой электротермовакуумной технологии разрушения связующего, пропитки и сушки электротехнических изделий по замкнутому циклу, а также разработать и внедрить новые методы и приборы диагностики в процессе применения на предприятиях АПК, обслуживания и ремонта, обеспечивающие получение достоверной информации при сравнительно низкой стоимости и простоте использования.

...

Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты работы использованы и внедрены на объектах Алтайского края и других регионов России и стран ближнего зарубежья. Метод комплексной диагностики электродвигателей внедрен на ООО «ТОУРАК» Алтайского района, ООО «Техногранд» Первомайского района, филиале ОАО «ФСК ЕЭС» - Западно-Сибирское предприятие магистральных электрических сетей, Барнаульском филиале ОАО «Кузбассэнерго» Барнаульских ТЭЦ-1, ТЭЦ-2 и ТЭЦ-3, ООО «Сибпромо» г. Барнаула.

Рекомендации по пропитке и сушке изоляции ЭД в условиях сельского хозяйства, а также методика оценки состояния изоляции и технические средства диагностики внедрены на производственно-ремонтном предприятии филиала ОАО «МРСК Сибири»-«Алтайэнерго», ОАО «Барнаульский шинный комбинат», ОАО «Завод синтетического волокна», ЗАО «Шадринское», крестьянских (фермерских) хозяйствах «Юг», «Луч», «Полюс» Калманского района, сельскохозяйственной артели (колхозе) «Первое мая», сельскохозяйственном производственном кооперативе «Советское», товариществе на вере «Горновское» Косихинского района Алтайского края.


...

Автор глубоко благодарен сотрудникам кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий», в особенности, Сташко В. И., Грибанову А. А., Рыбакову В. А. за помощь в проведении научных исследований и производственных испытаний, а также отдельно признателен своему отцу профессору Хомутову Олегу Ивановичу за неоценимый вклад в становление автора в качестве человека и ученого.





Скачать издание на сайте «ВИРТУАЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА»

Скачать издание




ЗАКАЗАТЬ CD В ИНТЕРНЕТ-МАГАЗИНЕ >>

Прочитано 1025 раз