WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ЯЩЕНКО СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

МОДЕРНИЗАЦИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИИ КЛАССА

НАГРЕВОСТОЙКОСТИ Н ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ,

ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ

Специальность 05.09.02 – Электротехнические материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования “Московский энергетический институт (технический университет)” на кафедре физики электротехнических материалов, компонентов и автоматизации электротехнологических комплексов и закрытом акционерном обществе “Электроизолит”.

Научный руководитель: доктор технических наук, проф. Серебрянников Сергей Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук Славинский Александр Зиновьевич

кандидат технических наук Длютров Олег Вячеславович

Ведущая организация: Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина (ФГУП ВЭИ)

Защита состоится “ 15 ” мая 2009 г. в 15:00 час. на заседании диссертационного Совета Д 212.157.15 при ГОУВПО “Московский энергетический институт (технический университет)” по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., д. 13, ауд. Е-205.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью организации, направлять по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., д.14, Ученый Совет.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУВПО “МЭИ (ТУ)”.

Автореферат разослан “___”_________2009 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

к.т.н., доцент М.В. Рябчицкий

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Одной из основных тенденций развития электротехнического оборудования является увеличение мощности и срока их службы, снижение габаритов и массы электрических машин, повышение класса нагревостойкости и, как следствие, их надежности.

Наиболее востребованными в модернизации на сегодняшний день являются электродвигатели, применяемые в транспорте (тяговые электродвигатели) и для добычи полезных ископаемых (тяговые электродвигатели для карьерных машин, рудничные, погружные). Причинами отказов электрических машин являются возрастающие нагрузки, несовершенство технологии их изготовления и ремонта, применяемые электроизоляционные материалы, несоответствующие современным требованиям.

За последние 5 лет актуальным стал вопрос о необходимости увеличения мощности и класса нагревостойкости электродвигателей, эксплуатируемых в тяжелых (экстремальных) условиях, повышения их надежности за счет применения новых электроизоляционных материалов и совершенствования технологии их ремонта.

Одним из направлений модернизации системы электрической изоляции тягового электродвигателя (ТЭД) является применение современных отечественных электроизоляционных материалов с повышенным коэффициентом теплопроводности, позволяющих увеличить ресурс электродвигателя и повысить нагревостойкость электрической изоляции. В свою очередь, применение новых электроизоляционных материалов требует совершенствования технологии их переработки в систему электрической изоляции при изготовлении и ремонте тяговых электродвигателей.

Цель работы и задачи исследования

Целью настоящей работы является разработка и исследование комплекса электроизоляционных материалов для создания системы электрической изоляции тягового электродвигателя, обеспечивающей как минимум удвоение гарантийного пробега электровозов с 175 тыс. км до 350 тыс. км и увеличение общего пробега до 1 млн. 600 тыс. км без капитального ремонта.

Диссертационная работа направлена на модернизацию существующих конструкций систем электрической изоляции отечественных тяговых электродвигателей на основе применения новых электроизоляционных материалов и оптимизации технологических режимов при их ремонте. Применение современных материалов с повышенным коэффициентом теплопроводности и оптимизация технологических режимов ремонта позволит увеличить класс нагревостойкости системы электрической изоляции, надежность и срок службы тяговых электродвигателей при эксплуатации в экстремальных условиях.

Основные задачи работы

  1. Анализ причин выхода из строя тяговых электродвигателей и технологии их изготовления, выявление причин выхода их из строя по вине электрической изоляции.
  2. Анализ существующих технологий изготовления систем электрической изоляции ТЭД.
  3. Разработка основных принципов модернизации и технологии изготовления системы электрической изоляции, устраняющих основные недостатки изоляции тяговых электродвигателей, выявленных по данным эксплуатации.
  4. Оценка технических характеристик и свойств новых компонентов системы электрической изоляции.
  5. Разработка технических требований к материалам, входящим в систему электрической изоляции. Исследование основных параметров системы электрической изоляции.
  6. Апробация материалов и технологии изготовления системы электрической изоляции.

Научная новизна

  1. Определены значения параметров электрических, тепловых и технологических свойств модернизированной системы электрической изоляции тяговых электродвигателей с применением новых отечественных электроизоляционных материалов на основе олигоэфиримидов.
  2. На основании изученной текучести связующего в пропитанных лентах и ее зависимости от температуры и давления в ходе нагнетательной пропитки композиционных материалов определены оптимальные технологические параметры изготовления системы электрической изоляции, обеспечивающей эксплуатационный ресурс работы тягового электродвигателя не ниже расчетного.
  3. Определены значения коэффициентов теплопроводности и их зависимости от температуры в диапазоне температур от 0 до 250°С для компонентов модернизированной системы электрической изоляции тяговых электродвигателей.

На защиту выносятся следующие положения:

  • модернизированные компоненты системы электрической изоляции тяговых электродвигателей, которые соответствуют требованиям, предъявляемые к изоляции ТЭД;
  • технологические режимы пропитки компонентов системы электрической изоляции тягового электродвигателя, улучшающие электрические и тепловые свойства системы электрической изоляции электродвигателя;
  • экспериментальные данные изменения теплопроводности компонентов, входящих в модернизированную систему электрической изоляции тяговых электродвигателей класса нагревостойкости Н.

Практическая ценность исследований

Выявлены пути совершенствования системы электрической изоляции тяговых электродвигателей за счет:

  • применения новых пропиточных составов на основе олигоэфиримида для изготовления компонентов системы электрической изоляции тяговых электродвигателей;
  • оптимизированной технологии пропитки компонентов системы электрической изоляции тяговых электродвигателей с применением новых электроизоляционных материалов;

достижения высоких значений параметров теплофизических и электрических свойств модернизированной системы электрической изоляции тяговых электродвигателей, изготовленных по разработанной технологии, в сравнении с известной технологией.

Практическое применение результатов исследования

  1. На Восточно-Сибирской железной дороге проходит эксплуатационные испытания локомотив ВЛ-80, укомплектованный тяговыми электродвигателями НБ-418к6 с системой электрической изоляции класса нагревостойкости Н на основе новых электроизоляционных материалов (Элпласт-180ИД, Элизтерм-180Т, Элизтерм-180ТПМ). Опытные работы по ремонту тяговых электродвигателей проводились на Улан-Удэнском ЛВРЗ.
  2. ЗАО “Электроизолит” совместно с ОАО “ВЭлНИИ” (Всероссийский научно-исследовательский институт электровозостроения) провели ресурсные испытания системы электрической изоляции класса нагревостойкости Н на основе новых отечественных электроизоляционных материалов. Полученные результаты послужили основанием для разработки технической документации по применению исследованных электроизоляционных материалов при ремонте тяговых электродвигателей.
  3. Проектно-конструкторское технологическое бюро (ПКТБ) по локомотивам разработало и утвердило технологическую инструкцию ТИ 103.11.483-2007 “Технологическая инструкция на изолировку, пропитку, окраску и сушку электрических машин с системой изоляции класса нагревостойкости Н” для внедрения и практического применения исследованных электроизоляционных материалов класса нагревостойкости Н на электровозоремонтных заводах ОАО “РЖД”.
  4. Переработана и утверждена ПКТБ по локомотивам конструкторская документация тягового электродвигателя ТЛ-2К1 для локомотивов ВЛ-10 (ВЛ-11) с применением новых отечественных электроизоляционных материалов класса нагревостойкости Н.
  5. Получено положительное решение о выдаче патента по заявке на изобретение “Способ изготовления изоляции обмоток электрических машин”, регистрационный номер заявки № 2008118296 (021135) от 12.05.08 г.
  6. Опытно-промышленное применение новых электроизоляционных материалов по разработанным технологии и конструкторской документации осуществляется на Челябинском ЭРЗ при ремонте тяговых электродвигателей ТЛ-2К1.

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались на IV Международной научно-технической конференции “Электрическая изоляция - 2006” (Санкт-Петербург, май 2006 г.), на XI и XII Международных конференциях “Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты” (Крым, Алушта сентябрь 2006 г. и сентябрь-октябрь 2008 г.), на V Международном симпозиуме ЭЛМАШ – 2004 и на VI Международном симпозиуме ЭЛМАШ – 2006 “Перспективы и тенденции развития электротехнического оборудования”.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 103 наименований, содержит 124 страницы, 36 иллюстраций и 8 таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулирована цель работы, представлены основные положения, выносимые на защиту, изложена научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе рассмотрены достижения как в мировой, так и в отечественной промышленности по применению электроизоляционных материалов класса нагревостойкости Н и систем электрической изоляции тяговых электродвигателей.

Проведен анализ причин выхода из строя тяговых электродвигателей электровозов, из которого видно, что более 50% отказов двигателей связано с изоляцией. Среди них 40% составляет пробой корпусной изоляции, 6% межвитковые замыкания и 5% низкое сопротивление изоляции. По данным ОАО “РЖД”, в эксплуатации в настоящее время находится более 80000 ед. ТЭД электровозов, изготовленных до 1995 г. Их ремонтом занимаются 6 заводов. Из общего числа эксплуатируемых двигателей 25000 ед. составляют тяговые электродвигатели ТЛ-2К1. Их изготовление прекращено еще в 1985 г. Ремонт данных двигателей производят два предприятия: Екатеринбургский и Челябинский электровозоремонтные заводы. Установлено, что большое количество выходов из строя происходит в первые 200000 км пробега, с гарантийным пробегом на этот двигатель 120000 км. На рисунке 1 представлены распределения отказов ТЭД ТЛ-2К1 по пробегам после капитального ремонта на заводах.

Причины выхода из строя могут быть разные: несоответствующая эксплуатация тягового электродвигателя; применяемые материалы при проведении ремонта (как электроизоляционные, так и конструкционные); технология проведения ремонта.

Рассмотрены применяемые материалы в России и за рубежом при ремонте тяговых электродвигателей и технология их ремонта. Показано, что практически все ремонтные предприятия используют электроизоляционные материалы, не соответствующие конструкторской документации. Это объясняется тем, что многие электроизоляционные материалы, заложенные в конструкторскую документацию, перестали выпускаться их производителями. Изменения в конструкторскую документацию вносились на каждом заводе индивидуально под конкретный материал. Технологические режимы пропитки и термообработки не пересматривались. Для переработки многих материалов необходимо более современное технологическое оборудование.

Анализ технологии изготовления системы электрической изоляции тягового электродвигателя показал, что применяемые пропитанные стеклослюдинитовые ленты ухудшают тепловые и электрические характеристики машины, значительно снижая ее ресурс. Пропитанные стеклослюдинитовые ленты используются в качестве корпусной изоляции катушек, количество слоев может быть от 4 до 8 (в зависимости от изолируемой катушки), а так как такие ленты пропитаны лаковыми составами, летучие вещества, выделяемые при термообработке изолированного узла, отрицательно влияют на характеристики машины (изоляция не монолитная, между слоями имеются “воздушные” прослойки).

По существующей в настоящее время технологии узлы ремонтируемых тяговых электродвигателей подвергаются пропитке методом окунания в лак (ФЛ-98, МЛ-92, ГФ-95). Эти лаки имеют класс нагревостойкости В. Перед пропиткой изолированный стеклослюдинитовой лентой узел подвергается “сушке” при высоких температурах в течение длительного времени. На рисунке 2 представлена диаграмма проведения процесса пропитки узлов тягового электродвигателя в пропиточном лаке ФЛ-98.

В соответствии с ранее действующими технологическими инструкциями предварительная сушка необходима для удаления влаги из внутренних слоев изоляции. При такой “сушке” наружные слои изоляции полимеризуются быстрее внутренних, тем самым создают так называемый “чехол”, препятствующий удалению летучих из внутренних слоев. При окунании в лак такой изоляции происходит ее лакировка и заполнение микротрещин на ее поверхности. Внутренняя часть изоляции остается рыхлой и не монолитной.

Выход из строя тяговых электродвигателей по причине пробоя корпусной изоляции в большей степени можно объяснить технологией пропитки и применяемыми материалами. Межвитковые замыкания также объясняются применяемой технологией.

Во второй главе подробно рассмотрены тепловые свойства электроизоляционных материалов, входящих в модернизированную систему изоляции. Теоретически рассмотрено влияние воздушных включений в материалах и системе электрической изоляции на их тепловые свойства.

Экспериментально определены значения коэффициентов теплопроводности () компонентов модернизированной системы электрической изоляции.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»