Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и основные задачи исследований 12
1.1 Условия эксплуатации и статистика отказов электродвигателей 12
1.2 Исследование факторов, воздействующих на изоляцию электродвигателей в процессе их эксплуатации, и пути повышения их надежности 22
1.3 Структурная схема обеспечения качества изоляции с использованием методов и средств пропитки и сушки 40
1.4 Выводы 43
2 Теоретические исследования влияния процессов пропитки и сушки изоляции электродвигателей на срок их службы 45
2.1 Обоснование методов оценки степени влияния внешних воздействующих факторов на состояние изоляции 45
2.2 Исследование закономерностей тепломассопереноса в изоляции электродвигателей и определение факторов, влияющих на качество пропитки и сушки 64
2.3Анализ и выбор алгоритма оптимизации процесса пропитки и сушки 78
2.4 Выводы 84
3 Экспериментальные исследования зависимости качества изоляции от режимов пропитки и сушки 86
3.1 Экспериментальные исследования влияния параметров режимов пропитки и сушки на качество изоляции 86
3.2 Построение зависимости качества пропитки и сушки обмоток электродвигателей от параметров режимов пропитки и сушки 97
3.3 Разработка и обоснование методики оптимизации процесса пропитки и сушки обмоток электродвигателей 99
3.4 Выводы 102
4 Построение модели прогнозирования наработки до отказа электродвигателей 104
4.2 Построение уравнения логической зависимости наработки до отказа от воздействующих на электродвигатель в процессе эксплуатации факторов 111
4.3 Выводы 118
Заключение 120
Литература 123
- Исследование факторов, воздействующих на изоляцию электродвигателей в процессе их эксплуатации, и пути повышения их надежности
- Исследование закономерностей тепломассопереноса в изоляции электродвигателей и определение факторов, влияющих на качество пропитки и сушки
- Построение зависимости качества пропитки и сушки обмоток электродвигателей от параметров режимов пропитки и сушки
- Построение уравнения логической зависимости наработки до отказа от воздействующих на электродвигатель в процессе эксплуатации факторов
Введение к работе
Актуальность темы. Сельскохозяйственное производство обусловливает широкое применение электроэнергии во всех его отраслях. Самым распространенным и энергоемким потребителем электроэнергии, расходуемой на производственные цели, в настоящее время является электропривод.
Условия эксплуатации электропривода в сельскохозяйственном производстве существенно отличаются от промышленных. Это объясняется децентрализованностью его размещения, использованием электропривода в помещениях с наличием химически активных газов при повышенной влажности, отсутствием технических средств, обеспечивающих равномерность загрузки рабочих машин, нехваткой квалифицированных специалистов, сезонностью работы и др. В этих условиях ежегодный выход электродвигателей из строя велик и иногда достигает по отдельным, зонам 20-25 %.
Важнейшим условием эффективного функционирования любого сельскохозяйственного предприятия является безотказность работы установленного там технологического электрооборудования (ЭО), которая определяется надлежащей организацией системы поддержания его эксплуатационной надежности (СПЭН). Снижение затрат на поддержание и восстановление работоспособности оборудования в процессе эксплуатации и ремонта - весьма важная задача для промышленных и сельскохозяйственных потребителей в настоящее время, когда большинство из них испытывает большие финансовые трудности.
Длительная и безаварийная работа двигателей во многом определяет эффективность всего производства. Поэтому повышение эффективности производства напрямую зависит от надежной работы электродвигателей, поскольку отказы в их работе ведут к остановке отдельных механизмов и часто к полному прекращению всего производственного процесса [14, 15]. Аварийность электродвигателей наносит большой ущерб сельскохозяйственному производству. Этот ущерб слагается из прямого ущерба (стоимости электродвигателя или его капитального ремонта и расходов по его замене) и технологического ущерба, который наносится производству из-за простоя технологического оборудования или порчи продукции, следствие аварии электродвигателя. В среднем каждая авария электродвигателя наносит сельскохозяйственному производству ущерб 10000-12000 руб. Однако ущерб значительно увеличивается при авариях электродвигателей в крупных автоматизированных комплексах, когда авария одного электродвигателя влечет за собой остановку целого ряда технологически связанного оборудования. Особо большой ущерб сельскому хозяйству наносят аварии электродвигателей погружных насосов.
В настоящее время в сельском хозяйстве страны эксплуатируется более 4 млн. электродвигателей. При аварийности электродвигателей хотя бы в 1 % сельское хозяйство страны ежегодно может терпеть ущерб, превышающий 500 млн. руб. Это обстоятельство требует более действенных мер по определению времени до выхода из строя электродвигателя - наработки до отказа - наработка объекта от начала эксплуатации до возникновения первого отказа. Определив наработку до отказа руководители сельскохозяйственных производств и начальники энергетических служб в сельском хозяйстве смогут вовремя предупредить аварию и следовательно предприятия не понесут огромные экономические убытки.
Статистика показывает, что электродвигатели выходят из строя из-за: повреждения изоляции обмоток (90 %), разрушения подшипников (5 %) и различных других причин (5 %).
Для обеспечения длительной и безотказной работы асинхронных электродвигателей (АД) на предприятиях, как правило, следят за состоянием изоляции на протяжении всего срока службы двигателя, используя простейшие методы диагностики и контроля, а также простые технические средства. На некоторых предприятиях плановый предупредительный ремонт осуществляется вне зависимости от состояния изоляции, так как для её" оценки часто нет ни необходимых приборов, ни специалистов, а иногда и просто нет времени. Сказанное выше относится в первую очередь к сезонно эксплуатируемому электрооборудованию. Если в процессе эксплуатации повысить надёжность электропривода можно за счёт уменьшения времени между профилактическими осмотрами, то невыполнение предэксплуатационного ремонта, пусть даже электродвигатель будет абсолютно новым, может привести к отказу в первые минуты работы. Вполне очевидно, что проведение диагностирования сезонно используемого оборудования в период, предшествующий эксплуатации, позволит поддерживать его надёжность на высоком уровне. По крайней мере, при правильной эксплуатации можно быть уверенным, что неожиданных отказов в самый ответственный момент работы не будет. Следуя по такому пути решения проблемы обеспечения эксплуатационной надёжности ЭД необходимо учитывать, что основу диагностического аспекта надёжности составляет совокупность принципов и методов оценки технического состояния объектов.
Одним из наиболее действительных средств поддержания оборудования в должном техническом состоянии и продления его жизни является, как известно, своевременный и качественный ремонт. Объем и сложность ремонтируемого электрооборудования непрерывно растет, в связи, с чем возникает необходимость в постоянном совершенствовании технологии и сокращении сроков ремонта, привлечении к работам по ремонту электрооборудования наиболее квалифицированных рабочих.
В настоящее время на ремонтных предприятиях, обслуживающих предприятия агропромышленного комплекса и промышленности, распространение получили технологии пропитки и сушки изоляции, обеспечивающие различные уровни её качества. Одним из путей повышения эффективности использования существующих технологий ремонта изоляции АД является обоснование параметров технологического процесса её пропитки и сушки на основе их оптимизации. На сегодняшний день из всех существующих способов восстановления изоляции АД наиболее востребованным является вакуумный метод. Единственным, но существенным недостатком данного метода является его дороговизна, поэтому оптимизация данного метода по экономическим критериям является актуальной задачей.
По этой причине была поставлена цель рассчитать рациональные режимы процесса пропитки и сушки обмоток АД вакуумным способом, обеспечивающие минимум затрат при неизменном показателе качества.
Полученная модель позволит определить количественную оценку влияния каждого из факторов на показатель качества ремонта, степень совместного влияния на выходной параметр. На основании модели и расчёта затрат на проведение пропитки и сушки становиться возможным выбор рациональных режимов, что позволяет говорить об оптимизации метода по экономическим критериям. Главное предназначение теории тепломассопереноса состоит в теоретическом обосновании выбора наиболее значимых параметров технологического процесса пропитки и сушки изоляции, а также в подтверждении выводов о количественном влиянии факторов ремонта на выходное качество.
Применение полученных рациональных значений параметров ремонта обмоток АД вакуумным методом на производстве позволит снизить затраты на его проведение, при этом качество восстановленной изоляции не будет ухудшаться.
Целью настоящей диссертационной работы является разработка системы прогнозирования срока службы электрических двигателей на основе логической зависимости, позволяющей дать количественную оценку степени влияния на показатель наработки до отказа факторов, воздействующих на электродвигатель в процессе эксплуатации, а также пропитки и сушки изоляции АД как одного из важнейших этапов ремонта. Объект исследования. Процессы изменения состояния изоляции электродвигателей под влиянием внешних воздействующих факторов.
Предмет исследования состоит в выявлении логической зависимости показателя наработки до отказа от воздействующих на электродвигатель в процессе эксплуатации и ремонта факторов.
Основные задачи:
— обоснование целесообразности прогнозирования наработки до отказа электродвигателей в сельском хозяйстве;
- выбор и обоснование методов оценки степени влияния внешних воздействующих факторов на состояние изоляции асинхронных двигателей;
- исследование используемых на практике технологий пропитки и сушки, а также разработка математической модели пропитки и сушки изоляции электродвигателей, устанавливающей взаимосвязь между параметрами процесса пропитки и сушки изоляции и значениями показателя качества ремонта;
— разработка методики оптимизации параметров пропитки и сушки изоляции электродвигателей;
- построение зависимости, позволяющей оценить степень влияния внешних воздействующих факторов на наработку до отказа АД;
— разработка экспертной системы прогнозирования срока службы электрических двигателей на основе математической модели прогнозирования наработки до отказа АД, позволяющей оценить остаточный срок службы электродвигателя при дестабилизирующем воздействии внешних факторов.
Методы исследования. При выполнении работы использовались методы математического моделирования, математической статистики, теории случайных функций, теории оптимизации, информационно-логический анализ. Экспериментальная часть исследования выполнена с помощью компьютерного моделирования и натурных экспериментов. Научная новизна. Разработана математическая модель процесса пропитки и сушки изоляции АД, устанавливающая взаимосвязь между воздействующими в процессе пропитки и сушки изоляции факторами и показателем качества ремонта. На основе данной модели создана методика оптимизации параметров пропитки и сушки изоляции АД.
Разработана экспертная система прогнозирования срока службы электрических двигателей на основе математической модели прогнозирования наработки до отказа АД, позволяющая оценить остаточный срок службы изоляции электродвигателя при дестабилизирующем воздействии внешних факторов, а также учитывающая качество проведенных восстановительных мероприятий.
Практическая значимость. Использование полученной математической модели и современных средств вычислительной техники дает возможность повысить эффективность сельскохозяйственного производственного процесса путём прогнозирования наработки до отказа АД в условиях реального производства. Разработанные модели оценки срока службы АД могут быть использованы при эксплуатации парка электродвигателей агропромышленных предприятий Алтайского края, а также за его пределами. Применение данной системы позволит снять с человека большую часть трудоемкого процесса принятия решений при планировании ремонта и, тем самым, значительно сократить время на проведение вычислительных операций.
Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты работы использованы и внедрены на объектах агропромышленного комплекса Алтайского края. Разработанная методика и рекомендации по восстановлению работоспособности АД, а также модель прогнозирования наработки до отказа АД, работающих в условиях сельскохозяйственного производства, внедрены на ОАО Алтайский приборостроительный завод «Ротор», ООО «Агропромэнерго» г. Камень-на-Оби, ЗАО «Тайминское» Красногорского района, ЗАО «Горный нектар» Красногорского района, ООО «Восточное» с. Целинное, ООО АКХ «Ануйское» Петропавловского района.
Апробация. Основные положения были доложены и одобрены на Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Техника. Инновации» (Новосибирск, 2003 г.), IV Международной научно-технической конференции «Электрическая изоляция» (Санкт-Петербург, 2006 г.), IV Всероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука - региону» (Вологда, 2006 г.), Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь» (Барнаул, 2006-2007 гг.), Международной научно-технической конференции «Измерение, контроль, информатизация» (Барнаул, 2006-2007 гг.), II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» (Тольятти, 2007 г.), IX научно-практической конференции "Молодежь - Барнаулу" (Барнаул, 2007 г.), ежегодных научно-технических конференциях студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава АлтГТУ (Барнаул, 2004-2007 гг.).
На защиту выносятся:
- математическая модель процесса пропитки и сушки изоляции АД, устанавливающая зависимость показателя качества ремонта от воздействующих в процессе пропитки и сушки на обмотку факторов;
- методика оптимизации параметров пропитки и сушки изоляции АД, позволяющая с учётом специфики и сезонности работы электродвигателей на предприятиях АПК разрабатывать рекомендации по режимам выполнения восстановительных мероприятий в каждом конкретном случае;
- экспертная система прогнозирования срока службы электрических двигателей на основе математической модели прогнозирования наработки до отказа АД, позволяющей оценить остаточный срок службы электродвигателя при дестабилизирующем влиянии во время эксплуатации внешних воздействующих факторов. Публикации. По материалам проведенных исследований опубликовано 25 печатных работ, из них 1 монография и 1 учебное пособие.
Автор выражает искреннюю благодарность Хомутову Станиславу Олеговичу и Грибанову Алексею Александровичу за помощь в работе над диссертацией, ценные советы, замечания и предложения.
Исследование факторов, воздействующих на изоляцию электродвигателей в процессе их эксплуатации, и пути повышения их надежности
В процессе эксплуатации на электрооборудование воздействуют многие факторы. Те из них, которые ухудшают его свойства и снижают надежность, называют дестабилизирующими воздействиями. Их число велико особенно в условиях сельского хозяйства. Наибольшее дестабилизирующее воздействие оказывают: окружающая среда, характер нагрузки, качество электрической энергии, нестабильная занятость в течение года и суток.
Условия эксплуатации в сельском хозяйстве отличаются разнообразием негативно воздействующих на электродвигатель факторов. Принципиально все факторы можно разделить на две группы: внешние, обусловленные воздействием окружающей среды и условий работы АД, и внутренние, определяемые воздействием человека в процессе изготовления и эксплуатации (рисунок 1.4).
Внутренние факторы определяют старение и износ оборудования. Под старением подразумевают естественный процесс постепенного изменения физических и химических свойств материалов. Износ обусловлен, в основном, трением, а также действием электрического тока и напряжения.
Внешние факторы можно разделить на три группы: климатические, механические, технологические. К климатическим факторам относятся: температура, влажность, примеси в воздухе. Действие температуры выражается в изменении размеров узлов электродвигателя. Особенно опасны в этом отношении резкие периодические изменения температуры. Воздействие механических (вибрации) и термомеханических нагрузок обусловливает механическое старение узлов электродвигателей. Среди технологических факторов, воздействующих на электродвигатель при эксплуатации в сельском хозяйстве, следует выделить химически-агрессивные примеси в воздухе, загруженность работой и качество электрической энергии. Условия окружающей среды определяют дестабилизирующие воздействия на электрооборудование в период работы и простоя. В этой группе выделяют климатические условия, место размещения, запыленность, загазованность, влажность, уровень вибрации и другие воздействия, вызывающие ухудшение свойств электрооборудования.
Климатические факторы могут быть естественными - при размещении электрооборудования на открытом воздухе (наружные установки) — или искусственными - при размещении электрооборудования внутри сельскохозяйственных помещений (внутренние установки). Основные климатические параметры - температура, влажность и загрязненность атмосферы. По этим признакам Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) и Правилами технической эксплуатации (ПТЭ) предусмотрена классификация производственных помещений и наружных установок.
Почти 50 % всех видов электрооборудования размещены во влажных, сырых и очень сырых сельскохозяйственных помещениях. Под воздействием влаги ухудшаются свойства изоляции, создаются условия для образования на деталях электрооборудования плесени. При относительной влажности выше 60 % активно проявляется атмосферная коррозия металлов.
В животноводческих помещениях с естественной вентиляцией условия для работы электрооборудования наиболее тяжелые, так как относительная влажность в них приближается к 100 %, а содержание наиболее агрессивного компонента (аммиака) превосходит зоогигиеническую норму в несколько раз (до 10), всегда имеют место сероводород и углекислый газ.
Около 10 % электрооборудования работает в атмосфере с повышенной запыленностью (на зернотоках, мельницах, в кормоцехах и т. п.). Наличие в пыли абразивных частиц приводит к повышенному износу вращающихся элементов оборудования. Пыль многих материалов хорошо поглощает из атмосферы агрессивные газы и влагу, что приводит к образованию коррозии, снижению сопротивления изоляции и пробою по поверхности. Осаждающаяся пыль ухудшает теплоотдачу электрооборудования, вызывает повышенный нагрев изоляции и сокращает срок службы электрооборудования. Для оценки остаточного срока службы изоляции используется величина, обратная сроку службы изоляции, называемая износом изоляции. Она показывает, какая часть полного срока службы израсходована за год. Износ (в процентах) за какой-либо промежуток времени определяют по формуле 1.1: где Т -промежуток временив долях года;
А - срок службы изоляции при температуре, равной нулю. Электрооборудование, как правило, работает при переменных нагрузке и температуре охлаждающей среды, при этом износ рассчитывается по формуле 1.2:
Возможны другие условия теплового старения изоляции — сравнительно кратковременное действие температур, существенно превышающих допустимые рабочие температуры. Такие условия возникают, как правило, при местных перегревах: замыкание ряда элементарных проводников в пазовой части стержня с быстрым ростом температуры в месте замыкания, излом проводника со случайным контактом в месте излома [5]. В термореактивной изоляции последствия местных перегревов по внешним признакам мало отличаются от последствий теплового старения, за исключением обугливания изоляции, которое наступает при температурах порядка сотен градусов.
В зимний период для электродвигателей в большинстве животноводческих помещений, где температура не превышает 10...15 С, можно допускать длительную перегрузку до 20 - 30 % сверх номинальной. Такая же перегрузка допустима и для электродвигателей, установленных в колодцах на насосах. Электродвигатели, работающие зимой на открытом воздухе (под навесом), для привода пилорам, соломорезок, сортировок могут перегружаться еще больше.
Низкие температуры окружающей среды, при которых работают, например, навозоуборочные транспортеры, приводят к примерзанию транспортера к лотку, по которому он перемещается, и электродвигатель при пуске оказывается «заклиненным». Влияние высоких температур, как и низких является одним из самых существенных факторов, влияющих на работу любого электродвигателя [8].
Во время нормальной работы электрической машины изоляция ее не подвергается опасности увлажнения. Увлажнение изоляции при работе машины возможно лишь при попадании воды на обмотку. Увлажнение изоляции от действия влажного воздуха возможно только тогда, когда машина не работает (во время транспортировки, монтажа, длительного ремонта и т. п.). При этом разные части изоляции увлажняются по-разному в зависимости от материала, из которого они сделаны. Значительно более интенсивно идет процесс поверхностного увлажнения, однако такое увлажнение легко устраняется подсушкой изоляции на воздухе даже без нагрева. Только при наличии дефектов увлажнение может существенно сказаться на пробивном напряжении изоляции. Такими дефектами могут быть трещины, образовавшиеся при укладке стержней и подгонке головок из-за неправильной формы лобовых частей или нарушения технологии укладки. Другим дефектом может явиться недостаточная пропитка изоляции и плетеного стержня термореактивным компаундом.
Сильное поверхностное увлажнение изоляции и особенно покровной ленты, казалось бы, не связанное с пробивным напряжением, может, тем не менее, явиться причиной пробоя стержней двигателей при их испытаниях до укладки: при таком увлажнении может происходить существенное увеличение токов, текущих по поверхности лобовых частей, и, поскольку при таких испытаниях применяются относительно высокие испытательные напряжения, возможен значительный местный перегрев отдельных участков изоляции, приводящий к пробою.
Исследование закономерностей тепломассопереноса в изоляции электродвигателей и определение факторов, влияющих на качество пропитки и сушки
Теория тепло- и массопереноса, являющаяся научной основой многих теплоэнергетических процессов, очень сложна, разработана недостаточно, и поэтому современная теория тепло- и массообмена в основном является феноменологической теорией, базирующейся на гидродинамике и термодинамике сплошных сред. Благодаря работам европейских физиков, создан новый мощный метод феноменологического исследования явлений переноса, называемый термодинамикой необратимых процессов, или термодинамикой неравновесных состояний. Получаемые решения, несмотря на значительные математические трудности, представляют несомненный интерес не только для расчета процессов тепло- и массопереноса, но и для изучения основных закономерностей тепло- и массообмена, в частности, для разработки новых методов пропитки и сушки обмоток статоров АД. Для понимания процессов тепломассопереноса в обмотке электрических машин нам необходимо знать физико-химическую структуру как самой обмотки, так и изоляционных материалов, являющихся неотъемлемой ее частью.
Очевидно, что обмотку двигателя можно считать пористым телом, состоящим из капилляров или узких каналов, которые расположены по длине статорного паза прямолинейно. Сечение таких капилляров есть криволинейный треугольник. Пористое тело характеризуется такими параметрами как пористость, проницаемость и рядом других. Под пористостью обмотки статора электродвигателя понимается отношение объема пор Vnop к объему тела обмотки Vmai. В нашем случае объемная пористость Пу будет равна поверхностной пористости lis , которая равна отношению поверхности пор к общей поверхности тела обмотки статора. Как известно, механическая пористость любых покрытий уменьшается с увеличением их толщины и ростом числа наносимых слоев. Для каждого покрытия существует минимальная толщина беспористых покрытий Smin, которая зависит от материала, вида подложки, способа нанесения и других факторов. Она весьма мала (составляет доли или единицы микрометров) при получении покрытий из газовой фазы и гораздо больше (достигает десятков и сотен микрометров) при получении их из жидких сред.
В соответствии с пористостью изменяется и проницаемость покрытий Kf, являющаяся свойством пористого материала пропускать через себя жидкость, и представляющая собой проводимость материала по отношению к жидкости. Проницаемость среды как связки тонких трубок определяется по формуле: где кг - безразмерная постоянная, зависящая только от геометрической формы поперечного сечения трубок; Sy - полная поверхность капилляров в единице объема тела; 77 - пористость материала. С точки зрения обеспечения защитных свойств покрытий проницаемость играет большую роль. Являясь показателем, определяемым свойствами материала пленки и внешней контактирующей с ней среды, она характеризует комплекс изолирующих свойств покрытий, их способность противодействовать проникновению жидкостей, паров и газов к поверхности подложки из окружающей среды. Как известно, проникновение вещества через пленку складывается из: - адсорбции (растворения); - диффузии; - десорбции с другой стороны пленки. В процессе адсорбции участвуют как минимум два компонента: - твердое вещество, на поверхности или в объеме пор которого происходит концентрирование поглощаемого вещества, называется адсорбентом; - поглощаемое вещество, находящееся в газовой или жидкой фазе, называется адсорбтивом, а после того как оно перешло в адсорбированное состояние - адсорбатом. Любое твердое вещество обладает поверхностью и, следовательно, потенциально является адсорбентом. Таким образом, обмотка статоров асинхронных электродвигателей с развитой внутренней поверхностью может быть представлена как твердый адсорбент [76]. Несмотря на многообразие характера адсорбционных сил, все адсорбционные явления можно разделить на два основных типа: физическую адсорбцию и сорбцию, основанную на силах химического взаимодействия. Разновидностью адсорбции является капиллярная конденсация, зависящая от связей адсорбируемого вещества, находящегося в жидком состоянии, с поверхностью адсорбента. Иногда перечисленные виды адсорбции сопутствуют друг другу. Так, в процессах поглощения адсорбентами, имеющими поры различных размеров, часто совмещаются как физическая адсорбция, так и капиллярная конденсация. При отсутствии сильного взаимодействия между сорбентом и сорбатом равновесие устанавливается довольно быстро и скорость суммарного процесса определяется скоростью процесса диффузии, описываемого уравнением Фика
Построение зависимости качества пропитки и сушки обмоток электродвигателей от параметров режимов пропитки и сушки
В случае выбора стратегии минимизации времени ремонта при ограничении срока службы и единого экономического критерия производится последовательный отбор вариантов по условиям ограничения значений единого экономического критерия и ограничения минимального срока службы. Из оставшихся выбирается вариант с минимальным значением времени ремонта.
Для оценки по экономическому критерию необходимо рассчитать себестоимость ремонта двигателя. Отметим, что себестоимость ремонта определяется затратами его производителя. Технологический процесс пропитки и сушки обмоток электродвигателей состоит из трёх этапов: сушки до пропитки, пропитки и сушки после пропитки. Рассмотрим составляющие затрат на каждый этап. Прежде всего отметим, что для получения себестоимости ремонта будем использовать совокупность двух составляющих: эксплуатационных затрат и затрат на работу установки.
Рассмотрим затраты на работу сушильной установки. Стоимостным показателем израсходованной электроэнергии является тариф. В процессе работы установку обслуживает персонал, показателем работы которого является часовая тарифная ставка. Чтобы узнать затраты на работу установки требуется сложить затраты на израсходованную электроэнергию, на работу обслуживающего персонала. Математическая запись всего вышесказанного выглядит следующим образом: где Ср - затраты на работу установки, руб; Э/ - потребляемая электроэнергия при сушке, кВт»ч; / - время сушки, ч; Ъ - дополнительная ставка тарифа на электроэнергию, руб/кВт#ч; Ч- численность обслуживающего персонала, чел; Сп - часовая тарифная ставка, руб/ч. Рассмотрим затраты на работу пропиточной установки. Они складываются из затрат на лак, на потреблённую электроэнергию, на работу обслуживающего персонала. В общем виде формула для определения затрат на работу установки выглядит так: где Ч2 - численность обслуживающего персонала, чел; С„2 - часовая тарифная ставка; Э? - потребляемая электроэнергия при пропитке электродвигателя; з - время работы привода; Ъ -дополнительная ставка тарифа на электроэнергию; тл - масса лака, израсходованного на пропитку электродвигателя; Цл - стоимость лака. Рассмотрим капитальные затраты на пропитку. Стоимость установки будем определять путём суммирования затрат на отдельные составные части установки. Установка состоит из двух автоклавов, вакуумных задвижек, соединительных трубопроводов, вакуумного и нагнетающего насосов. Стоимость всех составных частей, кроме двух последних, определим как стоимость материала и стоимость работ по изготовлению составных частей установки. Эксплуатационные затраты состоят из стоимостей ремонта, амортизационных отчислений и прочих затрат. Амортизационные отчисления определяются как: где Иа - амортизационные отчисления; а - норма амортизационных отчислений, %; К - стоимость установки. Издержки на ремонт определяются как где Нр - норма издержек на ремонт, %. Прочие расходы Ипр определим как Себестоимость сушки электродвигателя определится как где п - производительность установки, ремонт/год. Себестоимость пропитки электродвигателя определится как Себестоимость ремонта одного электродвигателя определится как где ССд„ - себестоимость сушки до пропитки; Сс„„ - себестоимость сушки после пропитки. Все три технологические стадии производиться в одной установке и, поэтому, эксплуатационные расходы должны учитываться только один раз. В нашем случае расчет производится только для переменной составляющей затрат для удобства оценки экономической эффективности различных режимов работы установки. Выделим следующие части установки, потребляющие электроэнергию: вакуумный насос (2,2 кВт), тэны (15 кВт), клапаны-задвижки (0,2 кВт). При расчете времени работы каждой из составляющих примем: - время набора заданной температуры (max - min) 30-10 мин; - время создания заданной глубины вакуума в автоклаве 5-10 мин; - объем баков 2 х 0,1 м3; Тариф на электроэнергию примем равным 1,685руб/кВт-ч. После перебора вариантов различных режимов работы установки и отсева по экономическим критериям можно сделать вывод о том, что одной из самых энергоёмких составляющих ремонта является набор температуры, а создание вакуума напротив не так дорого в экономическом плане. Таким образом перебором данных были выбраны самые экономичные режимы установки, которые обеспечивают минимум затрат при возможном максимальном качестве ремонта.
Построение уравнения логической зависимости наработки до отказа от воздействующих на электродвигатель в процессе эксплуатации факторов
В результате логического анализа была получена следующая зависимость для ОДП: Затем по направлению информативности к максимальным или минимальным ранговым значениям предполагаем вид связи между параметрами: Для планирования эксперимента мы должны использовать однородные факторы воздействующие на АД и для построения математической модели используем такие факторы как: химически-агрессивная среда (D), влажность воздуха (С), температура окружающей среды (В), т.к. планирование осуществляем по трём переменным, которые, как видно из ИЛА, наиболее значимы. В этом случае учитывается влияние на функцию отклика исследуемого процесса не только каждого рассматриваемого в эксперименте фактора в отдельности, но и их взаимодействий. Под взаимодействием факторов понимают эффект влияния изменения значений одного или нескольких факторов на характер изменения функции отклика у от изменения другого фактора. Влияние взаимодействия факторов — это когда уровень одного фактора определяет характер влияния другого фактора на выходной параметр. При построении матрицы полного факторного эксперимента (ПФЭ) в исследуемом процессе учитываются только три фактора Хь Х2 и Х3, оказывающие влияние на интересующую нас функцию отклика Y.
В соответствии с принципом «от простого к более сложному» предположим, что модель исследуемого процесса является линейной и в соответствии с (3.2) имеет вид: где Ь0 - значение функции отклика Y в центре плана; bt - коэффициент, характеризующий степень влияния і-го фактора на функцию отклика Y. Чем больше Ь; по сравнению с другими коэффициентами, тем более весомый вклад в изменение Y данный фактор вносит. Член Ъу, -Хх-Х2 учитывает эффект влияния взаимодействия 1-го и 2-го факторов на функцию отклика исследуемого процесса, а коэффициент Ъп характеризует весомость этого влияния; член Ьп - Хх Х3 учитывает эффект влияния взаимодействия 1-го и 3-го факторов на функцию отклика исследуемого процесса, а коэффициент bl3 характеризует весомость этого влияния; член Ь23 Х2- Хъ учитывает эффект влияния взаимодействия 2-го и 3-го факторов на функцию отклика исследуемого процесса, а коэффициент Ъ2Ъ характеризует весомость этого влияния; член bl23 Хх Х2 Х2 учитывает эффект влияния взаимодействия 1-го, 2-го и 3-го факторов на функцию отклика исследуемого процесса, а коэффициент bl23 характеризует весомость этого влияния. Вполне очевидно, варьирование значений фактора относительно его базового (начального) значения в случае линейной модели достаточно проводить только на двух уровнях. Построим матрицу планирования ПФЭ для рассматриваемого случая, с учетом предполагаемой модели исследуемого процесса. При построении матрицы планирования ПФЭ существует следующее правило: первая строка матрицы в столбцах, соответствующих рассматриваемым в эксперименте факторам, заполняется безразмерным символом, соответствующим нижнему уровню значений фактора в эксперименте, т. е. символом (—); продолжение заполнения столбца, соответствующего первому по порядку фактору, проводится последовательным чередованием противоположных знаков; все последующие столбцы, соответствующие другим пронумерованным по порядку факторам, заполняются с частотой смены знака вдвое меньшей, чем для предыдущего столбца.
Нумерация факторов осуществляется произвольно и в каждом конкретном случае определяется самим исследователем. Заполнение столбцов, учитывающих взаимодействие факторов, производится как результат перемножения знаков соответствующих факторов в каждой строке. Первый столбец матрицы представляет собою нумерацию опытов. Во втором столбце матрицы планирования приводятся значения фиктивной переменной Х0 = +1, соответствующей коэффициенту b0, В последующих столбцах матрицы приводятся безразмерные символы, соответствующие верхнему и нижнему уровням варьирования факторов и их взаимодействий. В последний столбец матрицы заносятся экспериментальные значения функции отклика, полученные в результате проведения каждого опыта. Матрица планирования ПФЭ, построенная в соответствии с этим правилом, приведена в табл. 4.19. Так как матрица построена для случая, когда в эксперименте рассматриваются только три фактора (k = 3), то ее называют матрицей планирования ПФЭ типа 23=8 Проведя информационно-логический анализ, мы выявили, что однородные по природе факторы, действующие в наибольшей степени на выходной параметр Y - это температура воздуха окружающей среды, влажность воздуха окружающей среды и химически-агрессивные примеси.
