Введение к работе
Актуальность темы. Важнейшим условием эффективного функционирования любого сельскохозяйственного предприятия является безотказность работы установленного там технологического электрооборудования (ЭО), которая определяется надлежащей организацией системы поддержания его эксплуатационной надежности. Снижение затрат на поддержание и восстановление работоспособности оборудования в процессе эксплуатации и ремонта -задача весьма сложная и важная, так как большинство сельскохозяйственных потребителей электрической энергии в настоящее время испытывает большие финансовые трудности.
Особое значение вопрос поддержания эксплуатационной надежности приобретает для асинхронного двигателя (АД) как наиболее массового типа привода и основного потребителя электроэнергии - на долю АД приходится более 60% потребляемой мощности в сельском хозяйстве.
В процессе эксплуатации воздействие большого числа внешних факторов (окружающая среда, режимы работы и т.п.) на изоляцию, как наиболее «слабого» и уязвимого элемента электрического двигателя (ЭД), смекает его надежность, а при доспгжении парамстраші технического состояния электрической изоляции минимально допустимых значений появляется спрос указанного электрооборудования на ремонтную услугу и, если его вовремя не удовлетворить, выход двигателя из строя будет сопряжен со значительными финансовыми затратами, складывающимися из стоимости ремонта с учетом транспортных расходов и ущерба от брака и недовыпуска продукции.
Результаты исследований, проведенных рядом авторов на сельскохозяйственных предприятиях России и стран ближнего зарубежья, показали, что от общего числа отказов элементов конструкции АД повреждения обмоток составляют 75-85% и до 90% - выход электродвигателей из строя обусловлен межвитковыми замыканиями в обмотке статора, а ущерб от выхода из строя одного двигателя, в общем случае, составляет 4-20 тыс. руб. при стоимости нового АД - 0,8-4 тыс. руб.
Используемые в настоящее время на предприятиях агропромышленного комплекса (АПК) методы пропитки и сушки изоляции электрических двигателей, а также технологии восстановления и ремонта на их основе, являющиеся составной частью системы поддержания эксплуатационной надежности ЭД, не учитывают некоторых существенных особенностей протекания процессов пропитки и сушки и, как следствие, не обеспечивают требуемого качества изделий, продолжительны, энергоемки, отличаются раздельным выполнением технологических операций, что делает их экологически вредными.
Таким образом, существует противоречие между требованиями длительной безаварийной работы электродвигателей и низким уровнем их эксплуатационной надежности, чем и обусловлена необходимость разработки прогрессивных высокоэффективных технологий восстановления и ремонта изоляции.
Целью данной диссертационной работы является совершенствование системы поддержания эксплуатационной надежности электродвигателей в
сельском хозяйстве путем теоретического обоснования и практической реализации метода и технологии электротепловой вакуумной (ЭТВ) пропитки и сушки статорных обмоток, а также создания на их основе технических средств восстановления электрической изоляции при использовании информационно-программного сопровождения ЭТВ технологии.
Для достижения поставленной цели были решены следующие основные задачи:
проанализировать ситуацию, сложившуюся в АПК в области поддержания и восстановления работоспособности асинхронных двигателей в процессе их эксплуатации и ремонта;
обосновать необходимость разработки эффективного метода восстановления изоляции обмоток АД на основе термовакуумной технологии;
исследовать процессы переноса теплоты и массы под действием сил различной природы в капиллярно-пористом теле обмотки статора;
построить математическую модель процесса переноса вещества в обмотке двигателя и исследовать ее с целью установления путей его интенсификации;
экспериментально исследовать процесс массопереноса для выявления наилучших режимов его протекания;
разработать эффективную технологию вакуумной пропитки и сушки обмоток АД и оптимизировать параметры технологического процесса;
обосновать необходимость, разработать и создать современные технические средства восстановления изоляции статорных обмоток;
разработать информационно-программное сопровождение электротепловой вакуумной технологии обслуживания и ремонта электродвигателей.
Объект исследования. Объектом исследования являются процессы старения изоляции, протекающие в обмотке электродвигателя под действием факторов различной природы, в условиях сельскохозяйственного производства.
Предмет исследования состоит в получении новых закономерностей протекания процессов тепломассопереноса в капиллярно-пористом теле статорной обмотки при пропитке и сушке изоляции асинхронных двигателей.
Методы исследования. При выполнении работы применялись как теоретические, так и экспериментальные методы исследования, которые могли способствовать решению поставленных задач: методы математической статистики, математического моделирования, численные методы решения дифференциальных уравнений. В процессе разработки использовались математические методы оптимизации, численные методы аппроксимации функций.
Научная новизна. Решение вышеперечисленных задач определило научную новизну выполненной работы, которая заключается в следующем:
обоснована целесообразность разработки метода восстановления изоляции статорных обмоток на основе электротспловой вакуумной технологии, позволяющего производить операции не только по пропитке и сушке обмоток АД, но и по деструкции связующего изоляции обмоток двигателей;
- разработана методика оптимизации параметров технологического
процесса восстановления работоспособности электродвигателей, эксплуати-
рующихся в сельском хозяйстве, с точки зреши требований, предъявляемых к качеству изделий, срокам протекания указанного процесса, а также стоимости конечного продукта;
- построена математическая модель процесса переноса энергии и ве
щества в капиллярно-пористом теле с учетом явлений адсорбции, капиллярной
конденсации, диффузии, позволяющая установить новые зависимости измене
ния концентрации пропитывающей жидкости в теле обмотки статора ЭД от
изменения режимных параметров технологического процесса пропитки и суш
ки изоляции обмотки двигателя;
предложен способ интенсификации процессов массопереноса, заключающийся в создании разности потенциалов давления и температуры, а также увеличении кинетических коэффициентов;
- разработан метод и промышленная технология электротегшовой ва
куумной пропитки и сушки изоляции статорных обмоток с использованием
разработанной ранее методики выбора наилучших режимов протекания ука
занного процесса в условиях предприятий агропромышленного комплекса.
Практическая ценность работы. Использование полученной математической модели и закономерностей протекания процессов переноса теплоты и массы, а также современных средств вычислительной техники дало возможность всесторонне щучить динамику указанных процессов, протекающих в теле обмотки ЭД в результате его пропитки и сушки, и достаточно полно вы-явіггь основные направления их интенсификации. Разработанный метод восстановления электрической изоляции позволил обеспечить глубокое проник-новение пропитывающего состава внутрь тела статорной обмотки с заполнением всего объема пор, капилляров и трещин. Реализация предложенного метода оптимизации параметров указанного технологического процесса дала возможность выбрать рациональные режимы пропитки и сушки обмоток ЭД, обеспечивающие, наряду с названным выше, монолитность связующего обмоток электродвигателей и однородность лаковой основы в межвитковом пространстве. Созданные стационарная и мобильная установки по пропитке и сушке термовакуумным методом, обеспечивающие высокое качество восстановления электрической изоляции в короткие сроки в условиях безотходного и экологически чистого производства при экономии материальных и трудовых ресурсов, благодаря своей универсальности и компьютеризации управления, используются совместно с информационно-программным комплексом средств измерения и прогноза в составе системы поддержания экешгуатационной надежности электрических двигателей, что значительно повышает эффективность функционирования последней и уровень эксплуатации названного электрооборудования в сельском хозяйстве.
Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты работы использованы и внедрены на объектах агропромышленного комплекса Алтайского края и других регионах России и стран ближнего зарубежья. Разработанная методика и технология восстановления изоляции асинхронных двигателей, а также реализующие их технические средства внедрены на производственно-ремонтном предприятии АО «Алтайэнсрго» и на ОАО «Алтайсель-
электросстьстрой» г. Барнаула, сельскохозяйственных предприятиях АОЗТ «Мичуринец» Алтайского и ОАО «УМК» Усть-Пристанского районов Алтайского края, на «Государственном унитарном предприятии Новоалтайскис межрайонные электрические сети», в Горноалтайских электрических сетях республики Алтай, в ТОО научно-производственное предприятие «КАН» республики Казахстан.
Результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе на энергетическом факультете Алтайского государственного технического университета (АлтГТУ) им. И.И. Ползунова в курсах «Электроснабжение сельского хозяйства» и «Эксплуатация и ремонт электрооборудования» для студентов специальности 10.04.01, в курсовом и дипломном проектировании.
Работа выполнена в АлтГТУ в 1997 - 1999 гг. в соответствии с научным направлением «Повышение эксплуатационной надежности электрооборудования в сельскохозяйственном производстве», государственной научно-технической программой на 1986 - 1990 гг. и до 2000 года 0.51.21 «Разработать и внедрить новые методы и технические средства электрификации сельского хозяйства», в рамках научно-исследовательской работы АлтГТУ им. И.И. Ползунова, финансируемой из средств федерального бюджета по единому заказ-наряду 45.29.33 «Исслсдоваїше надёжности электрооборудования и разработка энергосберегающих, экологически чистых технологий его восстановления» на 1994-1998 гг.
Апробация работы. Основные положения работы были доложены, обсуждены и одобрены на Международной научно-технической конференции «Вузовская наука на международном рынке научно-технической продукции» (Барнаул, 1995 г.); Международной конференции, посвященной 145-лстию со дня рождения В.Г. Шухова «Передовые технологии на пороге XXI века» (Москва, 1998 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов» (Благовещенск, 1998 г.); пятой научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов «Вакуумная наука и техника» (Гурзуф, 1998 г.); второй Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике» (Чебоксары, 1998 г.); третьей Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерений физических величин» (Нижний Новгород, 1998 г.); 56-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава Алтайского государственного технического университета, посвященная 270-летию со дня рождения И.И. Ползунова «Научно-техническое творчество студентов» (Барнаул, 1998 г.); третьем корейско-российском международном научно-техническом симпозиуме «KORUS'99» (Новосибирск, 1999 г.); Международной научно-технической конференции «Изоляция - 99» (Санкт-Петербург, 1999 г.); научно-практической конференции «Наука - городу Барнаулу» (Барнаул, 1999 г.).
В полном объёме диссертационная работа докладывалась на объединенном научно-техническом семинаре кафедр «Электроснабжение промышленных предприятий», «Общая электротехника» и «Электрификация народного хозяй-
ства» в 1999 г. Выполненная работа была обсуждена и одобрена на расширенном заседании лаборатории энергетики и электрификации сельскохозяйственного производства Сибирского научно-исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства СО РАСХН в 1999 г. На защиту выносятся:
математические модели процессов переноса энергии и вещества в капиллярно-пористом теле, а также зависимости протекания данных процессов от различных технологических параметров;
метод и технология восстановления электрической изоляции обмоток асинхронных двигателей, разработанные на основе указанных математических моделей и методики оптимизации;
комплекс стационарных технических средств и мобильных установок, реализующих разработанную технологию.
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 20 печатных работ. Основные результаты диссертации изложены в 11 работах и приведены в списке публикаций.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения и основных выводов, списка литературы, включающего 147 наименований, и приложений. Объем работы без приложений составляет 228 страниц машинописного текста, содержит 62 рисунка и 12 таблиц.
