Рациональные режимы сушки увлажненной изоляции обмоток тяговых электрических машин (стр. 2 )

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, библиографического списка из 105 наименований и содержит 193 страницы основного текста, 29 таблиц и 68 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованна актуальность выбранной темы диссертации, дана краткая характеристика работы.

В первой главе выполнен анализ надежности изоляции тяговых электрических машин электровозов и электропоездов Восточного региона. Анализ по надежности ТЭМ на железных дорогах Восточного региона показал, что 75…85 % машин выходит из строя по пробою изоляции в осенне-зимне-весенний период времени, т. е. в период времени, когда происходит интенсивное увлажнение изоляции обмоток ТЭМ и снижение ее диэлектрической прочности. Для выяснения причин пробоев изоляции якорей и полюсов ТЭМ изучены труды ведущих научно-исследовательских организаций и учреждений, занимающихся проблемами надежности изоляции обмоток ТЭМ ВэлНИИ, ВНИИЖТ, УрГУПС, ДВГУПС, ОмГУПС, УО ЦНИИ МПС, МГУПС (МИИТ), РГОТУПС и других организаций и учреждений нашей страны.

На основании проведенного анализа определена цель работы и сформулированы задачи исследования.

Во второй главе приведено исследование основных направлений в процессах сушки увлажненной изоляции обмоток ТЭМ. Определены особенности использования методов сушки увлажненной изоляции ТЭМ, связанные со спецификой обследуемых устройств и узлов.

Особенно большой вклад в развитие теории, технологии и техники сушки изоляции тяговых электрических машин внесли российские ученые , , Глущенко, И. П., , , , , и другие. Значительный вклад в развитие повышения эффективности управления локомотивным хозяйством, включая и повышение эксплуатационной надежности ТЭМ, путем внедрения автоматизированной системы управления локомотивным хозяйством (АСУТ) внесли , , и другие.

Для удаления влаги из изоляции обмоток электрооборудования наукой и практикой предлагается большое количество принципов, методов, способов и средств. Среди них наиболее широкое применение в практике сушки увлажненной изоляции обмоток ТЭМ электровозов и электропоездов получил конвективный метод с использованием стационарных или передвижных калориферных установок. Такая практика существовала и на ВСЖД. Однако в последние годы сушку увлажненной изоляции ТЭМ электровозов горячим воздухом от калориферов прекратили, а заменили сушкой при помощи вентиляторов электровозов с параметрами теплоносителя, зависящими от температуры и влажности воздуха в цехе депо или на ПТОЛ. Этот метод с точки зрения организации вентилирования изоляции обмоток ТЭМ - наиболее простой и доступный, и поэтому он был выбран для удаления влаги из обмоток. Однако технология сушки увлажненной изоляции ТЭМ этим методом не позволяет управлять параметрами теплоносителя, а, следовательно, качественно сушить изоляцию. Предварительные расчеты по диаграммам и исследования показывают, что сушка увлажненной изоляции обмоток ТЭМ холодным воздухом с высоким влагосодержанием в течение длительного времени приводит не только к большим затратам энергии, но и не позволяет в большинстве случаев восстановить допустимые параметры по сопротивлению изоляции.

В третьей главе проведено экспериментально-теоритическое обоснование режимов энергоподвода в процессе сушки увлажненной изоляции обмоток ТЭМ. Рассмотрены процессы динамики и кинетики увлажнения и сушки изоляции обмоток ТЭМ.

Система дифференциальных уравнений, описывающая динамику процесса переноса тепла и влаги в изоляции обмоток ТЭМ, выглядит следующим образом:

;	(1)
;	(2)
;	(3)
.	(4)

Система уравнений (1)…(4) показывает, что изменение объема обмоток ТЭМ V c течением времени t происходит под действием трех движущих сил. Под действием изменения влагосодержания U и массосодержания, температуры t и давления Рт. Трудности разработки схемы численного решения системы дифференциальных уравнений (1)…(4) связаны с определением коэффициентов тепло - и массопереноса (К11…К44). Задача получается достаточно сложной в аналитическом отношении, так как она является нелинейной. Однако под действием этих трех движущих сил происходит увеличение или уменьшение объема изоляции обмоток ТЭМ, в результате чего происходит образование микротрещин и микропустот в изоляции.

Выход из данной ситуации заложен в анализе кривых роста и скорости роста объема обмоток ТЭМ в процессах переноса тепла и влаги. Надо полагать, что кривые изменения объема изоляции обмоток ТЭМ и кривые сорбции и десорбции имеют одинаковый S-образный вид. Путем графического дифференцирования можно получить кривые скорости изменения объема электроизоляции ТЭМ, с помощью которых можно наиболее полно анализировать кинетику процесса тепло – и влагообмена. Кривые скорости изменения объема электроизоляции ТЭМ будут иметь трапециидальный вид. Физически это объясняется наличием в процессах увлажнения и сушки электроизоляции ТЭМ трех основных периодов: нарастающей, постоянной и спадающей скорости изменения объема электроизоляции обмоток ТЭМ. Все три периода описываются одним уравнением – уравнением
S-образной кривой

±. (5)

Уравнение (5) интересно в том отношении, что оно рассматривает протекание процесса переноса тепла и влаги в изоляции обмоток ТЭМ под действием двух движущих сил: под действием отклонения текущего объема изоляции обмоток ТЭМ V от начального разнообъемного значения и под действием отклонения V от конечного разнообъемного значения .

Под разнообъемностью понимается соотношение объемов в изоляции обмоток ТЭМ между сухой частью и водой. Наличие положительного и отрицательного знаков перед уравнением (5) указывает на то, что в процессах тепло - и влагообмена за счет всех движущих сил происходит увеличение или уменьшение объема изоляции обмоток ТЭМ.

Решение (5) для начальных условий t = 0,V =Vн имеет вид

.

(6)

Трудности применения уравнения (6) связаны с нахождением параметров и Km. Параметры и Km можно определить, получив и решив систему уравнений кинетики процесса переноса тепла и влаги, отражающих взаимосвязь между тепло – и влагообменом и изменением объема обмоток ТЭМ. Из дифференциального уравнения энергетического баланса применительно к процессу нагрева изоляции обмоток ТЭМ

,

(7)

где Т – постоянная времени нагрева электроизоляции ТЭМ, с; q – превышение температуры электроизоляции над температурой окружающей среды, К.

Постоянную времени нагрева Т можно рассчитать по геометрическим и физическим характеристикам электроизоляции ТЭМ.

Считая, что существует полное совпадение по фазам между явлениями тепло - и влагообмена и изменением объема электроизоляции ТЭМ, из выражений (6) и (7) получаем необходимую систему уравнений для кинетики процесса переноса тепла и влаги в электроизоляции

(8)

Отсюда

.

(9)

Величину Km можно использовать в качестве модифицированного обобщенного диагностического параметра при прогнозировании состояния электроизоляции ТЭМ.

На основании уравнений динамики и кинетики процесса изменения объема электроизоляции ТЭМ, разработана программа «Автоматизированный программный комплекс расчета процесса сушки увлажненной изоляции обмоток тяговых электрических машин», с помощью которой можно определять рациональный режим сушки увлажненной изоляции ТЭМ, не производя специальных расчетов и измерений (рис. 1). В основе этого метода лежат номограммы, устанавливающие статистические связи между сопротивлением изоляции (коэффициентом абсорбции) и влагосодержанием изоляции.

Рис. 1. Автоматизированный программный комплекс расчета процесса сушки увлажненной изоляции обмоток тяговых электрических машин

В диссертации разработан алгоритм применения способа для выбора режимов сушки ТЭМ, при этом относительная погрешность не превышает 5 % по сравнению с расчетными данными.