Математическая модель надежности синхронных генераторов мощностью до 100 кВт с учетом метода «слабых звеньев» представлена как последовательное соединения узлов: обмотка ротора, обмотка статора, подшипниковый узел, контактно-щеточный узел, блок регулирования напряжения. Произведение вероятностей безотказной работы этих узлов и является моделью надежности генератора:

  (6.18)

где Р(t) – вероятность безотказной работы генератора за время ; Роб. с(t), Роб. р(t), Рпод (t), Р кщ. у (t), Рб. р.н (t) – соответственно вероятности безотказной работы обмотки статора, обмотки ротора, подшипниковых узлов, контактно-щеточного узла и блока регулирования напряжения.

Методика расчета надежности блока регулирования напряжения основана на известных методах расчета надежности устройств, состоящих из электро - и радиоэлементов, и имеет вид (см. гл. 7)

,  (6.19)

где лб. р.н – интенсивность отказов блока регулирования напряжения;

лi – интенсивность отказов элементов блока; N – количество элементов блока регулирования напряжения.

Вероятность безотказной работы блока регулирования напряжения выражается законом

Р б. р.н(t) = ехр [-лб. р.н  t].  (6.20)

Анализ многочисленных исследований показывает, что надежность подшипниковых узлов зависит от состояния смазки, конструктивно-технологических погрешностей, скорости вращения и режима нагрузки. Модель расчета надежности подшипникового узла сихронных генераторов представлена в виде

,  (6.21)

где Рус(t), Рсм(t), и Р(ццmax) – вероятности безотказной работы подшипниковых узлов, обусловленные соответственно усталостным разрушением подшипника, потерей свойств смазки, рабочим зазором и углом перекоса. Эти величины определяются по формулам:

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Рсм(t) = ехр ,  (6.22)

где

  (6.23)

- среднее время безотказной работы подшипника, обусловленное нарушением режима смазывания;

ln Lср = k + M/T  (6.24)

- среднее число циклов вращения подшипника до отказа из-за нарушения режима смазывания; k – коэффициент, учитывающий скоростной фактор; М – коэффициент, учитывающий химический состав и структуру смазки.

Вероятность безотказной работы подшипников, обусловленную усталостным разрушением, можно определить по формуле

Рус(t) = ехр ,  (6.25)

где L – номинальная долговечность подшипников.

Значение L определяется по расчетной приведенной нагрузке Q и каталожной динамической грузоподъемностью С по формуле

L = ,

где б = 3 для шариковых подшипников; б = 3,33 для роликовых подшипников (см. гл. 8).

Величину безотказной работы подшипниковых узлов, обусловленную рабочим зазором, определяют по формуле

,  (6.26)

где gmin и gmax – минимальный и максимальный допустимые зазоры подшипника в установившемся режиме; - математическое ожидание внутреннего зазора подшипника; Ф (z) = - функция Лапласа; уg – среднеквадратическое отклонение радиального зазора.

Величину безотказной работы подшипникового узла, обусловленную углом перекоса, можно найти по выражению

,  (6.27)

где

- математическое ожидание отклонения суммарного угла перекоса; Nn – число причин отклонений взаимного расположения поверхностей; цi – взаимное расположение j-го отклонения поверхностей подшипника; - среднеквадратическое отклонение суммарного угла перекоса.

На основании анализа статистических данных об отказах синхронных генераторов в эксплуатации делается вывод, что отказы контактных колец  и подводящих проводов составляют всего 2-3 % общего количества отказов контактно-щеточного узла генератора. Поэтому надежность этого узла оценивается исходя из надежности элекрощеток и щеткодержателей.

Вероятность безотказной работы электрощеток Рщ(t) определяется из выражения

Рщ(t)=Рщ. в.(t) Рщ. п (t),  (6.28)

где Рщ. в.(t), Рщ. п.(t) – вероятности безотказной работы при внезапных и износовых отказах электрощеток, которые определяются

Рщ. в.(t) = ехр ;  (6.29)

Рщ. п.(t)= Р(v<vпр) = 0,5 + 0,5 Ф;  (6.30)

где vпр – заданное предельное значение скорости износа; - средняя скорость износа; - среднеквадратическое отклонение износа электрощетки; лi = 1/T – интенсивность отказов электрощеток.

Для определения скорости износа электрощеток марки ЭГ-14, применяемых в синхронных генераторах, проводятся экспериментальные исследования на макетных образцах, имитирующих работу узла токосъема синхронных генераторов по всем основным характеристикам.

На основании экспериментальных исследований получено

=2,14 мм/103 ч; = 0,71 мм/103 ч.

Под отказом щеткодержателей понимается событие, заключающееся в поломке щеткодержателей, ослабления или поломке нажимных пружин. Показано, что отказы щеткодержателей имеют внезапный характер, а причиной отказов являются вибрация и механические удары.

Вероятность безотказной работы щеткодержателей Рщд(t) определяется по формуле

Рщд(t) = ехр [лit],  (6.31)

где лi – интенсивность отказов щеткодержателей.

Если в контактно-щеточном узле установлено m электрощеток, то вероятность безотказной работы этого узла Ркщ. у(t) (без учета дробного резервирования):

Ркщ. у(t) = ехр [-лкщ. уt] ,  (6.32)

где лкщ. уt = (л1 + л2)m – интенсивность отказов контактно-щеточного узла генератора.

По материалам исследований интенсивность отказов контактно-щеточного узла генераторов серии ЕСС за время t = 3 000 ч составляет 2,6 · 10-5 ч-1.

Модели надежности обмоток статора и ротора, на которых должны основываться методы расчета надежности этих узлов, построены с учетом конструкции обмоток. Поскольку в синхронных генераторах разных серий эти конструкции различны (обмотка статора в генераторах разных серий ЕС, ЕСС, ЕСС5, ОС, ОС5 и 2С имеет для конструктивных исполнений: всыпную обмотку и обмотку из жестких секций, выполненных из прямоугольного провода), то обмотка статора генераторов рассмотрена как система, состоящая из последовательно соединенных элементов. Такими элементами являются пары соседних проводников, композиция межфазной изоляции в лобовых частях обмотки и композиция пазовой изоляции. Так как отказ любого из перечисленных элементов приводит к отказу всей системы (обмотки), то вероятность безотказной работы обмотки определена в виде

Роб(t) = Роб. в(t) · Роб. к(t) · Роб. ф(t),  (6.33)

где Роб(t), Роб. в(t), Роб. к(t), Роб. ф(t) – соответственно вероятность безотказной работы обмотки статора, межвитковой, корпусной и межфазной изоляции.

Опыт эксплуатации генераторов со всыпными обмотками показал, что большое число отказов обмотки происходит из-за отказов межвитковой изоляции. Отказы корпусной и межфазной изоляции составляют несколько процентов. Поэтому для расчетной оценки надежности обмоток генераторов принято, что надежность обмотки определяется надежностью межвитковой изоляции, т. е. что Роб(t) = Роб. в(t).

С учетом модели «слабейшего звена» методика расчета вероятности безотказной работы межвитковой изоляции обмотки статора синхронных генераторов представлена в виде

Роб =,  (6.34)

где ks – кратность изменения напряжения в переходных режимах работы генератора (сброс и наброс нагрузки, КЗ и пр.); l – разность  номеров проводников в пазу (номера присваиваются в последовательности намотки на шаблон); vф – фазовое напряжение; s – количество проводников в пазу; m – количество последовательно соединенных секций фазы; nl – общее количество пар проводников; бi (r, t) и U0 c (r, t) – параметры законы распределения Вейбулла, по которому распределено пробивное напряжение межвитковой изоляции. Эти параметры зависят от режимов, условий и времени работы обмотки и определяются экспериментально.

В генераторах с обмотками из жестких секций взаимное расположение проводников в пазу сохраняется таким же, каким оно было при намотке секции. С учетом этого получена формула для определения вероятности безотказной работы межвитковой изоляции обмоток из жестких или мягких монолитных секции:

Роб. в.ж (t) = ,  (6.35)

где Nж – общее количество секций обмотки статора; ni – количество пар витков с разностью порядковых номеров.

Обмотка ротора синхронных генераторов выполняется из прямоугольного провода. В эксплуатации наблюдаются отказы как межвитковой, так и корпусной изоляции. Поэтому вероятность безотказной работы обмотки ротора определяется:

Роб. р(t) = Роб. в.р(t) · Роб. к.р(t),  (6.36)

где Роб. в.р(t) и Роб. к.р(t) – вероятность безотказной работы межвитковой и корпусной изоляции обмотки ротора.

Вероятность безотказной работы межвитковой изоляции обмотки ротора определяется по формуле

Роб. в.р(t) = ,  (6.37)

где sp – число витков обмотки ротора; ni – число пар соседних витков в катушке ротора с разностью порядковых номеров i; mp – количество катушек в обмотке ротора; Up – напряжение, приложенное к обмотке ротора; бp(r, t) и U0 p (r, t) – параметры закона распределения Вейбулла пробивных напряжений межвитковой изоляции, зависящие от режимов, условий, времени работы обмотки и определяемые экспериментально.


Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4