Классификация условий эксплуатации. Влияние условий эксплуатации на срок службы электродвигателей

ЭКСПЛУАТАЦИЯ и ремонт ОБОРУДОВАНИЯ (5 курс)

ЛЕКЦИЯ №5

выбор оборудования на заданный срок службы

Учебные вопросы:

1. Классификация условий эксплуатации. Влияние условий эксплуатации на срок службы электродвигателей.

2. Непрерывное диагностирование электрических машин. Классификация методов непрерывного диагностирования электрических машин.

3. Техническая реализация задач контроля за использованием ресурса.

1. Классификация условий эксплуатации.

Классификация оборудования по местам установки электродвигателей без учета режимов их работы приведена в таблице 1.
Во ВНИПТИЭМ разработана новая классификация условий эксплуатации электродвигателей, учитывающая место установки электродвигателя, режим его работы, условия и частоту пусков, уровень вибрации и другие факторы, влияющие на надежность электродвигателя.

Условия эксплуатации разделены на

- легкие,

нормальные,

жесткие и

особо жесткие.

Легкие условия эксплуатации означают, что один или несколько факторов, влияющих на надежность электродвигателя, отклоняются от номинальных режимов в сторону их облегчения.
Жесткие условия характеризуются наличием одного из факторов, значение которого выше номинального уровня.

Особо жесткие условия характеризуются наличием двух и более факторов, превышающих номинальные значения, либо один из факторов из-за чрезвычайно высокого отклонения от номинального уровня значительно снижает надежность электродвигателя.

Таблица 1

Классификация оборудования по местам установки электродвигателей

Места размещения электроустановок по ГОСТ 16150-69	Категория помещении согласно П ТЭ	Категория условий среды	Примерный перечень помещений
Открытый воздух	-	Жесткие	Приводные станции навозных транспортеров, агрегаты АВМ и др.
Пол навесом со сравнительно свободным доступом наружного воздуха	Влажные	Жесткие	Приводные станции навозных транспортеров вне помещений накрытые кожухами, кормоприготовительные машины и агрегаты, установленные под навесом
То же, с источником влаги и химически активных газов	Сырые	Жесткие	Вентилируемые навозоуборочные помещения с открытой поверхностью испарения
В помещениях с естественной вентиляцией без каких-либо средств создания микроклимата	Сухие	Нормальные	Механические мастерские
	Пыльные	Жесткие	Вакуумные помещения
		Жесткие	Цехи комбикормов
	Влажные	Жесткие	Навозосборные помещения с резервуарами для пневмоудалення
Помещения с искусственным регулированием климата	Сухие	Легкие	Жилые помещения» лаборатории клубы
Сырые помещения	Сырые	Жесткие	Цехи влажных кормов
	Особо сырые	Жесткие	Пункты первичной обработки молока
	Особо сырые с химически активной средой	Особо жесткие	Стойловые помещения

Режимы работы электродвигателей (S1...S8) приняты по ГОСТ 183-74 (2001) (Машины электрические вращающиеся. Общие технические условия).
Кратковременный режим работы S2 отнесен к жестким условиям эксплуатации, так как из-за малого периода его работы температура электродвигателя не достигает установившегося значения и его изоляция не успевает высохнуть. В период пауз электродвигатель остывает практически до холодного состояния.

Режимы с частыми пусками и реверсами S4, S5, S6, S7 сопровождаются значительными тепловыми, коммутационными и механическими воздействиями на обмотку и механическими на подшипники и поэтому отнесены к особо жестким условиям эксплуатации.

Условия пусков в зависимости от режима работы электродвигателей приняты следующие:

- для легких условий эксплуатации — 0,2 пуска в час;

- жестких — более 10;

- нормальных — 2... 10;

- особо жестких— значительно больше 10 пусков в час.
Исследования влияния продолжительности пуска электродвигателей на надежность позволили принять следующую градацию продолжительностей по условиям эксплуатации:

для легких — менее 1 с;

нормальных — 1...3;

жестких — 3...10;

особо жестких — более 10 с.

Коэффициенты загрузки приняты следующие:

для легких условий эксплуатации — менее 1;

нормальных— 1;

жестких и особо жестких— более 1.

Уровень вибрации принят, исходя из условий эксплуатации:

менее 10 мм/с — для легких и нормальных и

более 10 мм/с — для жестких и особо жестких.

Условия окружающей среды, согласно ГОСТ 15150-69 (МАШИНЫ, ПРИБОРЫ И ДРУГИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ ИСПОЛНЕНИЯ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ РАЙОНОВ. КАТЕГОРИИ, УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ, ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ В ЧАСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ), приняты следующие:

легкие условия эксплуатации — закрытые помещения с искусственно регулируемым климатом;

нормальные — закрытые помещения с естественной вентиляцией; жесткие — открытый воздух,

навесы и помещения с повышенной влажностью.

Запыленность определена по данным исследований и классифицирована следующим образом: при содержании пыли менее
16 мг/м3 —легкие условия; 16...60 мУ/м3 — нормальные и свыше 60 мг/м3 — жесткие.

Загазованность определена по техническим условиям на электродвигатели для сельскохозяйственного производства и по аммиаку

- для легких условий составляет менее 0,03 г/м3;

- нормальных — 0,03 и

- жестких - более 0,03 г/м3.

Сочетание влажности и аммиака представляет особо жесткие условия эксплуатации электродвигателей, особенно общепромышленного исполнения.
Степень влияния аварийного состояния приводного механизма на электродвигатель определяют следующим образом.

При 10 отказах привода, приходящихся на 1 отказ электродвигателя, условно принято считать влияние приводного механизма на электродвигатель незначительным при меньшем числе отказов привода — значительным.

Влияние условий эксплуатации на вероятность безотказной работы и срок службы электродвигателей, второй серии общепромышленного исполнения иллюстрируется данными, приведенными в таблице 2.

Таблица 2

Влияние условий эксплуатации на вероятность безотказной работы и срок службы электродвигателей

Условия эксплуатации	Среднее значение вероятности безотказной работа электродвигателя, отн. ед.	Средний срок службы электродвигателя, лет
Легкие	0,7	10...8
Нормальные	0,6	6...5
Жесткие	0,5	4...3
Особо жесткие	0,2	До 2

Данные таблицы убедительно показывают непригодность электродвигателей общепромышленного исполнения второй серии к использованию в тяжелых (жёстких) и особо тяжелых {особо жестких) условиях сельскохозяйственного производства.

В последнее время для бытовых нужд сельского населения и для орошения земель широко используются подземные воды. Почти в каждом совхозе, колхозе имеется несколько скважин, оборудованных погружными электронасосами. В связи с этим в сельском хозяйстве все более заметную роль начинают играть погружные электродвигатели. В краях и областях созданы и создаются новые организации по эксплуатации и ремонту электрифицированных установок для подземного водоснабжения.
Проведенные наблюдения показывают, что срок службы погружных электронасосов значительно меньше срока, установленного заводами-изготовителями, и составляет в среднем 40% нормированного. Согласно статистике, около 70% неисправностей электронасосов приходится на электродвигатели.

Надежность погружных электродвигателей зависит от конструктивных и технологических факторов, устройств защиты от аварийных режимов, а также от условий и уровня эксплуатации.

Основные причины выхода - погружных электродвигателей из строя следующие:

а) недостаточный уровень технической эксплуатации (по этой причине происходит 30% всех повреждений);

б) особо жесткие условия эксплуатации;

в) отсутствие надежной защиты от аварийных режимов (перегрузка, работа на двух фазах и др.) —35%.

В настоящее время в эксплуатации находятся в основном электронасосы следующих двух типов: МАПЗМ и ПЭДВ (соответственно: машина асинхронная погружная третьей серии модернизированная и погружной электрический двигатель водонаполненный).
Погружные двигатели старых серий негерметизированы, их полость соприкасается с водой через мелкий сетчатый фильтр. Вода химически воздействует на изоляцию обмотки и металлические части двигателя, а абразивные частицы, несмотря на наличие фильтра, вызывают износ изоляции и подшипников.

Электродвигатель типа МАПЗМ — полугерметизированный, а ПЭДВ — полностью герметизирован. Двигатели ПЭДВ имеют наилучшую эксплуатационную надежность. Однако их надежность недостаточна, наработка до ремонта колеблется в пределах от 2600 до 4200 ч, что почти в два раза ниже гарантированной заводами- изготовителями. Вероятность безотказной работы нового электродвигателя составляет в среднем не более 0,2 вместо нормированной 9.

Средний срок службы колеблется в пределах от 1,2 до 1,5 года.
Одна из основных причин неудовлетворительной надежности погружных электронасосов — процессы коррозии металлических частей и старение изоляции обмоток. Эти процессы происходят как в работающем, так и в неработающем электродвигателе, который рекомендуется заливать дистиллированной водой.

Для повышения эксплуатационной надежности погружных электродвигателей необходимо защитить их от воздействия окружающей среды. В качестве такой защиты предложено заполнять электродвигатели дистиллированной ингибированной водой. Как правило, все воды скважин содержат различные примеси. В герметизированном электродвигателе, заполненном дистиллированной водой, состав добавляемого ингибитора остается постоянным. Оптимальный состав этого ингибитора следующий: уротропин — 2,4 г/л; нитрит натрия 1,09 г/л; хромат калия — 0,62 г/л. При таком составе ингибитора скорость коррозии деталей и узлов электродвигателей значительно замедляется.

Ингибированная дистиллированная вода наименее активна и по отношению к изоляции обмоток. Опыт показывает, что в погружных электродвигателях слабым узлом является место соединения обмотки с кабелем. Применение липкой полихлорвиниловой ленты не дает положительного эффекта. Усиление изоляции в месте соединения лаком цапон привело к желаемому результату.

Более 100 штук погружных электродвигателей, залитых ингибированной дистиллированной водой с изоляцией мест соединения обмоток, усиленной при помощи лака цапон, были поставлены на пробную эксплуатацию, которая показала, что средний срок их службы возрос более чем в 2,5 раза.

Следует учесть дешевизну ингибитора и возможность его приготовления в любой химической лаборатории. Приготовленный раствор дистиллированной воды с оптимальным составом ингибитора имеет длительный срок хранения. Он может быть заранее подготовлен и расходоваться по мере надобности.

Погружные электродвигатели снабжаются станциями управления старой серии ПЭТ и новой, изготовленной на логических элементах, типа ШЭТ. При комплектовании электродвигателей станциями типа ПЭТ по вине последних выходит из строя 15% электродвигателей, а при наличии станции типа ШЭТ — только 8%.

Таким образом, эксплуатационная надежность погружных электродвигателей может быть заметно повышена простыми мерами при очередных ремонтах и ревизиях их в эксплуатации.

В практике технического обслуживания электрических машин в сельском хозяйстве сегодня можно выделить три стратегии обслуживания:

- по необходимости (при выходе из строя электрической машины);

- планово-профилактическую (профилактические мероприятия проводятся независимо от технического состояния электрической машины);

- планово-диагностическую (профилактические мероприятия проводятся с учетом технического состояния электрической машины путем ее дискретного диагностирования).

Ни одна из указанных стратегий технического обслуживания не позволяет контролировать развитие процессов повреждения и износа отдельных элементов конструкции электрической машины, в первую очередь изоляционной конструкции (изоляции).

В основу методов непрерывного дигностирования и прогнозирования технического состояния электрических машин в процессе их эксплуатации положена стратегия раннего предупреждения развития процессов повреждения и износа изоляции обмоток и других элементов конструкции.

Сущность стратегии раннего предупреждения развития процессов повреждения и износа изоляции обмоток асинхронных электродвигателей заключается в

- непрерывном контроле за изменением одного или нескольких параметров, характеризующих процессы повреждения и износа изоляции,

- в непрерывном контроле параметров, характеризующих текущее техническое состояние изоляции,

- в своевременной подаче сигнала обслуживающему персоналу о ненормальном развитии процессов в электрической машине с целью дальнейшего более глубокого диагностирования ее технического состояния и связанных с ней систем в технологические паузы, не отключая электрическую машину в ходе технологического процесса и не нанося этим самым технологического ущерба производству.

Отключение же электрической машины должно производиться только в том случае, когда дальнейшая ее работа в таком режиме может привести к резкому ухудшению ее технического состояния или выходу из строя до окончания технологического процесса, а восстановительная стоимость электрической машины будет выше технологического ущерба. Защиту электродвигателей от работы в аварийных режимах следует рассматривать как крайнюю меру.

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ НЕПРЕРЫВНОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Проведенные исследования показывают, что непрерывным диагностированием должны быть охвачены:

- тепловые процессы электрических машин;

- процессы, сопровождающиеся сверхтоками;

- процессы при неполнофазных режимах электрических машин;

- текущее состояние изоляции электрических машин.

Непрерывное диагностирование тепловых процессов электрических машин может быть осуществлено одним из следующих методов:

- непрерывным контролем тока, потребляемого электрической машиной и сравнением его с номинальным значением;

- непрерывным контролем превышения температуры обмотки над температурой окружающей среды и сравнением его с номинальным значением;

- непрерывным контролем температуры обмотки и сравнением ее с номинальным значением;

- непрерывным контролем превышения температуры стали над температурой окружающей среды и сравнением его с номинальным значением;

- непрерывным контролем температуры стали и сравнением ее с номинальным значением;

- непрерывным контролем скорости теплового износа изоляции и сравнением ее с номинальным значением;

- непрерывным учетом теплового износа изоляции и выдачей информации с нарастающим итогом;

- непрерывным учетом квадрата кратности потребляемого тока и выдачей информации с нарастающим итогом;

- моделированием тепловых процессов с помощью аналоговых электрических моделей.

Непрерывное диагностирование процессов, сопровождающихся сверхтоками, может быть осуществлено одним из следующих методов:

- непрерывным контролем импульса возникающего сверхтока и сравнением его с допустимым значением;

- непрерывным учетом импульсов возникающих сверхтоков и выдачей информации с нарастающим итогом;

- непрерывным учетом износа изоляции от совокупного воздействия температуры обмотки и сверхтока и выдачей информации с нарастающим итогом.

Непрерывное диагностирование процессов при неполнофазных режимах может быть осуществлено одним из следующих способов:

- непрерывным контролем импульса сверхтока, возникающего при опрокидывании электродвигателя в результате неполнофазного режима и сравнением его с допустимым значением;

- непрерывным контролем напряжения нулевой последовательности и сравнения его с допустимым значением;

- непрерывным контролем токов утечки и сравнением их с допустимым значением.

Рис. 1. Классификация методов непрерывного диагностирования электрических машин

Непрерывное диагностирование текущего состояния изоляции может быть осуществлено непрерывным измерением токов утечки и сравнением их с допустимым значением.

Классификация методов непрерывного диагностирования электрических машин приведена на рис. 1.

3. Техническая реализация задач контроля за использованием ресурса

задача контроля за расходованием ресурса возникает в связи с тем, что при выборе электрооборудования для конкретных условий эксплуатации могут быть допущены ошибки (недостаточная представительность исходных данных) и в процессе эксплуатации могут изменяться условия или дестабилизирующие воздействия. Непрерывный контроль за использованием ресурса в эксплуатационный период позволяет электротехническому персоналу вмешиваться в процесс расходования ресурса, т.е. выполнять функцию ресурсосбережения.

Допустимый годовой износ изоляции:

Ег.доп = Дн/Тсл

где: Дн – нормативный ресурс;

Тсл – экономически целесообразный срок службы (для АД=10 лет).

Условия сохранения ресурса:

Ег.факт Ег.доп

факт доп

– скорость старения

Если израсходованный ресурс или скорость старения превышает допустимую, то система действует на оповещение обслуживающего персонала, либо на отключение электроустановки.

PAGE \* MERGEFORMAT 14

Классификация условий эксплуатации. Влияние условий эксплуатации на срок службы электродвигателей