[06-2004] Термодинамика оборудования электровозов

[Admin]

Термодинамика оборудования электровозов

Система планово-предупредительного ремонта и обслуживания (ППР) подвижного состава за более чем 50 летний срок хорошо зарекомендовала себя и позволила увеличить межремонтные пробеги электровозов в 2 — 3 раза. Сейчас между капитальными ремонтами они достигли 2,1 — 2,4 млн. км и превышают соответствующие зарубежные показатели. С середины 70-х годов прошлого века пробеги локомотивов стабилизировались, поскольку был исчерпан резерв роста эффективности ремонтного производства на основе системы ППР.

Назрела необходимость качественно перестроить систему технического обслуживания и ремонта на основе внедрения прогрессивных стратегий. Теоретические исследования и опыт эксплуатации машинных агрегатов за рубежом показывают, что наиболее перспективно оздоровление локомотивов по состоянию с ограниченным сочетанием традиционных методов по наработке.

В 90-х годах появились новые аппаратные и программные средства контроля и диагностики параметров технических объектов на основе микропроцессоров. Это совпало с бурным развитием информационных систем и технологий. Большое число предприятий приобрели современную компьютерную технику, все шире используют средства и программы диагностики таких параметров, как вибрация, шумы, температура и др. Таким образом, с увеличением номенклатуры диагностической техники создаются основы для перехода предприятий на систему обслуживания и ремонта по фактическому состоянию.

Она позволяет резко снизить число аварийных ситуаций и незапланированных простоев, достичь максимальный срок службы оборудования, повысить экономическую эффективность, улучшить экологию и безопасность труда. Появляется возможность оптимизировать планирование и управление ремонтными работами, продлить ресурс оборудования и снизить эксплуатационные расходы.

сновная идея обслуживания по фактическому состоянию состоит в минимизации отказов за счет отслеживания и распознавания состояния оборудования (мониторинг технического состояния), выявления развивающихся и существующих дефектов (диагноз технического состояния) и определения оптимальных сроков проведения технического обслуживания (прогноз изменения технического состояния).

Попытка внедрить новую стратегию директивно, одновременно с отменой системы планово-предупредительных ремонтов, может дискредитировать хорошую идею, создав обратный эффект. Предприятие при этом может перейти к более примитивной по сравнению с ППР модели обслуживания по факту достижения оборудованием предаварий-ного и аварийного состояния и понести большие издержки.

Существенно повысить безопасность движения и сократить затраты на техническое обслуживание и ремонт локомотивов позволяет использование термодиагностики с применением термоиндикаторов (обратимой и необра-
тимой краски), встроенных термодатчиков, пирометров и особенно инфракрасной (ИК) термографии.

Инфракрасная термография играет все более важную роль при обслуживании энергетического и теплового технологического оборудования. Этот метод получения изображения (термограмм) в невоспринимаемом глазом тепловом излучении, испускаемом объектами, целесообразно использовать и при контроле оборудования локомотивов, так как позволяет без соприкосновения с объектом выявлять чрезмерно нагретые механические и электрические компоненты, что нередко предшествует отказам.

В основном, ИК освидетельствование электрооборудования выявляет нарушения электрического контакта в цепи. Современные термографические системы на основе портативных И К камер обладают функциями записи изображений, сбора, хранения и обработки данных. Новые версии программного обеспечения фирм-производителей данного оборудования позволяют нормализовать несколько термограмм, приводя к общему температурному уровню все цветоучастки различных сегментов «мозаики». Это дает возможность сравнивать результаты текущих, съемок с ранее накопленными данными.

Чрезмерное выделение тепла в механических узлах может вызываться трением в неисправных подшипниках, неудовлетворительной смазкой, разрегулировкой, неправильной эксплуатацией и просто нормальным износом. В электрических цепях горячие пятна, как правило, возникают из-за плохого контакта, замыканий, перегрузки, плохой изоляции, окисления или коррозии соединений. С увеличением нагрузки разность температуры горячего пятна и других элементов электрических цепей увеличивается. Если перегрев будет выглядеть как равномерное повышение температуры по всей длине проводника, то это связано с изменением тока и не свидетельствует о дефекте.

Особое преимущество ИК термографии заключается в существенном сокращении времени контроля, так как этот метод позволяет за одно измерение получать интегральное распределение температуры в определенной области. Для объективной оценки необходимо установить предельные значения температур, по крайней мере, два сигнальных уровня: «поставить под наблюдение» и «принять незамедлительные меры».

Специалисты депо Иркутск-Сортировочный Восточно-Сибирской дороги совместно с представителями ИрГУПС применили термограф марки «ИРТИС-2000» отечественного производства для диагностики дефектов электромашинного оборудования электровозов и тепловозов.

Он работает в инфракрасном диапазоне волн 3 — 5 мкм, в базовом диапазоне температур от -20 до 200 °С и обладает чувствительностью 0,05 °С (при 30 °С). Масса аппарата — около 2 кг. Программное обеспечение термографа позволяет знать максимальную, минимальную и среднюю температуры в поле кадра, записывать отдельные термограммы, измерять температуры в заданных точках, выбирать различные палитры и строить изотермы, график температурных изменений во времени, распечатывать термограммы и отчеты.

На электровозах можно выявлять следующие повреждения-крышевое оборудование

разрушение и пробой изоляции опорных изоляторов;

перекрытие и нагрев витков дросселей помехоподав-ления;

плохой контакт шин и шунтов на крыше и в межкузовном пространстве;

аккумуляторные батареи слабое крепление перемычек между элементами; нарушение изоляции элемента относительно «земли»;

тяговые трансформаторы недостаточное охлаждение масла в радиаторах; межвитковое замыкание; ослабление соединений;

тяговые двигатели межвитковые замыкания в статорных обмотках; коллекторно-щеточный узел; внутренние соединения двигателей; эффективность охлаждения;

качество насадки малой шестерни и большого зубчатого колеса методом «тепловой волны»;

моторно-осевые и моторно-якорные подшипники; задевание зубчатыми колесами кожухов зубчатой передачи;

катушки управления пневматическими и электромагнитными контакторами;

состояние контактов силовой коммутационной аппаратуры;

сглаживающие реакторы витковые замыкания; эффективность охлаждения; соединения шинного монтажа; выпрямительные установки; потери классности тиристоров и диодов; эффективность охлаждения;

буксовые узлы, низковольтное оборудование, цепи управления состояние подвижных и неподвижных контактов (прилегание, нажатие, крепление); потери классности диодов;

витковые замыкания, нарушение контактов выводов трансформаторов малой мощности.

Анализ порч электровозов показывает, что до 70 % общего числа обусловлены выходом из строя электрической аппаратуры, тяговых двигателей, вспомогательных машин, буксовых узлов и моторно-осевых подшипников. Практически во всех случаях выход из строя узла сопровождается повышением его температуры или составляющих деталей, т.е. они могут быть выявлены до развития необратимых последствий. Таким образом, тепловой контроль оборудования в процессе эксплуатации позволит существенно повысить безопасность движения, уменьшив одновременно случаи неплановых ремонтов.

В процессе проведения экспериментальных работ с применением тепловизора «ИРТИС-2000» измерялся остаточный нагрев узлов электровозов ВЛ80Р, ВЛ85 и ВЛ80С после отцепки от транзитных поездов. Результаты обследования подтвердили эффективность теплови-зионного контроля.

Следует особо отметить высокую точность обнаружения слабого крепления проводов на рейках зажимов по термограммам, так как не требуется вручную проверять десятки выводов. Деповчанам предстоит значительный объем работ по уточнению браковочных значений температур для различных узлов (катушек аппаратов, силовых и низковольтных контактов, сопротивлений и других элементов).

Проведение измерений при движении локомотива оказалось недостаточно эффективным, поскольку из-за постоянных вибраций и нестабильности положения оператора искажалась тепловизионная картинка (время сканирования кадра применяемой ИК камеры — 1 с). Это затрудняет распознавание и интерпретацию наблюдаемых объектов.

Так как термоизмерения с применением ИК камер относительно дороги в связи с высокой стоимостью термо-
камер (15 — 20 тыс. долл. — отечественные камеры, 25 — 60 тыс. долл. — зарубежные), наиболее рационально проводить измерения централизованно, в рамках службы технической диагностики.

По результатам предварительного анализа обследований локомотивов в депо Иркутск-Сортировочный можно выделить следующие возможные направления применения тепловизора при изучении состояния локомотивов в условиях депо:

сплошной контроль на выходе с текущего ремонта всего электромашинного оборудования;

сплошная проверка после поступления на ПТОЛ — обследование силовой части электрооборудования и элементов системы управления;

сплошной контроль локомотивов в основном депо — проверка подшипниковых узлов (совместная вибро- и термодиагностика);

контроль топливной системы тепловозов (работа насосов высокого давления, форсунок, температура выхлопных коллекторов);

обследование силовой части электрооборудования и элементов системы управления после проведения обкаточной поездки;

периодический (сезонный) контроль локомотивов — проверка секций водяного охлаждения при осеннем комиссионном осмотре тепловозов;

контроль масляных секций охлаждения тяговых трансформаторов и дизелей при весеннем комиссионном осмотре;

одноразовый контроль отдельных элементов оборудования в связи с повышением уровня их отказов.

Результаты экспериментальных работ показали, что наиболее эффективно тепловизионную диагностику можно использовать при осмотре локомотивов на ПТОЛ перед постановкой их на техническое обслуживание и при испытаниях на выходе после ремонта. Для этого необходим миниатюрный переносной прибор сравнительно невысокой стоимости, информация с которого может передаваться в компьютерную базу данных.

В последующем должны быть автоматизированы обработка и анализ при использовании современных программных средств. Необходимо разработать также технологию тепловизионного контроля, регламентирующую маршруты и позиции контроля, а также режимы испытания электровозов при обслуживании и после ремонта. В рамках создания технологии тепловизионного контроля следует обобщить сведения о допустимых температурных режимах элементов электромашинного оборудования, влиянии на них эксплуатационных факторов.

В процессе экспериментальных тепловизионных измерений открываются новые направления термографии при диагностике различных узлов локомотивов. Кроме того, весьма перспективным является ее применение для контроля объектов деповского хозяйства, анализа теплопотерь в цехах и их коммуникациях, для диагностики состояния станочного парка и иного оборудования, проверки электрокаров, электропогрузчиков, электрокранов, контроля электрической проводки и распределительных щитов, коммутационной аппаратуры хозяйственного назначения в цехах и др.

Канд. техн. наук А.А. ЛУКЬЯНОВ, инж. А.Н. КАПУСТИН, Иркутский государственный университет путей сообщения инж. В.В. БОНДАРИК, депо Иркутск-Сортировочный Восточно-Сибирской дороги

[СЦБот]

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin