автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Исследование эксплуатационной надежности асинхронных двигателей в условиях горно-обогатительного комбината

На правах рукописи

Ямансарин Ильдар Ильдусович

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ГОРНООБОГАТИТЕЛЬНОГО КОМБИНАТА

Специальность 05.09.01 - Электромеханика и электрические аппараты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 ИЮЛ 2012

Самара-2012

005046444

005046444

Раб°Та выполиепа в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Оренбургский г^дар^вешшй университет» на кафедре «Электромеханика». уд-рмвьниыи

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор НИКИЯН Николай Гагикопич

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

ГРАЧЕВ Павел Юрьевич, доктор технических наук, доцент Самарский государственный технический университет доцент кафедры «Теоретическая и общая электротехника»

ОМОН Александр Борисович, кандидат технических наук, Общество с ограниченной ответственностью «Учебный методический информационно-технический центр», заместитель директора по производственным вопросам

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тольятпшский государственный университет»

сопетГлз'Гг!^ <<5Ф^ПУРЯППП ^п " 13°° ЧЗС0В На 3аСедаШга ^-сертационного совета Д 212.217.04 ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический

университет» ио адресу: 443100, г. Самара, ул. Первомайская"д. 18, корп. 1, ау^бГ*

443imTr Н3 аВТОре:|,,ераТ Пр0СИМ высь1лать (в двух экземплярах) по адресу: Россия Г ^ УЛнМОЛОДОГЕарДеЙСКаЯ- Самарский государственный технический университет, Главный корпус, ученому секретарю диссертационного совета Д212 217 04-тел.: (846) 278-44-96, факс (846) 278-44-00; e-mail: aleksbazarovtSyandex го '

т™ДИССертаЦИеЙ М0ЖН° ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета (443100, г. Самара, ул. Первомайская, д. 18).

Автореферат разослан «) » ütwI 2012 гола.

Ученый секретарь

Диссертационного совета Д212.217.04 доктор технических наук, доцент А.А.Базаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность темы. Горное оборудование работает в тяжелых условиях. Около 30% поломок приходится на электрооборудование. В год 25-35% установленных электродвигателей преждевременно выходят из строя. На высокую интенсивность отказов электродвигателей, эксплуатируемых в условиях горно-обогатительного комбината (ГОК), оказывают влияние климатические и механические факторы внешней среды.

Тяжелые режимы эксплуатации горного оборудования порождаются особыми климатическими условиями горнодобывающего предприятия, резкими колебаниями электромеханических нагрузок, сложностью выполнения качественного технического обслуживания.

Все оборудование объединено в последовательную технологическую цепь, поэтому выход из строя одного «звена» приводит к простою всей технологической цепи, нарушению сложных технологических процессов и в итоге к снижению качества и объёма продукции. Для безостановочной работы приходится делать большие межцеховые запасы. Для поддержания электрооборудования в рабочем состоянии содержится электроремонтный цех и большой штат электромонтеров. Материальный ущерб из-за отказов электрооборудования может значительно превышать стоимость отказавшего устройства. В связи с этим актуальна проблема повышения надежности электродвигателей в условиях ГОК.

Для повышения надежности необходимы исследования условий эксплуатации ГОК, режимов работы, а также процессов^ приводящих к ускоренному износу электродвигателей. Одним из способов изучения влияния факторов на надежность электродвигателей является сбор и обработка данных об отказах и условиях эксплуатации методами математической статистики. Вклад в исследование надежности электрических машин внесли многие ученные, в том числе: О.Д. Гольдберг, Э.К. Стрельбицкий, Ю.П. Похолков, В.П. Муравлёв, Н.Г. Никиян, A.C. Ленович, А.Б. Куйбышев, Т. Штак, Т. Тоеда. Значительный вклад в изучение надежности взрывозащшценных и рудничных электродвигателей внесли ученые Е.И. Антонов, Б.Н. Ванеев, В.Д. Главный, H.H. Ткачук, В.М. Гостшцев, Л.И. Сердюк, Б.Е. Теплицкий.

Данная работа выполнена на кафедре электромеханики Оренбургского государственного университета в рамках направления научно исследовательских работ по диагностике асинхронных машин.

Целью работы является повышение эксплуатационной надежности асинхронных двигателей (АД) в условиях ГОК, на основе исследования основных эксплуатационных факторов, влияющих на надежность АД, и установление закономерностей изменения интенсивности отказов.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1. Провести анализ нормативных и фактических показателей надежности АД основного и взрывозащищенного исполнений, эксплуатируемых в условиях ГОК с учетом их режимов работы;

2. Исследовать электромеханические и климатические факторы, приводящие к сверхнормативной интенсивности отказов АД электроприводов основных технологических установок ГОК;

3. Разработать математические модели, устанавливающие взаимосвязь показателей надежности функционирования АД с условиями эксплуатации ГОК;

4. Разработать методику практического использования результатов исследования показателей надежности АД и мероприятия по повышению эксплуатационной надежности АД в условиях ГОК Южного Урала.

Методы исследования. Поставленные задачи решались с использованием общей теории электрических машин, теории вероятностей, математической статистики, методов планирования эксперимента. Обработка статистического материала осуществлялась в средах математического моделирования Excel STATISTIKA.

Объектом исследования является эксплуатационная надежность АД в условиях ГОК.

Предмет исследований - закономерности влияния климатических факторов ГОК и режимов работы на интенсивность отказов АД. Научная новизна заключается в следующем:

- Выявлены фактические показатели надежности групп АД основного и взрывозащшценного исполнения, функционирующих в условиях ГОК, с учетом их режимов работы.

- Разработаны стохастические математические модели надежности АД, отличающиеся учетом влияния на показатели надежности АД температуры, относительной влажности воздуха на поверхности ГОК и режимов работы АД,' эксплуатируемых в условиях ПР.

- Предложена методика оценки и прогнозирования показателей надежности АД электроприводов технологических установок ГОК, базирующаяся на разработанных математических моделях.

На защиту выносятся следующие положения:

• Результаты сравнительного анализа нормативных и фактических показателей надежности групп АД основного и взрывозащищенного исполнений, эксплуатируемых в условиях ГОК, с учетом их режимов работы.

• Стохастические математические модели, устанавливающие взаимосвязь показателей надежности функционирования АД в условиях ПР с температурой, относительной влажностью воздуха на поверхности ГОК.

• Базирующаяся на разработанных математических моделях методика оценки показателей надежности АД электроприводов основных технологических установок ГОК.

• Результаты оценки показателей надежности АД, эксплуатируемых в условиях ГОК Южного Урала, и мероприятия по повышению показателей надежности, включая новое техническое решение автора, снижающее воздействие влажности и рудничной пыли на АД.

Практическая значимость работы состоит в том, что предложены мероприятия по повышению эксплуатационной надежности АД и новое

техническое решение автора, снижающее воздействие влажности и рудничной пыли на АД, приняты к использованию и способствуют повышению надежности АД основного исполнения, эксплуатируемых в условиях ГОК (Тайского и Бурибаевского) и, следовательно, снижению материальных и трудовых затрат.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на II Всероссийской научно-технической конференции «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» (г. Уфа, 2009 г.); областной научно-практической конференции «Молодежь и наука — шаг в будущее» (г. Оренбург 2009 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Интеграция науки и практики в профессиональном развитии педагога» (г. Оренбург 2010 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: состояние, проблемы, перспективы» (г. Оренбург, 2010 г.); Дни молодежной науки в Оренбургской области «Новые промышленные технологии и техника» (г.Оренбург, 2011 г.); Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (XVI БЕНАРДОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ) (г.Иваново 2011 г.); Всероссийской научно-методической конференции «Университетский комплекс как региональный центр образовании, науки и культуры» (г. Оренбург 2012 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 работ, в том числе 2 статьи по списку ВАК, 7 докладов в материалах научно-практических конференций, подана 1 заявка на изобретение.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 67 наименований, 3 приложений и содержит 124 страницы основного текста.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы высокой интенсивности отказов АД при эксплуатации в условиях ГОК, определена цель работы, указаны: научная новизна, основные положения, выносимые на защиту и практическая ценность работы, приведены сведения об апробации и публикациях основных результатов работы.

Первая глава диссертации посвящена обзору состояния исследуемого вопроса. Рассмотрены особенности эксплуатации АД в условиях ГОК, а также характерные повреждения АД. Приведен анализ методов повышения надежности АД в условиях агрессивных сред, и анализ методов расчета показателей надежности АД.

В условиях ГОК наибольшее распространение получили АД из-за их относительной простоты, достаточно высокой надежности, а также низкой стоимости и удовлетворительных эксплуатационных характеристик. Анализ известных способов повышения надежности АД показал, что для эффективного внедрения мероприятий по повышению надежности АД в условиях ГОК необходимо иметь данные об условиях эксплуатации и режимах работы АД.

АД основного исполнения предназначены для эксплуатации при следующих значениях климатических факторов окружающей среды: температура ±40°С; влажность (40-4-80)%; атмосферное давление (94-*- 106) кПа.

Согласно существующим нормам за время эксплуатации АД серии 4А должен обеспечивать следующие показатели надежности:

- средний срок службы более 15 лет при наработке 40000 часов;

- средний срок службы до первого капитального ремонта - 8 лет, при наработке 20000 часов, вероятность безотказной работы (ВБР) более 0,9 за 10000 часов.

В условиях ГОК средний срок службы электродвигателей до капитального ремонта составляет от 1 до 3 лет.

АД эксплуатируются в неблагоприятных климатических условиях основных цехов ГОК, подземного рудника (ПР) и обогатительной фабрики (ОФ). В ПР и ОФ почти всегда высокие относительная влажность и запыленность воздуха. В рудничном воздухе содержится большое количество пыли (от 70 до 1000 мг/м3). Пыль и влажный рудничный воздух попадают внутрь АД, несмотря на закрытое исполнение корпуса и защитные уплотнения.

АД нередко подвержены перегрузкам, частым и тяжелым условиям пуска, вибрациям и т.д. С целью снижения воздействия данных факторов часто завышается номинальная мощность установленных АД, используются АД рудничного, взрывозащищенного исполнения, но интенсивность отказов АД в условиях ГОК не снижается. Рассмотрение системы электроснабжения в ГОК показало, что качество питающего напряжения соответствует ГОСТ и не оказывает существенного влияния на высокую интенсивность отказов АД.

Интенсивность отказов АД в условиях ПР имеет определенные сезонные закономерности (Таблица 1). А это значит, что и условия эксплуатации, от которых зависит интенсивность отказов АД, также имеют сезонные закономерности.

Таблица 1. Среднемесячные интенсивности отказов АД в исследуемых ПР за 5 лет

месяцы

Компоненты анализа январь февраль .... март апрель май июнь июль август сентябрь октябрь ноябрь декабрь

Сред, интенсивность отказов Х,-Ю"5,ч"' 11,2 10 12,5 10 8,9 7,8 11 6,3 9,6 16,3 10,8 13,5

Коэф. вариации интенсивности отказов, % 77 47 61 49 40 79 36 97 56 26 59 73

Анализ отказов АД, работающих в рудничных условиях в механизмах добычных и проходческих комбайнов, скребковых и ленточных конвейеров, толкателей участковых погрузочных пунктов, лебедок, ручных электросверл, насосов маслостанций буровых станков показал, что основной причиной отказов (более 90%) является повреждение изоляции обмоток.

Так как наиболее слабым звеном АД является межвитковая изоляция обмотки, то все методики расчета показателей надежности сводятся к расчету надежности обмотки. Существующие методы расчета показателей надежности учитывают основные факторы — это тепловое старение, вибрация, частота включений, которые воздействуют на АД только во время работы. Учет только перечисленных факторов в существующих методиках расчета, дает завышенные значения показателей надежности АД. Воздействие основных факторов нетрудно воспроизвести при проведении ускоренных испытаний АД в лабораторных условиях. Но учесть при ускоренных испытаниях факторы, присущие ГОК, такие как относительная влажность, запыленность воздуха, воздействие окружающей среды во время простоев, вместе с выше перечисленными факторами затруднительно. Наиболее достоверные значения показателей надежности АД дает анализ статистических данных, полученных при эксплуатации АД в условиях ГОК.

На основе проведенного анализа отказов АД сформулированы задачи, решение которых приводится в 2,3 и 4 главах работы.

Во второй главе рассмотрены: влияние климата на поверхности ГОК на микроклимат ПР и ОФ; влияние электромеханических и климатических факторов на интенсивности отказов АД при различных режимах работы; общая методика проведения исследований.

Для безопасной работы людей выработки ПР постоянно проветривается чистым атмосферным воздухом, подаваемым с поверхности ГОК (рис. 1).

////////// / УУ^лу / // /

1 - главная вентиляционная установка; 2 — воздушная струя; 3 — калориферы; 4 — надшахтное здание вентиляционного ствола Рис. 1. Схема воздушного потока при всасывающем способе вентиляции ПР

Чистый воздух с поверхности подается через главный ствол и, проходя по ПР, выносит на поверхность через вентиляционный ствол рудничные газы, пыль. Следовательно, температура и относительная влажность воздуха в ПР зависят от климата на поверхности ГОК. При этом значения относительной влажности и температуры воздуха, при прохождении его по ПР, изменяются.

При положительных температурах воздуха на поверхности ГОК, он подается в ПР без подогрева. И если температура воздуха на поверхности выше, чем в ПР, при прохождении по выработкам происходит его охлаждение и в ПР может выпасть роса. Этому явлению также способствует и то, что в ПР атмосферное давление воздуха всегда ниже, чем на поверхности, при всасывающем способе вентиляции. При 100% влажности воздуха на поверхности ГОК, в выработках рудника выпадает роса.

При отрицательных температурах воздуха на поверхности ГОК может произойти обледенение главного ствола ПР, при этом работа ПР станет невозможной. Поэтому воздух перед подачей в ПР подогревают в калориферной 3 до температуры +2°С. Относительная влажность воздуха, подаваемого в ПР, после нагревания при прохождении через калориферы будет снижаться. То есть чем ниже температура воздуха на поверхности ГОК, тем больше воздух будет осушаться, проходя через калориферы.

В помещениях ОФ, в отличие от ПР, отсутствует постоянное проветривание. Вентиляция имеется только в дробильном отделении для снижения запыленности воздуха, которая включается, когда идет дробление руды. Состав пыли ОФ аналогичен составу пыли ПР: соли меди, окиси серы и т.д. Микроклимат в помещениях ОФ мало зависит от климата снаружи ОФ.

Эксплуатационные факторы ГОК, воздействующие на надежность АД, делим на три составляющие: электромеханические, климатические и случайные. К электромеханическим факторам отнесём следующие: нагрузка АД, частота включений, вибрации, электрическое напряжение. Усредненные значения электромеханических факторов, в течение года не имеют сезонных изменений и остаются постоянными, и, следовательно, усредненная интенсивность отказов АД, обусловленная перечисленными факторами будет постоянной. Микроклимат внутри ПР зависит от климата на поверхности ГОК, следовательно имеет ярко выраженную сезонность и изменяется в следующих пределах: среднемесячная температура (2+23)°С, относительная влажность (35+74)% и продолжительность 100% влажности (0+100) часов ПР. Следовательно и интенсивность отказов АД, вызванная климатическими факторами, будет иметь сезонные изменения (табл. 1), т.е. будет переменной величиной.

Таким образом, интенсивность отказов АД в условиях ГОК состоит из трех составляющих

^ = ^ эл. мех + ^клям + \ > (1)

где Д-эл.мех Я КЛИМ ~ интенсивность отказов АД, вызванная электромеханическими и климатическими факторами, § - интенсивность отказов АД, вызванная случайными факторами.

Опыт эксплуатации АД показал, что интенсивность их отказов в условиях общепромышленных предприятий составляет \ = 1,5 1(Г!ч~'и ниже. В условиях ГОК на АД будут воздействовать как электромеханические, так и климатические факторы. Но как видно по рис.2 интенсивность отказов АД, вызванная электромеханическими и климатическими факторами намного больше интенсивности отказов, вызванной только электромеханическими факторами. Т.е. интенсивность отказов АД в условиях ГОК, при режиме работы 82-88, будет в основном определяться интенсивностью Поэтому для дальнейших

исследований примем, что интенсивность отказов X - .

эксплуатируемых в условиях ГОК с учетом режима работы

В условиях ГОК воздействие на АД климатических факторов зависит от режима работы АД. При неизменных во времени потерях процесс нагревания поверхности АД описывается уравнением теплового баланса

£Р& = С<1(Дд) + <х8Дй(Й (2)

где сумма потерь в объеме машины, Вт; С — теплоемкость машины, С=ст, с - удельная теплоемкость материала АД, ДжДкг С); ш - масса АД, кг;

а - коэффициент теплоотдачи с поверхности Вт/( м • С); 8 - поверхность

2

охлаждения, м ; Ад — превышение температуры поверхности машины над температурой окружающей среды.

Во время работы АД происходит подсушивание изоляции обмоток. На изоляцию обмоток АД воздействуют электромеханические факторы.

После отключения АД начинает остывать. Остыванию способствует воздушная струя рудничной вентиляции. АД в зависимости от габаритов и места установки остывают с разной скоростью — от 1 часа до суток. Температура

воздуха внутри АД снижается, при этом снижается давление воздуха внутри АД. Возникает разность давлений между воздухом внутри АД и снаружи, и при этом рудничный воздух засасывается внутрь АД.

У = У0(1 + 5-Т), (3)

где У0 - объем воздуха при 0°С; 5=1/273,15 - коэффициент объемного расширения, град"';Т - температура воздуха, °С.

Во время простоя АД при остывании изоляции до температуры окружающей среды начинает происходить увлажнение изоляции. Скорость увлажнения зависит от влажности воздуха. Снижение сопротивления изоляции до установившегося значения при 100% влажности происходит за 30-60 часов, пока изоляция не пропитается водой.

При нагревании давление воздуха внутри АД повышается и воздух выходит наружу. При последующих включениях-отключениях АД - цикл повторяется.

То есть АД при нагревании и остывании циклично всасывает рудничный воздух. При этом воздух вместе с пылью всасывается в основном через подшипниковые узлы, что подтверждает дефектация отказавших АД: смазка всех подшипников сильно загрязнена. Рудничная пыль накапливается внутри АД и взаимодействует с влажным рудничным воздухом. При этом образуются кислоты, которые разрушают изоляцию обмоток АД, приводя к преждевременному выходу её из строя.

Нагрев АД зависит от режима работы, т.е. от соотношения длительности периодов работы и пауз между ними или периодов с полной и частичной нагрузкой, от частоты включения АД и характера протекания переходных процессов.

При продолжительном режиме (Б1) работы все части АД нагреваются до установившейся температуры. При всех остальных режимах работы АД (52-88), температура АД изменяется, а, следовательно, внутрь АД будет поступать рудничный воздух.

Интенсивность отказов АД вызванная климатическими факторами будет наблюдаться у АД, которые имеют, как минимум, несколько циклов нагрев-охлаждение в сутки. У АД с продолжительным режимом работы интенсивность отказов, вызванная климатическими факторами, будет менее заметна.

Интенсивности отказов АД при эксплуатации описывается типовой кривой распределения, так называемой «кривой жизни», которая имеет три характерных периода: период приработки, период нормальной эксплуатации и период износа.

В первом периоде распределение интенсивности отказов АД происходит по закону Пуассона или Вейбулла. Отказывают АД, имеющие производственные дефекты.

Второй период - период нормальной эксплуатации, когда главной причиной отказов являются случайные причины: недопустимая перегрузка, неблагоприятные внешние факторы. Кривая интенсивности отказов АД на этом участке носит характер экспоненты.

В третьем периоде отказы вызываются в основном старением изоляции обмоток АД и износом подшипников.

Для АД, эксплуатируемых в условиях ГОК, определить распределение интенсивности отказов затруднительно из-за невозможности обеспечить одинаковые условия эксплуатации для всех наблюдаемых АД в течение длительного времени. Как было указано выше, микроклимат ПР зависит от климата на поверхности ГОК, и значительно изменяется в течение года. Соответственно изменяется интенсивность отказов АД. Предложено интенсивность отказов АД описать в виде функции, зависящей от климатических факторов

1=Г(Х1,Х2,...,ХП), (4)

где Х^Хг.—.Х,, - климатические факторы.

Вследствие изменения условий эксплуатации интенсивность отказов АД в период нормальной эксплуатации будет изменяться. При ухудшении условий эксплуатации (увеличение нагрузки, повышение относительной влажности воздуха), интенсивность отказов АД будет возрастать. А при благоприятных условиях эксплуатации снижаться.

Для оценки ВБР АД с учетом воздействия на АД эксплуатационных факторов предлагается использовать среднее значение интенсивности отказов Хср за расчетное время эксплуатации АД, а также значения интенсивности отказов Хк за соответствующие периоды работы.

ВБР для расчетного времени эксплуатации АД ((Мк) определяем по экспоненциальному закону

Р(0 = е">'срА1к =е_я-ср'к, (5)

где Я.ср =(Х] +Х2 +... + Хк)/к - средняя интенсивность отказов АД за

время здесь к - число интервалов времени и

Р(0 = е-*1''1 .е_Х2'(12_'1)-...-е">'к(1к",к-1), (6)

где (^-О), (12-11), (^ы) - интервалы времени, соответствующие интенсивностям отказов А.ь Х2,

Л4

"кг —1^— Л*

-:-.-.-' // ^---

о и Ь 1з и ^ ^ I

Рис. 3. Интенсивности отказов в расчетный период работы АД

Интервалу времени (0-1]) соответствует интенсивность отказов X,, которая зависит от условий эксплуатации на данном интервале времени, а именно загрузки горного оборудования и климатических условий (рис. 3). На интервале

времени (Ч^) условия эксплуатации изменились, и соответственно изменилась интенсивность Хг.

Интенсивность отказов АД рассчитывается для каждого интервала времени АЬ

Хк=п(А1)/(ЫСР&1), (7)

где п(Д1) — количество отказов АД за интервал времени Д^ МСР - среднее число исправных АД за интервал времени Д1

Для определения зависимости интенсивности отказов АД от климатических факторов, был проведен сбор статистических данных:

- об изменениях среднемесячных значений температуры (Тпов), относительной влажности воздуха (<рпов), продолжительности выпадения росы (100% влажности воздуха) на поверхности ГОК;

- об отказах электрооборудования в основных цехах ГОК: ПР и ОФ.

Данные о среднемесячной относительной влажности, температуре воздуха

и продолжительности выпадения росы были взяты из архива Акъярской метеостанции Республики Башкортостан. Данные об отказах АД (под отказавшим АД будем понимать АД, поступивший в капитальный ремонт) собраны в электроремонтных цехах Гайского (Оренбургской обл.) и Бурибаевского (Республика Башкортостан) ГОК.

В обследуемых ГОК был собран и обработан статистический материал о более чем 1500 вышедших из строя электродвигателях в ПР и 2000 в ОФ. Собран материал об условиях эксплуатации ГОК и режимах работы отказавших АД. Из обработанного статистического материала для исследования приняты следующие выборки АД:

- в ПР: АД закрытого исполнения мощностью от 1 до 100 кВт, эксплуатируемых в двух режимах: повторно-кратковременном и продолжительном с несколькими остановками в сутки; АД мощностью 22 кВт для привода вентиляторов ВРМ с продолжительным режимом работы;

- в ОФ: АД закрытого исполнения мощностью от 1 до 100 кВт, эксплуатируемых в продолжительном режиме работы.

При исследовании отказов АД приняты следующие допущения:

— АД в выборках аналогичные по конструкции;

— АД имеют аналогичные условия эксплуатации;

— выборки состоят из АД, имеющих разное время начала и конца эксплуатации;

— все отказавшие АД заменяются новыми, количество эксплуатируемых АД >1Ср остается постоянным.

Отказ АД является случайным событием. Точно предсказать случайные величины или процессы нельзя. Однако если рассматривать не каждое отдельное событие, величину или процесс, а их совокупность, то её можно характеризовать с помощью математических методов теории вероятности и статистики.

В третьей главе представлены основные результаты анализа статистического материала об отказах АД, подтверждающие зависимость интенсивности отказов АД от климатических факторов ГОК и режима работы.

По данным об отказах АД в обследуемых ГОК проведен статистический анализ. Получены уравнения регрессии, коэффициенты корреляции, детерминации между интенсивностью отказов АД ГОК и климатическими факторами на поверхности ГОК, с учетом режима работы. Уравнения регрессии, полученные ниже, могут использоваться только при наличии рудничной пыли.

При исследовании отказов АД в условиях ПР будем использовать для аппроксимации линейную модель регрессии, так как диапазон изменения климатических факторов ПР узок и составляет для относительной влажности от 35 до 74%, для температуры воздуха от +2 до 23°С.

Однофакторная линейная модель зависимости интенсивности отказов АД, эксплуатируемых в повторно-кратковременном режиме в ПР, от относительной влажности воздуха на поверхности ГОК

X = (-15,04 + 0,429 српов)10-5, (8)

гДе Фпов _ относительная влажность на поверхности ГОК, %. Однофакторная линейная модель зависимости интенсивности отказов АД, эксплуатируемых в повторно-кратковременном режиме в ПР, от температуры воздуха (+2-23°С) на поверхности ГОК

А. = (17,915 - 0,6289 ■ Тпов) • 10-5, (9)

где Тпов - температура воздуха на поверхности ГОК, °С.

Уравнение (8) вполне согласуется с физическими представлениями о процессе старения изоляции. Чем выше относительная влажность воздуха, тем выше интенсивность отказов АД (рис. 4а). Вид зависимости (9) (рис. 46) получен вследствие высокой корреляции между температурой и относительной влажностью воздуха. Коэффициенты корреляции между интенсивностью отказов АД и продолжительностью 100% влажности низкие (табл. 2), это значит, что на интенсивность отказов АД влияет не краткосрочное значение влажности воздуха, а средние значения влажности воздуха за длительное время эксплуатации.

При высокой межфакторной корреляции один из факторов выводят из дальнейшего рассмотрения. Но в данном случае отказываться от фактора «температура воздуха» не следует из следующих соображений: из рисунков 4а и 46 видно, что разброс точек относительно теоретических кривых значителен, а, следовательно, на интенсивность отказов АД воздействуют как температура, так и относительная влажность. Поэтому далее проанализируем двухфакторную модель интенсивности отказов (10)

•

1

Л* *

'о >

• ... * >

_ _ - - • ✓ в

• ' •

2 24

<<

та 21

О п

™ 18

Б 15 л

о 12

0

1

со 9

X £ 6 £

£ з

•

в

в *- 1 2

<у «

• 9 •V 1 в

**« о

в»« о ■

35 40 45 50 55 60 65 7(1 75 Относительная влажность воздуха,%

а)

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Темпеоатува воздуха б)

1- прямая по уравнению регрессии; 2 - кривые 95% доверительного интервала

Рис. 4. Зависимости интенсивности отказов АД, эксплуатируемых в повторно-кратковременном режиме в ПР, от относительной влажности воздуха (а) и температуры воздуха (б) на поверхности ГОК

Двухфакторная линейная модель зависимости интенсивности отказов АД, эксплуатируемых в повторно-кратковременном режиме в ПР, от относительной влажности и температуры воздуха (+2+23°С) на поверхности ГОК имеет вид

X = (2,29 + 0,227 • <рпов - 0,4366 • Тпов ) ■ 10"

(10)

Величина коэффициента корреляции 11=0,83, показывает высокую степень связи между интенсивностью отказов АД и климатом на поверхности ГОК. Скорректированный коэффициент детерминации (табл.2) показывает, что 63,2% процента всех отказов АД ПР зависит от режима работы и климатических условий на поверхности ГОК. График исходных данных и плоскость построенная по модели (10) представлена на рис. 5.

Рис. 5. Зависимость интенсивности отказов АД, эксплуатируемых в повторно-кратковременном режиме в ПР, от климатических факторов на поверхности ГОК.

При продолжительном режиме работы зависимости интенсивности отказов АД ПР от климатических условий на поверхности ГОК не наблюдается. Зависимость интенсивности отказов АД от относительной влажности представлена на (рис. 6а). Значительный разброс точек относительно теоретической прямой и низкий коэффициент корреляции 11=0,19 свидетельствуют о том, что климатические факторы практически не влияют на отказы АД, эксплуатируемых в продолжительном режиме.

Однофакторная линейная модель зависимости интенсивности отказов АД ПР от температуры воздуха (ниже 0°С) на поверхности ГОК имеет вид

X = (13,76 + 0,36 -Тпов)10"5. (11)

Зависимость интенсивности отказов АД от относительной влажности воздуха на поверхности ГОК практически отсутствует в зимний период. Коэффициент корреляции 11=0,4, в зимний период, указывает на среднюю степень зависимости интенсивности отказов АД от температуры воздуха (Рис. 66).

а) б)

1- прямая по уравнению регрессии; 2 - кривые 95% доверительного интервала

Рис. 6. Зависимость интенсивности отказов АД эксплуатируемых в режиме: Б1 в ПР от относительной влажности воздуха на поверхности ГОК (а) и в режиме 81-88 от температуры воздуха на поверхности ГОК (б)

При анализе интенсивности отказов АД ОФ низкие коэффициенты корреляции (табл. 2), объясняются отсутствием зависимости интенсивности отказов АД от климатических факторов.

Статистическая значимость уравнений проверялась по критерию Фишера. Табличное значение критерия Фишера при уровне значимости а=0,1 и степенях свободы к]=1 и к2=19, меньше фактического, поэтому уравнения (8),(9),(10),(11) признаются статистически значимыми.

Фактические значения г -статистики превосходят табличное значение, поэтому коэффициенты в уравнениях (8),(9),(10),(11) и коэффициенты корреляции не случайно отличаются от нуля и статистически значимы.

Таблица 2. Сводная таблица основных результатов анализа интенсивности отказов АД от климатических факторов

№ Компоненты анализа Фактор

отн. влажн. воздуха <рпов, % температура воздуха Тпов, °С продолжит. 100% влажн. воздуха, ч

Однофакторный анализ отказов АД ПР при повторно-кратковременном режиме работы

1 Уравнение регрессии (8) (9)

2 Коэффициент корреляции 0,692 0,78 0,23

3 Скоррект. коэф. детерминации 0,456 0,59 0

4 Ошибка модели 3,9-Ю-5 3,4-Ю-5

5 График исходных данных и теоретической прямой рис. 4 а рис. 4 б

Двухфакторный анализ интенсивности отказов АД ПР при повторно-кратковременном режиме работы

1 Уравнение регрессии (10)

2 Коэффициент корреляции 0,83

3 Скоррект. коэф. детерминации 0,632

4 Ошибка модели 3,2-Ю-5

5 График исходных данных и теоретической плоскости рис. 5

Однофакторный анализ интенсивности отказов АД ПР при продолжительном режиме работы

1 Коэффициент корреляции 0,19 0,17

2 Скоррект. коэф. детерминации 0 0

3 График исходных данных и теоретической прямой рис. 6а

Анализ интенсивности отказов АД ПР от температуры воздуха (ниже 0°С)

1 Уравнение регрессии (11)

2 Коэффициент корреляции 0,012 0,44

3 Скоррект. коэф. детерминации 0 0,16

4 Ошибка модели 3,96-Ю-5

5 График исходных данных и теоретической прямой рис. 66

Однофакторный анализ интенсивности отказов АД ОФ при продолжительном режиме работы

1 Коэффициент корреляции 0,17 0,16 0,15

2 Скоррект. коэф. детерминации 0 0 0

Четвертая глава посвящена практическому использованию результатов проведенных исследований. Результаты исследований позволяют обосновать мероприятия по повышению надежности АД, эксплуатируемых в условиях ГОКа, и использовать их при:

- прогнозировании и обеспечении заданного уровня надежности АД;

- расчете показателей надежности эксплуатируемых АД.

- подборе и экономическом обосновании технических мероприятий по повышению надежности АД.

Проведенные исследования позволяют прогнозировать как групповые показатели надежности, так и показатели надежности отдельных АД.

Прогнозирование ВБР АД проводим в следующем порядке:

1. По уравнениям регрессии (8), (9), (10), (11) для заданных значений микроклимата определяем интенсивность отказов к.

2. Используя (5),(6), определяем ВБР АД за время Д1.

В целях обеспечения заданного уровня надежности АД необходимо найти сочетание эксплуатационных параметров - температуры и относительной влажности воздуха, подаваемых в рудник, соответствующих требуемой средней наработке до отказа^,,, ч.

ср '

Выразим относительную влажность и температуру воздуха через среднюю наработку до отказа:

1 =± =_1_

* А. (2,29 +0,227-<|>поа - 0,4366 • Тпов )• 10~5' °2)

получим: (0,227-фпов-0,4366-Тпов+2,29)-10-5- — = 0 (13)

Задаваясь любым значением температуры Тпов (от 2 до 20°С) и решая уравнение (13), найдем значение относительной влажности фпов, которое обеспечит среднюю наработку АД ^.

Расчет показателей надежности АД при изменяющихся воздействующих факторах имеет следующий порядок:

1. Проводим наблюдение за отказами АД и собираем данные об отказах за предыдущие годы. Необходимо исключить из полученной выборки отказы АД, связанные с неправильной эксплуатацией, т.е. исключить все отказы не связанные с износом АД.

2. Разбиваем расчетное время эксплуатации на интервалы и рассчитываем интенсивность отказов двигателей Хк по (7) для каждого интервала.

3. Определяем для расчетного времени среднюю интенсивность отказов X .

ср

4. Подставляем среднюю интенсивность отказов Хср и фактическое время,

отработанное двигателем в (5) и получаем ВБР этого АД на текущий момент времени.

5. Подставляем интенсивность отказов АД ^ и время (Мк-О в (5) и получаем ВБР для времени эксплуатации 1к.

Данная методика расчета показателей надежности позволяет оценить надежность АД, в процессе эксплуатации, с учетом реальных изменяющихся условий эксплуатации.

На основе полученных результатов исследования можно определить два направления действий по снижению аварийности АД: организационные и технические.

Используя методику прогнозирования и оценки ВБР АД, предложенную автором, необходимо:

— оперативно корректировать периодичность проведения текущих ремонтов;

— при снижении расчетной ВБР эксплуатируемых АД проводить внеплановый осмотр и диагностику состояния, при необходимости выводить АД в капитальный ремонт.

Технические мероприятия, предложенные автором, направлены на снижение влажности и предотвращение попадания внутрь корпуса АД рудничного воздуха. Экономически выгодны мероприятия направленные не на снижение влажности и запыленности воздуха всего ПР, а мероприятия по внедрению технических устройств для подсушки изоляции во время простоев

АД, и предотвращающих попадание влаги внутрь АД.

На основе проведенных исследований предложено дополнить конструкцию АД, специальной трубкой 1, рис.7 заполненной влагопоглотителем 2, расположенной между корпусом АД, торцом магнитопровода и лобовыми частями обмотки.

Трубка 1 одним концом соединена со сквозным отверстием 3, выполненным в корпусе АД, а другой конец закрыт фильтром 4. Аэродинамическое сопротивление трубки такое, что при нагреве и охлаждении АД, воздух входит и выходит из АД через трубку, где и происходит его осушение и обеспылевание.

Данная конструкция АД позволит снизить влияние рудничной атмосферы на изоляцию обмоток и подшипники.

Рис. 7. АД с устройством защиты от (агрессивной) окружающей среды

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВ ОДЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Результаты и выводы основаны на статистическом материале полученном в ходе эксплуатации АД в реальных условиях ГОК, и являются отражением существующего положения эксплуатационной надежности электрооборудования в горнодобывающей отрасли.

1 Проведенный анализ нормативных и фактических показателей надежности АД основного и взрывозащищенного исполнений эксплуатируемых в условиях ГОК, с учетом их режима работы показал что в условиях ГОК на интенсивность отказов АД эксплуатируемых в повторно-кратковременном режиме в ПР, имеют значительное влияние (более 60% отказов) температура, относительная влажность воздуха на поверхности ГОК и рудничная пыль. Показатели надежности АД, эксплуатируемых в продолжительном режиме, практически не зависят от климатических факторов.

2 На основе обработанного статистического материала об отказах АД в обследуемых ГОК, были разработаны стохастические математические модели, устанавливающие взаимосвязь показателей надежности работы АД с температурой и относительной влажностью воздуха на поверхности ГОК

3 На базе предложенных математических моделей разработаны методики оценки показателей надежности АД электроприводов основных технологических установок ГОК.

4 Предложены мероприятия по повышению показателей надежности АД, включая оформленное заявкой на изобретение устройство, снижающее воздействие влажности и рудничной пыли на надежность работы АД которые приняты для использования в Гайском и Бурибаевском ГОК (Южный Урал).

ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В рекомендованных ВАК РФ научных журналах:

1 Никиян Н. Г. Эксплуатационная модель надежности асинхронных двигателеи в условиях подземного рудника / Н. Г. Никиян, И. И. Ямансарин // Вестник Оренбургского государственного университета - 2011 - N 4 апрель.-С. 157-159. '

2 Ямансарин И.И. Исследование отказов и факторов, снижающих

надежность асинхронных двигателей в условиях подземного рудника /И И

Ямансарин // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2011 -N4(123), апрель.-С. 186-188. Изобретении

3 Ямансарин И.И., Никиян Н.Г., Саликов М.П. Электрическая машина Заявка на изобретение №2011122119 от 31.05.11

В других журналах н изданиях:

4 Ямансарин И.И. Причины износа и неисправностей электродвигателей в условиях обогатительной фабрики Бурибаевского горно-обогатительного комбината / Ямансарин И.И. //Сб. науч. трудов II Всерос. науч.-техн конф

«Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятии»: в 2 т. Т,2 - Уфа: изд-во УГНТУ, 2009. - с. 71-74. „

5 Ямансарин И.И. Повышение надежности асинхронных двигателеи / Ямансарин И.И., Саликов М.П. // Сб. матер, обл. науч.-гфшст конф.: «Молодежь и наука - шаг в будущее». - Оренбург: ОГИМ, 2009. - с. 111-112.

6 Ямансарин И.И. О надежности электрических машин в условиях горнообогатительных комбинатов / Ямансарин И.И. // Матер. Всерос. науч.-практ. конф.: «Интеграция науки и практики в профессиональном развитии педагога». - Оренбург: ОГУ, 2010. -с.2614-2616.

7 Ямансарин И.И. О влиянии коммутационных перенапряжении на электрическую прочность изоляции электрических машин / Ямансарин И.И. // Труды Всерос. науч.-техн. конф.: «Энергетика: состояние, проблемы, перспективы». - Оренбург: ОГУ, 2010. - с.166-169.

8 Никиян Н.Г. Влияние сезонных изменений факторов окружающей среды на отказы электрических машин в условиях подземного рудника / Никиян Н.Г., Ямансарин И.И // Труды Всерос. науч.-тех^ конф.: «Энергетика: состояние, проблемы, перспективы». - Оренбург: 01 У, ли и. -с.127-133.

9 Ямансарин И.И. О влиянии климатических условии эксплуатации подземного рудника на отказы электрооборудования / Ямансарин И.И. // Сб. науч трудов межд. науч.-практ. конф. «Состояние и перспективы развития электротехнолопш» XVI БЕНАРДОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ. - Иваново, ИГЭУ, 2011, с. 95-97.

10 Никиян НГ Обоснование закона распределения вероятности безотказной работы асинхронных двигателей в условиях воздействия переменных эксплуатационных факторов / Никиян Н.Г., Ямансарин И.И.// Матер. Всерос. науч.-методич. конф.: «Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры». - Оренбург: ООО И11К «Университет», 2012. - с.288-292.

Личный вклад автора. В работах, написанных в соавторстве, автор> принадлежат: в работах[1,8,10] - анализ статистических данных об отказах у регрессионные модели показателей надежности асинхронных двигателеи, i работах [3,5] - мероприятия и новое техническое решение по повышении надежности работы асинхронных двигателей, работы [2,4,6,7,9] написань единолично.

Автореферат отпечатан с разрешения диссертационного совета Д 212.217.04 ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» (протокол № 12 от 76 нюня 2012 г.)

ЛР № 063109 от 04.02.1999 г.

Подписано в печать 27.06.2012 г.

Заказ № 3459. Тираж 100 эю.

ООО «Агентство «Пресса» г. Оренбург, ул. Комсомольская, 45, тел. 30-61-83 Отпечатано с готового оригинал-макета

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Особенности работы асинхронных двигателей в условиях горно-обогатительного комбината.

1.2. Характерные повреждения асинхронных двигателей.

1.3. Способы повышения надежности асинхронных двигателей в условиях агрессивных сред.

1.4. Методы расчета показателей надежности асинхронных двигателей.

1.5. Выводы к 1 главе.

2. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ В ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНОМ КОМБИНАТЕ

2.1. Влияние условий эксплуатации горно-обогатительного комбината на отказы асинхронных двигателей.

2.1.1. Состояние климатических условий эксплуатации подземного рудника.

2.1.2 Состояние климатических условий эксплуатации обогатительной фабрики.

2.1.3. Классификация основных эксплуатационных факторов.

2.2. Анализ фактических и нормативных показателей надежности асинхронных двигателей с учетом режима работы.

2.3. Обоснование закона распределения вероятности безотказной работы асинхронных двигателей, эксплуатируемых в условиях подземного рудника

2.4. Общая методика исследований отказов асинхронных двигателей как случайных событий.

2.4.1 Сбор и предварительная обработка статистического материала.

2.4.2. Методика обработки статистического материала.

2.5 Выводы к 2 главе.

3. АНАЛИЗ СТАТИСТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА ОБ ОТКАЗАХ

АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

3.1. Статистический анализ отказов асинхронных двигателей в условиях подземного рудника.

3.1.1. Анализ интенсивности отказов асинхронных двигателей при повторно-кратковременных режимах работы.

3.1.2. Анализ точности полученных уравнений регрессии.

3.1.3. Анализ интенсивности отказов асинхронных двигателей при продолжительном режиме работы.

3.1.4. Анализ отказов асинхронных двигателей при подогреве воздуха.

3.2. Обработка статистических данных об отказах асинхронных двигателей обогатительной фабрики

3.3. Ограничения для полученных уравнений регрессии.

3.4. Выводы к 3 главе.

4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Групповое прогнозирование, расчет и обеспечение заданного уровня надежности асинхронных двигателей.

4.2. Разработка мероприятий и конструкций по повышению надежности асинхронных двигателей.

4.3 Выводы к 4 главе.

Горное оборудование работает в тяжелых условиях. Около 30% поломок приходится на электрооборудование. В год 25-35% установленных электродвигателей преждевременно выходят из строя [47,53]. На высокую интенсивность отказов электродвигателей, эксплуатируемых в условиях подземных рудников, в производственных помещениях на поверхности и на открытых площадках, оказывают влияние климатические и механические факторы внешней среды, а также режим работы [6,42,57,].

Тяжелые режимы эксплуатации горного оборудования порождаются особыми климатическими условиями горнодобывающего предприятия, резкими колебаниями электромеханических нагрузок, сложностью выполнения качественного технического обслуживания.

Все оборудование объединено в последовательную технологическую цепь, поэтому выход из строя одного «звена» приводит к простою всей технологической цепи, нарушению сложных технологических процессов и в итоге к снижению качества продукции. Для безостановочной работы ГОК приходится иметь большие межцеховые запасы. Для ремонта электрооборудования необходимо содержать электроремонтный цех и большой штат электромонтеров. Материальный ущерб из-за ненадежности электрооборудования может значительно превышать стоимость отказавшего устройства. В связи с этим актуальна проблема повышения надежности электрических машин в условиях ГОК.

Одним из способов изучения влияния факторов на надежность электродвигателей является сбор и обработка данных об отказах и условиях эксплуатации, методами математической статистики. Вклад в исследование надежности электрических машин внесли многие ученные, в том числе: О.Д. Гольдберг, Э.К. Стрельбицкий, Ю.П. Похолков, В.П. Муравлёв, Н.Г. Никиян, A.C. Ленович, А.Б. Куйбышев, Т. Штак, Т, Тоеда. Значительный вклад в изучение надежности взрывозащищенных и рудничных электродвигателей внесли ученые Е.И. Антонов, Б.Н. Ванеев, В.Д. Главный, H.H. Ткачук, В.М. Гостищев, Л.И. Сердюк, Б.Е. Теплицкий.

Повышение эксплуатационной надежности АД должно основываться на исследованиях условий эксплуатации ГОК, режимов работы, а также процессов, приводящих к ускоренному износу электродвигателей. Данная работа выполнена на кафедре электромеханики Оренбургского государственного университета в рамках с направления научно исследовательских работ по диагностике асинхронных машин.

Целью работы является повышение эксплуатационной надежности асинхронных двигателей в условиях ГОК, на основе исследования основных эксплуатационных факторов влияющих на надежность АД, и установление закономерностей изменения интенсивности отказов.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1 Провести анализ нормативных и фактических показателей надежности АД основного и взрывозащищенного исполнений эксплуатируемых в условиях ГОК с учетом их режимов работы;

2 Исследовать электромеханические и климатические факторы, а также процессы их влияния на эксплуатационную надежность АД, приводящие к сверхнормативной интенсивности отказов АД электроприводов основных технологических установок ГОК;

3 Разработать математические модели устанавливающие взаимосвязь показателей надежности функционирования АД с условиями эксплуатации ГОК;

4 Разработать методику практического использования полученных результатов (прогнозирования интенсивности отказов АД) и мероприятия для повышения эксплуатационной надежности АД в условиях ГОК (Южного Урала).

Методы исследования. Поставленные задачи решались с использованием положений общей теории электрических машин, теории вероятности, математической статистики, методов планирования эксперимента. Обработка статистического материала осуществлялась в средах математического моделирования Excel, STATISTIKA.

Объектом исследования является эксплуатационная надежность АД в условиях ГОК.

Предмет исследований - закономерности влияния климатических факторов ГОК и режима работы на интенсивность отказов АД.

Научная новизна заключается в следующем:

- Выявлены фактические показатели надежности групп АД основного и взрывозащищенного исполнения, функционирующих в условиях ГОК, с учетом их режимов работы.

- Разработаны стохастические математические модели надежности АД, отличающиеся учетом влияния на показатели надежности АД температуры, относительной влажности воздуха на поверхности ГОК и режимов работы АД, эксплуатируемых в условиях ПР.

Предложена методика оценки и прогнозирования показателей надежности АД электроприводов технологических установок ГОК, базирующаяся на разработанных математических моделях.

На защиту выносятся следующие положения:

• Результаты сравнительного анализа нормативных и фактических показателей надежности групп АД основного и взрывозащищенного исполнений, эксплуатируемых в условиях ГОК, с учетом их режимов работы.

• Стохастические математические модели, устанавливающие взаимосвязь показателей надежности функционирования АД в условиях ПР с температурой, относительной влажностью воздуха на поверхности ГОК.

• Базирующаяся на разработанных математических моделях методика оценки показателей надежности АД электроприводов основных технологических установок ГОК.

• Результаты оценки показателей надежности АД, эксплуатируемых в условиях ГОК Южного Урала, и мероприятия по повышению показателей надежности, включая новое техническое решение автора, снижающее воздействие влажности и рудничной пыли на АД.

Практическая значимость работы состоит в том, что предложены мероприятия по повышению эксплуатационной надежности АД и новое техническое решение автора, снижающее воздействие влажности и рудничной пыли на АД, приняты к использованию и способствуют повышению надежности АД основного исполнения, эксплуатируемых в условиях ГОК (Гайского и Бурибаевского) и, следовательно, снижению материальных и трудовых затрат.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на II Всероссийской научно-технической конференции «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» (г. Уфа 2009 г.), областной научно-практической конференции «Молодежь и наука - шаг в будущее» (г. Оренбург 2009 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Интеграция науки и практики в профессиональном развитии педагога» (г. Оренбург 2010 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: состояние, проблемы, перспективы» (г. Оренбург 2010 г.), дни молодежной науки в Оренбургской области «Новые промышленные технологии и техника» (г. Оренбург 2011 г.), Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (XVI БЕНАРДОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ) (г. Иваново 2011 г.); Всероссийской научно-методической конференции «Университетский комплекс как региональный центр образовании, науки и культуры» (г. Оренбург 2012 г.).

Первая глава диссертации посвящена обзору состояния исследуемого вопроса по литературным источникам. Рассмотрены особенности эксплуатации АД в условиях ГОК, а также характерные повреждения АД. Приведен анализ методов повышения надежности АД в условиях агрессивных сред, и анализ методов расчета показателей надежности АД. Поставлены задачи исследования.

Во второй главе рассмотрены: влияние климата на поверхности ГОК на микроклимат ПР и ОФ; влияние электромеханических и климатических факторов на интенсивности отказов АД при различных режимах работы; общая методика проведения исследований.

В третьей главе представлены основные результаты анализа статистического материала об отказах АД, подтверждающие зависимость интенсивности отказов АД от климатических факторов ГОК и режима работы.

Четвертая глава посвящена практическому использованию результатов проведенных исследований, а именно, групповому прогнозированию и обеспечению заданного уровня надежности, расчету показателей эксплуатируемых АД, экономическому обоснованию внедрения организационно-технических мероприятий по повышению показателей надежности АД в условиях ГОК. Предложена конструкция электрической машины, препятствующая воздействию окружающей среды на подшипники и изоляцию обмоток.

В заключении приводятся результаты и выводы по работе.

В приложениях приведены таблицы с исходными данными об интенсивностях отказов АД эксплуатируемых в ПР и ОФ, климатических условиях на поверхности исследуемых ГОК, акты использования результатов работы.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 работ, в том числе 2 статьи по списку ВАК, 7 докладов в материалах научно-практических конференций, подана 1 заявка на изобретение.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и 3 приложений. Общий объем работы составляет 124 страниц, включая 26 рисунок, 17 таблиц и список литературы из 67 наименований.

4.3. Выводы к 4 главе

1 Результаты проведенных, исследований позволяют прогнозировать показатели надежности АД, при известных климатических условиях ПР.

2 Результаты исследований необходимы для определения параметров воздуха, обеспечивающих необходимый уровень надежности АД в условиях ПР.

3 Накопленные данные об интенсивностях отказов АД в предыдущие периоды времени позволяют определить ВБР эксплуатируемых АД.

4 Одним из способов повышения надежности АД в условиях ПР является подогрев подаваемого в ПР воздуха, но как показывают расчеты данный способ является экономически невыгодным, и требует дополнительного обоснования не только с позиции надежности АД, но и надежности всего горного оборудования.

5 Использование специальных технических устройств, обеспечивающих подогрев изоляции обмоток во время простоя, а также устройств, препятствующих попаданию пыли и влаги внутрь корпуса машины, целесообразно при высокой стоимости АД.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты и выводы основаны на статистическом материале, полученном в ходе эксплуатации АД в реальных условиях ГОК, и являются отражением существующего положения эксплуатационной надежности электрооборудования в горнодобывающей отрасли.

1 Проведенный анализ нормативных и фактических показателей надежности АД основного и взрывозащищенного исполнений, эксплуатируемых в условиях ГОК, с учетом их режима работы показал, что в условиях ГОК на интенсивность отказов АД эксплуатируемых в повторно-кратковременном режиме в ПР, имеют значительное влияние (более 60% отказов) температура, относительная влажность воздуха на поверхности ГОК и рудничная пыль. Показатели надежности АД, эксплуатируемых в продолжительном режиме, практически не зависят от климатических факторов.

2 На основе обработанного статистического материала об отказах АД в обследуемых ГОК, были разработаны стохастические математические модели, устанавливающие взаимосвязь показателей надежности работы АД с температурой и относительной влажностью воздуха на поверхности ГОК.

3 На базе предложенных математических моделей разработаны методики оценки показателей надежности АД электроприводов основных технологических установок ГОК.

4 Предложены мероприятия по повышению показателей надежности АД, включая оформленное заявкой на изобретение устройство, снижающее воздействие влажности и рудничной пыли на надежность работы АД, которые приняты для использования в Гайском и Бурибаевском ГОК (Южный Урал).

1. Афанасьев, В. Н. Анализ временных рядов и прогнозирование: учеб. для вузов / В. Н. Афанасьев, М. М. Юзбашев . М. : Финансы и статистика, 2001.-228 с.

2. Беккер, Р.Г. Методика сбора и обработки статистической информации о надежности шахтного электрооборудования / Р.Г. Беккер, В.Г. Соболев, Г.С. Кузьмин и др. РТМ. М., Минуглепром СССР, ИГД им. A.A. Скочинского, 1975.

3. Бернштейн, Л. М. Изоляция электрических машин общепромышленного применения / Л. М. Бернштейн .- 2-е изд., перераб. и доп. М. : Энергия, 1971. - 368 с.

4. Боровков, А. А. Математическая статистика: учебник / А. А. Боровков.- 4-е изд., стер. СПб. : Лань, 2010. - 704 с.

5. Бочаров, П.П. Теория вероятностей и математическая статистика / П.П. Бочаров, A.B. Печенкин. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. - 296 с.

6. Быков, А.И. Надежность взрывозащищенного и рудничного электрооборудования. / А.И. Быков, Б.Н. Ванеев, В.Д. Главный, В.М. Гостищев, И.В. Дашковский, А.П. Котляревский, А.И. Кубрак, М.И. Постернак. М.: Недра, 1979. - 302 с.

7. Вентцель, Е. С. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения: учеб. пособие для вузов / Е. С. Вентцель, Л. А. Овчаров; МО.- 2-е изд., стер. М. : Высш. шк., 2000. - 383 с.

8. Вентцель, Е. С. Теория вероятностей: учебник для вузов / Е. С. Вентцель.- 9-е изд., стер. М. : Академия, 2003. - 576 с.

9. Власов, В.Г. Проектирование модификаций взрывозащищенных асинхронных двигателей для угольной и горнорудной отраслей промышленности / В.Г. Власов, В.Л. Иванов, H.H. Юдин. // Электротехника М.: Энергоиздат. - 1981. - №5.

10. Геллер, Б. Импульсные процессы в электрических машинах / Б. Геллер, А. Веверка; пер. с англ. Под ред. А.К. Лоханина, В.М. Погостина. -М.: Энергия, 1973. 440 с.

11. Гемке, Р.Г. Неисправности электрических машин / Р.Г. Гемке. JL: Энергия, 1969.-272 с.

12. Главный, В.Д. Методика определительных ускоренных испытаний взрывозащищенных и рудничных асинхронных двигателей мощностью до 110 кВт на надежность / В.Д. Главный. РЖ «Электротехника и энергетика», 1975, №6.

13. Главный, В.Д. Математическая модель надежности двигателей ВМ90-132 / В.Д. Главный, А.И. Мицельман, Л.Б. Ланкоф // «Электротехническая промышленность». 1978, вып. 4(86).

14. Гольдберг, О.Д. Качество и надежность асинхронных двигателей / О.Д. Гольдберг. М.: Энергия, 1968. - 176 с.

15. Гольдберг, О.Д. Надежность электрических машин : учеб. для вузов/ О.Д. Гольдберг, С.П. Хелемская. М.: Академия, 2010. - 288 с.

16. Горное дело / Энциклопедический справочник. Углетехиздат. 1957. -656 с.

17. Готтер, Г. Нагрев и охлаждение электрических машин / Г. Готтер. -М. Л.: Госэнергоиздат, 1961. 480с

18. Грачев, П.Ю. Повышение надежности автомобильных стартер-генераторов / П.Ю. Грачев, В.М. Анисимов, В.Н. Кудояров // Труды международной конференции "Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте", Самара, 1999. с. 152-154.

19. Гребенюк, В.А, Справочник по горнорудному делу / Под ред. В.А. Гребенюка. М.: Недра, 1983. - 816 с.

20. Деро, А.Р. Неполадки в работе асинхронного двигателя / А.Р. Деро. Л.: Энергия, 1976. - 96 с.

21. Ермолин, Н.П. Надежность электрических машин / Н.П. Ермолин, И.П. Жерихин. Л.: Энергия, 1976. - 248 с.

22. Зедгинидзе, И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем / И.Г. Зедгинидзе. М.: Наука, 1976. - с. 390.

23. Ивоботенко, Б.А. Планирование эксперимента в электромеханике / Б.А. Ивоботенко, Н.Ф. Ильинский, И.П. Копылов. М.: Энергия, 1975. - 184 с.

24. Каика, В.В. Исследование режимов работы и совершенствование электроприводов шахтных маневровых лебедок: дис. . канд. техн. наук. -Донецк: ДЛИ, 1978.

25. Кобзарь, А.И. Прикладная математическая статистика. Для инженеров и научных работников: пособие для специалистов / А.И. Кобзарь- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. 816 с.

26. Коварский, Е. М. Испытание электрических машин / Е. М. Коварский, Ю. И. Янко . М. : Энергоатомиздат, 1990. - 320 с.

27. Конарев, О.С. Обеспечение эксплуатационной надежности асинхронных двигателей малой и средней мощности: дисс. . канд. техн. наук: 05.09.01 Томск. 2000. 130 с.

28. Копылов, И. П. Справочник по электрическим машинам: в 2 т. / под общ. ред. И. П. Копылова, Б. К. Клокова . М. : Энергоатомиздат, 1988-1989.- 456 с.

29. Котеленец, Н. Ф. Испытания и надежность электрических машин: учеб. пособие для вузов / Н. Ф. Котеленец, Н. JI. Кузнецов. М. : Высш. шк., 1988.-232 с.

30. Краткий справочник горного инженера / М., Недра, 1971. - 519 с.

31. Кузнецов, Н. JI. Надежность электрических машин: учеб. пособие для студентов вузов / Н. JI. Кузнецов. М. : ИД МЭИ, 2006. - 432 с.

32. Куйбышев, А.Б. Надежность асинхронных двигателей общепромышленного применения / А.Б. Куйбышев. М.: издательство стандартов, 1972. - 104 с.

33. Любалин, В.Э. Анализ эксплуатационной надежности асинхронных двигателей мощностью от 0,6 до 100 кВт / В.Э. Любалин // Сб. трудов ВЗГТИ. 1977. -вып. 109. - с. 191-204.

34. Мандыч, Н.К. Ремонт электродвигателей. Пособие электромонтеру / Н.К. Мандыч. К.: Техника, 1989. - 152 с.

35. Маслов, В.В. Влагостойкость электрической изоляции / В.В. Маслов. М., Энергия, 1973. - 208 с.

36. Мусин, A.M. Аварийные режимы асинхронных электродвигателей и способы их защиты / A.M. Мусин. М.: Колос, 1979. - 112 с.

37. Мухамадулин, И.М. Исследование влияния эксплуатационных факторов на работу электрических машин, эксплуатируемых в АПК: Дис. . канд. техн. наук: 05.09.01 Казань. 2002. 124 с.

38. Налимов, В.В. Статистические методы планирования экспериментальных исследований / В.В. Налимов, H.A. Чернова. М.: Наука, 1965.

39. Никиян, Н. Г. Эксплуатационная модель надежности асинхронных двигателей в условиях подземного рудника / Н. Г. Никиян, И. И. Ямансарин // Вестник Оренбургского государственного университета. 2011. - N 4 (123), апрель.-С. 157-159.

40. Певзнер, Л.Д. Надежность горного электрооборудования и технических средств автоматики / Л.Д. Певзнер. М., Недра, 1983. - 198 с.

41. Половко, A.M. Основы теории надежности: учеб. пособие / A.M. Половко, C.B. Гуров. 2-е изд., перераб. и доп. - СПб.: БВХ-Петербург, 2006. - 704 с.

42. Постников, P.A. Влияние условий эксплуатации на надежность оборудования электроподвижного состава: дис. . канд. техн. наук: 05.22.07 Москва, 2004,- 158с.

43. Прищеп, Л.Г. Предупреждение отсырения и сушка изоляции обмоток электродвигателей с использованием конденсаторов / Л.Г. Прищеп, М.М. Егамбердиева // Сборник научных трудов МИИСП: т. IX, вып. III. -1972.

44. Рипс, Я.А. Анализ и расчет управления электроприводом / Я.А. Рипс, Б.А. Савельев. М.: Энергия. - 1974.

45. Родькин, Д.И. Системы динамического нагружения и диагностики электродвигателей при послеремонтных испытаниях / Д.И. Родькин. М.: Недра, 1992.-236 с.

46. Рудничная вентиляция: Справочник под ред. К.З. Ушакова.-М.: Недра, 1988.-440 с.

47. Рыбалко, В.В. Математические модели контроля надежности объектов энергетики / В.В. Рыбалко. ГОУВПО СПбГТУРП. СПб., 2010.-151 с.

48. Соболев, В.Г. Эксплуатационная надежность рудничных взрывобезопасных электродвигателей / В.Г. Соболев, Г.С. Кузьмин // В кн.: Электротехническая промышленность. Сер. Электрические машины. М.: Информэлектро. - 1976. - вып. 2 (66).

49. Сыч, И.П. Влияние эксплуатационных факторов на изнашивание обмотки и эффективность тепловой защиты электродвигателей / И.П. Сыч // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1983. - №1. - с. 33-38.

50. Тареев, Б.М. Физика диэлектрических материалов / Б.М. Тареев М. -Энергия, 1973. 328 с.

51. Тищенко, Н.А. Проблема надежности электродвигателей / Тищенко Н.А. // «Электричество». 1961. - №11, с. 7-13; №12, с. 16-19.

52. Ушаков, К.З. Рудничная вентиляция: Справочник / под ред. К.З. Ушакова.-М.: Недра, 1988. 440 с.

53. Шевчук, В.П. Обеспечение работоспособности электрических машин переменного тока в горнодобывающей промышленности: Дис. . канд. техн. наук: 05.09.01 Томск. 2000. 308 с.

54. Ширнин, И.Г. Влагостойкость изоляции обмоток рудничных электродвигателей ВАОК с фазным ротором / И.Г. Ширнин, Р.Г. Голубев. // науч.-техн. реферат, сб.: Электротехническая промышленность. М. - 1979.- вып. 2196.

55. Шуцкий, В.И. Эксплуатационная надежность шахтных взрывобезопасных электродвигателей напряжением до 1000 В / В.И. Шуцкий, Л.А. Плащанский, И.А. Сливаев и др. // Известия вузов. Горный журнал. 1976. - №7. - с 119-123.

56. Шуцкий, В.И. Прогнозирование оптимальных сроков профилактических испытаний изоляции шахтного электрооборудования / В.И. Шуцкий, В.Г. Соболев, Г.С. Кузьмин // Известия вузов. Горный журнал.- 1977.-№1.-с. 101-103.

57. Электрическая машина. Ямансарин И.И., Никиян Н.Г., Саликов М.П. Заявка на изобретение №2011122119 от 31.05.11.

58. Ямансарин, И.И. Повышение надежности асинхронных двигателей / Ямансарин И.И., Саликов М.П. // Сборник материалов областной научно-практической конференции: «Молодежь и наука шаг в будущее». -Оренбург: ОГИМ, 2009. - с. 111-112.

59. Ямансарин, И.И. Исследование отказов и факторов, снижающих надежность асинхронных двигателей в условиях подземного рудника / И. И. Ямансарин // Вестник Оренбургского государственного университета. 2011. - N 4, апрель.-С. 186-188.

60. Ястребенецкий, М. А. Надежность промышленных автоматических систем в условиях эксплуатации: потоки отказов и методы их стат. обраб. / М. А. Ястребенецкий, Б. JI. Соляник .- 2-е изд., перераб. и доп. М. : Энергия, 1978.- 169 с.

61. Amft Dietrich. Ein Verfahren zur Schätzung der Restnut zugsdauer von Drahtisolationen in elektrischen Betriebs-mitteln / Wiss. Beitr. Ingenierhochsch. Zwickau, 1985. 11. №3. s.22-24.