Повышение эффективности капсулирования изоляции лобовых частей обмоток тяговых двигателей электровозов инфракрасным излучением

Лыткина, Екатерина Михайловна

Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Повышение эффективности капсулирования изоляции лобовых частей обмоток тяговых двигателей электровозов инфракрасным излучением

кандидата технических наук: Лыткина, Екатерина Михайловна
город: Иркутск
год: 2011
специальность ВАК РФ: 05.22.07

Диссертация по транспорту на тему «Повышение эффективности капсулирования изоляции лобовых частей обмоток тяговых двигателей электровозов инфракрасным излучением»

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности капсулирования изоляции лобовых частей обмоток тяговых двигателей электровозов инфракрасным излучением"

На правах рукописи

48ДОиоэ

ЛЫТКИНА Екатерина Михайловна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КАПСУЛИРОВАНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЛОБОВЫХ ЧАСТЕЙ ОБМОТОК ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ИНФРАКРАСНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

Специальность 05.22.07 -Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

9 ИЮН 2011

Хабаровск-2011

4849035

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Иркутский государственный университет путей сообщения» (ГОУ ВПО ИрГУПС).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Худоногов Анатолий Михайлович (ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения»)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Давыдов Юрий Анатольевич (ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения»)

кандидат технических наук, доцент Иванов Сергей Николаевич (ГОУ ВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»)

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Омский государственный

университет путей сообщения»

Защита диссертации состоится « 29 » июня 2011 г. в 10 — часов на заседании диссертационного совета ДМ 218.003.06 ГОУ ВПО «Дальневосточный государст венный университет путей сообщения» по адресу: 680021, Хабаровск, ул. Серышева, 47, ауд. 204.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Дальнево сточный государственный университет путей сообщения» (ДВГУПС).

Автореферат разослан 26 мая 2011 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просим направлять по адресу совета университета.

Ученый секретарь ¿э

диссертационного совета, /

доктор технических наук, доцент ^ Ю.М. Кулинич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Электрические машины тягового подвижного состава относятся к предельно нагруженному оборудованию и поэтому с позиций комплексного воздействия на них тепловых, электромагнитных, механических и климатических факторов, несмотря на постоянно проводимые мероприятия, конструктивно-технологического характера при изготовлении и ремонте, уровень повреждаемости их в эксплуатации хотя и снижается, но остается довольно высоким. Современные технологии по изготовлению коллекторных тяговых двигателей электровозов позволяют повысить ресурс по остовам на пробег до 2,5 млн. км, однако использование этих же технологий для изготовления якорей не обеспечивают ресурс их более чем на 1 млн. км пробега.

Исследованию надежности тягового подвижного состава железных дорог, системам технического диагностирования и ремонта уделялось значительное внимание различными научными коллективами.

Большой вклад в изучение этих проблем внесли Ю.А. Бахвалов, В.И. Бервинов, И.В. Бирюков, И.Н. Богаенко, В.И. Бочаров, A.A. Воробьев, А.И. Володин, И.И. Галиев, З.Г. Гиоев, A.B. Горский, В.Г. Григоренко, A.A. Зарифьян, Д.Д. Захарченко, И.П. Исаев, В.А. Камаев, В.И. Киселев, В.Г. Козубенко, В.А. Ку-чумов, АЛ. Курочка, A.A. Лисицин, В.Н. Лисунов, В.Б. Медель, М.Д. Находкин, Е.С. Павлович, М.П. Пахомов, A.B. Плакс, В.В. Привалов, H.A. Ротанов, А.Н. Са-воськин, И.В. Скогорев, В.В. Стрекопытов, Т.А. Тибилов, В.П. Феоктистов, В.А. Четвергов, В.Г. Щербаков, В.П. Янов и другие исследователи.

Значительный вклад в решение вопросов надежности наиболее «слабых» узлов тяговых электрических машин - изоляционных конструкций и коллекторно-щеточного узла тяговых двигателей внесли В.Д. Авилов, А.Е. Алексеев,

A.A. Бакланов, В.Г. Галкин, М.Д. Глущенко, А.Т. Головатый, A.B. Грищенко, P.M. Девликамов, Г.Б. Дурандин, М.Г. Дурандин, Ш.К. Исмаилов, М.Ф. Карасев,

B.И. Карташев, A.C. Космодамианский, В.А. Кручек, A.C. Курбасов, А.Б. Лебедев, Е.Ю. Логинова, A.C. Мазнев, Р.Я. Медлин, А.Т. Осяев, А.Д. Петрушин, В.М. Попов, Н.П. Семенов, A.C. Серебряков, В.П. Смирнов, Л.Н. Сорин, И.О. Фролов, В.В. Харламов, О.И. Хомутов, В.А. Шевалин и многие другие.

И, тем не менее, некоторые вопросы в области повышения ресурса тяговых двигателей электровозов требуют дальнейшего исследования. Задача повышения ресурса изоляции тяговых электрических машин остаётся актуальной по настоящее время и представляет научный и практический интерес. С целью повышения ресурса тяговых двигателей (ТД) электровозов кафедрой ЭПС ИрГУПС совместно со специалистами ВСЖД - филиала ОАО «РЖД» была предложена технология капсулирования изоляции лобовых частей обмоток якорей с открытыми головками секций.

Главным объектом исследования диссертационной работы является технология капсулирования изоляции лобовых частей обмоток якорей с открытыми головками секций тяговых двигателей (ТД) электровозов. При проведении предварительных исследований удалось найти некоторые решения по капсулированию изоляции лобовых частей обмоток якорей. Однако эти исследования указали на большие резервы в об-

ласти ресурсоэнергосбережения в технологии капсулирования изоляции лобовой части обмотки якоря инфракрасным (ИК) излучением.

Цель диссертационной работы - повышение ресурса тягового двигателя электровоза путём применения эффективной технологии капсулирования изоляции лобовой части обмотки якоря инфракрасным излучением.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

-провести сравнительный анализ причин отказов тяговых двигателей электровозов с открытыми и закрытыми головками секций по сети железных дорог и железных дорог Восточного региона;

-проанализировать современные технологии и технические средства повышения ресурса изоляции обмоток якорей тяговых двигателей электровозов;

-исследовать спектральные и энергетические характеристики современных ИК-излучателей;

- исследовать технологические и оптические свойства пропиточных материалов;

- выполнить экспериментально-теоретическое обоснование по повышению эффективности капсулирования изоляции лобовых частей обмоток якорей с открытыми головками секций инфракрасным излучением;

- по результатам экспериментально-теоретического обоснования рассчитать и спроектировать основные параметры опытно-промышленной установки для капсулирования лобовых частей тяговых двигателей электровозов;

- экономически обосновать повышение эффективности капсулирования лобовых частей тяговых двигателей электровозов ИК-излучением.

Методы исследования. При решении поставленных задач в диссертационной работе использовались методы математического моделирования, методы математической статистики, методы теории планирования эксперимента, теории нагревания и охлаждения твердого тела, методы теории тепломассообмена, метод оценки технико-экономической эффективности результатов исследований. При решении вычислительных задач использовалась программа Microsoft Excel 2010®, при формировании изображений в трехмерном пространстве применен пакет программ КОМПАС 3D vi 1 компании АСКОН.

Экспериментальные исследования проводились в специализированной лаборатории кафедры ЭПС ИрГУПС «Испытания и надежность электрических машин» и заключались в измерении параметров, характеризующих спектральные характеристики генераторов ИК-излучения и оптические свойства пропитанной изоляции при помощи современных средств. Исследования осуществлялись в соответствии с методами планирования эксперимента. Обработка и анализ опытных данных велись с использованием теорий и методов математической статистики: теории проверки гипотез; теории оценки; корреляционного и регрессионного анализов. Производственные экспериментальные исследования проводились на базе ремонтного локомотивного депо Нижнеудинск ВСЖД.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

-осуществлено теоретическое обоснование процесса капсулирования изоляции якорей ТД электровозов с использованием ИК-энергоподвода. Получен патент РФ на локальный способ капсулирования;

- впервые осуществлено макетирование процесса капсулирования различных изоляционных материалов пропиточными смесями с использованием ИК-излучения;

- предложен метод согласования спектральных характеристик ИК-излуча-телей и оптических характеристик пропиточных материалов;

- получена формула по выявлению эффективной скважности периода работы излучателей в технологии капсулирования изоляции с осциллирующим режимом ИК-энергоподвода;

- впервые получено сечение теплового поля ИК-излучателя типа Е8С-2, рекомендованного в технологии капсулирования изоляции.

Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена экспериментальными исследованиями. Расхождение результатов теоретических исследований с экспериментальными данными не превышает 10%.

Практическая значимость диссертации

По результатам проведенных исследований:

1) выполнен анализ надежности тяговых двигателей (ТД) электровозов переменного тока с учетом особенностей климатических условий внешней среды по критериям качества изоляции якорей с открытыми и закрытыми головками секций;

2) усовершенствована технология капсулирования изоляции обмоток тяговых электрических машин и аппаратов с использованием осциллирующеего ИК-энергоподвода, позволяющая по сравнению с конвективным энергоподводом сократить время на проведение всех операций не менее чем в 10 раз;

3) создан лабораторный стенд, позволяющий проводить макетирование процесса капсулирования изоляции электрических машин и аппаратов;

4) разработана и внедрена в локомотивном депо ст. Нижнеудинск ВСЖД -филиала ОАО «РЖД» установка для капсулирования изоляции лобовых частей обмоток тяговых двигателей с открытыми головками секций.

На защиту выносятся:

-осциллирующий способ ИК-энергоподвода в технологии капсулирования изоляции лобовых частей обмоток якорей;

- формула по выявлению эффективной скважности периода работы излучателей в технологии капсулирования изоляции с осциллирующим режимом ИК-энергоподвода;

-методика определения терморадиационных характеристик пропитанных изоляционных материалов;

- результаты макетирования по согласованию спектральных и энергетических характеристик ИК-излучателей с оптическими свойствами пропитанной изоляции;

-руководящие указания и методика по проектированию производственных установок для капсулирования изоляции лобовых частей обмоток вращающихся электрических машин.

Реализация результатов работы. Полученные автором результаты работы приняты для внедрения службой локомотивного хозяйства ВСЖД, а так же использованы при создании лаборатории «Комплекс эффективных электротехниче-

ских методов и средств повышения надежности локомотивов и работоспособности локомотивных бригад», которая используется в научном и учебном процессе ИрГУПС при подготовке инженеров по специальности 190303 - «Электрический транспорт железных дорог» по дисциплинам «Тяговые электрические машины» и «Бесколлекторный привод ЭПС».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на межвузовских итоговых конференциях студентов (г. Иркутск, 2007, 2008 гг.); научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях (г. Москва, 2008 г.); научно-технической конференции «Энергосбережение: технологии, приборы, оборудование» Международный выставочный комплекс «СибЭкс-поЦентр» (г. Иркутск, 2008 г.); международной научно-практической конференции «Развитие транспортной инфраструктуры - основа роста экономики Забайкальского края» (г. Чита, 2008 г.); II научно-практической конференции «Безопасность регионов - основа устойчивого развития» (г. Иркутск, 2009 г.); научно-методической конференции «Проблемы и перспективы развития регионально-отраслевого университетского комплекса ИрГУПС» (г.Иркутск, 26-29 апреля 2010г.); научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов электромеханического факультета ИрГУПС «Проблемы, решения, инновации транспорта Российской Федерации», г.Иркутск (19-20 мая 2010 г.); III региональном научно-производственном семинаре «Чтения ИЛ. Терских» «Техника и технологии инженерного обеспечения АПК» (г.Иркутск, 26-29 октября 2010 г.); всероссийской молодежной научно-практической конференции с международным участием ««Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке» (г. Хабаровск, 20-22 апреля 2011 г.); научных семинарах кафедры «Электроподвижной состав» ИрГУПС (г.Иркутск, 2007, 2008, 2009, 2010 гг.); заседании кафедры «Электрической тяги» ПГУПС (г. Санкт-Петербург, 2009 г.); расширенном заседании кафедры «Электроподвижной состав» ДВГУПС (г. Хабаровск, 21 февраля 2011 г.).

Публикации и вклад автора. По результатам проведенных исследований опубликована 21 статья, в том числе 12 статей в рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, и получен патент РФ №2396669 на изобретение.

Автору принадлежит: формулировка цели и постановка задач исследований, участие в создании экспериментальных установок и выполнение значительной части опытов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, 7 выводов, приложения, библиографического списка из 129 наименований и содержит 188 страниц основного текста, 80 рисунков и 22 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, отражена структура диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, указана научная новизна и практическая значимость результатов исследования.

В первой главе проведен анализ надёжности якорей ТД с открытыми и закрытыми головками секций и методов повышения их ресурса. Установлено, что по , длине якоря тягового двигателя обмотки нагреваются неравномерно, имея максимальную температуру на выходе воздуха.

Анализируя кривые превышений температуры обмоток якорей ТД, очевидно, что, во-первых, закрытие головок секций керамикой приводит к недопустимым на-1 гревам изоляции лобовой части обмотки со стороны, противоположной коллекто-I ру. Во-вторых, раскрытие головок секций позволяет при прочих равных условиях ' снизить не только нагрев обмотки в районе головок секций, но и существенно по-1 высить мощность машины, либо снизить общий нагрев обмотки, повысив срок | службы изоляции. Тенденция изготовления ТД с открытыми головками секций наблюдается во всём мире.

На рис. 1 приведены кривые превышения температуры обмоток якорей с закрытыми керамикой и открытыми головками секций и вентиляционная система тягового двигателя. Расположение входного и выходного патрубков в одной плоскости создает условия для локального перегрева и переувлажнения изоляции лобовой частей об-1 мотки якоря со стороны выходного патрубка. То есть проблема локального перегрева и переувлажнения изоляции по лобовой части обмотки якоря расположенной со стороны противоположной коллектору остаётся.

На протяжении последних 8 лет в локомотивном ремонтном депо Нижне-удинск сохраняется стабильная тенденция - более 40 отказов в год по пробою изоляции и межвитковому замыканию (МВЗ) якорей типа НБ-514 (рис. 2). , На основании проведенного анализа была выдвинута гипотеза о том, что пробои изоляции и МВЗ якорей происходят в результате наиболее интенсивных про-1 цессов тепломассообмена в изоляции лобовых частей их обмоток с открытыми готовками секций.

Длина якоря, м

Рис. 1. Зависимости превышений температуры обмоток якорей ТД (а) НБ-418К6 с закрытыми (1 - при Р, = 790 кВт и Г - при Рч = 835 кВт) и НБ-514 с открытыми головками секций (2 и 2' - при тех же мощностях) и вентиляционная система ТД (б)

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Годы

и Разрушение бандажа якоря И Выплавление петушков коллектора

■ Низкая изоляция якоря ■ Пробой изоляции и МВЗ якоря (

Рис. 2. Гистограмма анализа отказов якорей ТД НБ-514 электровозов ВЛ85 приписки депо Нижнеудинск за период 2001-2008 гг.

Это и предопределило поиск новых методов и средств повышения ресурса тяговых двигателей локомотивов и мотор-вагонного подвижного состава.

Целесообразно проанализировать опыт локомотивного ремонтного депо Нижнеудинск ВСЖД по повышению ресурса ТД типа НБ-514 путём введения технологии дополнительной пропитки и сушки изоляции лобовой части обмотки якоря, расположенной со стороны выхода воздуха из остова. Необходимость в этой тех-' нологии была обусловлена резким увеличением пробоев изоляции якорей тяговых двигателей НБ-514 в 1999...2001 годах.

Была составлена и утверждена технологическая карта, которая включала следующие операции: очистка от пыли и смазки, промывка; сушка в стандартных печах для удаления влаги; пропитка лобовой части в специальной ёмкости лаком I ФЛ98 методом окунания; сушка якоря в стандартных печах. Иллюстрация этой технологии приведена на рис. 3.

После принятия решения о профилактической пропитке и сушке изоляции ло-! бовых частей обмоток якорей со стороны противоположной коллектору в 2002 г.' параметр потока отказов снизился более чем в 1,7 раза. Последующий анализ пока-к зал, что приведенная технология продления ресурса изоляции ТД при ТР-3, средних и капитальных ремонтах не отвечает современному состоянию научно-'" технического прогресса.

В теоретическом плане выдвинута идея о том, что в случае капсулирования электроизоляционных пропиточных материалов с использованием ИК-энерго-подвода вместо конвективного энергоподвода эффективность процесса увеличится ' не менее чем в 10 раз.

На рис. 4 представлен механизм процесса распределения температуры по толщине слоя пропитанного материала при различных методах энергоподвода. При запекании теплым воздухом (рис. 4, а) верхний слой, засыхающий первым, затрудняет удаление растворителя из нижних слоев. (

Рис. 3. Технология капсулирования изоляции лобовых частей обмоток якорей ТД НБ-514 в 1999 - 2001 годах на базе депо Нижнеудинск ВСЖД - филиала ОАО «РЖД» а) установка якорей в сушильную печь после очистки; б) сушка якорей перед пропиткой; в) пропитка якоря; г) сушка якорей после пропитки

Температура, "С

Рис. 4. Механизм процесса распределения температуры по толщине слоя пропитанного материала при различных методах энергоподвода о-конвективный энергоподвод; о - ИК-энергоподвод; 1 - пропиточный материал, 2 - пары растворителя. 3 - медный проводник

Конвективный энергоподвод

Температура, °С

Процесс заканчивается только тогда, когда благодаря повышающемуся давлению паров они проникнут сквозь оболочку в атмосферу и вся пленка затвердеет. Сравнительную замедленность конвективной технологии определяет несовпадение потока тепла (направленного внутрь слоя) и потока удаляемых паров (изнутри наружу).

ИК-энергоподвод иначе распределяет энергию по слою покрытия. Большая часть доставленной инфракрасным излучением энергии (рис. 4, б) поглощается пропитанным материалом и превращается в нем в теплоту. Следовательно, сильнее нагретыми оказываются проводник обмотки и нижний слой пропиточного материала, из которого интенсивно улетучиваются пары растворителя, не встречая заметного противодействия. При эффективной организации управления ИК-энергоподводом в технологии капсулирования изоляции обмоток тяговых электрических машин можно будет получать двухслойный «Монолит» с высокими показателями теплопроводности и теплоотдачи, состоящий из покрытия проводника обмотки в нижнем слое только электроизоляционным пропиточным материалом и в верхнем слое сухой изоляции с пропиточным материалом.

Во второй главе проведено исследование характеристик ИК-излучателей и свойств пропиточных материалов.

Два ИК-излучателя, изготовленные из различных материалов (веществ), при одинаковой температуре будут действовать совершенно по-разному. Это можно доказать теоретически, используя классическую электромагнитную теорию. Согласно классической электромагнитной теории, степень черноты ИК-излучателей может быть вычислена с помощью их электрических свойств.

Решение уравнений Максвелла дают возможность по электрическим и магнитным свойствам вещества определять значения показателя преломления и показателя поглощения. Эти значения определяются по следующим формулам

п2=щ<-2

1 +

2-п-С0-ге-у

1/2

-1+

2к-С0-ге-у

(1)

где /л - абсолютная магнитная проницаемость среды; у- абсолютная диэлектрическая проницаемость среды; С0 - скорость электромагнитной волны в вакууме; Л0 -длина волны в вакууме; ге - удельное сопротивление материала.

В случае использования для ИК-излучателя тел накала из металлов и полупроводников, когда ге сравнительно с диэлектриками мало, при относительно больших длинах волн член А^/2л-С0-ге-г становится определяющим и эти формулы преобразуются в следующую формулу (магнитную проницаемость принимают равной ца):

п = х =

^■о ' Мо ' Со

4 п-г.

30-Х,П

(2)

В формуле (2) все величины представлены в единицах системы СИ. Если Л) измеряется в мкм, а ге — Ом-см, формула принимает вид, в котором она известна как формула Хагена - Рубенса

п = х = д/0,003 • А.0/ге / (3)

Если электромагнитная волна падает на поглощаемую среду, тогда

(«2 -1)2 + х\

Рм(Ц= / Ln , 2 ■ (4)

(и2 + 1) +

где pi„ - отражательная способность. Подстрочные индексы: 0 - вакуум; 1,2 - среда 1 или 2.

При упрощении n = х формула (4) сводится к следующему выражению для материала с показателями преломления п, излучающего в направлении нормали в воздух или вакуум

zK„{X) = \-pKn{\) = \-ln22~2" + \. (5)

2« +2п + \

Подставляя (3) в (5), получаем формулу для спектральной степени черноты в направлении нормали, известную как формулу Хагена - Рубенса для расчета степени черноты

Е,<,(Я.) = 1-р,я(Я.) = 1-|1--]= , 2 (6)

К К У п) ^О,003Хд/ге w

Спектральную степень черноты в направлении нормали, определенную формулой (6), можно проинтегрировать по всем длинам волн и получить интегральную степень черноты в направлении нормали.

Такая операция приводит к следующему выражению интегральной степени черноты

£Я(Г) = 0,0347-^-Г, (7)

где ге,27з - удельное сопротивление при 273 °К (0 °С), Ом-см;

Т-температура в градусах Кельвина.

Таким образом, и спектральная и интегральная степень черноты зависят от удельного сопротивления материала. Чем больше удельное сопротивление материала, тем выше эти показатели. Интегральная степень черноты зависит еще и от температуры нагрева излучателя.

Эти сведения, полученные из классической электромагнитной теории, имеют большое практическое значение при анализе взаимодействия системы «пропиточный материал - излучатель» в технологии капсулирования изоляции тяговых электрических машин и аппаратов. Пропиточные смеси необходимо отнести к группе сильно поглощающих сред. Если использовать в качестве тел накала для источника излучения материалы с малым удельным электрическим сопротивлением, а, следовательно, с низкой степенью черноты, то в процессе нагрева пропитанной изоляции будем иметь неоправданные потери энергии.

Из всех электротехнических материалов наибольшую интегральную степень черноты имеет графит.

е' (Г) = 0,251 • 103 Ом • см • К, (8)

/раф v

где е'„ (т)— интегральная степень черноты графита.

Зная этот показатель, можно вычислить показатель эффективности излучателя, выполненного из материала, испускающего излучение, по формуле

<(т) в ;,(г)

(9)

я =-

(г) 0,25 МО3'

где е[ (г) - интегральная степень черноты /-го материала, испускающего излучения, ОмсмК;

В настоящее время отечественные и зарубежные фирмы предлагают для электромашиностроения большой спектр электроизоляционных пропиточных материалов на рабочие температуры 220 °С и выше. Однако в проспектных данных отсутствуют оптические свойства этих материалов и некоторые технологические характеристики, без которых сложно организовать технологию капсулирования изоляции лобовых частей обмоток тяговых электрических машин. В приложении диссертации приведены основные технологические характеристики пропиточных материалов, которые используются для тепловых расчётов.

В одну из задач диссертационной работы входило исследование оптических и терморадиационных свойств пропиточных смесей.

Материалы исследований 0 по определению спектрального

пропускания бесцветных и пигментированных синтетических мочевиноформальдегид-ных смоляных лаков показали, что максимум пропускания приходится на длину волн инфракрасного излучения в диапазоне от 2 до 6 мкм. Иллюстрация фрагмента этих исследований приведена на рис. 5.

Третья глава посвящена экспериментально-теоретическому обоснованию повышения эффективности капсулирования изоляции лобовых частей обмоток якоря инфракрасным излучением.

Преобразование электрической энергии, превращенной в энергию ИК-излучения, в технологическом процессе капсулирования может быть представлено последовательностью ряда этапов (рис. 6):

4 6

Длина волны, мк

Рис. 5. Спектральное пропускание синтетического мочевиноформадьдегидного смоляного лака (пласгопал ЕВ5)

Рис. 6. Схема этапов преобразования энергии ИК-излучения в технологическом процессе капсулирования. 1 - источник электрического питания; 2 - источник излучения; 3 - отражатель; 4 - лобовая часть

I этап - передача электроэнергии к источнику излучения;

II этап - генерирование потока в источнике излучения;

III этап - формирование потока отражателем;

IV этап - формирование пространственного распределения потока;

V этап - формирование поверхностного распределения энергии потока на лобовой части;

VI этап - поглощение энергии ИК-излучения пропитанной изоляцией и превращение ее в теплоту.

Этапы Ш-У условно относятся к виртуальному энергетическому блоку. Особенностью его является то, что он непосредственно не связан с элементами энергетической системы.

Однако классические законы генерирования и взаимодействия электромагнитного излучения базируются на общей теории квантовой механики и волновой теории. Поэтому реальные и виртуальные энергетические блоки по преобразованию электрической энергии в энергию теплового эффекта в процессе капсулирования можно представить в виде структурно-логической модели (рис. 7).

Модель символически указывает на энергетическую взаимосвязь на всем пути преобразования электрической энергии в конкретной технологической операции с её целевым назначением.

Она, вместе с тем, открывает дорогу к выбору математических моделей по обоснованию тепловых режимов в конкретной операции. Задачей аналитического описания кинетики нагрева в технологии капсулирования лобовой части ИК-излу-чением, как следует из логической модели, является нахождение связей между плотностью мощности и предельно допустимыми значениями температуры и скорости нагрева лобовой части обмотки якоря. Это обстоятельство позволяет строить математические модели на основе известных законов, определяющих связь между входами и выходами. В данной ситуации общей методической основой этих моделей может служить дифференциальное уравнение энергетического баланса, при помощи которого можно установить правила соответствия, связывающие взаимодействие системы «излучатель-лобовая часть» в технологии капсулирования.

Поглощенная энергия будет расходоваться на нагрев материала, на потери теплоты в окружающую среду путем конвенции и излучения, на испарение жидкости

г]-Ах-Р-(1т = С-(11 + Рк-(1т + Ря-с1т + Рисп-(1т, (10)

где 77 - КПД излучателя; Ал - поглощательная способность увлажнённой изоляции; Р— мощность источника излучения, Вт; г - время процесса, с; С - теплоемкость материала, Дж/К; / -температура материала, К; РК-с1т— тепловые потери возникающие в результате конвективного теплообмена между материалом и окружающими поверхностями, Дж; Р„ -(1т- тепловые потери, возникающие в результате лучистого теплообмена между облучаемым материалом и окружающими поверхностями, Дж; Рисп -с/т- потери, возникающие в результате испарения влаги, Дж.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ

3-х фазный 30 Гц

Рис. 7. Структурно-логическая модель технологии капсулирования изоляции лобовых частей обмоток тяговых электрических машин

Теплоемкость изоляции

С = суд-М,

где суд - удельная теплоемкость материала, Дж/К ■ кг; М- масса материала, кг. Удельная теплоемкость влажных изоляционных материалов _ сс в (100 - со) + се -со _ ссв -100 + св •и Суд ~ 100 ~ 100 + и '

где сса, се - соответственно удельная теплоемкость сухого вещества изоляции и жидкости, Дж/К • кг; со, и - соответственно влажность и влагосодержание изоляционного материала, %.

(И)

(12)

Такой подход впервые был предложен П.Д. Лебедевым при исследовании технологии сушки песка с использованием ИК-энергоподвода.

Из уравнения видно, что поглощенная энергия будет расходоваться на нагрев материала, на потери теплоты в окружающую среду путем конвенции и излучения, на испарение жидкости.

Решение дифференциального уравнения (10) методом разделения переменных, при некоторых допущениях, дает следующий результат

в = вюа-(1-е'гТ-)+вюч-е-'Г-> 03)

где в„шх - максимальное превышение температуры материала, К; д„ач - начальное превышение температуры материала, К; Т„ - постоянная времени нагрева материала, с; е - основание натуральных логарифмов.

Выражение (13) представляет собой уравнение нагрева, по которому можно с помощью вычислительной техники рассчитать режим нагрева в зависимости от плотности мощности и по основным характеристикам излучателя и материала.

Однако, где идут процессы полимеризации, важна не столько предельно допустимая температура, сколько предельно допустимая скорость нагрева. Чтобы определить скорость нагрева для каждого технологического процесса, необходимо уравнение (13) продифференцировать по времени т.

Необходимым условием эффективной термообработки ИК- нагревом, является то, что скорость нагрева увлажнённой или пропитанной изоляции до предельно допустимой температуры в процессах капсулирования изоляции ИК-нагревом не должна превышать значений, получаемых в результате деления предельно допустимой температуры для данного класса изоляции на постоянную времени нагрева её. Или в математической форме

у = t"ixddon П4ч

' пред доп. Т ' V1^/

где V„pea ¿„„-предельно допустимая скорость нагрева для данного класса изоляции, К/с; t„peado„ - предельно допустимая температура нагрева для данного класса изоляции, К; Т„ - постоянная времени нагрева увлажнённой или пропитанной изоляции, с.

Чтобы вести расчеты необходимо знать значение постоянной времени нагрева изоляции лобовой части. Помимо экспериментального определения, ее можно рассчитать по формуле

„ С с^-М

тн= — = —-, С15)

" Q a-F к >

где С - теплоемкость увлажненной (пропитанной) изоляции, Дж/К; Q - теплоотдача увлажненной (пропитанной)изоляции, Дж/К-с; суд - удельная теплоемкость изоляции, Дж/кг-К; М - масса увлажненной (пропитанной) изоляции, кг; а - коэффициент теплообмена изоляции, Дж/м2-К-с; F - площадь внешней поверхности лобовой части якоря, м2.

Массу пропитанной изоляции можно представить как

M^p-V, (16)

где р— плотность пропитанной изоляции, кг/м3; V— объем пропитанной изоляции, м3.

Тогда выражение для постоянной времени нагрева можно представить в виде

L =-

гР

(17)

По своей сути сг представляет собой обобщенный показатель геометрической характеристики пропитанной изоляции. Этот показатель можно определить при наличии геометрических размеров материала.

На современном этапе развития ИК-техники использование её для решения научных и практических проблем определяется выбором режимов работы современных излучателей. В этом случае рациональный режим термообработки при максимальном значении критерия количественной и качественной оценки эффективности работы облучателя может быть осуществлен только в случае применения осциллирующих режимов ИК-энергоподвода. Одним из первых осциллирующий режим ИК-энергоподвода описал A.B. Лыков.

В течение промежутка времени тр (рис. 8) изоляция лобовой части якоря, расположенная напротив включенных ИК-излучателей, нагревается со значительным испарением жидкости в поверхностных слоях, а в течение промежутка времени т„ обмотки секций якоря, не попадающие под ИК-излучатели, охлаждаются в результате испарения жидкости за счет аккумулированной теплоты. Чередование секций лобовых частей вращающегося якоря, попадающих в промежутки тр и т„ происходит с периодом повторения Тц. Среднее значение мощности электронагревателя зависит от соотношения величин тр и Тч.

- - з

ä I

а э

й, о

v ^

с а

Время операции в технологии капсулирования изоляции г, мин Рис. 8. График осциллирующего ИК-энергоподвода

Отношение хр к Тц является коэффициентом относительной продолжи-

(18)

тельности ИК-энергоподвода и обозначается индексом е

Тч ^ +

Следовательно, изменяя значения тр и Тц, можно управлять процессом сушки изоляции.

Температура в конце рабочего участка хр достигнет

= t.

'+Л.

Температура в конце паузы понизится до

(19)

(20)

, из (20), получим

(21)

Подставляя в выражение (19) значение tM

f =t (l -e~z'/T-)+t' е

'макс 1 максу ^ } 1 яааг

Так как при осциллирующем ИК-энергоподводе теплоотдача с поверхности материала во внешнюю среду как при нагреве, так и при охлаждении остается неизменной, принимаем

Т„=Т0. (22)

С учетом уравнений (18, 22) в диссертационной работе получена формула по выявлению эффективной скважности периода работы излучателей в технологии капсулирования изоляции с осциллирующим режимом ИК-энергоподвода

-TJT,

(23)

Использование формулы (23) при решении задач исследования по выявлению эффективной скважности импульса работы излучателей (внутренний перенос тепла и массы) и выработке рекомендаций по расчету максимальной продолжительности цикла осциллирования (внешний теплоперенос) позволят создать наиболее современные промышленные установки для капсулирования изоляции обмоток электрических машин и аппаратов с осциллирующим режимом ИК-энергоподвода. Только не следует забывать о том, что получение осциллирующих режимов ИК-энергоподвода необходимо обеспечивать не путём включения и отключения излучателей при помощи специальных ключей, а путём обеспечения этого режима при постоянно включенных излучателях. Это позволит на порядок повысить надёжность и долговечность излучателей, так как будут исключены | |Г ' - ® пусковые режимы.

Макетирование технологии капсулирования изоляции было выполнено в специализированной лаборатории кафедры ЭПС «Надёжность и испытание тяговых электрических машин» на установке, представленной на рис. 9.

Согласование оптических свойств пропитанной изоляции, подвергающейся капсулирова-нию тепловым излучением, с энергетическими и интегральными характеристиками генера-

Рис. 9. Общий вид лабораторного стенда для проведения экспериментальных исследований: 1 - длинноволновый облучатель типа ЭРГНА -1,0/220(п)Т; 2 - средневолновый импульсный керамический преобразователь излучения типа ECS-2; 3- коротковолновый облучатель, представляющий собой галогенную лампу фирмы Navigator; 4 - прибор для определения терморадиационных характеристик изоляции TermoRad-1; 5 - ИК-термометр

Рис. 10. Прибор для определения терморадиационных характеристик изоляции

торов ИК-излучения заключается в том, что длина волны, на которую приходится максимальное значение интегральной интенсивности величины излучения ИК-генератора, должна приходиться на интервал длин волн, где пропитанная изоляция имеет минимальное значение коэффициента отражения Я и максимальное значение коэффициента пропускания Т.

На основании этого положения была разработана методика и подобрана техника по определению коэффициента пропускания ИК-излу-чения изоляцией. Терморадиационные характеристики изоляции определялись по следующей методике. В основе была заложена идея измерения температуры сверху и снизу изоляционного материала. Для этого использовался прибор для определения терморадиационных свойств изоляции типа ТегтоЯасМ, разработанной группой ученых ИрГУПС и ИрГСХА (рис. 10). В качестве чувствительного элемента используется полупроводниковый микротерморезистор типа МТ-54.

Выполнив измерения в момент облучения изоляции, можно определить коэффициент пропускания

Т = гг}/п,. (24)

где я/, п2 - соответственно показания первого и второго микроамперметра цифрового прибора ТегтоЯасМ.

Опыты показали, что проницаемость изоляции при облучении средневолновым импульсным керамическим преобразователем излучения в 1,6-2 раза выше, чем при облучении длинноволновым и коротковолновым излучателями. Однако

при увеличении количества слов это различие значительно сглаживается (рис. 11).

В соответствии с задачами было исследовано сечение поля излучения от керамического излучателя типа Е8С-2, рекомендованного для кап-сулирования изоляции лобовых частей якоря ТД НБ514, а также получены уравнения регрессии по определению этого сечения в зависимости от расстояния между излучателем и лобовой частью.

Как видно из сечения полей, на расстоянии 65 мм от поверхности ИК-излучателя (рис. 12) в середине поля температура достигает 200°С. Боль-

Рис. 11. Коэффициент пропускания ИК-излучения изоляцией в зависимости от количества слоев при облучении различными видами излучателей. 1- средневолновый, 2 - коротковолновый, 3 - длинноволновый

■ 180 Ш 'И Щмо

а "о

Рис. 12. Сечение поля ИК-излучателя

типа Е5С-2, мощностью 500 Вт для расстояния 65 мм от облучаемой поверхности

шая часть облучаемой поверхности находится в диапазоне с незначительными перепадами температуры (до 20%), в то время как на остальных расстояниях разброс достигает до 100%.

Уравнение регрессии, описывающее сечение теплового поля на поверхности лобовой части обмотки якоря тягового двигателя типа НБ-514 от керамического ИК-излучателя типа Е5С-2 при расстоянии между ИК-излучателем и облучаемой поверхностью равным 65 мм представлено формулой (25).

г65 = ] 06,48 + 2,63 ■ а +1,67 • Ь - 0,0433 • а2 -

- 0,0014 • а-Ь- 0,014362, (25)

где 165 - температура на облучаемой поверхности на расстоянии 65мм до ИК-излучателя, °С; а - ширина ИК-излучателя, мм; Ь - длина ИК-излучателя, мм.

Таким образом, в диссертационной работе были определены эффективные границы плотности мощности ИК-излучения в технологии капсулирования изоляции.

В процессе исследований контролировались две основные характеристики, определяющие надёжность работы изоляции обмоток тяговых двигателей: электрическая прочность и твёрдость изоляции.

Для определения электрической прочности образцов изоляции использовали аппарат АИИ-70. Пробой образца производится в специальном разряднике - сосуде емкостью 300-500 см", в стенки которого вмонтированы латунные электроды. Электроды выполнены в виде двух дисков диаметром 25 мм с закругленными краями при расстоянии между ними Ь = 2,5 мм. Для соединения электродов с высоковольтным трансформатором в стенки вмонтированы герметичные вводы.

С целью создания точечного контакта «электрод-изоляция-электрод», при проведении экспериментальных исследований с капсулированными и некапсули-рованными изоляционными лентами были изготовлены электроды, имеющие коническую и шарообразную поверхности, основные геометрические размеры и внешний вид которых представлены на рис. 13.

а Л

Рис. 13. Сосуд с шарообразными (а) и конусными (б) электродами

Результаты проведенного эксперимента по определению электрической прочности изоляции, пропитанной лаком ФЛ-98 и компаундами ПК-11, ВЗТ-1, при кап-сулировании различными видами излучателей показали, что наибольшую электрическую прочность имеет изоляция типа ЛСЭП-934, облученная средневолновым импульсным керамическим преобразователем излучения типа ЕС8-2 (рис. 14).

"мучитель

Рис. 14. Результаты экспериментальных исследований по определению электрической прочности капсулированной изоляции

Для определения твердости изоляции в диссертационной работе использовался твердомер лакокрасочных покрытий Константа-ТК, предназначенный для определения твердости покрытий при царапании по ним грифелем карандаша. Метод основан на царапании покрытия графитовым стержнем, заточенным под углом 90° к его оси. Карандаш с варьируемой твердостью перемещается по покрытию с фиксированным нажимом 9,81 Н под углом 45° к поверхности. Твердость карандаша, который повредит поверхность и оставит за собой шлейф, принимают за измеренное значение твердости покрытия.

Каждому типу карандаша присвоен балл твердости: 1 балл для карандаша твердостью ЗМ, 2 балла - 2М, 3 балла - М, 4 балла - ТМ, 5 баллов - Т, 6 баллов -2Т, 7 баллов - ЗТ, 8 баллов - если ни один из перечисленных карандашей не оставил своего шлейфа.

С целью определения толщины шлейфа, оставляемого карандашом на поверхности изоляционного материала, использовался микроскоп типа МПБ-3, принцип работы которого основан на определении размера отпечатка, полученного от вдавливания твердого предмета в исследуемый материал.

По результатам экспериментальных исследований выявлено, что цементирующая способность в технологии капсулирования зависит в большей степени от вида пропиточной смеси и типа изоляционной ленты и в меньшей степени от спектрального состава ИК-излучения (рис. 15).

ФЛ-98

ПК-II

| ' | - коротковолновый излучатель средневолновый излучатель

ВЗТ-]

1 ЛСЭП-934 : лск-1 ю тпл

Рис. 15. Твердость изоляции, пропитанной лаком ФЛ-98. компаундами ПК-11 и ВЗТ-1 при облучении коротковолновым и средневолновым излучателями

В четвертой главе отражено использование результатов исследований в производстве и определена их эффективность.

В Нижнеудинском ремонтном локомотивном депо ВСЖД разработана и изготовлена установка для повышения ресурса тяговых двигателей типа НБ-514 при помощи ИК-излучения. С 2009 г. данная установка проходит испытание в технологии капсулирования изоляции лобовых частей обмоток якоря.

Перед началом проектирования опытно-промышленного образца были учтены и скорректированы руководящие указания, изложенные в работе Р. Борхерта и В. Юбица, применительно к установке для капсулирования изоляции лобовых частей обмоток якоря тягового двигателя типа НБ-514.

Общий вид установки в первом варианте изготовления показан на рис. 16. Данная установка состоит из основных узлов: асинхронный двигатель с коротко-| замкнутым ротором АИРМ90Ь4УЗ, ременная передача с передаточным отношени-' ем 2,79, червячный редуктор 4-80 с передаточным отношением 31,5, привод АВВ-АС8150 для регулировки числа оборотов асинхронного двигателя, штатив-излучатель с тремя галогенными лампами типа КГ общей мощностью 3 кВт, лоток с размерами 600*300><90 под пропиточный материал.

Операция по нанесению компаунда осуществлялась при помощи периодического окунания секции изоляции лобовой части вращающегося якоря в ёмкость с компаундом. Одновременно пропитан-

Рис. 16. Первый вариант установки для повышения ресурса тяговых электродвигателей типа НБ-514 при помощи ИК-излучения

ная компаундом изоляция лобовой части обмотки вращающегося якоря нагревается до температуры 100....120 °С при помощи трёх ИК-излучателей расположенных в ИК-облучателе. Получен патент на способ повышения ресурса якорей тяговых двигателей с открытыми головками секций.

В ходе испытания первого варианта установки были определены основные параметры технологического процесса и выявлены недостатки, связанные с процессом ' нанесения пропиточного материала на поверхность изоляции лобовых частей обмоток якоря и с выбором мощности облучательной установки. В ходе модернизации первого варианта установки были проделаны следующие виды работ. Пропитка стала осуществляться с помощью специальных распылителей с использованием для капсу-лирования группы ИК-облучателей, расположенных по периметру лобовой части обмотки якоря. В 2010 году существенные изменения были проведены с ИК-облучателями установки. Впервые были смонтированы импульсные керамические преобразователи (ИКП) излучения типа НТЕ (рис. 17).

По результатам испытания второго варианта установки было определено, что весь технологический процесс капсулирования изоляции лобовой части обмотки якоря укладывается в 1 час. Мощность установки - 7 кВт.

На рис. 18 представлен проект установки для реализации эффективной тех- [ нологии капсулирования изоляции.

Технологический процесс повышения ресурса тяговых двигателей включает в себя операции:

1) процесс нанесения компаунда на изоляцию лобовых частей обмоток якоря, осуществляющийся при вращающемся якоре с помощью автоматического распы-

Рис. 18. Проект установки для реализации эффективной технологии капсулирования изоляции лобовой части обмотки якоря ИК-излучением: 1 - лобовая часть якоря: 2 - стойка с ИК-излучателями и распылителями; 3 - пульт управления; 4 - ременная передача; 5 - муфта; 6 - приводно-опорный и опорные резиновые ролики; 7 - задняя букса; 8 - асинхронный двигатель

Рис. 17. Второй вариант установки для повышения ресурса тяговых электродвигателей типа НБ-514 при помощи ИК-излучения

лителя, направленного вначале на верхнюю часть головки секции, затем среднюю и далее на внутреннюю;

2) капсулирование изоляции путем нагрева вращающегося якоря до температуры, превышающей температуру класса нагревостойкости изоляции на 10-15 °С при помощи девяти ИК-излучателей расположенных равномерно по периметру лобовой части якоря.

В ходе проектирования производственной установки стояла задача по определению мощности ИК-излучателей. Для решения такой задачи необходимо рассмотреть дифференциальное уравнение энергетического баланса, в котором энергия, поглощаемая облучаемым телом за время (¡г, будет затрачиваться на его нагрев, отдачу тепла нагреваемым телом в окружающее пространство конвекцией и излучением и на испарение из связующего ненужных веществ

0,8 вАЕБ^х = Ссс11 + ак (г - )&/т + 4,9е„

х 4 /• ч 4

т У ( т0 44

юо; поо

Б^ + ц'гГ1'^, (26)

где А - коэффициент поглощения излучения облучаемым телом; Е - плотность облучения плотность лучистого потока по облучаемой поверхности, Вт/м2\ 50 площадь облучаемой и полной поверхностей тела, м~; г - время от начала облучения, ч; С - вес облучаемого тела, Н;с- теплоемкость облучаемого тела, Дж!кг°С\ /и температуры тела и окружающего воздуха, °С; а, - коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/см2-°С\ е„р - приведенная степень черноты облучаемого тела и внутренних ограждений сушилки; Т и г0 - температура тела и окружающих поверхностей, °К; д' - начальная интенсивность или скорость испарения вещества, кг/л^-чш,% - показатель поглощения излучения телом, 1/м\ I- глубина проницаемости вещества лучистым потоком от его наружной поверхности, м.

Энергетическая облученность

£ = ак5(/ - /в = 2339 Вт! м2, (27)

где / и — максимальная или установившаяся температура материала и температура окружающей среды в сушилке, °С; а - коэффициент теплоотдачи, вт/см2 • град.

Мощность всех ИК-излучателей

Э = (£50)/(^ш) = 3,9 кВт, (28)

где // = 0,9 - энергетический КПД ИК-излучателя; и = 0,9 - коэффициент эффективности ИК-излуча-теля; а - коэффициент многократных отражений.

Количество ИК-излучателей в установке

п = Э/Р = 8 шт, (31)

где Р = 0,5кВт - мощность одного импульсного керамического излучателя.

С учетом коэффициента запаса принимаем количество излучателей в установке равным п = 9 шт.

Управление качеством капсулирования изоляции лобовых частей обмоток ТД в зависимости от свойств пропиточной жидкости и управления дискретным ИК-энергоподводом можно организовать при помощи данного устройства по различным схемам. Использование системы автоматизированного управления дискретным

ИК-энергоподводом позволит интенсифицировать процесс капсулирования в 1,5...2,0 раза. Не менее важным преимуществом конструкции установки для капсулирования изоляции состоит в том, что осциллирующий режим ИК-энергоподвода осуществляется без процесса включения и отключения излучателей, как и предписывается в руководящих указаниях. Надёжность излучателей при использовании этой схемы повышается в несколько раз за счёт исключения пусковых режимов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации проведено экспериментальное и теоретическое исследование эффективных процессов тепломассопереноса и термического разрушения старого связующего в технологии капсулирования изоляции лобовых частей обмоток якорей с открытыми головками секций тяговых двигателей электровозов энергией ИК-излучения. В результате анализа дифференциального уравнения энергетического баланса применительно к осциилирующему режиму ИК-энергоподвода получена формула по выявлению эффективной скважности периода работы излучателей в технологии капсулирования изоляции с осциллирующим режимом ИК-энергоподвода. Экспериментально показано, что спектральный состав воздействующего излучения и пропиточная смесь играют решающую роль в отношении электрической прочности и цементирующей способности изоляции. Получены математические модели описывающие сечение теплового поля на поверхности лобовой части обмотки якоря тягового двигателя типа НБ-514 от керамического ИК-излучателя типа ESC-2 при различных расстояниях между ИК-излучателем и лобовой частью.

Основные выводы и результаты, приведенные ниже, отражают качество решения поставленных задач исследования.

1. Анализ причин отказов якорей тяговых двигателей типа НБ-418К6 с закрытыми головками секций в сравнении с якорями тяговых двигателей типа НБ-514 с открытыми головками секций по сети железных дорог России показал, что если на ТД первого типа пробои изоляции и межвитковые замыкания якорных обмоток составляют 16,9 %, то на аналогичные повреждения второго типа приходится 21,8 %, а по сети железных дорог Восточного региона эта разница составляет до 30 %.

2. Современные технологии и технические средства, применяемые при изготовлении и ремонте электровозов, не позволяют обеспечивать ресурс якорей тяговых двигателей более чем на 1 млн. км пробега, в связи с этим возникает необходимость применения новой технологии с целью повышения ресурса якорей тяговых двигателей путем капсулирования пропитанной изоляции энергией ИК-излучения.

3. На основании изучения и обобщения исследований в области использования материалов для пропитки изоляции тяговых двигателей электровозов установлено, что в качестве пропиточных материалов следует применять компаунды взамен лаков. Цементирующая способность пропиточного материала должна быть не менее 200 Н.

4.Теоретические и экспериментальные исследования спектральных и энергетических характеристик двух одинаковых по мощности ИК-излучателей, изготовленных из различных материалов, показали, что более высокий термический КПД имеет излучатель с более высокой степенью черноты.

5. При анализе результатов лабораторных и производственных испытаний установлено:

• проницаемость изоляции при облучении средневолновым импульсным керамическим преобразователем излучения в 1,6-2 раза выше, чем при облучении длинноволновым и коротковолновым излучателями, однако при увеличении количества слоев это различие значительно сглаживается;

• электрическая прочность изоляции типа ЛСЭП-934, пропитанной компаундом ВЗТ-1 и капсулированной импульсным керамическим преобразователем излучения на 15-40% выше по сравнению с облучением ее длинноволновым и коротковолновым излучателями;

• время капсулирования изоляции длинноволновым излучателем в 2,5 раза больше, чем при облучении ее средневолновым и коротковолновым излучателями;

• цементирующая способность в технологии капсулирования зависит в большей степени от вида пропиточной смеси и типа изоляционной ленты и в меньшей степени от спектрального состава ИК-излучения;

• сечение теплового поля на поверхности лобовой части обмотки якоря от ИК-излучателя носит куполообразный характер и подчиняется закону нормального распределения Гаусса.

• наиболее эффективным расстоянием от ИК-излучателя до облучаемой поверхности изоляции лобовой части тягового двигателя является 65 мм.

6. Расчет основных параметров установки для капсулирования изоляции лобовых частей тяговых двигателей типа НБ-514 показал, что количество излучателей с единичной мощностью 0,5 кВт в облучателе с учетом коэффициента запаса при равномерном их расположении по окружности якоря необходимо принять равным 9 шт.

7. Технико-экономический эффект от внедрения технологии капсулирования изоляции лобовой части обмотки якоря инфракрасным излучением позволит повысить ресурс в 1,7-2,0 раза; капитальные вложения, составляющие 89,8 тысяч рублей, окупятся в течение 2 месяцев при общей экономии денежных средств 540,6 тысяч рублей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

а) Публикации в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ

1. Худоногов, A.M. Надёжность асинхронных вспомогательных машин электровозов / A.M. Худоногов, Д.А. Оленцевич, Е.М. Лыткина, В.Н. Иванов // Вестник ИрГТУ 2 (34), 2008. - 273 с. - С. 117-119.

2. Коноваленко, Д.В. Надежность электрических машин тягового подвижного состава / Д.В. Коноваленко, В.Н. Иванов, Д.А. Оленцевич, В.В. Сидоров, Е.М. Лыткина // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №2, 2008.-367 с.-С. 196-198.

3.Худоногов, A.M. Эксплуатация электровозов в условиях низких температур / A.M. Худоногов, Д.В. Коноваленко, Д.А. Оленцевич, В.В. Сидоров, Е.М. Лыткина, H.A. Иванова // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №2,2008. - 367 с. - С. 201-204.

4. Сидоров, M.B. Направления развития неразрушающего контроля на Восточно-Сибирской железной дороге / М.В. Сидоров, В.В. Сидоров, Е.М. Лыткина // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1, 2009. - 420 с. -С.228-230.

5.Худоногов, A.M. Теория тепломассообмена как основа автоматизации управления ресурсосберегающими методами энергоподвода в процессах сушки увлажненной изоляции тяговых электродвигателей электроподвижного состава / A.M. Худоногов, В.В. Сидоров, Е.М. Лыткина // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1,2009. - 420 с. - С. 355-359.

6. Худоногов, A.M. Анализ надежности изоляции обмоток электрических машин тягового подвижного состава с учетом особенностей климатических условий внешней среды / A.M. Худоногов, Д.А. Оленцевич, В.В. Сидоров, Е.М. Лыткина // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №2, 2009. - 452 с. -С. 232-236.

7. Худоногов, A.M. Критерии оптимальности при капсулировании изоляции лобовых частей обмоток электрических машин тягового подвижного состава / A.M. Худоногов, С.Г. Еремеев, Е.М. Лыткина // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №2, 2009. - 452 с. - С. 236-239.

8. Сидоров, В.В. Экспериментальные исследования автоматизированной электрокалориферной установки типа СФОЦ 70 / Сидоров В.В., Е.М. Лыткина // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №2,2009. - 452 с. - С. 418—421.

9. Худоногов, И.А. Перспективная технология повышения и продления ресурса тяговых электрических машин и аппаратов [Текст] / И.А. Худоногов, Е.М. Лыткина, A.A. Васильев, Д.Ю. Алексеев // Вестник ИрГТУ / под ред. Головных И.М. и др. - Иркутск: изд-во ИрГТУ, 2010, №7 (47). - С. 121-124.

10. Худоногов, И.А. Выбор генератора теплового излучения в технологии капсу-лирования лобовых частей обмоток тяговых электрических машин [Текст] / И.А. Худоногов, Е.М. Лыткина, A.A. Васильев, Д.Ю. Алексеев // Вестник ИрГТУ / под ред. Головных И.М. и др. - Иркутск: изд-во ИрГТУ, 2011, №2 (49). - С. 105-110.

11. Лыткина, Е.М. Методика оптимизации дискретных режимов сушки увлажненной изоляции тяговых двигателей электровозов [Текст] / Е.М. Лыткина // Наука и техника транспорта / под ред. Апатцева В.И. и др. -М: изд-во РГОТУПС,

2010, №4, стр. 64-67.

12. Лыткина, Е.М. Новая технология повышения ресурса тяговых двигателей электровозов [Текст] / Е.М. Лыткина // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование / под ред. Хоменко А.П. и др. - Иркутск: изд-во «Бланк»,

2011, №1(29), стр. 161-164.

б) Патенты

13. Пат. 2396669 Российской Федерации. МПК Н02К 15/12. Локальный способ герметизации компаундом изоляции лобовых частей обмоток тяговых электрических машин [Текст] / A.M. Худоногов, И.А. Худоногов, В.Н. Иванов, Н.Г. Ильичев, Д.А. Оленцевич, В.В. Сидоров, Е.М. Лыткина; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения». № 2009117049/28; заявл. 04.05.2009; опубл. 10.08.2010, Бюл. № 22.

в) Статьи в других изданиях

14.Лыткина, Е.М. Разработка многоканальной системы мониторинга асинхронных вспомогательных машин электровозов / Е.М. Лыткина // Сборник трудов Межвузовской итоговой конференции студентов «МИКС-2007» / Под ред.

A.B. Комарова, Л.Н. Заступовой, С.А. Козловой. - Иркутск: ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения», 2007. - 102 с. - С. 81-84.

15. Лыткина, Е.М. Расчет теплового старения изоляции асинхронных вспомогательных машин электровозов / Е.М. Лыткина, Д.А. Оленцевич, Д.Ю. Алексеев,

B.П. Смирнов // Труды 3-ей международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» ч. 1, 5 - 8 июня 2007 г.: / Под ред. В.П. Горелова, C.B. Журавлева, В.А. Глушец. - Омск: Иртышский филиал ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта», 2007.-265 с.-С. 89-92.

16. Лыткина, Е.М. Повышение надежности асинхронных вспомогательных машин электровоза ВЛ85 / Е.М. Лыткина, A.M. Худоногов // Труды 3-ей международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» ч. 1 / Под ред. В.П. Горелова, C.B. Журавлева, В.А. Глушец. -Омск: Иртышский филиал ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта», 2007. - 265 с. - С. 93-95.

17. Лыткина, Е.М. Разработка многоканальной системы мониторинга электрических машин / Е.М. Лыткина // Сборник научных докладов научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях». - Москва: Московский государственный строительный университет, 2008. - 448 с. - С. 208-209.

18. Лыткина, Е.М. Организация управления качеством эксплуатации и ремонта тяговых электрических машин [Текст] / Е.М. Лыткина, A.M. Худоногов // Проблемы, решения, инновации транспорта Российской Федерации. Сборник научных трудов научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых ЭМФ ИрГУПС, 19-20 апреля 2010. - С. 29-35.

19.Лыткина, Е.М. Пути повышения эффективности капсулирования изоляции лобовых частей обмоток тяговых электрических машин [Текст] / Е.М. Лыткина, A.A. Васильев, Д.Ю. Алексеев, A.M. Худоногов // Вестник Института тяги и подвижного состава / под ред. А.Е. Стецюка и Ю.А. Гамоли. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2010, №7.

20.Лыткина, Е.М. Перспективные технологии повышения и продления ресурса тяговых электрических машин и аппаратов [Текст] / Е.М. Лыткина, A.A. Васильев, Д.Ю. Алексеев, A.M. Худоногов // Вестник Института тяги и подвижного состава / под ред. А.Е. Стецюка и Ю.А. Гамоли. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2010, №7.

21. Худоногов, A.M. Принципы процесса капсулирования изоляции лобовых частей обмоток тяговых электрических машин [Текст] / A.M. Худоногов, Д.А. Оленцевич, Е.М. Лыткина, Д.Ю. Алексеев // Вестник Института тяги и подвижного состава / под ред. А.Е. Стецюка и Ю.А. Гамоли. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2010, № 7.

ЛЫТКИНА ЕКАТЕРИНА МИХАЙЛОВНА

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 23.05.2011. Формат 60х84'/,6. Гарнитура Times New Roman. Уч.-изд. л. 1,8. Усл. печ. л. 1,6. Зак. 218. Тираж 100 экз.

Издательство ДВГУПС 680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, 47.

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Лыткина, Екатерина Михайловна

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ ЯКОРЕЙ ДВИГАТЕЛЕЙ С ОТКРЫТЫМИ ГОЛОВКАМИ СЕКЦИЙ И МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА.

1.1. Сравнительный анализ причин отказов тяговых двигателей электровозов по сети железных дорог РФ и железных дорог Восточного региона.

1.2. Анализ современных методов и средств повышения ресурса изоляции обмоток тяговых:двигателей электровозов .-.-.-281.3. Обзор работ по применению инфракрасного излучения для нагрева лакокрасочных и компаундированных покрытий.

1.4. Рабочая гипотеза.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИК-ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ И СВОЙСТВ ПРОПИТОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

2.1. Спектральные и энергетические характеристики современных ИК-излучателей.

2.2. Технологические и оптические свойства электроизоляционных пропиточных материалов.

2.3. Принципы и методы по согласованию спектральных характеристик

ИК-излучателей и облучаемых материалов.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ КАПСУЛИРОВАНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЛОБОВЫХ ЧАСТЕЙ ОБМОТОК ЯКОРЯ ИНФРАКРАСНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ.

3.1. Теория тепломассообмена как основа повышения эффективности капсулирования изоляции лобовых частей обмоток тяговых двигателей.

3.2. Анализ взаимодействия системы «излучатель-лобовая часть» в технологии капсулирования изоляции.

3.3. Методика и техника экспериментальных исследований.

3.3.1. Методика и техника определения терморадиационных характеристик изоляции.'.

3.3.2. Методика и техника по определению электрической прочности и твёрдости изоляции.

3.4. Результаты экспериментальных исследований.

3.4.1. Результаты экспериментальных исследований по определению терморадиационных характеристик изоляции.

3.4.2. Результаты экспериментальных исследований по определению электрической прочности и твёрдости изоляции.

ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В ПРОИЗВОДСТВЕ И ИХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

4.1. Производственные испытания опытных технологий по повышению ресурса якорей тяговых двигателей типа НБ-514.

4.2. Расчет и проектирование основных параметров производственной установки для капсулирования изоляции лобовой части обмотки якоря тягового двигателя.

4.3. Оценка эффективности реализации результатов исследований в производство.

4.3.1. Расчет капитальных вложений на изготовление установки.

4.3.2. Расчет годовой экономии денежных средств при использовании установки для реализации эффективной технологии капсулирования изоляции лобовой части обмотки якоря ИК-излучением.

4.3.3. Расчет срока окупаемости внедрения предлагаемых технических решений.

Введение 2011 год, диссертация по транспорту, Лыткина, Екатерина Михайловна

Одной из важнейших проблем железнодорожного транспорта страны является необходимость обеспечения' надежной и безопасной работы тягового подвижного состава. В процессе эксплуатации происходит старение электрической изоляции, свойства ее ухудшаются, электрическая прочность снижается. Если не принять соответствующих мер, то процесс будет носить необратимый характер и завершится электрическим пробоем изоляции. Анализ надежности тягового подвижного состава показывает, что одним из основных повреждаемых узлов являются электрические машины.

По данным-дирекций тяги и ремонта тягового подвижного состава ОАО. «РЖД» на электрические машины электровозов приходится 22,4 % от общего количества отказов, по электрическому оборудованию 55 %, по механическому оборудованию 9,2 %, по тормозному и пневматическому оборудованию 5,2 %. [1]. Такая статистика не меняется на протяжении длительного времени.

Теория надёжности тяговых электрических машин в ее современном виде стала развиваться сравнительно недавно. На протяжении нескольких предшествующих десятилетий тяговое электромашиностроение развивалось в направлении повышения использования машин, увеличения нагрузок активных материалов и снижения массы на единицу мощности. Однако запас прочности, а вместе с тем и устойчивости к перегрузкам: постепенно снижались. В результате наметилась тенденция общего снижения надежности электрических машин тягового подвижного состава. Наиболее высокие показатели по снижению надёжности у тяговых электрических машин грузовых электровозов и, особенно у грузовых электровозов, эксплуатируемых на железных дорогах Восточного региона страны (Красноярская ж.д., Восточно-Сибирская ж.д., Забайкальская ж.д., Дальневосточная ж.д.).

Коллективом сотрудников кафедры «Электроподвижной состав» (ЭПС) Иркутского государственного университета путей сообщения (ИрГУПС) получен патент на способ повышения ресурса якорей тяговых двигателей с открытыми головками секций. Создана и апробирована в условиях локомотивного ремонтного депо Нижнеудинск установка для повышения: и продления ресурса якорей тяговых двигателей электровозов ВЛ85, ЭС5К и других типов и серий электровозов, оснащенных тяговыми двигателями с открытыми головками якорных секций. На базе Иркутского государственного университета путей сообщения разработан экспериментальный стенд для проведения лабораторных исследований. В ходе испытания опытного образца и анализа полученных результатов были намечены пути по решению ряда теоретических и практических задач с целью повышения эффективности новой технологии продления ресурса тяговых двигателей электровозов.

- Общая характеристика диссертации.

Актуальность работы: Электрические машины тягового подвижного состава относятся к предельно нагруженному оборудованию и поэтому с позиций комплексного воздействия на них тепловых, электромагнитных, механических и климатических факторов, несмотря на постоянно проводимые мероприятия, конструктивно-технологического характера при изготовлении и ремонте, уровень повреждаемости их в эксплуатации хотя и снижается, но остается довольно высоким. Современные технологии по изготовлению коллекторных тяговых двигателей электровозов позволяют повысить ресурс по остовам на пробег до 2,5 млн. км, однако использование этих же технологий для изготовления якорей не обеспечивают ресурс их более чем на 1 млн. км пробега. Налицо проблемная ситуация.

A.A. Зарифьян, Д.Д. Захарченко, И.П. Исаев, В.А. Камаев, В.И. Киселев,

B.Г. Козубенко, В.А. Кучумов, A.JI. Курочка, A.A. Лисицин, В.Н. Лисунов, В.Б. Медель, М.Д. Находкин, Е.С. Павлович, М.П. Пахомов, A.B. Плакс, В.В. Привалов, H.A. Ротанов, А.Н. Савоськин, И.В. Скогорев, В.В. Стрекопытов, Т.А. Тибилов, В.П. Феоктистов, В.А. Четвергов, В.Г. Щербаков, В.П. Янов и другие исследователи.

Значительный вклад в решение вопросов надежности наиболее «слабых» узлов тяговых электрических машин - изоляционных конструкций и коллек-торно-щеточного узла тяговых двигателей внесли В.Д. Авилов, А.Е. Алексеев, A.A. Бакланов, В.Г. Галкин, М.Д. Глущенко, А.Т. Головатый, A.B. Грищенко, P.M. Девликамов, Г.Б. Дурандин, М.Г. Дурандин, Ш.К. Исмаилов, М.Ф. Карасев, В.И. Карташев, A.C. Космодамианский, В.А. Кручек, A.C. Кур-басов, А.Б. Лебедев, Е.Ю. Логинова, A.C. Мазнев, Р.Я. Медлин, А.Т. Осяев, А.Д. Петрушин, В.М. Попов, Н.П. Семенов, A.C. Серебряков, В.П. Смирнов, Л.Н. Сорин, Н.О. Фролов, В.В. Харламов, О.И. Хомутов, В.А. Шевалин и многие другие. " ~ - -И, тем не менее, некоторые вопросы в области повышения ресурса тяговых двигателей электровозов требуют дальнейшего исследования. Задача повышения ресурса изоляции тяговых электрических машин остаётся актуальной по настоящее время и представляет научный и практический интерес. С целью повышения ресурса тяговых двигателей электровозов кафедрой ЭПС ИрГУПС совместно со специалистами ВСЖД - филиала ОАО «РЖД» была предложена технология капсулирования изоляции лобовых частей обмоток якорей с открытыми головками секций.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

- провести сравнительный анализ причин отказов тяговых двигателей электровозов с открытыми и закрытыми головками секций по сети железных дорог и железных дорог Восточного региона;

- проанализировать современные технологии и технические средства повышения ресурса изоляции обмоток якорей тяговых двигателей электровозов;

- исследовать спектральные и энергетические характеристики современных ИК-излучателей;

- исследовать технологические и оптические свойства пропиточных материалов;

- экономически обосновать повышение эффективности капсулирования лобовых частей тяговых двигателей электровозов ИК-излучением:

Экспериментальные исследования проводились в специализированной лаборатории кафедры ЭПС ИрГУПС «Испытания и надежность электрических машин», и заключались в измерении параметров, характеризующих спектральные характеристики генераторов ИК-излучения и оптические свойства пропитанной изоляции при помощи современных средств. Исследования осуществлялись в соответствии с методами планирования эксперимента. Обработка и анализ опытных данных велись с использованием теорий и методов математической статистики: теории проверки гипотез; теории оценки; корреляционного и регрессионного анализов. Производственные экспериментальные исследования проводились на базе ремонтного локомотивного депо Нижнеудинск ВСЖД.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем: осуществлено теоретическое обоснование процесса капсулирования изоляции якорей ТД электровозов с использованием ИК-энергоподвода. Получен патент РФ на локальный способ капсулирования; впервые осуществлено макетирование процесса капсулирования различных изоляционных материалов пропиточными смесями с использованием ИК-излучения; предложен метод согласования спектральных характеристик ИК-излучателей и оптических характеристик пропиточных материалов; получена формула по выявлению эффективной скважности периода работы излучателей в технологии капсулирования изоляции с осциллирующим режимом ИК-энергоподвода; впервые получено сечение теплового поля ИК-излучателя типа Е8С-2, рекомендованного в технологии капсулирования изоляции.

Практическая значимость

По результатам проведенных исследований:

1. выполнен анализ надежности тяговых двигателей (ТД) электровозов переменного тока, с учетом особенностей климатических условий внешней среды, по критериям качества изоляции якорей с открытыми и закрытыми головками секций;

2. усовершенствована технология капсулирования изоляции обмоток тяговых электрических машин и аппаратов с использованием осциллирующее-го ИК-энергоподвода, позволяющая по сравнению с конвективным энергоподводом сократить время на проведение всех операций не менее чем в 10 раз;

3. создан лабораторный стенд, позволяющий проводить макетирование процесса капсулирования изоляции электрических машин и аппаратов;

4. разработана и внедрена в локомотивном депо ст. Нижнеудинск ВСЖД - филиала ОАО «РЖД» установка для капсулирования изоляции лобовых частей обмоток тяговых двигателей с открытыми головками секций.

На защиту выносятся:

- осциллирующий способ ИК-энергоподвода в технологии капсулирования изоляции лобовых частей обмоток якорей;

- методика определения терморадиационных характеристик пропитанных изоляционных материалов;

- руководящие указания и методика по проектированию производственных установок для капсулирования изоляции лобовых частей обмоток вращающихся электрических машин.

Реализация результатов работы. Полученные автором результаты работы приняты для внедрения службой локомотивного хозяйства ВосточноСибирской железной дороги, а так же использованы при создании лаборатории «Комплекс эффективных электротехнических методов и средств повышения надежности локомотивов и работоспособности локомотивных бригад», которая используется в научном и учебном процессе ИрГУПС при подготовке инженеров по специальности 190303 — «Электрический транспорт железных дорог», по дисциплинам «Тяговые электрические машины» и «Бесколлекторный привод ЭПС».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на межвузовских итоговых конференциях студентов (г. Иркутск, 2007 г., 2008 г.); научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи — путь к обществу, основанному на знаниях (г. Москва, 2008 г.); научно-технической конференции «Энергосбережение: технологии, приборы, оборудование» Международный выставочный комплекс «СибЭкспоЦентр» (г. Иркутск, 2008 г.); международной научно-практической конференции «Развитие транспортной инфраструктуры - основа роста экономики Забайкальского края» (г. Чита, 2008 г.); II научно-практической конференции "Безопасность регионов - основа устойчивого развития" (г. Иркутск, 2009 г.);.на-учно-методической конференции проблемы и перспективы развития регионально-отраслевого университетского комплекса ИрГУПС» (г. Иркутск, 26-29 апреля 2010 г.); научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов электромеханического факультета ИрГУПС «Проблемы, решения, инновации транспорта Российской Федерации», г. Иркутск (19-20 мая 2010 г.); П1 региональном научно-производственном семинаре «Чтения ИЛ. Терских» «Техника и технологии инженерного обеспечения АПК» (г. Иркутск, 26-29 октября 2010 г.); всероссийской молодежной научно-практической конференции с международным участием ««Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке» (г. Хабаровск, 20-22 апреля 2011 г.); научных семинарах кафедры «Электроподвижной состав» ИрГУПС (г. Иркутск, 2007, 2008, 2009, 2010 гг.); заседании.кафедры «Электрической тяги» ПГУПС (г. Санкт-Петербург, 2009' г.)'; расширенном заседании кафедры «Электроподвижной состав» ДВ17УПС (г. Хабаровск, 21 февраля 2011 г.).

Публикации и вклад автора. По результатам проведенных исследований опубликована 21 статья, в том числе 12 статей в рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России и получен патент РФ №2396669 на изобретение.

Струкгура и объем диссертации; Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, 7 выводов, приложения, библиографического списка из 129 наименований и содержит 187 страниц основного текста, 80 рисунков и 22 таблицы.

Заключение диссертация на тему "Повышение эффективности капсулирования изоляции лобовых частей обмоток тяговых двигателей электровозов инфракрасным излучением"

Основные выводы и результаты, приведенные ниже, отражают качество решения поставленных задач исследования:

5. При анализе результатов лабораторных и производственных испытаний установлено:

• электрическая прочность изоляции типа ЛСЭП-934, пропитанной компаундом ВЗТ-1 и капсулированной импульсным керамическим преобразователем излучения на 15-40 % выше по сравнению с облучением ее длинноволновым и коротковолновым излучателями;

7. Технико-экономический эффект от внедрения технологии капсулирования изоляции лобовой части обмотки якоря инфракрасным излучением позволит повысить ресурс в 1,7 - 2,0 раза; капитальные вложения, составляющие 89,8 тысяч рублей, окупятся в течение 2 месяцев при общей экономии денежных средств 540,6 тысяч рублей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации проведено экспериментальное и теоретическое исследование эффективных процессов тепломассопереноса и термического разрушения старого связующего в технологии капсулирования изоляции лобовых частей обмоток якорей с открытыми головками секций тяговых двигателей электровозов энергией ИК-излучения. В результате анализа дифференциального уравнения энергетического баланса применительно к осциилирующему режиму ИК-энергоподвода получена формула по выявлению эффективной скважности периода работы излучателей в технологии капсулирования изоляции с осциллирующим режимом ИК-энергоподвода. Экспериментально показано, что спектральный состав воздействующего излучения и пропиточная смесь играют решающую роль в отношении электрической прочности и цементирующей способности изоляции. Получены математические модели описывающие сечение теплового поля на поверхности лобовой части обмотки якоря тягового двигателя типа НБ-514 от керамического ИК-излучателя типа ЕБС-2 при различных расстояниях между ИК-излучателем и лобовой частью.

Библиография Лыткина, Екатерина Михайловна, диссертация по теме Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

1. Смирнов, В.П. Непрерывный контроль температуры предельно нагруженного оборудования электровоза Текст. : монография. / В.П. Смирнов. -Иркутск: Изд-во Иркут. гос. ун-та, 2003. 328 с.

2. Галкин, В.Г. Надежность тягового подвижного состава Текст. / В.Г. Галкин, В.П. Парамзин, В.А. Четвергов. М.: Транспорт, 1981. - 184 с.

3. Котеленец, Н.Ф., Испытания и надежность электрических машин Текст. / Н.Ф. Котеленец, Н.Л. Кузнецов. М.: Высш. шк., 1988. - 232 с.

4. Исмаилов, Ш.К. Тепловое состояние тяговых и вспомогательных электрических машин электровозов постоянного и переменного тока Текст. / Ш.К. Исмаилов. Омск: ОмГУПС, 2001. - 76 с.

5. Сонин, B.C. Результаты опытной эксплуатации тяговых двигателей электровозов без пропитки их изоляции между заводскими ремонтами Текст. // Повышение надежности и совершенствование ремонта электровозов. М.: Транспорт, 1974. - С. 45-52.

6. Худоногов, A.M. Надёжность асинхронных вспомогательных машин элек-тровозов Текст. / A.M. Худоногов, Д.А. Оленцевич, Е.М. Лыткина, В.Н. Иванов // Вестник ИрГТУ 2 (34), 2008. -273 с. С. 117 - 119.

7. Бахвалов, Ю.А. Динамические процессы в асинхронном тяговом приводе магистральных электровозов Текст. / Ю.А. Бахвалов, Г.А. Бузало, A.A. Зарифьян, П.Ю. Петров и др.; под ред. A.A. Зарифьяна. М.: Маршрут, 2006. - 374 с.

8. Худоногов, A.M. Восстановление изоляционных свойств обмоток якоря тягового электродвигателя Текст. // Вестник ИрГТУ 4 (28), 2006. — С. 60 -62.

9. Коноваленко, Д.В. Надежность электрических машин тягового подвижного состава Текст. / Д.В. Коноваленко, В.Н. Иванов, Д.А. Оленцевич, В.В. Сидоров, Е.М. Лыткина // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1, 2008. С. 196-198.

10. Коноваленко, Д.В., Рациональные режимы сушки увлажненной изоляции обмоток тяговых электрических машин Текст. : диссертация на соискание кандидата технических наук / Д.В. Коноваленко. — Иркутск, 2007. — 193 с.

11. Инструкция по подготовке к работе и техническому обслуживанию электровозов в зимних и летних условиях Текст. ; ЦТ/814 от 10.04.01. — М.: Транспорт, 2001. 72 с.

12. Распоряжение о системе технического обслуживания и ремонта локомотивов ОАО «РЖД» №3р, от 17.01.2005 г.

13. ЦТ-ЦТВР/4782. Правила ремонта электрических машин электроподвижного состава Текст.; М.: Транспорт, 1975. 356 с.

14. Юренков, М.Г. Анализ влияния условий эксплуатации на надежность тяговых электродвигателей Текст. / Исследование работы электрооборудования и вопросы прочности электроподвижного состава: науч. тр. Омск: ОмИИТ, 1974. - С. 57 - 60.

15. Худоногов, A.M. Эксплуатация электровозов в условиях низких температур Текст. / A.M. Худоногов, Д.В. Коноваленко, Д.А. Оленцевич, В.В. Сидоров, Е.М. Лыткина, H.A. Иванова // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №2, 2008,- С. 201 204.

16. Козубенко, В.Г. Безопасное управление поездом: вопросы и ответы: учебное пособие для образовательных учреждений ж.-д. Транспорта, осуществляющих профессиональную подготовку Текст. / В.Г. Козубенко М.: Маршрут, 2005. - 320 с.

17. Маслов, В.В. Исследование влияния высокой влажности и воды на свойства некоторых диэлектриков Текст. : диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. Московский энергетический институт. — Москва, 1967.

18. Правила ремонта электрических машин электроподвижного состава Текст. ; ЦТ-ЦТВР/4782. М.: Транспорт, 1990. - 356 с.

19. Смирнов, В.П. Непрерывный контроль температуры предельно нагруженного оборудования электровоза Текст. : диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. — Иркутск, 2005. 320 с.

20. Анализ технического состояния электровозного парка по сети железных дорог России за 2009 год Текст. . 74 с.

21. Осяев, А.Т. Повышение ресурса тяговых электродвигателей: сборник докладов и сообщений научно-технической конференции Текст. / под ред. А.Т. Осяева. М., 2004. - 127 с.

22. Магистральные электровозы. Тяговые электрические машины Текст. / В.П. Бочаров, Г.В. Василенко, А.П. Курочка и др. / Под ред. В.И. Бочарова, В.П. Янова. М.: Энергоатомиздат, 1992. -464 с.

23. Оленцевич, Д.А. Совершенствование системы технического содержания изоляции тяговых двигателей электровозов Текст. : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. — Иркутск, 2010. — 146 с.

24. Немухин, В.П. Повышение нагревостойкости и влагостойкости изоляции тяговых электрических машин Текст. // Повышение надежности электрооборудования тепловозов. М.: Транспорт, 1974. С. 20-42.

25. Булатов, A.A. Совершенствование системы технического содержания узлов электровозов с учетом изменения климатических условий Текст. : диссертация кандидата технических наук: 05.22.07 / A.A. Булатов. — М, 2005. 147 е.: ил.

26. Серебряков, A.C. Методы и средства для диагностики изоляции электрических машин и аппаратов ее защиты Текст.: Автореф. Дис. Докт. техн. наук. М.: МИИТ, 2000. - 48 с.

27. Патент РФ № 2396669. Локальный способ герметизации компаундом изоляции лобовых частей обмоток тяговых электрических машин Текст. / МПК Н02К 15/12 Заявка от 04.05.2009 г.

28. Гуревич, В.З. Энергия невидимого света Текст. / В.З. Гуревич. М: Издательство «Наука», 1973. - 142 с.

29. Левитин, И.Б. Техника инфракрасных излучений Текст. / И.Б. Левитин. М.-Л.: Государственное энергетическое издательство, 1958. - 229 с.

30. Лыков, М.В. Распылительные сушилки: основы теории и расчета Текст. / М.В. Лыков, Б.И. Леончик. -М.: Машиностроение, 1966. 167 с.

31. Сидоров, М.В. Направления развития неразрушаюгцего контроля на Восточно-Сибирской железной дороге Текст. / М.В. Сидоров, В.В. Сидоров, Е.М. Лыткина // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1, 2009.- С. 228 230.

32. Худоногов, A.M., Восстановление изоляционных свойств обмоток якоря тягового электродвигателя Текст. // Вестник ИрГТУ 4 (28), 2006. — С. 60 62.

33. Бураковский, Т. Инфракрасные излучатели Текст. : пер. с польск. / Т. Бураковский, Е. Гизиньский, А. Саля. Л.: Энергия, 1978. —408 с.

34. Марголин, И.А. Основы инфракрасной техники Текст. / И.А. Мар-голин, Н.П. Румянцев. -М.: Воениздат, 1957. 308 с.

35. Прищеп, Л.Г. Исследование ультрафиолетовых и инфракрасных лучей: учеб пособие Текст. / Л.Г. Прищеп, П.Л. Филаткин // Электрический привод и применение электроэнергии в сельском хозяйстве. М., 1980. — С. 90-97.

36. Ковчин, С.А. Применение лучистой энергии в сельском хозяйстве Текст. / С.А. Ковчин, Д.А. Меркучев, В.В. Рудаков. М.: Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1958. -229 с.

37. Mazur М. Elektryczne urzadzenia grzejne Текст. Warszawa: PWT, 1953.

38. Mazur M. Nagrzewanie promiennikowe Текст. Warszawa: PWT, 1953.

39. Ильясов, С.Г. Физические основы инфракрасного облучения пищевых продуктов Текст. / С.Г. Ильясов, В.В. Красников. М. : Пищ. пром-ть, 1978.-359 с.

40. Пенкин, A.A. Разработка устройства инфракрасного излучения для термической обработки зерна и локального обогрева Текст. : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 2005. — 258 с.

41. Инфракрасные излучатели тепла Электронный ресурс. / ЗАО «ПромТехноГрупп» Электрон, дан. — Режим доступа: www.p-t-grupp. ru/ob о gre v

42. Карпов, В.Н. Признаки и свойства объемных облучателей Текст. / В.Н. Карпов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1980. - № 7. - С. 54-55.

43. Керамические обогреватели и инфракрасные лампы, излучатели Электронный ресурс. / «Мир нагрева» Электрон, дан. — Режим доступа: http://www.mirnagreva.ru/infra.html

44. Френкель, Е.Б. Ремонт электрических машин электроподвижного состава и тепловозов Текст. / Е.Б. Френкель, В.Г. Комолов, С.И. Фаиб. М.: Транспорт, 1966. -455 с.

45. Нормативная документация Электронный ресурс. / ОАО «Холдинговая компания Элинар» Электрон, дан. - Режим доступа: www.esc-nk.ru/price/electrical/nd/

46. Изоляционные материалы Электронный ресурс. / Электрон, дан. -Режим доступа: www.anchorstarasow.ru/priloienie/izolator.html

47. Барэмбо, К.Н. Сушка, пропитка и компаундирование обмоток элек-триче-ских машин Текст. / К.Н. Барэмбо, Л.М. Бернштейн. М.: Государственное энергетическое издательство, 1961. — 368 с.

48. Омелъченко, В.П. Методика и результаты оценки технологических свойств пропиточных компаундов Текст. / В.П. Омельченко, JI.H. Никонова // Вестник ВЭлНИИ 2(54). Новочеркасск, 2007. - 260 с.

49. Борхерт, Р. Техника инфракрасного нагрева Текст.: пер. с нем. под ред. И.Б. Левитина / Р. Борхерт, В. Юбиц. М.: Государственное энергетическое издательство, 1963. - 278 с.

50. Brtigel W. Систематические исследования по отверждению синтетических смоляных лаков с помощью инфракрасного излучения Текст. / W. Briigel, A. Vlachos. Farbe und Lack, 1952, т.58, №11, c.475-483, №12, с. 523523.

51. Герасимович, Л.С. Оптимизация поточных электропастеризационных установок Текст. / Л.С. Герасимович, Н.Г. Демидович // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. 1982. № 12 - С. 24-27.

52. Кетепу, G. Anwendung eines nahen diffusen Infrarot-Reflexiosanalisators aus ungarn bei Futtermittelherstellung Текст. / G. Kemeny, T. Pokorhy, К. Forizs. Die Muhle + Mischfiittertechnik, 1984. - 121. - 29. - P. 389-390.

53. Pat. 4377618 USA, MKI B32B5/16, HKI 428/323. Infra-red radiator Текст. / Ikeda Masaki, Nishino Atsushi, Suzuki Tadashi. ; Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. № 286185 ; 22.07.81 ; publ. 22.03.83 ; prior. 23.07.80, № 55101627 (Japan).

54. Pat. 1603077 Great Britan, MKI H 05 В 6/64. Improvements in or relating to the generation on infra-red radiation Текст. / Peter Duglas Francis. № 51973/76; 13.12.76 ; publ. 18.11.81.

55. Put. CPP, kl H 05 В 3/00. Element Termoradiant de radiantii infrarosii Текст. / Klimek Carol M.; rinderea "Electro-Mures". № 69393; 08.06.76; № 86384; publ. 05.06.80.

56. Худоногов, A.M. Технология обработки дикорастущего и сельскохозяйственного сырья высококонцентрированным инфракрасным нагревом Текст. : диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Иркутск, 1988. - 428 с.

57. Jle Чан Бинь. Особенности процесса сушки связнодисперсных пищевых продуктов при терморадиационном энергоподводе Текст. : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Киев, 1984. — 208 с.

58. Григорьев, В.А. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: справочник Текст. / под ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. — М.: Энергоиздат, 1962. — 510с.

59. Лыков, A.B. Теория тепло и массопереноса Текст. / A.B. Лыков, Ю.А. Михайлов. -М. Госэнергоиздат, 1963. 563 с.1. V f

60. Казанский, М.Ф. Влияние форм связи поглощенной влаги на кинетику гидродинамического поля в поликапиллярном-пористом коллоидном теле при сушке Текст. / М.Ф. Казанский. М.: Инженерно-физический журнал, т. 3№ 11, 1960.

61. Де Грот, С.Р. Термодинамика необратимых процессов Текст. / С.Р. Де Грот. М.: Госиздат, 1956.

62. Де Грот, С.Р. Неравновесная термодинамика Текст. / С.Р. Де Грот, П. Мазур. М. Издательство «Мир». М. 1964.

63. SO. Ден Биг, К. Термодинамика стационарных необратимых процессов Текст. / К. Ден Биг. М, 1954. - 120 с.

64. Притожин, И. Введение в термодинамику необратимых процессов Текст. / И. Притожин М. 1960.

65. Лыков, A.B., Теория переноса энергии и вещества Текст. / A.B. Лыков, Ю.А. Михайлов Минск: Изд. АН БССР, 1959. - 330 с.

66. Лыков, A.B. Теория сушки Текст. / A.B. Лыков. -М: Энергия, 1968. 472 с.

67. Лыков, A.B. Тепло и массообмен в процессах сушки Текст. / A.B. Лыков. -М.: Госэнергоиздат, 1956. —464 с.

68. Лыков, A.B. Явления переноса в капиллярно пористых телах Текст. / A.B. Лыков. М.: ГИТТЛ, 1954. - 296 с.

69. Кавказов, Ю.Л. Взаимодействие кожи с влагой Текст. / Ю.Л. Кавка-зов. М.: Гизлегпром, 1952. - 320 с.

70. Покровский, Г.И. О термодиффузии в глине и торфе Текст. / Г.И. Покровский, H.A. Наседкин. Журнал технической физики, т. 9, Вып. 16, 1939.-С. 1515- 1526.

71. Лыков, A.B. Теоретические основы строительной теплофизики Текст. / A.B. Лыков. Минск. Изд. АН БССР, 1961.-520 с.

72. Лебедев, П.Д. Сушка инфракрасными лучами Текст. / П.Д. Лебедев. -М.: 1955.

73. Гинзбург, A.C. Инфракрасная техника в пищевой промышленности Текст. / A.C. Гинзбург. М: Пищевая промышленность, 1966, 407 с.

74. Гинзбург, A.C. Сушка пищевых продуктов Текст. / A.C. Гинзбург. -М.: Пищепромиздат, 1954. 189 с.

75. Никитина, Л.М. Таблицы равновесного удельного влагосодержания и энергии связи влаги с материалами Текст. / Л.М. Никитина. — М.; Л. : Гос-энергоиздат, 1963. 175 с.

76. Худоногов, A.M. Способ сушки изоляции электрических машин:: па- ' тент РФ jYo 2324278 Текст. / A.M., Худоногов, Д.В. Коноваленко, РЛО.Упырь.

77. Макаров, В.В. Ресурсосберегающие принципы технологии сушки увлажнённой изоляции электрооборудования ЭПС Текст. / В.В. Макаров, В;П. Смирнов, A.M. Худоногов, Е.В. Ефремов Е.В. // Сб. науч. Тр.- Хабаровск: ДВГУПС, 2001. Т.1. С. 32-37.

78. Смирнов, В.П. Широтно-прерывный метод сушки увлажненной изоляции тяговых электродвигателей Текст. / В.П. Смирнов, A.M. Худоногов // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. — 2003; — №3. С. 185-192. . . "

79. Худоногов, A.M. Тепловойбаланс.и пути повышения тепловой ¿эк о-. . номичности радиационной сушилки Текст. / A.M. Худоногов // Улучшение: эксплуатации и ремонта сельскохозяйственной техники. Иркутск, 1973. — С. 84-881. • . •

80. Лисовенко, АЛ. Процесс выпечки и тепловые режимы в совремеи- : ных хлебопекарных печах Текст. / А.Т. Лисовенко. М.: Пищевая промышленность, 1976.-214 с.

81. Теплофон ЭРГНА 1,0/220(и)Т Электронный ресурс. / Группа компаний "Горбушка" - Электрон. дан. - Режим доступа: http://obogrevateli.gorbushka.ru/obogrevateli teplofonl-0-220.html

82. Инфракрасные нагреватели Электронный ресурс. / ОДО "НО-МАКОН" Электрон. дан. Режим доступа: http://www.nomacon.bv/production/izluchateli-infrokrasnue/

83. Каталоги производителей в HTML Электронный ресурс. / Торговая платформа "СветочЪ" Электрон, дан. — Режим доступа: http://www.svetoch34.ru/katalogs/HTML/113662

84. Воскресенский П.И. Техника лабораторных работ Текст. / Издание 10-е, стереотипное. М., «Химия», 1973.

85. Винарский М.С., Планирование эксперимента в технологи-ческом исследовании Текст. /М.С. Винарский, М.В. Лурье. Киев; Техника, 1975. -168 с.

86. Аппарат АИИ-70: Паспорт 2ДЕ. 169.039 ПС. Текст. Министерство приборостроения, средств автоматизации и систем управления СССР, 1983.

87. Серебряков, A.C. Электротехническое материаловедение. Электроизоляционные материалы Текст. : учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта / A.C. Серебряков. М.: Маршрут, 2005. - 280 с.

88. Кучин, В.Д. Исследование динамики электрического пробоя твердых диэлектриков: автореф. дис. докт. физ.-мат. наук Текст. / В.Д. Кучин. -Одесса, 1971.-26 с.

89. Веденяпин, Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки данных Текст. / Г.В. Веденяпин. М.: Колос, 1973. - 199 с.

90. Зажигаев, Л.С. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента Текст. / Л.С. Зажигаев, A.A. Кимьян, Ю.И. Роша-пиков — М. : Атомиздат, 1978. 231 с.V

91. Виленкин, С.Я. Статистическая обработка результатов исследований случайных функций Текст. / С.Я. Виленкин. М.: Энергия. 1979. - 320 с.

92. Рычкова, Л.П. Лабораторный практикум по технологии конструк-цион-ных материалов: Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Технология конструкционных материалов» Текст. / Л.П. Рычкова. Иркутск, 2006. - 24 с.

93. Твердость материалов: методические указания к лабораторным работам Текст. / сост. Б.В. Коротаев, Иркутск: ИрГУПС, 2010. — 52 с.

94. Приборы и средства НК Электронный ресурс. / ООО «ЭКСПЕРТ НК» Электрон. дан. — Режим доступа: http://www.expertnk.ru/catalog/mechanicaltesting/hardness/constantatk.html

95. Прибор для определения твердости ЛКП по карандашу «КОНСТАНТА ТК» Текст. : паспорт прибора. — С.-Пб. ЗАО «Константа».

96. Микроскоп измерительный МБП-3 Электронный ресурс. / Электрон. дан. Режим доступа: www.ti.kz/engine/download.php?id=376

97. Микроскоп отсчетный типа МПБ-3 Электронный ресурс. / Электрон. дан. Режим доступа: http://kipia.ru/catalog/detail/mikroskopotschetnyiv tipampb-3 5330/

98. ГОСТ 10518-88. Системы электрической изоляции. Общие требования к методам ускоренных испытаний на нагревостойкость Текст. —М., 1988. 28 с.

99. Борхерт, Р. Техника инфракрасного нагрева Текст.: пер. с нем. под ред. И.Б. Левитина / Р. Борхерт, В. Юбиц. М.: Государственное энергетическое издательство, 1963. - 278 е.,

100. Алексеев, А.Е. Конструкция электрических машин Текст. / А.Е. Алексеев. -М.: Государственное энергетическое издательство, 1958. —425 с.

101. Лебедев, П.Д. Расчет и проектирование сушильных установок Текст. / П.Д. Лебедев. М.: Государственное энергетическое издательство, 1963.-320 с.

102. Волков, В.А. Методические рекомендации по оценкам эффективности инвестиций на железнодорожном транспорте Текст. / Б.А. Волков, А.П. Абрамов, Ю.М. Кудрявцев, М.Т. Миджири, А.Д. Сапожников и др.; Под ред. Т.М. Миджири. М.: Слово, 1997. - 50 с.

103. Методические рекомендации по обоснованию эффективности инноваций на железнодорожном транспорте Текст.: М.: Транспорт, 1999. — 230 с.

Похожие работы

Транспорт
05.22.00