Исследование эксплуатационной надежности асинхронных двигателей в условиях горно-обогатительного комбината

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 ОФвлияние электромеханических и климатических факторов на интенсивности отказов АД при различных режимах работыобщая 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).