Спосіб визначення та прогнозування показників надійності електричних машин

Реферат: UA 88527 U UA 88527 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електротехніки, а саме до кількісної оцінки показників надійності електричних машин із різним ступенем напрацювання на відмову, та може бути використаною при визначальних випробуваннях на надійність і моніторингу показників надійності електричних машин постійного та змінного струму як загальнопромислового, так і спеціального призначення. Відомий спосіб визначення терміну служби електричної машини шляхом дослідження старіння ізоляції [Закладной А.Н., Закладной О.А. Методы оценки срока службы асинхронных электродвигателей // Енергетика та електрифікація - К., 2010. - № 4. - С. 63-67]. Суть способу полягає у комплексному підході до діагностики старіння ізоляції обмотки, що базується на окремому оцінюванні основних факторів, таких як якість живлячої напруги, коефіцієнт завантаження, температура обмотки та навколишнього середовища, що негативно впливають на надійність електричної машини. Недоліки способу: - не враховується вплив на надійність електричної машини стану основних конструктивних вузлів, окрім ізоляції обмотки; - у використовуваних співвідношеннях не враховуються параметри вібрації, як основного негативного фактора впливу на надійність електричної машини; - проведення діагностики є довготривалим. Даний спосіб прийнято як аналог. Відомий спосіб [Гольдберг О.Д. Надежность электрических машин: учебник для студ. высш. учеб. заведений / О.Д. Гольдберг, С.П. Хелеменская - М.: Издательский центр "Академия", 2010. - С. 211-222], що забезпечує прискорене визначення показників надійності основних конструктивних частин електричних машин, таких як підшипниковий вузол та ізоляція обмоток, шляхом форсування основних факторів впливу: навантаження на валу, віброшвидкості та температури. Недоліки способу: - складність завдання та врахування параметрів вібрації; - складність обробки отримуваних експериментальних даних; - відсутній узагальнений комплексний підхід щодо оцінювання показників надійності; - отримані співвідношення не можуть використовуватись для поточного моніторингу показників надійності. Даний спосіб є найближчим аналогом (прототипом), оскільки має суттєві спільні ознаки із запропонованим способом. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення інформативності та вірогідності визначення і прогнозування показників надійності електричних машин через оцінювання стану їх конструктивних вузлів при зменшенні витрат часу та зниженні трудомісткості процесу випробувань. На кресленні наведено алгоритм визначення та прогнозування показників надійності електричних машин. У способі визначення та прогнозування показників надійності електричних машин, що заснований на їх розрахунках за отриманими математичними моделями з урахуванням параметрів, які характеризують зміну стану основних конструктивних вузлів - обмотки, підшипникового вузла, вала, колекторно-щіткового вузла, контактних кілець та корпусу - при додатковому вимірюванні локальних значень їх температури та вібрації, згідно з корисною моделлю, розрахункові математичні моделі отримують комплексним шляхом у результаті прискорених випробувань та використання типових законів розподілу відмов з урахуванням дійсного стану основних конструктивних вузлів. Визначення та прогнозування показників надійності електричних машин передбачає наступні етапи: 1. Електричну машину умовно розбивають на основні конструктивні вузли. 2. Проводять попередню оцінку стану кожного конструктивного вузла. 3. Визначають контрольовані параметри і показники надійності для урахування стану окремих вузлів досліджуваної електричної машини. 4. Вибирають фактори форсування для проведення прискорених випробувань на надійність. 5. Проводять випробування на основі повного факторного експерименту з метою пошуку кількісних значень факторів форсування. 6. Визначають вид закону розподілу відмов для прогнозування показників надійності електричної машини у цілому. 7. Отримують результуючі залежності для прогнозування основних показників надійності електричних машин. 1 UA 88527 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Для визначення та прогнозування показників надійності електричних машин у відповідності зі статистичними даними ремонтних підприємств двигуни змінною та постійного струму умовно розбивають на вузли, що мають найбільшу ймовірність виходу з ладу: обмотка рухомої та нерухомої частин, підшипниковий вузол, колекторно-щітковий вузол для двигунів постійного струму, контактні кільця для синхронних генераторів та асинхронних двигунів з фазним ротором, шихтований сердечник, вал обертової частини, корпус електричної машини. Проводять попереднє оцінювання стану кожного конструктивного вузла, що включає в себе виявлення явних несправностей та відхилень від технічних та геометричних параметрів: обмотку перевіряють на цілісність ізоляції та наявність короткозамкнених витків; підшипниковий вузол - на стан підшипника та зношуваність підшипникових щитів, рівень та стан масла; колекторно-щітковий вузол та контактні кільця - на стан контактних елементів; шихтований сердечник - на наявність коротких замикань між окремими листами та ослаблення пресування; вал обертової частини - на наявність різних видів ексцентриситету; корпус машини - на цілісність місць кріплення (лап або фланців) та додаткового оребрення, стан запресування сердечника. Визначають контрольовані параметри для основних вузлів досліджуваної електричної машини: для обмотки це температура лобових частин θl; для підшипникового вузла температура підшипника θp; та віброшвидкість vр; для вала - величина прогину δr; для корпусу температура θk та віброшвидкість vk; для колекторно-щіткових вузлів та контактних кілець ступінь іскріння nsch. За кількісні характеристики надійності для обмоток ротора й статора, щіток та підшипників приймають ймовірність безвідмовної роботи P(t) і відмови Q(t), частоту а(t) та інтенсивність відмов λ(t). До кількісних характеристик колекторно-щіткових вузлів, пускорегулюючої апаратури, вала роторів відносять параметр потоку відмов ω(t), середнє напрацювання до першої відмови Tav та напрацювання на відмову Σti. Особливістю визначення контрольованих параметрів є зняття складових вібрації у режимі неробочого ходу та після від'єднання досліджуваної електричної машини від джерела живлення з метою виділення її електромагнітної складової; ступінь іскріння та прогин вала фіксуються фототехнікою; локальне визначення температури конструктивних вузлів забезпечується відповідним розміщенням термодатчиків. Особливістю визначення контрольованих параметрів є те, що складові вібрації визначають у режимі неробочого ходу та після від'єднання досліджуваної електричної машини від джерела живлення з метою виділення її електромагнітної складової; ступінь іскріння та прогин вала фіксують фототехнікою; локальне визначення температури конструктивних вузлів забезпечують відповідним розміщенням термодатчиків. Скорочення часу випробувань електричних машин досягається за рахунок проведення прискорених випробувань. Їх виконують у спеціальних умовах, що характеризуються підвищеним рівнем факторів впливу або наявністю форсування. Як найбільш ефективні фактори форсування, що впливають на надійність конструктивних вузлів, використовують тепловий і механічний вплив (середня температура охолоджуючого потоку Δθ0, яка комплексно характеризує основні джерела нагріву; віброшвидкість v; корисне навантаження на валу Р2). Випробування проводять циклічно, із повторюваними циклами у відповідності до плану 3 проведення повного факторного експерименту типу 2 (див. таблицю). Таблиця План повного трифакторного експерименту Номер досліду 1 2 3 4 5 6 7 8 45 X1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 Фактори Х2 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 +1 Х3 -1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 +1 Функція відгуку у1 у2 у3 у4 у5 у6 у7 у8 За результатами розрахункового трифакторного експерименту отримують рівняння регресії виду: 2 UA 88527 U 5 у=b0+b1 × 1+b2 × 2+b3 × 3+b12 × 1Х2+b13 × 1Х3+b23 × 2Х3+b123 × 1Х2 × 3, де у - час безвідмовної роботи; Х1 - середня температура охолоджуючого потоку; Х2 - віброшвидкість; Х3 - навантаження на валу; y1, у2,…,у8 - функції відгуку у вигляді часу безвідмовної роботи; b0  bi  1 N  yj N j1 1  X jiy j N j1 bim  10 15 20 ; N ; N 1  X jlX jmy j N j1 ; j - номер досліду; i , l , m - номери факторів. У відповідності до плану проведення повного факторного експерименту основними факторами впливу є фактори, позначені у таблиці як +1, додатковими - як -1. Кожен цикл складається із: - спільного впливу основних факторів; - одночасного або поперемінного впливу додаткових факторів, що імітують інший експлуатаційний вплив. Залежно від періоду експлуатації електричної машини для розрахунку показників надійності використовують один із основних використовуваних законів теорії ймовірності для щільності ймовірності відмови a{t):   t T  / 2 - Гауса at   1/  2 e - у період поступових відмов, де T - математичне очікування часу t відмови, яке у даному випадку дорівнює середньому напрацюванню на відмову;  - середнє квадратичне відхилення; 25 2 2  t - експоненціальний at   e - у період нормальної експлуатації, де  - інтенсивність відмов;  1   0 t  - розподіл Вейбулла at   0t e  30 35 - при визначенні напрацювання до відмови механічних вузлів, таких як підшипники та електричної ізоляції, де параметр  0 визначає масштаб, а параметр  - асиметрію. Узагальнені математичні моделі для розрахунку показників надійності електричних машин будують з урахуванням факторів, що впливають на надійність конструктивних вузлів із наступним об'єднанням отриманих для них залежностей на основі співвідношення: Рp(t)=Р1(t)Р2(t)P3(t)P4(t), де Р1(t), Р2(t), P3(t), P4(t) - ймовірності безвідмовної роботи основних конструктивних вузлів. Отримані математичні моделі використовують для розрахунку та прогнозування показників електричних машин з урахуванням зміни параметрів та характеристик основних конструктивних вузлів, та факторів, що впливають на їх надійність. Розраховані показники надійності використовують при оцінці реальної працездатності електричних машин та розробці рекомендацій щодо підвищення енергетичної ефективності їх експлуатації. 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 Спосіб визначення та прогнозування показників надійності електричних машин, що заснований на їх розрахунках за отриманими математичними моделями з урахуванням параметрів, які характеризують зміну стану основних конструктивних вузлів - обмотки, підшипникового вузла, вала, колекторно-щіткового вузла, контактних кілець та корпусу - при додатковому вимірюванні локальних значень їх температури та вібрації, який відрізняється тим, що розрахункові математичні моделі отримують комплексним шляхом у результаті прискорених випробувань на надійність та використання типових законів розподілу відмов з урахуванням дійсного стану основних конструктивних вузлів. 3 UA 88527 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4