Надежность оборудования

О ПРОБЛЕМЕ НАДЕЖНОСТИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Б. Н. ВАНЕЕВ, канд. техн. наук (УкрНИИВЭ)

Одним из путей увеличения производительности труда в угольной, химической и других отраслях промышленности с взрывоопасными производствами и повышения безопасности работ является дальнейший рост энерговооруженности труда, механизации и автоматизации производственных процессов,качества и надежности взрывозащищенного и рудничного электрооборудования (ВРЭО). Надежность ВРЭО и систем электроснабжения (СЭС) предприятий с взрывоопасными производствами - важнейший фактор, определяющий эффективность электрификации н безопасность труда. В отношении требуемой бесперебойности электроснабжения Правила устройства электроустановок (ПУЭ) разделяют электроприемники на три категории. Так, в подземных выработках к потребителям 1 категории [l] относят центральные подземные подстанции (ЦПП) околоствольного двора, главный водоотлив, гидроподъем (совмещенный с водоотливом) и перекачные углесосные станции, к потребителям II категории - ЦПП очистного блока (участка), зумпфовый водоотлив, участковый водоотлив с притоком более 50 м/ч и объекты строительства шахт. Иногда сюда включают электровозную откатку, очистные работы и холодильные установки кондиционирования воздуха. Очистные и подготовительные работы, конвейерный и рельсовый подземный транспорт, участковые подъемные установки обычно входят в III категорию.
Отнесение потребителей к той или иной категории предопределяет степень резервирования элементов СЭС (линий электропередач, распрсдустройств. трансформаторов, двигателей и т. д.), необходимость аварийного включения резерва и секционирования ЦПП, т. е. связано с объемом капитальных затрат на данную систему и материальным ущербом потребителей из-за относительной продолжительности перерывов в подаче электроэнергии. Поэтому вопрос должен решаться на основании технико-экономических расчетов по оптимизации структуры СЭС шахты, завода, цеха, участка. Например, для высокопроизводительных очистных забоев с большим материальным ущербом от каждого часа простоя может быть экономически выгоден перевод во II и даже в I категорию, для малопроизводительных - оставление их в III категории. Исходными данными для подобных расчетов являются цены и показатели надежности элементов СЭС предприятия. Методы резервирования СЭС рассмотрены в ряде известных работ |2|.
Каждый элемент СЭС заключает в себе определенную потенциальную опасность возникновения аварии (взрыв метана или угольной пыли, пожар, поражение человека электрическим током). Резервирование СЭС ведет к увеличению количества элементов и вероятности возникновения аварии. Снижения опасности можно добиться как профилактическими мероприятиями, так и повышением надежности всех видов ВРЭО (особенно их электрических частей и средств взрыво-защиты). Это влечет за собой прямое сокращение перерывов в подаче электроэнергии и материального ущерба от простоев.
Если количество простоев в течение определенного периода эксплуатации зависит от безотказности ВРЭО, то их продолжительность - от его ремонтопригодности. В структуре времени восстановления работоспособного состояния различных изделии значительную часть (иногда до 30-50 %) составляет продолжительность поиска отказавшего элемента (блока, детали). Сократить ее можно за счет технического диагностирования (ТД) изделии.
В последнее десятилетие проблема надежности технических систем значительно обострилась, что вызвано их усложнением, ужесточением условий эксплуатации, увеличением числа возлагаемых на системы функций и их ответственности, повышением требований к точности и качеству выпускаемой продукции. С усложнением технологических комплексов все более жесткие требования предъявляются к обслуживающему персоналу. Так, в подземных СЭС очень тяжелы последствия несвоевременного или неправильного выполнения обязанностей по техническому обслуживанию (ТО) и текущему ремонту (ТР) как с точки зрения эффективности электрификации, так и безопасности труда.
Следовательно, задача обеспечения высокой экономической эффективности электрификации предприятия и безопасности труда рабочих в рамках проблемы надежности решается четырьмя способами:

Из всех видов ВРЭО проблема надежности наиболее остра для асинхронных двигателей (АД) вследствие того, что они, являясь самой массовой продукцией электромашиностроения и технической базой электрификации всех отраслей народного хозяйства, широко используются для привода горных машин; от способности АД выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, ТО, хранения и транспортирования значительно зависит эффективность горной техники. Недостаточная надежность АД вызывает у потребителей внеплановые расходы: на ремонт отказавшего АД, включая доставку нового АД, демонтаж отказавшего, монтаж и опробование нового, транспортировку отказавшего АД в ремонтный цех; на возмещение ущерба от потери выпуска продукции, равного постоянной составляющей себестоимости невыпущенной продукции и приходящейся на нее доли прибыли; на восстановление нормального хода нарушенного технологического процесса. Увеличение надежности АД дает относительно больший экономический эффект, чем улучшение любых других показателей АД (массы, габаритов, КПД, коэффициента мощности), причем эффект возрастает пропорционально энергогюоруженности труда.
Научные предпосылки для пропеденпя инженерных рлбот по надежности АД возникли на рубеже 50- 60-х годов, когда на страницах журналов "Электричество". "Электрические станции", "Вестник электропромышленности" и других появились статьи по надежности электрооборудования. В 1958-1965гг. вопросы надежности регулярно рассматривались нл отраслевых совещаниях по электрической изоляции машин; результаты исследований были опубликованы В журналах "Электричество" и "Вестник электропромышленности" ("Электротехника") в 1961-1964 гг. прошла научная дискуссия о надежности АД, вызванная проблемной статьей IН. А. Тищенко |3|. С 1963 г. стали проводиться отраслевые совещания и семинары по надежности АД на ВДНХ в Москве (О. Д. Гольдберг). Большой общественный резонанс вызвала дискуссия о надежности промышленной продукции на страницах центральных газет.
Теория надежности, как известно, возникла на базе теории вероятности и математической статистики. Первыми отечественными фундаментальными монографиями по теории надежности были книги Я. Б. Шopa |4| и затем киевских авторов во главе с И. А. Шишонком |5|, сыгравшие большую роль в развитии теории надежности и подготовке специалистов по данной проблеме. Заметное влияние на исследование надежности АД и подготовку кадров в этой области оказала работа секции по надежности при научно-техническом совете Главэлектромаша (Минэлектротехпром СССР), заседания которой в 1968-1990 гг. проходили регулярно дважды в год поочередно в крупнейших центрах электромашиностроения страны или на ВДНХ (О. Д. Гольдберг). В Украине с конца 70-х годов по 1991 г. раз в два года Киевским домом научно-технической пропаганды проводились семинары по надежности АД (К. Н. Вакуленко, Г. Г. Счастливый).
  • внесение требований по надежности в нормативно-техническую документацию (НТД), т. е. техническое задание на опытно-конструкторские работы (ОКР), технические условия на поставку изделий, а также учет в этой НТД реальных условий эксплуатации и режимов работы;
  • разработка программы обеспечения надежности (ПОН);
  • создание оптимальной конструкции АД с учетом повышения их надежности, включая использование различного вида защит;
  • регулирование технологического процесса изготовления АД и выявление технологического резерва для повышения надежности АД до заданного или более высокого уровня;
  • оценка показателей надежности опытных образцов или серийных изделий за рассматриваемый период;
  • повышение технической оснащенности контрольных и испытательных станции завода-изготовителя, внедрение статистических методов входного, операционного и приемочного контроля;
  • предъявление к поставщикам материалов и комплектующих изделий обоснованных требований по повышению качества и надежности поставляемой ими продукции;
  • проверка соблюдения стандартов, заводских нормалей и производственных инструкций, выявление устаревших и разработка прогрессивных НТД;
  • предупреждение брака и дефектов, выявление и устранение их причин, внедрение системы бездефектного труда, морального и материального стимулирования трудящихся за качество их личного труда, организация кружков (групп) качества;
  • оценка качества АД при их сертификации;
  • определение экономического эффекта от внедрения на заводе-изготовителе мероприятий по повышению качества и надежности АД, обоснование необходимости и размера возмещения затрат на эти мероприятия за счет надбавки к цене;
  • разработка системы технического обслуживания и ремонта (ТОР) и соответствующих ей эксплуатационных документов;
  • поставка запасных частей, инструмента и приспособлений (ЗИП). Таким образом, управление разработкой и производством АД представляет собой сложную кибернетическую систему, сочетающую материальные, финансовые и информационные потоки с прямыми и обратными связями и внешними помехами. Она предусматривает анализ уровня надежности на всех стадиях проектирования, изготовления и эксплуатации АД и выработку соответствующих корректирующих решений.

    Выводы: Проблема обеспечения надежности АД, наиболее широко используемых для привода горных машин в угольной промышленности, может быть успешно разрешена лишь при комплексном рассмотрении ряда сложных задач на стадиях проектирования. изготовления и эксплуатации АД в рамках подсистемы управления их надежностью, охватывающей все три перечисленные стадии. При решении этих задач практическому инженеру необходим определенный объем сведений о прикладной теории надежности, статистической обработке информации, общих методах расчета надежности изделий и систем, об условиях эксплуатации и режимах работы АД, физических закономерностях старения и износа их сборочных единиц, о результатах оценки надежности, включая анализ видов и причин отказов, об оптимальном проектировании АД с учетом надежности, технологических мер по повышению надежности.

    Литература

    1. Правила технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт.- М.: Недра. 1976.

    2. Рябинин И. А.. Киреев /О. Н. Надежность судовых электроэнергетических систем к судового электрооборудования.- Л.: Судостроение. 1974.

    3. Тищенко Н. А. Проблема надежности электродвигателей// Электричество.- 1961.- № 11 и № 12.

    4. Шор Я. Б. Статистические методы анализа и контроля качества и надежности.- М.: Советское радио. 1962.

    5. Шишонок Н. А., Репкин В. Ф., Барвинскии Л. Л. Основы теории надежности и эксплуатации радиоэлектронной техники.- М.:Советское радио 1964.



    © Ванеев Б. Н. 1996



    ВОЗВРАТ