Е.А. Вареник, В.В. Каика, Г.В. Красников, Т.В. Швецова, А.И. АникановО новой единой серии низковольтных взрывозащищенных асинхронных двигателейПостановка проблемыСоздание единых серий асинхронных машин является центральной задачей технической политики электромашиностроения любого государства, так как при этом устраняется многообразие электрических машин, разработанных конструкторскими бюро отдельных предприятий, облегчается задача организаций, проектирующих различные машины и механизмы, комплектуемые двигателями единых серий, создается твердая база для выбора необходимого технологического оборудования, позволяющая стандартизовать определенные части установок, которые приходиться создавать в зависимости от особенностей многочисленных типов электрических машин, выпускаемых разными заводами. Не менее значительные преимущества получает потребитель: упрощается уход за однообразными двигателями в эксплуатации, сокращается парк запасных частей, появляется возможность свободного маневрирования наличными двигателями внутри отдельного предприятия и т.п. Для электромашиностроителей единые серии весьма облегчают снабжение, сужая и стандартизируя ассортимент поставляемых материалов. Идея создания единых серий не является новой и имеет давнюю историю. Впервые эта проблема была поставлена в Советском Союзе в условиях социалистической системы планового ведения хозяйства в конце 20-х годов прошлого столетия. Во Всесоюзном техническом бюро (ВТБ) при Всесоюзном энергетическом институте (ВЭИ) под руководством инж. Ю.А. Шредера был разработан проект первой всесоюзной серии асинхронных машин АТ, которая имела на то время высокие технические характеристики. В дальнейшем эта серия на заводе «Электросила» (Ленинград) была переработана в серию АМ мощностью от 100 до 7500 кВт (в 10-ти габаритах от 11-го до 20-го включительно). Харьковским электромеханическим заводом (ХЭМЗ) была разработана серия МА-200 в диапазоне мощности 10...100 кВт. В дальнейшем в этом направлении в 1934-1937 гг. велась работа по реализации идеи единых серий на предприятиях Главэнергопрома СССР. С целью накопления опыта по проектированию и исследованиям единых серий электрических машин был выпущен сборник «За единые серии электрических машин» в трех томах (ОНТИ, Главная редакция энергетической литературы, Москва, 1935-1937 гг.). В это время были разработаны проекты единых серий синхронных двигателей, двигателей постоянного тока, асинхронных двигателей общего назначения и первая единая серия взрывобезопасных двигателей типа МА-140 мощностью 1,5-100 кВт (разработка ХЭМЗа), взамен ранее выпускавшихся взрывобезопасных асинхронных двигателей типов УТ-1, УТ-2, БАО-1,БАО-2. В первые послевоенные годы ряд предприятий начали разрабатывать и организовывать производство своих серий взрывобезопасных асинхронных двигателей: ХЭМЗ – серии МА-140, МА-170, МА-36; «Кузбассэлек-тромотор» (Кемерово) – серии КО, КОФ, КОМ; Новокаховский электромашзавод НКЭМЗ – серии КОМ, «Днепр» и т.п., однако единых всесоюзных серий как двигателей общего назначения, так и взрывозащищенных асинхронных двигателей не было. В течение 1946-1949 гг. была разработана первая всесоюзная серия А в защищенном исполнении, которая состояла из семи габаритов и охватывала диапазон мощности от 0,6 до 100 кВт. В ней впервые в отечественной практике были предусмотрены закрытые обдуваемые электродвигатели (АО) и ряд модификаций, удовлетворяющих требованиям приводов (с повышенным пусковым моментом, с повышенным скольжением для режимов с частыми пусками, с фазным ротором и т.д.). Серия А была освоена в производстве на нескольких заводах уже в 1951 году и заменила восемь серий ранее разработанных двигателей, что дало большой экономический эффект за счет экономии материалов, электроэнергии и снижения трудоемкости изготовления. Однако к концу 50-х годов в связи с быстрым развитием электропривода возникла настоятельная потребность увеличения числа ступеней шкалы мощностей серии с целью уменьшения переустановленной мощности, а также необходимость создания новых модификаций и специализированных исполнений двигателей. Следует отметить, что в 1957-м году Международная электротехническая комиссия (МЭК) приняла решение и выпустила публикации рекомендуемых рядов мощности и установочных размеров, которым двигатели серии А не соответствовали. Передовые зарубежные фирмы начали выпускать двигатели, соответствующие рекомендациям МЭК и с лучшими показателями, чем двигатели серии А. Все эти обстоятельства привели к необходимости создания новой единой серии асинхронных двигателей общего назначения А2, которая была разработана в 1957-1959 годах. Шкала мощности двигателей этой серии соответствовала дополнительному ряду рекомендаций МЭК и составляла 19 ступеней в диапазоне от 0,6 до 100 кВт [1]. На базе этой серии институтом УкрНИИВЭ (в то время «Гипронисэлектрошахт») в 1961-1965 гг. разработана первая всесоюзная серия взрывозащищенных асинхронных двигателей ВАО 01-9 габаритов тех же мощностей и установочных размеров, которая должна была заменить все ранее выпускаемые взрывозащищенные двигатели – К, КО, КОМ, МА и др. (Н.Н.Волковой, В.В.Каика, 1968). Двигатели этой серии имели высокие энергетические характеристики (КПД, соsφ), но низкие механические характеристики, недостаточные для использования их в приводах машин угольной и горнорудной промышленности. Для приводов с тяжелыми условиями эксплуатации должны были быть разработаны модификации и специализированные исполнения для каждого вида привода, что составляло около 27-ми типов двигателей. Такое количество разных типов двигателей создавало определенные трудности как для заводов-изготовителей, так и для потребителей, поэтому их освоение затягивалось на неопределенное время. Такая же ситуация сложилась и с освоением производства двигателей общего назначения серии А2 и её многочисленных модификаций и специализированных исполнений. Первая всесоюзная серия асинхронных двигателей мощностью свыше 100 кВт – серия А – была разработана в 1952-1956 гг. Баранчинским электромеханическим заводом (Свердловская обл.) и заводом «Электросила». Серия имела твердую шкалу мощностей и высокую степень унификации, что позволило применить типовую технологию при её производстве. В 1959-1960 гг. эта серия была модернизирована и дополнена закрытым исполнением обдуваемых двигателей (АО). В середине 60-х годов она морально устарела, по массогабаритным показателям существенно уступала зарубежным сериям, по шкале мощностей не соответствовала рекомендациям МЭК. В связи с этим в 1964-1968 гг. ЦПКТБ КЭМ (Ленинград), Московским электромеханическим заводом им. Вл.Ильича и Баранчинским электромеханическим заводом была разработана вторая единая серия двигателей А2 мощностью свыше 100 кВт. В начале 60-х годов ведущие электротехнические фирмы 14-ти стран Западной Европы создали Европейский комитет по координации электротехнических стандартов (CENEL), который на базе национальных стандартов ФРГ DIN 42673 и DIN 42677 в 1964 году дал рекомендации «Europaischen Motornormung, Dokument 28/64», устанавливающие увязку рядов мощностей и установочных размеров трехфазных низковольтных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. На основе этих стандартов западноевропейские фирмы создали несколько серий асинхронных двигателей, имеющих преимущества перед серией А2 по ряду показателей. Примерно в это же время были созданы аналогичные серии в США на основе стандартов NEMA. Подобные работы велись и социалистическими странами – членами Совета Экономической Взаимопомощи (СЭВ), которые закончились принятием в 1967 году рекомендаций РС 3031 по проектированию новой серии асинхронных двигателей общего назначения, унифицированной в рамках СЭВ по шкалам мощностей и установочным размерам и их взаимной увязке. На основе этих рекомендаций в Советском Союзе и ряде стран – членов СЭВ (НРБ, ЧССР, ГДР) в 1969-1972 гг. были разработаны серии асинхронных двигателей общего назначения. В СССР эта серия мощностью до 400 кВт, напряжением до 1000 В получила название 4А. Одновременно было проведено техническое перевооружение предприятий-изготовителей двигателей [2]. Научное руководство разработкой серии 4А осуществлял ВНИПТИЭМ (г.Владимир). Институтом УкрНИИВЭ с учетом рекомендаций РС 3031 и на базе собственных научных исследований, была разработана новая всесоюзная серия взрывозащищенных асинхронных двигателей В мощностью 0,25...110 кВт, в которой двигатели для угольной и горнорудной промышленности выделены в отдельное исполнение ВР (взрывозащищенные рудничные), имеющие универсальные механические характеристики и пригодные для использования в большинстве приводов горно-шахтного оборудования [3]. Количество модификаций и специализированных исполнений сократилось до 7-8. За счет применения новых электротехнических материалов и рациональной конструкции мощность двигателя при данной высоте оси вращения повышена на две-три ступени, что дало большую экономию дефицитных материалов. В это же время УкрНИИВЭ на базе серии А2 был разработан отрезок серии двигателей ВАО мощностью 132-315 кВт напряжением 380 и 660 В, производство которых освоил Первомайский электромеханический завод им. К.Маркса (ПЭМЗ, Луганская обл.). В начале 80-х годов эти двигатели были модернизированы, получили обозначение ВАО2 и выпускаются по настоящее время. В 1975 году в рамках международной организации Интерэлектро была согласована программа работ по созданию унифицированной серии асинхронных двигателей общего назначения напряжением до 1000 В, получившая название АИ (асинхронные двигатели Интерэлектро) [4]. Одновременно с разработкой серии АИ УкрНИИВЭ проведена разработка единой в рамках Интерэлектро серии взрывозащищенных асинхронных двигателей, получивших название АИМ (для взрывоопасных производств химии, нефти и газа) и АИУ (для взрывоопасных производств угольной промышленности), мощностью от 0,25 до 110 кВт, напряжением 380-1140 В [5]. Двигатели выпускаются на ряде предприятий стран СНГ. С распадом СССР начали исчезать из производства и единые серии асинхронных двигателей как общего назначения, так и взрывозащищенные. Электромашиностроительные заводы стран СНГ начали разрабатывать и внедрять в производство отдельные отрезки своих серий двигателей: АИММ, АИУ90-160 и ряд модификаций разработало ОАО «Южэлектромаш» (Новая Каховка) совместно с Отделением УкрНИИВЭ; 3В, 3ВР 112-250, 2В, 2ВР250, 280; ВАО2-280, 315 – ОАО «Первомайский электромеханический завод им. К.Маркса»; ВАО2, ВАО5К – концерн «Электромеханические заводы KLG» (Новая Каховка); АВ, АВР, ВРП, АИМР, 3АВ – ООО «НПО «Кузбассэлектромотор», АИУМ, АИММ – НПАО «Электромаш» (Тирасполь, Молдова) и др., т.е. практически вернулись к состоянию 1920-х годов. Из проведенного выше анализа можно сделать вывод, что в настоящее время нет единых серий не только в Украине и России, но и во всех государствах СНГ, а технический уровень взрывозащищенных асинхронных двигателей по основным показателям оказался ниже, чем у двигателей ведущих зарубежных фирм. Цель статьи. Обоснование необходимости разработки единой в рамках СНГ серии взрывозащищенных асинхронных двигателей мощностью от 0,25 до 400 кВт на напряжение 380, 660, 1140 В. Результаты исследований.Создание единой в рамках СНГ серии асинхронных взрывозащищенных двигателей является важной народнохозяйственной задачей и требует последовательного и комплексного подхода к её решению. Комплексность – важнейший методологический принцип, применяемый при планировании научно-технического прогресса во всех отраслях промышленности, в том числе и в электромашиностроении. В комплекс работ по созданию новой серии взрывозащищенных асинхронных двигателей должно входить: разработка конструкции электродвигателей, прогрессивной технологии их производства, специального технологического оборудования, новых видов электротехнических материалов и комплектующих изделий, реконструкция и технологическое перевооружение действующих электромашиностроительных предприятий. Подобные комплексные программы были разработаны при создании серий электродвигателей общего применения 4А, АИ и серий взрывозащищенных двигателей В, ВР и АИМ, АИУ. Координацию всех работ по этим программам осуществляли ВНИПТИЭМ (г.Владимир) и ВНИИВЭ. С учетом имеющегося опыта УкрНИИВЭ может разработать комплексную программу работ по созданию новой единой серии взрывозащищенных асинхронных двигателей и в дальнейшем координировать и направлять деятельность всех звеньев этой программы по проектированию и организации производства двигателей этой серии. К работе над новой серией целесообразно подключить СКБ и ОГК, имеющиеся в составе предприятий, занимающихся производством взрывозащищенных асинхронных двигателей. Распределение отдельных видов работ в рамках программы между соисполнителями, параллельное выполнение работ по отдельным направлениям программы, четкая координация деятельности каждого исполнителя с помощью системы программно-целевого управления позволит в кратчайшие сроки реализовать проектно-исследовательскую часть комплексной программы по созданию новой серии двигателей. Институтом УкрНИИВЭ проведены исследования для создания научного задела и разработки основных технических решений, которые могут быть использованы при разработке новой серии. Осуществлена конструкторская подготовка к созданию новой серии: созданы прототипы двигателей будущей серии – отрезок серии взрывозащищенных асинхронных двигателей 4ВР63-132 мощностью 0,25-11 кВт, 380/660 В. Двигатели внедрены в производство на РУП «Могилевский завод «Электродвигатель» (Республика Беларусь) и успешно эксплуатируются на ряде предприятий со взрывоопасными производствами. Общий вид двигателя 4ВР100, как представителя этого отрезка серии, приведен на рисунке 1. Разработан также отрезок серии ВАО3 мощностью 132-315 кВт, на напряжение 380/660 В, изготовлены и испытаны базовые опытные образцы. Двигатели этого отрезка имеют сниженную на 5...7 % массу и улучшенные энергетические характеристики по сравнению с двигателями серии ВАО2 той же мощности. Внедрение их в производство предполагалось в ОАО «Первомайский электромеханический завод им. К.Маркса», Луганская обл., но по различным причинам было отложено на неопределенное время. Этот отрезок серии может быть использован как прототип будущей серии. Основные параметры двигателей новой серии должны быть следующими:
Основные элементы новизны конструкции двигателей должны заключаться в выполнении элементов взрывозащиты по новым стандартам, действующим в Украине и России, в частности по ГОСТ 24719; ГОСТ 22782.0; ГОСТ 22782.5; ГОСТ 22782.6; ГОСТ 22782.7; ГОСТ Р 51330.0; ГОСТ Р 51330.1; ГОСТ Р 51330.8; ГОСТ Р 51330.10; ГОСТ Р 51130.20, применении новых изоляционных материалов, обмоточных проводов, новых обмоток статоров и роторов, более эффективном использовании активных и конструктивных материалов. Серия должна иметь обозначения 5В и 5ВР, оба исполнения должны быть максимально унифицированы между собой:
Должны быть предусмотрены модификации и специализированные исполнения:
В процессе разработки новой серии двигателей возможно возникнет потребность в других модификациях, которые также необходимо разработать. Выводы
|