CC BY
34
УДК 629.4
П. О. ЛОЗА (Придншровська залiзниця)
ПОКРАЩЕННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТА 1НШИХ ПОКАЗНИК1В ПРИЙМАЛЬНО-ЗДАВАЛЬНИХ ВИПРОБУВАНЬ ТЯГОВИХ ДВИГУН1В ЕЛЕКТРОВОЗ1В
У статл запропоновано методику визначення екв1валентного струму навантаження при випробуваннях тягових двигушв електровоз1в без примусово1 вентиляци з використанням результапв квал1ф1кац1йних ви-пробувань двигушв деяких титв.
В статье предложена методика определения эквивалентного тока нагрузки при испытаниях тяговых двигателей электровозов без принудительной вентиляции с использованием результатов квалификационных испытаний двигателей некоторых типов.
The methods of determination of equivalent load current in tests of electric locomotive traction engines without forced ventilation with use of the results of qualification test of engines of certain types are offered in the article.
Одним ¡з суттевих шлях1в шдвищення енер-гетичних та шших показниюв процесу прийма-льно-здавальних випробувань тягових двигушв електровоз1в е проведення теплових випробувань без примусово! вентиляци. Витрати повгт-ря для вентиляци двигушв р1зних титв дор1в-нюють 95... 120 м3/хв. [1]. Очевидно, що проведення випробувань без примусово! вентиляци дасть змогу значно зменшити витрати електро-енерги на забезпечення потр1бно1 вентиляци. Стае непотр1бним обладнання, що забезпечуе вентилящю i яке коштуе досить дорого, займае значш виробничi площi, потребуе обслугову-вання. Пiдрахувати зменшення витрат при усу-неннi вказаних факторiв досить просто. Але виникае задача визначення значення струму навантаження при проведенш теплових випробувань без примусово! вентиляци. Згiдно «Правил ремонту електричних машин електровозiв та електропоïздiв» [1], тепловi випробування тягових двигунiв у тепершнш час проводяться протягом 1 години при ïx навантаженнi номша-льним годинним струмом та при стовщсотковш подачi охолоджуючого повiтря.
У той же час Правила допускають за узго-дженням з ЦТ Укрзалiзницi проводити випробування тягових двигушв без подачi охолоджуючого пов^ря в режимах, що дае переви-щення температури нагрiвання складових час-тин електричноï машини, яке вщповщае пере-вищенням при номшальному режимi випробування (з подачею охолоджуючого пов^ря). Але значень вщповщних годинних струмiв для проведення випробувань без примусовоï вентиляцiï в Правилах або в шших нормативних документах не наводиться.
Тому стшть задача визначити годинний струм за повно1' вщсутносп примусово1' венти-ляцiï, коли переев елементiв тягових двигунiв
буде такий, як i при годинному струмi зi стов> дсотковою примусовою вентилящею. Назвемо цей струм еквiвалентним.
Одним з можливих методiв вирiшення ще1" задачi, який базуеться на використанш геомет-ричних розмiрiв та шших параметрiв двигуна, що наводяться у кресленнях заводу-виробника, е наведений у [2]. Коефщент тепловiддачi при цьому мае середне розрахункове значення. Метод мае теоретичний характер, зокрема коефщ> ент тепловiддачi двигуна встановлюеться роз-рахунково. Привабливим е те, що вказаний метод дозволяе визначити е^валентний струм кожного типу тягового двигуна, не проводячи велико1' кшькосп експериментiв, що потребуе значних витрат i часу. Для перевiрки достовiр-ностi цього методу пропонуеться використати результати кватфшацшних випробувань двигушв типу СТК-520, ДТК-800КС виробництва Смшянського заводу «СЕМЗ», а також ЕД-141 виробництва заводу «Електротяжмаш».
Розглянемо тяговий двигун та його окремi елементи (головш полюси, якiр, додатковi по-люси) як однорiднi суцiльнi тша, що мають не-скiнчену теплопровщшсть [4, 5]. Приймаемо температуру навколишнього середовища не-змiнною [3].
Вщомо, що рiвняння теплового балансу при вказаних умовах мае вигляд:
Ipdt - Axât = Cdt, (1)
де A - кшьюсть тепла, яке видшяеться двигу-ном у навколишне середовище за одиницю часу при рiзницi температур в 1 °С (тепловщдача);
C - повна теплоемнють;
Ър - сумарнi втрати потужносп, якi е сумою постшних р0 та змiнниx рмном (якi зале-жать вiд квадрату струму) втрат;
т - перевищення температури (neperpiB). Таким чином:
Ър
ном = Ро + р м.ном Рм.ном
де а - коефщент втрат:
Ро
(а +1),
а =-
(2)
(3)
Строго
= ЪРн
кажучи, кшцевии перегрiв , але ми будемо оперувати не кш-
цевими значеннями перегр1в1в, а 1х значеннями в кшщ першо1 години нагр1вання, що дозволяе пор1внювати значення перегр1в1в, яю, як вщо-мо, у вузькому д1апазош температур пропор-щйш сумарним втратам за незмшного значення А.
Якщо ж при змш1 кшькосп повггря, що по-даеться у двигун, значення А змшюетъся, а перегр1в повинен залишатися незмшним, то повинно бути змшено значення { втрат.
Дослщження цього явища проводилось на трьох вищевикладених типах двигушв.
В1дм1тимо, що коефщент втрат зпдно вира-зу (3) мае значення, вказане у табл. 1.
Таблиця 1
Значення коефщкнта втрат для двигушв |Ш11и\ типiв
Тип тягового двигуна Завод-виробник Значення а
СТК-520 СЕМЗ 0,334
ДТК-800КС СЕМЗ 0,343
ЕД-141 Електротяжмаш 0,328
НБ-511 НЕВЗ 0,339
НБ-514 НЕВЗ 0,337
1з табл. 1 видно, що у вшх двигунах значення а близьке одне до одного i не перевищуе а = 0,35 .
Розглянемо результат випробувань кожного елемента двигуна, що на^ваеться окремо. Оскшьки
т =
Ър
(4)
проаналiзуемо змiну перегрiвiв при однакових втратах Ър, але при рiзнiИ кiлькостi охоло-джуючого повiтря.
Як, вiдомо тяговi двигуни при квалiфiкацiИ-них випробуваннях дослщжуються при кшько-стi охолоджуючого повпря Q : 100 %, 75 %, 50 % i 0 % вщ номiнального значення.
Для обмотки головного полюса Ер - це
струмов1 втрати у мщ1, тобто 12Я , а для якоря враховуеться ще й втрати у стал1 його осердя,
тобто Ер = рс + Рм .
Наведемо (табл. 2) результати квал1ф1кацш-них випробувань двигушв тишв СТК-520 та ЕД-141, для яких при однакових напругах на колекторах 1500 В годинш струми вщповщно дор1внюють 380 А та 565 А. Випробування проводились протягом 1 години.
Таблиця 2
Значення перерву елементiв двигушв СТК-520 / ЕД-141
Юльюсть повггря Q, % 100 75 50 0
головш полюси Ър = 6263 Вт / 7798 Вт
Перегр1в т, °С 155/100 168/110 182/120 205/142
x = V т /А 40,41/78 37,2/71 34,4/65 30,55/55
Тепловщдача у вщносних од. А, 1,0/1,0 0,922/0,91 0,851/0,83 0,756/0,705
додатков1 полюси Ър = 2455 Вт / 2062 Вт
т, °С 122/100 140/110 154/122 180/144
x = V т /А 20,12/21 17,5/19 15,94/17 13,6/14,3
А, 1,0/1,0 0,87/0,205 0,792/0,809 0,676/0,68
Яшр СТК-520 Ър = 5457+7349 = 12806 Вт
Яшр ЕД-141 Ър = 7875+10875 = 18660 Вт
т, °С 108/95 126/115 144/122 168/145
x = V т /А 118,6/196 101,6/162 89/153 76,2/128,7
А, 1,0/1,0 0,857/0,827 0,75/0,781 0,642/0,657
На рис. 1 показана залежнють А* = f (Q)
для головного полюса двигуна СТК-520. Для шших елеменпв двигуна СТК-520, а також для елеменпв двигуна ЕД-141 залежнють А* = f (Q) не наводиться, оскiльки вони одна-
ковi по накресленню.
Вщм^имо, що при одному И тому ж струмi магнiтниИ потiк та частота обертання (перемаг-нiчування) не змшюються, тобто pc = const.
Видно, що мiнiмальнi значення А* вгдргз-няються одне вiд одного незначно. Це дозволяе прийняти увесь тяговий двигун за однорщне суцшьне тiло i визначати для нього значення A*q=0 при повнiИ вщсутносп охолоджуючого
повiтря, яке подаеться примусово вiд незалеж-но! вентилящИно! установки.
м.ном
Для двигуна СТК-520:
. 0,756 + 0,676 + 0,642 0 Ад=о =-3-= 0,691.
Для двигуна ЕД-141:
. 0,705 + 0,68 + 0,657 0 681 Д,е=0 =---= 0,681_
Р0
Рис. 1. Залежнiсть А* = f (Q) для головного полюса двигуна СТК-520
Як видно, значення A*q=0 для обох двигушв
практично однаковь Аналопчний результат отримано i для тягового двигуна ДТК-800КС. Таким чином, проведений анатз дозволяе стве-рджувати, що тепловiддача А при вщсутносп примусово! вентиляци всього тягового двигуна складае 0,68 вiд тепловiддачi при 100 %-iй кь лькост охолоджуючого повiтря. Але якщо A*q=0 = 0,68, то й сума втрат у двигуш для до-
сягнення того ж перегрiву, який був при А* = 1, повинна вщкоригуватися таким же чином.
Нове значення годинного струму, яке вщпо-вщае значенню A*q=0 , позначимо 1екв (е^ва-
лентний струм).
Вищевикладене дае змогу запропонувати наступний алгоритм визначення е^валентного струму:
1. Переев т = -Ap.
2. Аекв = 0,68 • Аном , де Аекв - тепловЩдача
без вентиляци; Аном - тепловщдача з повною кiлькiстю повiтря у номшальному годинному режимi.
3. Якщо в обох випадках (Q = 0 % та Q = 100 %) переев однаковий, тобто т = const, то втрати Ър повинш бути пропор-щйш А . Але Ър = р0 + рм, де р0 - постiйнi, а рм - змiннi витрати, яю залежать вiд квадрату струму.
4. Коефщент втрат а =
Рм.ном
5. Для виконання п. 3 необхщно викону-вати наступну нерiвнiсть: 2Рном > 2Рекв, де Ерекв - втрати у двигуш при е^валентному
струм. Або: (Ро + Рм.ном ) > 0,68 • (Р0 + Рм.ном ) .
6. Виносимо за Дужки Рмном = 42ом Я та отРимаемо: Рм.ном (а + 1) > 0 68 • Рм.ном (а + 1) .
7. °скШьки 0,68 • Рм.ном = 7н2омК , то СКоРо-тивши обидвi частини нерiвностi п. 6 на Я(а +1), отримаемо: ^ > = ^ •0,68, де 1ном - номшальний годинний струм.
8. Таким чином, е^валентний струм, при проходженн якого без примусово! вентиляци буде забезпечено той же переев, що й при по-внiй вентиляци:
Iекв = Iном •л/ОбВ = 0,825 • Iном .
Для двигуна типу СТК-520 е^валентний струм дорiвнюе: 1екв = 0,825• 380 = 313,5 А, а для двигуна типу ЕД-141: 1екв = 466 А.
Отримаш значення е^валентних струмiв з точнютю до 2 % збпаються з вiдповiдними зна-ченнями е^валентних струмiв, визначених згiдно [2]. Це шдтверджуе достовiрнiсть визначення е^валентного струму згiдно [2].
Проведення теплових випробувань при 1екв < 1ном сприяе зменшенню витрат, тобто шдвищенню коефiцiента корисно! ди облад-нання, яке використовуеться при випробуван-нях тягових двигунiв.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Правила ремонту електричних машин електро-воз1в 1 електропо!зд1в ЦТ-0063 [Текст]. - 2003. -286 с.
2. Дубинець, Л. В. Визначення екивалентного струму навантаження при випробуванш тягових електродвигушв на нагр1вання без вентиляци. [Текст] / Л. В. Дубинець, Д. В. Устименко, П. О. Лоза // В1сник Дшпропетр. нац. ун-ту за-л1зн. трансп. ш. акад. В. Лазаряна. - 2008. -Вип. 25 - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2008. - С. 26-30.
3. Филиппов, К. Ф. Основы теплообмена в электрических машинах. [Текст] / К. Ф. Филиппов. -Л.: Энергия, 1974. - 334 с.
4. Тяговые двигатели электровозов [Текст] / под ред. В. Г. Щербакова. - Новочеркасск: Наутку-лис, 1998. - 672 с.
5. Чиликин, М. Г. Общий курс електропривода [Текст] / М. Г. Чиликин, А. С. Сандлер. - М.: Энергоиздат, 1981. - 576 с.
Надшшла до редколеги 25.03.2009.
