15 Вопросы эксплуатации гэу

Эксплуатация щеточно-коллекторного аппарата главных машин. Щеточные аппараты и коллекторы главных электрических машин являются наименее надежными элементами электрических машин постоянного тока. Согласно статистике повреждений машин постоянного тока во время эксплуатации, около 20 % общего числа отказов происходит из-за неисправностей коллекторно-щеточного узла. К повреждениям коллекторов следует отнести: 1) нецилиндричность их поверхности из-за неравномерно го ее износа при трении щеток в течение длительной работы; 2) нарушения полировки поверхности коллектора с возникновением на ней царапин вследствие неравномерного нажатия отдельных щеток на коллектор и их разной твердости; 3) подгорания пластин при неблагоприятной коммутации; 4) повреждения из-за высоких плотностей токов под щетками при неполном их прилегании к поверхности коллектора, что сопровождается повышенным нагревом щеточно-коллекторных узлов.

Механические факторы износа коллекторов: 1) трение щеток о коллектор; 2) вибрация щеток; 3) высокая окружная частота вращения; 4) биения коллектора и др. Возрастание температуры контактных поверхностей и нарушение постоянства контактов между коллектором и щетками вызывают дополнительное искрение и обгорание щеток и коллекторных пластин.

Химические факторы износа коллектора. 1) образование контактной пленки на поверхности коллектора; 2) состав и влажность окружающего воздуха; 3) наличие в среде активных газов и др.

При вращении коллектора площади прилегания щеток изменяются по указанным причинам. Это приводит к перемещению точечных контактов поверхностей щеток с коллекторов и образованием в них чрезмерных плотностей токов и высоких местных нагревов. В результате этого может наступить термическая ионизация щеточных контактов. Размыкание и замыкание контактных точек на поверхности коллектора с образованием малых электрических дуг приводит к разрушению этой поверхности. Этот же процесс вызывает значительные изменения переходного сопротивления контакта щеток, на которое влияет влажность окружающего воздуха, состояние контактной пленки, окружная частота вращения коллектора и др.

Важным средством уменьшения износа коллектора является улучшение условий коммутации машины путем настройки добавочных полюсов, подбора марки и размеров щеток для данной мощности, напряжения и окружной частоты вращения коллектора, а также правильного выбора нажатия щеток на коллектор.

Во время эксплуатации, прежде всего, необходимо следить за износом коллектора, так как из-за трения о щетки коллектор приобретает достаточно сложную форму. Практически щетки не удается поставить так, чтобы был равномерный износ, поэтому коллектор по всей длине принимает ступенчатую форму. Из-за наличия зазора в концевом подшипнике скольжения и в подшипнике приводного двигателя в процессе работы генератора коллектор приобретает форму эллипса. Ступенчатость коллектора легко устранить специальными шлифовальными камнями. Устранить эллипсоидность коллектора можно проточкой; на главных генераторах это можно делать без разборки.

При сильном загрязнении коллектор достаточно только промыть спиртом. Пыль и грязь между ламелями удаляют кистями, промывают чистой ветошью, слегка смоченной в растворителе. Протирают коллектор вдоль пластины. Биение коллектора определяют индикатором, закрепленным на одном из щеткодержателей. Разность между наибольшим и наименьшим показаниями индикатора определяет значение эксцентриситета.

Основные требования к коллектору: при вращении нагреве он должен сохранять точную цилиндрическую форму, отдельные пластины не должны западать или выступать за окружность коллектора. У новых машин деформация коллектора проявляется не сразу, а приблизительно через 100 часов работы под нагрузкой.

Значение нажатия щеток устанавливается пружинными весами. Для равномерного срабатывания коллектора по его длине тетки одних пальцев щеткодержателя должны быть сдвинуты по отношению к другим так, чтобы поверхность коллектора перекрывалась равномерно как положительными, так и отрицательными тетками.

Работы, связанные с обеспечением нормальной работы коллекторно-щеточного аппарата главных электрических машин ГЭУ, стоят в числе первых по трудозатратам на обслуживание ГЭУ. В процессе эксплуатации ГЭУ экипажу приходится заниматься доводкой машин. Качество коммутации оценивается визуально. При измерении импульсов коммутационных напряжений на сбегающем крае щетки в качестве датчика используется специальная измерительная щетка, установленная на уровне сбегающего края рабочих щеток. Электрические сигналы от щеткодатчика передаются на индикатор искрения, где они суммируются, усредняются и передаются на прибор стрелочного типа, который показывает среднее значение импульсов. Для анализа процесса коммутации его можно осциллографировать, что является наиболее объективной оценкой состояния коммутации. При фотоэлектрической индикации искрения в качестве датчика используется фотоэлемент на сбегающем крае одной из щеток. Импульсы фототока усиливаются и передаются на экран электроннолучевой трубки.

Уход за коллектором и щетками сводится к периодической замене износившихся щеток, продувке коллектора и щеток сжатым воздухом и периодической протирке коллектора спиртом. Практика эксплуатации показывает, что при хорошо налаженной коммутации и надлежащем контроле щеточный аппарат может длительно работать без каких-либо изменений.

Мероприятия по повышению сопротивления изоляции. Сопротивление изоляции между токоведущими частями и корпусом является одним из основных показателей техническою состояния судового электрооборудования.

Качество электрической изоляции характеризуется следующими параметрами: 1) сопротивлением изоляции; 2) коэффициентом абсорбции; 3) электрической прочностью.

Для измерения сопротивления изоляции используются мегомметры, выпускаемые в зависимости от значения выходного напряжения (от 100 до 2500 В) и наибольшего значения измеряемо го сопротивления. Сопротивление изоляции значительно зависит от температуры, следовательно, сравнивая с нормой результаты ее измерения, следует вносить поправки (см. табл.15. 1).

Таблица 15.1 – Зависимость сопротивления изоляции от температуры.

Температура обмотки, 0С	110-114	115-119	120-124	125-129	130
Сопротивление изоляции, % от нормы	100	80	60	40	30

Сопротивление изоляции обмоток электрических машин снижается приблизительно в 2 раза на каждые 20 электрических градусов повышения температуры сверх номинального значения.

Качество изоляции характеризуется также отношением значений сопротивления изоляции при различной длительности приложения напряжения. Для этого измеряют сопротивление изоляции мегаомметром спустя 15 и 60 с от момента приложения напряжения при одной и той же частоте вращения рукоятки и определяют отношение показаний мегаомметра , где К коэффициент абсорбции. Значения К всегда больше 1 и увеличиваются по мере высыхания изоляции; при сухой изоляции они могут достичь значений 2-3. При К=1,25 изоляцию необходимо сушить. Значение коэффициента К зависит и от температуры обмотки - для просушенной обмотки К уменьшается с повышением температуры. Для определения К можно использовать специальные приборы, например прибор контроля влажности ПКВ-7, с помощью которого по соотношению емкости изоляции при частотах 2 и 50 Гц судят о состоянии изоляции обмотки.

Электрическая прочность изоляции характеризует способность материала сохранять свои свойства при испытании его напряжением и численно выражается значением напряжения, при котором материал разрушается и теряет изоляционные свойства. Испытания электрической прочности обычно проводятся на заводах-изготовителях.

Профилактические мероприятия по поддержанию и повышению сопротивления изоляции можно разделить на следующие: 1) сушка машины; 2) продувка и протирка; 3) промывка; 4) пропитка.

Сушка машины - неотъемлемая операция при всех видах восстановления сопротивления изоляции, в том числе и после консервации, транспортировки и длительного бездействия машины.

Лучшие результаты сушки будут при повышении температуры внутренних слоев изоляции, которые обычно нагреваются током, протекающим по обмоткам. Интенсивность сушки повышается при охлаждении внешних частей изоляции электрической машины. В судовых условиях самыми распространенными видами сушки являются: 1 - использование постороннего источника теплоты; 2 - посредством нагрева током обмоток возбуждения и 3 -нагрев током якоря.

При сушке от постороннего источника теплоты нагрев осуществляется грелками, лампами и другими приборами, помещенными внутрь машины, а также переносными калориферами, состоящими из вентилятора и электронагревателя. Чтобы обеспечить нормальное повышение температуры для электрических машин с замкнутой системой вентиляции, необходимо иметь нагреватель не менее 0,5-2,0 Вт на 1 кг массы машины.

При сушке током обмотки возбуждения вентилятор, подающий охлажденный воздух, включается периодически. Обмотка возбуждения обязательно должна иметь разрядное сопротивление или шунтирующие диоды. Необходим тщательный контроль за сушкой, особенно в начальной ее стадии.

При сушке током якоря запускается первичный двигатель генератора, к обмотке возбуждения подводится пониженное напряжение. Схема главного тока закорачивается за пределами шунта, контролирующего ток главной цепи, генератор работает в режиме короткого замыкания. Принудительную вентиляцию включают на все время сушки. Ток в главном контуре не должен превышать номинального значения для данной машины. Во избежание самовозбуждения генератора постоянного тока траверсу сдвигают по вращению на 2-3 коллекторные пластины. Компенсационные обмотки должны быть отключены или включены встречно. Сушка ГЭД проводится при отключенном возбуждении машины. Двигатель соединяется с валоповоротным устройством и постоянно поворачивается во время сушки. Ток главной цепи не должен превышать предельно допустимое значение. В машинах с самовентиляцией ток главной цепи должен быть не выше 0,7 номинального значения.

Сушка током якоря может применяться при сопротивлении изоляции не ниже 0,2 МОм. В период сушки вахтенные электромеханики должны вести наблюдение и контроль Предельно допустимая температура воздуха при сушке не должна превышать допустимую температуру дня данного класса изоляции. При этом в эксплуатации выдерживают машину нагретой до 110 - 120°С в течение 4-6 часов, а затем охлаждают до 40-45°С. Отметим, что для бесщеточных генераторов с изоляцией класса «В» фирма «Стрёмберг» (Финляндия) рекомендует температуру обмоток сердечника и корпусных деталей поддерживать не выше 80-90°С, в особенности для машин закрытого исполнения.

Профилактические мероприятия по поддержанию и повышению сопротивления изоляции можно разделить на проводимые по графикам осмотров и без их учета. К ним относятся продувка и протирка, промывка и пропитка.

Восстановление сопротивления изоляции после затопления машины морской водой производится в следующем порядке: сначала необходимо удалить из изоляционных покрытий соль и масло; затем мыть дистиллатом с температурой 50-70°С. Несколько раз промыть проточной водой, потом вентилировать в течение 2-3 часов, а затем дважды просушить. При сушке тем­пература повышается постепенно не более 5°С в час. Конечное значение температуры определяется классом изоляции машины. При достижении устойчивого сопротивления изоляции обмотки покрывают лаком или эмалями

Анализ аварийных ситуации ГЭУ. Наиболее вероятные причины аварийных ситуаций ГЭУ несовершенство схемных решений Схема должна обеспечивать возможность набора различных вариантов включения якорей главных машин с целью достижения высокой надежности и живучести установки. При этом переключения в главной цепи должны происходить без перевода рукоятки поста управления в нулевое положение для недопущения отключения главных машин при работе в сложных маневренных режимах

Количество аварийных ситуаций может быть сокращено в результате использования более совершенных быстродействующих систем возбуждения и управления. Особо это относится к судам, где необходимо автоматически изменять величину момента ГЭД при резких и значительных колебаниях нагрузки на гребном валу, что характерно для промысловых судов, ледоколов. В таких условиях необходимо поддержание постоянства мощности ГЭД при изменении момента сопротивления гребного винта от режима полного хода в свободной воде до швартовной характеристики и выше нее. При увеличении момента сопротивления вращению винта гребной электродвигатель также должен развивать повышенный момент для предотвращения остановки и заклинивания гребного винта. При этом характер переходного процесса тока главной цепи должен исключать всплески выше максимальной величины, обусловленной нагревом и коммутацией главных генераторов и ГЭД, Величина и время всплеска тока главной цепи ограничиваются, главным образом, перегрузочной способностью дизелей по моменту. Для этого схемы управления главных машин должны содержать обратные связи, регулирующие значение главного тока. От надежности работы и уровня технического совершенства зависит экономическая эффективность эксплуата­ции гребных электроустановок.

Вопросы для самоконтроля.

1. Эксплуатация щеточно-коллекторного аппарата главных машин.

2. Мероприятия по повышению сопротивления изоляции.

3. Анализ аварийных ситуации ГЭУ.