Проверка степени нагрева СЭМ

В электрических машинах происходят преобразования механической энергии в электрическую (в генераторах), электрической в механическую (в двигателях) и электрической с одним видом или параметрами в другую (в электромашинных преобразователях).

Все эти преобразования энергии сопровождаются ее потерями, которые превращаются в тепло и вызывают нагрев практически всех частей машины. Нагрев работающих электрических машин, таким обра­зом, является нормальным явлением. В то же время для обеспечения расчетного срока службы машины температура ее нагрева не должна превышать определенных значений. Допустимый нагрев электрических машин определяется классом нагревостойкости изоляции обмоток. Для судовых машин согласно стандарту применяют изоляцию классов в E, B, F,H(см. приложение Б). При работе машины с температурой наг­рева обмоток, превышающей наибольшую допустимую для класса нагревостойкости ее изоляции, происходит интенсивное старение изоля­ции и ее разрушение.

В процессе проверки степени нагрева машины контролируют температуру обмоток, подшипников, активной стали и корпуса машины.

Выявление конкретных причин повышенного нагрева работающей электрической машины является во многих случаях сложной задачей. Это связано с тем, что эти машины, как объект контроля теплового состояния его частей, представляет собой сложную и в то же время „плотную" конструкцию, узлы и детали которой выполнены из мате­риалов с существенно отличающимися теплофизическими характеристи­ками. Контролируемые элементы (детали, узлы, сборочные единицы) чаще всего малодоступны, так как практически у всех судовых электрических машин они находятся внутри общего закрытого кор­пуса. Кроме того, измерение температуры нагрева работающих машин производится в условиях вибрации и магнитных по­лей.

В связи с этим окончательное установление причин перегрева машин производится при их осмотре в разобранном виде. Во время осмотра машин до разборки проверяют, во-первых, соответствие их теплового состояния допустимым требованиям и, во-вторых, выявля­ют, насколько это удается, причины этого перегрева. Для электрических машин, ремонт которых предполагается провести в судовых условиях, необходи­мо находить причины перегрева непосредственно на месте их уста­новки.

В общем случае для судовых электрических машин и преоб­разователей, отработавших определенный срок эксплуатации, могут иметь место следующие причины повышенного нагре­ва.

Перегрев электрических обмоток прежде всего связан с их замыканиями - короткими и межвитковыми. Для якорных обмоток к этим причинам добавляются также короткие замыкания меж­ду коллекторными пластинами или между петушками и хомутиками и обрывы уравнительных соединений. Для последнего случая ха­рактерен повышенный нагрев якоря на холостом ходу маши­ны.

Местный нагрев активного железа сердечников статора и ротора (якоря) может быть вызван дефектами изоляции между листами желе­за.

Причинами повышенного местного нагрева подшипников (под­шипниковых узлов) могут быть следующие факторы:

- износ подшип­ников;

- дефекты сборки подшипниковых узлов (перекос щитов, из­лишнее поджатие крышками и другие);

- расцентровка якоря (ротора);

- изменение зазоров, предусмотренных для компенсации теплового уд­линения вала якоря (ротора);

- старение и загрязнение смазки;

- заниженный или завышенный относительно нормы объем смазки в подшипнике.

Температура подшипников судовых электрических машин в уста­новившемся тепловом режиме при номинальной нагрузке не должна превышать +80 °С для подшипников скольжения и +110 °С для подшип­ников качения.

При обнаружении перегрева подшипников в первую очередь прове­ряют состояние их смазки. Если после замены смазки повышенный мес­тный нагрев подшипника (подшипникового узла) не снижается до допустимого, то причины повышенного нагрева и объем предстоящего ремонта определяют по результатам осмотра разобранного узла.

Температуру коллектора машин постоянного тока при осмотре СЭМ обычно не измеряют, а его тепловое состояние оценивают косвен­ным образом. При перегреве коллектора следует обратить внимание на соответствие марки применяемых щеток, на величину усилия нажа­тия щеток на коллектор, на состояние поверхности коллекторных плас­тин.

Поскольку электрические машины являются преобразователями энергии с высоким коэффициентом использования материалов, важную роль для их нормального теплового состояния играет система вентиля­ции. Поэтому, при перегреве машины прежде всего следует проверить состояние вентиляции. При этом контролируют состояние вентилятора, как насаженного на вал машины, так и независимого (при его наличии), имеющего собственный привод. Вентиляционные каналы машины проду­вают сжатым воздухом давлением не более 2 кг/см². Продувку прово­дят со стороны коллектора.

При осмотре крупных электрических машин, например синхрон­ных генераторов судовых электростанций, документацией предусматривается контроль температуры воздуха на выходе системы вентиляции машины. Эту температуру контролируют по щитовому тер­мометру, например, термометру сопротивления. Предельно допустимая температура выходящего воздуха составляет - +80 °С. Причиной превышения ука­занного значения может быть засорение воздухоохладителей или дру­гие дефекты системы охлаждения.

При обнаружении перегрева обмоток электрических машин пере­менного тока следует иметь в виду, что причины этого могут быть свя­заны не только с дефектами самих обмоток, но и с неудовлетворитель­ным качеством электроэнергии сети, в которую включена машина.

Контроль температуры нагрева электрических машин осуществляют жидкостными термометрами, контактными электротермометрами, а также методом измерения сопротивления обмоток при работе машины.

При использовании жидкостных термометров, прикладываемых к поверхности детали или узла, необходимо обеспечить наилучшие условия теплопередачи от нагретой поверхности к оболочке термометра. С этой целью применяют ленту легко деформируемого станиоля, кото­рый имеет высокий коэффициент теплопроводимости. Обернутую этой лентой оболочку термометра прижимают к поверхности проверяемой де­тали. Деформируясь, станиоль плотно прилегает к поверхности детали. За счет заполнения пространства между оболочкой термометра и поверх­ностью детали и вследствие увеличения площади соприкосновения улучшается теплопередача.

Измерение температуры проверяется такими термометрами доста­точно просто, однако при этом необходимо обеспечить визуальный контроль шкалы термометра, что не всегда удобно при проведении измерений в труднодоступных местах.

Более удобны контактные электротермометры, имеющие отдельный блок с индикатором. Эти приборы обладают небольшими габаритами и массой, малой инерционностью измерения и обеспечивают проведение температурного контроля в труднодоступных точках электрической машины.

Наиболее освоенные промышленностью приборы - тер­мометры сопротивления и термоэлектрические приборы.

В термометрах сопротивления используется явление изменения электрического сопротивления чувствительного элемента датчика от температуры нагрева. В этом термометре чувствительный элемент из­готовлен из медной или платиновой проволоки и включен в диагональ измерительного моста. Изменение величины сопротивления чувствитель­ного элемента, возникающее при изменении температуры его нагрева, нарушает баланс моста, контролируемый стрелочным прибором. Стрелка прибора градуирована в градусах пропорционально изме­нению сопротивления чувствительного элемента от изменения его температуры.

Термоэлектрические термометры в качестве чувствительного элемента содержат термопару, представляющую собой два уложенных рядом разнородных проводника, например, медный и константановый, хромель-копелевый и другие, концы которых с одной стороны спаяны между собой, а два других конца проводников подключают к зажимам измерительного прибора - милливольтметра, гальванометра или потенциометра, градуированных в градусах. При наличии разницы в температуре нагрева спая проводников и их концов, присоеди­ненных к зажимам прибора, в термопаре возникает термоЭДС, пропор­циональная указанной разнице температур. При установке спаянного конца термопары в контролируемую точку прибор будет показывать разницу температур контролируемой точки и окружающей среды вокруг зажимов прибора. Термопары имеют малые размеры и поэтому их применяют для измерения температуры практически в самой поверх­ности. Из всех контактных устройств (жидкостных термометров, тер­мометров сопротивления) термопары наиболее удовлетворяют требова­ниям измерения температуры - датчик должен хорошо контактировать с контролируемой поверхностью, не подвергаться действию температу­ры окружающей среды, не создавать в точке контроля изменения тем­пературы вследствие отвода или подвода тепла.

Применение рассмотренных контактных термометров позволяет определить температуру нагрева наружных поверхностей машины. Однако из-за неравномерного распределения температуры по объему машины и ее частей, такой „наружный" контроль нагрева недостаточен. Особенно это касается электрических обмоток.

Известно, что разница между максимальной температурой в середине обмотки и температурой ее наружной поверхности составляет 50...60% и может доходить до 100%. Поэтому при тепловом контроле обмоток рассматриваются средняя и наибольшая температуры их нагрева.

Реальное представление о максимальных значениях температуры нагрева обмоток машин можно получить с помощью термодатчиков, заложенных в обмотки машин при их изготовлении. Такие же термодатчики закладывают и в подшипниковые узлы ма­шин. Встроенными термодатчиками оснащают крупные и особенно от­ветственные машины и степени их нагрева проверяют по штатным прибо­рам контроля температуры, установленным в пультах управления и на главном распределительном щите. Поскольку регистрируемая при проверке нагрева обмоток темпера­тура зависит от используемого метода измерений, при ТО сле­дует применять тот метод, который указан в документации на машину и для которого приведены предельно допустимые значения температуры.

Общепринятые предельно допустимые превышения температуры нагрева отдельных частей судовых электрических машин приведены в Приложении В.