Моделирование процесса пропитки обмоток электродвигателей общепромышленного применения, используемых в нефтедобывающей и горнодобывающей промышленностях

Abstract

Актуальность работы связана с тем, что в настоящее время технологические процессы разведки, добычи, транспортировки георесурсов в нефтедобывающей, горнорудной, угольной, химической и других отраслях промышленности подвержены высокому уровню механизации и автоматизации с участием электрических машин. Надежность и безотказность работы этих машин зависят от состояния витковой изоляции, роль которой играет изоляция обмоток электродвигателей. Показатели надежности этого элемента обмоток закладываются в процессе их производства. При этом существенный вклад в упомянутые показатели вносит технологическая операция пропитки. От того, насколько качественно проведена данная операция, зависит вероятность скрытия дефектов в изоляции обмоток, тепловые свойства электродвигателей, влагостойкость и монолитность обмоток. Поэтому совершенствование процесса пропитки и повышение её эффективности являются весьма злободневными. Цель: создать математическую модель технологической операции пропитки с применением электростатической зарядки струи пропиточного состава и показать, что добиться снижения уровня индуцированного напряжения, используемого для электростатической зарядки струи пропиточного состава, можно путем усиления электрического поля в области сопла, из которого осуществляется полив лобовых частей обмотки пропиточным составом, за счет придания соплу определенной формы. Методы. При создании математической модели применялись классические методы решения дифференциальных уравнений, описывающих электромагнитные поля, и экспериментальные исследования, позволившие установить адекватность созданной модели. Результаты. Приведены результаты моделирования и исследований новой технологии пропитки обмоток электрических машин электростатически заряженной струей пропиточного состава. Создана математическая модель, связывающая коэффициент усиления поля на вершине эллипсовидного сопла с его геометрическими параметрами. Проведена экспериментальная проверка полученной модели, и показана адекватность модели экспериментальным результатам. Представлены данные практического применения полученной модели на заводских установках, показывающие реальную возможность снижения уровня напряжения на сопле и эффективность предлагаемой пропитки обмоток. Показаны преимущества предлагаемой технологии в сравнении с типовыми технологиями пропитки на основе данных, полученных в реальном производстве. Предлагаемая технология позволит существенно снизить вероятность заводского брака из-за витковых замыканий в обмотке, повысить показатели безотказности выпускаемых электродвигателей в процессе приработки и эксплуатации.

Relevance of the work is related to the fact that currently the technological processes of exploration, extraction, transportation of georesources in the oil, mining, coal, chemical and other industries are subject to a high level of mechanization and automation involving electric machines. The reliability and trouble-free operation of these machines depend on the state of the winding insulation, the role of which is played by the insulation of the windings of electric motors. Reliability indicators of this element of the windings are laid in the process of their production. At the same time, a significant contribution to the mentioned indicators is made by the technological operation of impregnation. The probability of hiding defects in the insulation of the windings, thermal properties of electric motors, moisture resistance and solidity of the windings depend on how well this operation is carried out. Therefore, the improvement of impregnation and increase of its efficiency are very topical. The purpose of the work is to create a mathematical model of the technological operation of impregnation with the use of electrostatic charging of the impregnating composition jet; to show that it is possible to reduce the level of induced voltage used for electrostatic charging of the impregnating composition jet by strengthening the electric field in the nozzle area, from which the frontal parts of the winding are watered with impregnating composition, by giving the nozzle a certain shape. Methods. When creating a mathematical model, classical methods of solving differential equations describing electromagnetic fields were used, and experimental studies made it possible to establish the adequacy of the created model. Results. The results of modeling and research of a new technology of impregnation of windings of electric machines with an electrostatically charged jet of impregnating composition are presented. A mathematical model was developed linking the field gain at the top of an ellipsoid nozzle with its geometric parameters. The experimental verification of the obtained model was carried out and the adequacy of the model to the experimental results was shown. The data of practical application of the obtained model on real factory installations are presented, showing the real possibility of reducing the voltage level at the nozzle and the effectiveness of the proposed impregnation of the windings. The advantages of the proposed technology are shown in comparison with typical impregnation technologies based on the data obtained in real production. The proposed technology will significantly reduce the likelihood of factory defects due to winding circuits in the windings, will increase the reliability of manufactured electric motors in the process.