авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

«О.Г.МАМЕДОВ НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ (Монография) Монография ...»

-- [ Страница 2 ] --

При исследовании эксплуатационной надежности погруж ных электронасосов аналитическим методом установлено, что основной задачей при этом является получение формул, опре деляющих показатели их надежности [87]:

вероятность безостановочной работы Рб.о.( t ) 1 Qocт ( t ), (2.1) вероятность безаварийной работы Рб.а.( t ) 1 Qa.в.( t ), (2.2) вероятность безотказной работы Pб.отк (t ) 1 Qотк, (2.3) где Qост (t), Qа.в.(t) и Qотк(t) – функция распределения време ни возникновения отказа– остановки, отка за– аварии и отказа-погружных электрона сосных установок.

Теоретическим анализом исследования вероятности безава рийной работы погружных электронасосных установок установ лено, что полная вероятность безаварийной работы электрона сосной установки будет определяться формулой [87, 90, 92]:

q ав).с. ( ) q ав.)с. ( ) (1 ( Pб.ав. ( ) Рб1ав ( ) Рб2ав ( ), () () (2.4)..

q ав.с. ( ) q ав.с. ( ) где qав).с. ( ) и qав.)с. ( ) -соответственно вероятность возник (1 ( новения внутренней и внешней ава рийной ситуации;

Рб.ав ( ) и Рб.ав ( ) - вероятность безаварийный работы ( 2) (1) погружных электронасосов внутрен ней и внешней ситуации.

Вышеприведенные теоретические исследования вероятности безаварийной работы погружных электронасосных установок для рассмотренных моделей позволяют сказать, что ввод ус тройства защиты в систему необходим и надежность его долж на быть высокой. Однако определение степени влияния надеж ности устройства защиты на надежность погружных электрона сосов в целом является сложным из-за сложности формулы (2.4).

В связи с тем, что в настоящее время имеется большое коли чество факторов и функциональных зависимостей, применение аналитического метода исследования надежности таких слож ных систем как электронасосы со станцией управлений и защи ты, практически не представляется возможным.

Статистический метод исследования надежности элементов и электродвигателей в целом заключается в определении по экс плуатационным или экспериментальным данным величины над ежности в зависимости от времени. Метод основан на том, что надежность элементов или электрооборудования в целом, не смотря на возникнование отказов в случайные моменты вре мени, изменяется то тому или иному закону.

При этом была поставлена задача по определению этих зако нов и их параметров. Функциональные зависимости при этом остаются скрытыми при исследовании, а определяется и изуча ется лишь их суммарный эффект на надежность. В настоящее время это основной метод, обеспечивающий возможность коли чественного определения надежности электродвигателей [14, 79].

Статистический метод исследования надежности электро двигателей используется двояко.

Первый способ заключается в том, что по эксперименталь ным данным находят характеристики надежности элементов, а по ним рассчитывают надежность всего электродвигателя или его отдельных узлов по расчетным моделям [93].

При втором способе по эксплуатационным данным опре деляют непосредственную надежность электродвигателей.

Целесообразность применения того или иного способа ис следования надежности электродвигателей зависит от параметра и объема полученных экспериментальных данных и этапа, при котором определяют надежность (проектирование, производство или эксплуатация) и цели исследования надежности.

Для исследования надежности погружных электродвигате лей целесообразно применять второй метод. При этом определя ют количественные показатели надежности погружных электро насосных установок.

Анализом основных определений и терминов по надежности установлено, что погружной электродвигатель относится к нере монтируемым изделиям. С учетом этого выбраны основные ко личественные показатели надежности рассмотренных погруж ных электродвигателей.

Установлено что, применительно к рассмотренным асин хронным двигателям для количественной оценки их надежности целесообразно пользоваться следующими основными критерия ми:

вероятностью безотказной работы погружных электрона сосов Р (t) в течение заданного промежутка времени;

частотой отказов а (t);

интенсивностью отказов (t);

средней наработкой до первого отказа ср;

наработкой на отказ tср.

Установлены и выбраны основные формулы для определе ния количественных показателей надежности [79].

При помощи выбранных выражений можно определить ста тистический закон распределения отказов, вероятность безотказ ной работы, интенсивность отказов и среднюю наработку на от каз.

Анализом изучения надежности технических систем уста новлено, что с этой целью применяются следующие законы рас пределения времени безотказной работы: нормальный, экспо ненциальный, Вейбулла, Релея, логарифмически нормальный и др. Знание закона распределения находит практическое приме нение для расчета частоты профилактических работ, определе ния количества запасных частей, нахождения доверительных интервалов, решения различных задач обслуживания и др. Вид закона распределения может определяться на основании гисто граммы, построенной по результатам собранных статистических данных [7, 14, 79].

Для получения необходимых исходных данных длительные годы нами были собраны статистические данные об отказах пог ружных электронасосных установок, обслуживающих характер ные сельскохозяйственные районы (Самухский, Казахский, Бар динский и т. д.) Азербайджанской Республики [7, 14]. Эти дан ные полностью удовлетворяют всем требованиям действующего ГОСТ-а 19490-74 «Система сбора и обработки информации».

Методика сбора и математической обработки информаций и полученные необходимые данные об отказах погружных элек тронасосов приведены в приложении 1.

2.2. Определение и анализ количественных показателей эксплуатационной надежности погружных электродвигателей Известно, что низкая эксплуатационная надежность погруж ных электронасосных установок в большинстве случаев связана с частым выходом из строя погружных электродвигателей [94, 95].

Для исследования эксплуатационной надежности погруж ных электродвигателей, используемых в хозяйствах характер ных районов республики для орошения и водоснабжения дли тельные годы автором были собраны статистические данные об их эксплуатации и ремонте.

Пользуясь составленной методикой, описанной в приложе нии 1, было определено число и величина интервала. Число ин тервалов для различных типов электродвигателей лежит в пре делах 10-13, а величина приближенно равна 1000 часов.

Также был произведен расчет всех основных количествен ных показателей, характеризующих эксплуатационную надеж ность погружных электродвигателей.

Основные расчетные показатели статистического и теорети ческого законов распределения отказов погружных электродви гателей приведены в таблице 2.1 [14].

В приложении 2 дается пример результатов математической обработки эксплуатационных данных нового погружного элект родвигателя типа ПЭДВ 32-230.

По данным приложения 2 построены гистограммы частоты отказов а*(t), вероятности безотказной работы Р*(t) и интенсив ности отказов *(t) и приведены на рисунках 2.1, 2.2 и 2.3.

Полученные расчетные данные (приложение 2) и анализ внешнего вида гистограммы позволяет предположить, что экс периментальный закон распределения отказов погружных элек тродвигателей соответствует логарифмически нормальному рас пределению [14, 79].

Таблица 2. Основные расчетные показатели статистического и теоретического законов распределения отказов погружных электродвигателей критерию Присона Вероятность по Марки Т ср Т ср gt o gto t t Тср N, tm, электродвигалея и шт m его состояние Новый (за- 124 4161 2802 251,7 3,5058 0,3445 0,8633 4391 4110 0, ПЭДВ водской) 32-230 Отремон тирован- 170 3741 3698 206,9 3,4367 0,3756 0,4734 3972 4191 1, ный ПЭДВ Новый 81 3932 3043 338 3,4420 0,3938 0,4599 4173 4707 1, 35- Отремон ПЭДВ тирован- 64 2762 2217 242 3,3020 0,3692 0,4427 2846 2869 1, 45- ный При предварительной проверке использован критерий согла сия академика А.Н.Колмогорова. Для построения графиков на координатной сетке использованы значения вероятности безот казной работы и середины интервала (по табл. приложение 2).

Проверки согласия производились как для новых, так и для от ремонтированных электродвигателей.

a*(ti), f(ti) Рис.2.1. Изменения статистической а*(t) и теоретической f(t) частоты отказов по времени погружного (заводского) электродвигателя типа ПЭДВ32- Рис. 2.2. Изменения статистической Р*(t) и теоретической Р(ti) вероятности безотказной работы по времени погружного (заводского) электродвигателя типа ПЭДВ32- а*(t i),(t i)10- час Рис. 2.3. Изменения статистической *(t) и теоретической (t) интенсивности отказов погружного (заводского) электродвигателя типа ПЭДВ32- Результаты проведенных расчетов (см. табл. 2.2) и построен ные зависимости показывают, что для всех типов электродвига телей согласие опытных данных с логарифмически нормальным распределением следует признать хорошим [96].

Таблица 2. Результаты проверки согласия эмпирического закона распределения с теоретическим Р( ) Марка Состояние Максимальное электродвигателей электродвигателей отклонение, D Новый 0,040 0,40 0, (заводской) ПЭДВ32- Отремонтиро- 0,031 0,4042 0, ванный ПЭДВ 65-270 Новый 0,040 0,360 0, ПЭДВ 45-270 Отремонтиро- 0,050 0,4575 0, ванный В практике обычно при такой оценке удовлетворяется вы полнение условия [99]:

D N В качестве примера на рис. 2.4 показана проверка соответ ствия эмпирического распределения с теоретическим законом распределения для нового погружного электродвигателя типа ПЭДВ32-230.

Р*(t) 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, D-0, 0, 0, 0, 0, t·103 час 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 Рис 2.4. Проверка согласия эмпирического закона распределения отказов с теоретическим погружного (заводского) электродвигателя типа ПЭДВ-32- Логарифмически нормальное распределение характеризует ся следующими выражениями:

– плотностью распределения – M f (U ), (2.5) f (t ) t cpi gt o где U 1, (2.6) f (U ) е табулирована [101].

U - квантиль распределения gt i gt о U (2.7) gt о М=0,4343 и называется коэффициентом перехода от нату рального логарифма к десятичному;

gt o - среднее значение величины логарифма времени gt ;

k n gt i i gt o i, (2.8) N где ni - количество погружных электродвигателей, отказав ших на время ti;

N- количество электродвигателей в начале эксплуата ции;

gto - среднее квадратическое отклонение:

k ni (gti gt o ) i gto. (2.9) N Функция распределения:

Z u е F (U ) d z (2.10) 2 или F (U ) 0,5 Fo (U ), (2.11) где Z u е 2 d z F( U ) (2.12) 2 o и табулирована [101].

Вероятность безотказной работы Р(t ) 1 Fо (U ). (2.13) Интенсивность отказов f (t ).

(t ) (2.14) P(t ) Для каждого интервала определены вышеизложенные теоре тические параметры и результаты расчета приведены в табл.

(Приложение 3). По данным этой таблицы построены графики функций f(t), P(t) и (t). При этом максимальная точка закона распределения f(t), найдена по условию f''(t)=0 и вычислены gt max для всех электродвигателей.

Математическое ожидание и дисперсия теоретического зако на распределения определяется формулами [101]:

gt gtm gto е 2M 2 ;

(2.15) gt m gto gt o.

2 (2.16) gt o Эти параметры определены для всех типов электродвигате лей [98] и приведены в табл. 2.1.

Согласно существующей методике, теоретический закон распределения должен сохранять все особенности статистичес кого закона распределения и довольно хорошо согласовываться с эксплуатационными данными. Этот вопрос решается путем сравнения статистической и теоретической кривой распределе ния.

С этой целью применим критерий согласия Пирсона для случая логарифмически нормального закона распределения [96].

Пользуясь параметрами ( gto, gt o ) закона распределения, которые определены формулами (2.8) и (2.9) вычисляем кван тиль (U p ) для каждого интервала:

gti gto, (2.17) U p g to где gti - границы i-го интервала.

После этого находим число отказов ni, попадающих в дан ный интервал. Вероятность попадания в интервал определяется по формуле для логарифмически нормального распределения:

gt gt o gt i gt o, Pi i 1 (2.18) g t g t o o где значения функции (U p ) табулированы в [96].

Число степеней свободы, определяется по формуле, приве денной в [96], число наложенных связей на величины вероятнос тей Р(t), по ранее принятым, равно 3.

По значению числа степеней свободы и меры расхождения ( ) определена вероятность того, что величина, имеющая рас пределение 2 и степеней свободы, превзойдет данные зна чения 2.. Расчетное значение этой вероятности определено при помощи интерполяционной формулы Лагранжа [97].

В нашем случае для всех типов электродвигателей эта веро ятность оказалась в пределах, не менее 0,1.

Поэтому гипотезу о том, что величина наработки на отказ распределена по логарифмически нормальному закону, можем считать правдоподобной.

Нижние и верхние доверительные границы среднего срока службы (наработки на отказ) определялись нами в зависимости от параметров ( gto, gt o, Up) теоретического закона распреде ления с помощью выражений [100]:

gt gTн gt o 1,151 gto U p 1 2,65 2gto ;

(2.19) o N gt gTВ gt o 1,151 gto U p 1 2,65 2gto. (2.20) o N Результаты вычислений для рассматриваемых типов элек тродвигателей приведены в табл. 2.3.

Таблица 2. Доверительные границы средней наработки на отказ погружных электродвигателей Тср при Р=0,8 Тср при Р=0,9 Тср при Р=0, Марки электродвигателя Нижняя Верхняя Нижняя Верхняя Нижняя Верхняя и его состояние граница граница граница граница граница граница Новый 4098 4702 3953 4873 3837 (заводской) ПЭДВ Отремонти 32- 3721 4241 3596 4389 3496 рованный ПЭДВ Новый 3774 4615 3581 4864 3429 65- ПЭДВ Отремонти 3626 3152 2503 3306 2407 рованный 45- По данным таблицы 2.3 для определения доверительных пре делов наработки на отказ построены графики, позволяющие оп ределять ее доверительные пределы с вероятностью 0,8;

0,9 и 0,95.

В качестве примера на рис. 2.5 построены доверительные границы средней наработки на отказ для нового погружного электродвигателя типа ПЭДВ 32-230.

Полученные расчеты позволяют по эксплуатационным данным определить действительные характеристики надежности погружных электродвигателей с необходимой достоверностью.

Количественные характеристики надежности, определенные по эксплуатационным данным и вычисленные с одинаковой до верительной вероятностью, позволяют практически оценить электродвигатели по их надежности.

Расчет эксплуатационной надежности произведен для всех рассмотренных типов погружных электродвигателей, используе мых в республике для орошения. Результаты расчета приводятся в таблице 2.1.

Анализ данных таблицы 2.2. показывает, что для всех иссле дуемых типов электродвигателей согласие эмпирического зако на с теоретическим, следует признать хорошим, так как в любом случае вероятность по критерию Пирсона колеблется в пределах от 0,25 до 0,5 при необходимой 0,1.

Т, час верхняя граница нижняя граница 0,8 0,85 0,9 Р Рис. 2.5. Доверительные границы средней наработки погружного (заводского) электродвигателя типа ПЭДВ 32- Сравнение полученных количественных показателей экс плуатационной надежности исследуемых погружных электро двигателей по их наработке показывает, что новые электродви гатели имеют более высокие показатели, чем отремонтирован ные. В настоящее время наилучшую эксплуатационную надеж ность имеет новый электродвигатель марки ПЭДВ 32-230.

Как показали расчеты, средний срок службы электродвига телей колеблется в пределах от 2762 часов до 4161 часов, что значительно (почти в 2 раза) меньше гарантированного завода ми изготовителями (см. табл. 2.1).

Анализ теоретического и экспериментального законов рас пределения отказов погружных электродвигателей показывает, что вероятность безотказной работы нового электродвигателя составляет, в среднем, не выше 0,2 вместо положенной 0,9 (см.

рис. 2.2).

Полученные количественные показатели эксплуатационной надежности позволяют определить характер и вид отказов и дают возможность для оценки и конструктивного сравнении погружных электродвигателей как новых, так и отремонтиро ванных.

Так, полученный логарифмически нормальный закон рас пределения показывает, что отказы погружных электродвигате лей носят износовый характер [14, 98].

Одновременно нами определялись количественные показа тели эксплуатационной надежности погружных электродвигате лей по их срокам службы.

Установлено, что статистический закон распределения отка зов погружных электродвигателей по срокам службы также со ответствует логарифмически нормальному.

Результаты расчета показателей эксплуатационной надеж ности погружных электродвигателей по их срокам службы (вре мени в календарном исчислении) показали, что их средние сро ки службы значительно ниже гарантированных заводами-изго товителями и колеблется от 1,2 до 1,5 года.

Как показали обследования, основными причинами этого яв ляются процессы коррозии металлических элементов и старение изоляционной конструкции, которые происходят как в работаю щем, так и в неработающем электродвигателях.

Пример расчета основных количественных показателей над ежности погружного электродвигателя марки ПЭДВ 32-230 по его наработке приведен в приложениях 2, 3 и 4. По данным этих расчетов построены статистические и теоретические графики частоты отказов [а*(t) и f(t)], графики вероятности [Р*(t) и Р(t)], интенсивности отказов [ *(t) и (t)] и доверительные границы средней наработки, которые представлены на рис. 2.1, 2.2, 2.3 и 2.5.

2.3. Определение степени влияния надежности отдельных компонентов на надежность электронасосных установок в целом Данные исследования включают в себя определение степени влияния надежности отдельных компонентов на надежность погружных электронасосных установок в целом.

Определение степени влияния надежности отдельных ком понентов на надежность системы в целом по аналитической формуле (2.4) является весьма сложным из-за ее громоздкости.

Также необходимо отметить, что для реальных условий эксплуа тации применение данной формулы нерационально, так как при этих условиях законы распределений всех величин, входящих в формулу, являются экспоненциальными.

Как видно из формулы (2.4) в любой момент времени ве роятность безаварийной работы погружных электронасосных установок Рб.ав. зависит от нескольких величин.

Для исследования влияния каждого из этих величин на Рб.ав.

требуется построить семейство кривых. Конечно, можно пос троить много семейств кривых (модель исследуемого объекта) и, казалось бы, достичь цели. Однако информация о функции че тырех переменных Рб.ав., полученная в таком виде, практически бесполезна, так как весьма трудно извлекать нужные сведения из многочисленных, сложных между собою связанных кривых [102].

Здесь на помощь приходит очень простая идея –рассматри вать не саму функцию, а ее разложение в степенной ряд вида Рб.ав Во В1q1 В2 q 2 В3 q3 B12q1q (2.21) B13q1q3 B12q1q3...

Подобная апироксимация имеет смысл, так как функция Рб.ав.= F(q1, q2, q3) является непрерывной и достаточно «глад кой», что допускает представление ее в виде (2.21).

В выражении (2.21) q1= q ав).с, q2= q ав.с, q3= q2неср, а Во, В (1 ( 2) и т. д. коэффициенты, подлежащие определению.

Величина qс.ав. исключена из числа факторов, так как она яв ляется постоянной составляющей вероятности аварийной рабо ты погружных электронасосных установок Qав(Qав=1 –Рб.ав.), по тому и не влияет на изменчивость Qaв или, что то же самое, Рб.ав..

Постоянство qс.ав связано с тем, что она подчиняется экспо ненциальному закону распределения, где интенсивность отказов с.ав в течение достаточно большого периода эксплуатации аг регата практически постоянна и имеет сравнительно малое зна чение. Также следует отметить, что эксплуатационник не может распоряжаться (управлять) этим фактором, имеющим чисто слу чайный характер.

Таким образом, исключая qс.ав из числа факторов, мы имеем возможность проводить активное планирование эксперимента.

И так, для определения степени влияния надежности элек тронасосного агрегата ( q ав).с ), устройства защиты (q2нес) и элек ( трической сети ( q ав).с ) на надежность электронасосной установ ( ки в целом (Рб.ав), сначала отыскиваем математическую модель (уравнение регрессии) (2.21), а затем делаем заключение о су щественности влияния каждого из рассматриваемых факторов или их взаимодействия на изменчивость Рб.ав.

Разумеется, в процессе указанного перестроения часть ин формации, содержащейся в исходной модели, утрачивается. При переходе от модели в виде (2.4) к модели в виде (2.21), исчезают некоторые факторы, в данном случае фактор времени и вероят ность собственной аварии электронасосного агрегата. Под тер мином «перестроение модели» следует понимать процедуру пе рехода от более общей и полной, но неудобной для решения поставленной задачи модели к частной, т.е. содержащей лишь часть исходной информации модели, приспособленной, однако, для решения поставленной задачи [102].

Таким образом, для определения степени влияния надежнос ти отдельных компонентов на надежность системы в целом на ми был использован метод планирования эксперимента.

Для решения этой задачи составлен план эксперимента, ус тановлены уровни и интервалы варьирования факторов в зависи мости от законов распределений и доверительных интервалов, входящих в них параметров.

Уровни факторов вычислялись при =4000 часов, что соот ветствует средней наработке на отказ погружных электродвига телей [14].

Уровни и интервалы варьирования приведены в таблице 2.4.

В данном опыте был реализован полный факторный экспе римент типа 23, матрица планирования и результаты опытов ко торого приведены в таблице 2.5.

Таблица 2. Уровни и интервалы варьирования факторов Факторы Размер- Уровни факторов Интервалы ность варьирования -1 0 + - 0,0065 0,0128 0,0191 0, q ав).с -x ( - 0,9962 0,9980 0,9998 0, ( 2) q ав.с -x q2нмес-x3 - 0,4355 0,4680 0,5005 0, Таблица 2. Матрица планирования и результаты опытов № опыта х1 х2 х3 Рб.ав 1 -1 -1 -1 0, 2 +1 -1 -1 0, 3 -1 +1 -1 0, 4 +1 +1 -1 0, 5 -1 -1 +1 0, 6 +1 -1 +1 0, 7 -1 +1 +1 0, 8 +1 +1 +1 0, Перед началом эксперимента факторы кодировались. При составлении матрицы планирования кодированные значения факторов определялись по формуле [103]:

~ ~ x j x jo хj, (2.22) x j где x j - кодированное значение фактора;

~ - натуральное значение фактора;

xj ~ - натуральное значение основного уровня;

x jo x j - интервал варьирования;

j – номер фактора.

Уравнение регрессии (2.21) при использовании кодирован ных факторов записывается в виде y bo b1 x1 b2 x2 b3 x3 b12 x1 x2 b13 x1x3 b23 x2 x3, (2.23) где bi– коэффициенты регрессии, определяемые по извест ной методике [104].

Опытные значения y ( Рб.ав ) получены методом Монте-Карло с помощью алгоритма безаварийной работы погружных электро насосных установок. При этом рандимизация опытов осуществ лялась с помощью таблиц случайных чисел [103].

Статистической обработкой результатов эксперимента на ЭЦВМ ЕС-1035 получены уравнения регрессии в кодированных единицах 0,41587 0,00464 x1 0,00706 x2 0,02585 x y (2.24) 0,00153x1 x2 0,00062 x1 x3 0,00075 x2 x3.

На следующем этапе оценивалась однородность дисперсий по G- критерию Кохрена. При уровне значимости Р=0,05, числа степеней свободы f=8-1=7 и кратности каждого опыта к=3 таб личное значение критерия GT=0,2910.

Расчетное значение критерия получено равным GT=0,2910, Gp GT, следовательно, гипотеза об однородности дисперсий подтверждается.

Важным этапом решения поставленной задачи, т.е. опреде ления степени влияния надежности отдельных компонентов на надежность системы в целом, является анализ коэффициентов полученной модели.

Анализ коэффициентов проводился с помощью t – критерия Стьюдента по уравнению [103]:

bi tp, (2.25) S bi где t p -расчетное значение t- критерий Стьюдента;

S bi средняя квадратичная ошибка в определении коэффи циента ( S bi = 0,00106).

Коэффициент значим, если t p tT. tT - табличное значение;

t – критерий Стьюдента (при уровне значимости Р=0,05 и числе степеней свободы f=82=16, tT=2,12).

Такую проверку проводим последовательно, начиная с коэф фициента bo:

t pbo 392,33 tT ;

t pb1 4,38 tT ;

t pb2 6,66 tT ;

t pb3 24,39 tT ;

t pb12 1,44 tT ;

t pb13 0,58 tT ;

t pb23 0,71 tT ;

Как следует из произведенного анализа, все коэффициенты при квадратичных членах незначимы, а коэффициенты при ли нейных членах значимы.

Из анализа также следует, что фактор х3 (величина q2неср, позволяющая характеризовать надежность устройства защиты) оказывает более существенное влияяние ( t pb3 24,39 ) на надеж ность системы в целом по сравнению с факторами х1 (величина q ав).с, позволяющая характеризовать надежность электронасос ( ( 2) ного агрегата) и х2 (величина q ав.с, позволяющая характеризо вать надежность электрической сети, питающей электронасос ную установку), хотя оба фактора являются значимыми.

Исключив из выражения (2.24) незначимые коэффициенты, окончательно имеем y 0,41587 0,00464 x1 0,00706 x2 0,02585x3. (2.26) Затем оценивалась адекватность полученного линейного приближения. При этом использовался F-критерий Фишера, ис числяемый по формуле (103, 104):

S ad, Fp (2.27) Sb где Fр – расчетное значение F – критерий Фишера;

2 S ad - дисперсия адекватности;

Sb - дисперсия воспро изводимости.

Дисперсия, связанная с адекватностью уравнения, и диспер сия, характеризующая ошибку эксперимента, исчислялись по методике указанной в литературе [103]. В результате вычисле 2 ний получено, что S ad = 20,1610-6;

Sb =8,9910-6 и расчетное значение критерия Фишера Fр=2,243. Табличное значение крите рия Фишера при уровне значимости Р = 0,05 и степеней свободы fad=4 и fb=16 будет Ft=3,05. Следовательно, Fр› FT и при уровне значимости Р = 0,05 модель адекватна.

Таким образом, из результатов планирования эксперимента видно, что на надежность погружных электронасосных устано вок наибольшее влияние оказывает надежность устройства за щиты, в то же время анализ состояния надежности применяемых систем защиты этих установок показывает, что они имеют низ кую надежность. Следовательно, устройства защиты являются наиболее слабым узлом в системе с точки зрения надежности.

Поэтому следует разработать более надежную защиту.

2.4. ВЫВОДЫ На основании анализа основных определений и методов ис следований эксплуатационной надежности разработана методи ка сбора и обработки статистических данных об отказах погруж ных электродвигателей, которая позволяет учесть все факторы, влияющие на эксплуатационную надежность.

В результате проведенного исследования с помощью теории надежности произведен выбор основных количественных пока зателей по которым можно оценить эксплуатационную надеж ность погружных электродвигателей. С помощью анализа полу ченных количественных показателей надежности, в частности закона распределения отказов, можно произвести расчет часто ты профилактических работ, определить количество запасных частей, находить доверительные интервалы решения различных задач обслуживания. Кроме этих полученные количественные показатели эксплуатационной надежности позволяют опреде лить характер и вид отказов и дают возможность для оценки и конструктивного сравнения погружных электронасосов как но вых, так и отремонтированных. Так полученный логарифмичес кий нормальный закон распределения показывает, что отказы погружных электродвигателей носит износовый характер.

Полученные количественные показатели надежности пока зывают, что средняя наработка на отказ погружных электродви гателей составляют для новых от 2984 до 4161 часов, для отре монтированных от 2663 до 3741 часов. Отсюда видно, что реаль ный срок службы рассматриваемых погружных электродвигате лей, в среднем в 1,9 раза меньше срока службы, гарантиирован ного заводами изготовителями.

Этими данными также установлено, что срок службы пог ружных электродвигателей (время в календарном исчислении) колеблется от 1,2 до 1,5 года. Исследованиями и анализам полу ченных данных установлено, что на срок службы деталей и уз лов погружных электродвигателей оказывают влияние коррозия и старение изоляции обмоток статора.

Методом планирования эксперимента выявлено, что на над ежность погружных электронасосных установок наибольшее влияние оказывает надежность устройства защиты. Поэтому надежность устройства защиты погружных электродвигателей должно быть высокой.

Результатом планирования эксперимента и анализом состоя ния надежности устройства защиты погружных электродвигате лей установлено, что именно защита является наиболее слабыи узлом в системе с точки зрения надежности. Это положение тре бует разработки наиболее надежной защиты.

На основании анализа существующих систем управления и защиты (ШЭТ, ШЭП и Каскад) погружных электродвигателей установлено, что на современном этапе они имеют ряд сущес твенных недостатков: чувствительность элементов схемы к ко лебаниям параметров окружающей среды, потребность частых настроек, неремонтопригодность блока защиты в условиях экс плуатации, недостаток запасных частей, потребность высококва лифицированного обслуживания и сравнительно большая стои мость.

Анализом надежности этих защитных устройств установле но, что они не обладают достаточной фазачувствительностью.

При обрыве фазы напряжение на выходе выпрямителя мало уве личивается и защита при необходимости не срабывает эффек тивно.

Указанные недостатки значительно уменьшают надежность применяемых типов защитных устройств погружных электро двигателей.

Таким образом для повышения эксплуатационной надежнос ти погружных электродвигателей необходимо разработать меро приятия по защите их от действия окружающей среды и повы шению надежности защитных устройств.

3. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ СРЕДЫ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННУЮ НАДЕЖНОСТЬ ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОНАСОСНЫХ УСТАНОВОК 3.1. Анализ состава подземных вод республики На основании различных исследований установлено, что подземная вода считается агрессивной, если она разрушает ме талл содержащимся в ней свободным кислородом, угликисла той, сульфатами меди и другими металлами, солями аммония, хлором и т.д. В зависимости от присутствия в воде тех или иных компонентов она может обладать кислородной, общекислотной, углекислотной и сульфатной агрессивностью [50].

Среди них в отношении коррозии наиболее агрессивным яв ляется сульфатная агрессивность. Сульфатная агрессивность вызывается ионами сульфата, она сопровождается разрушением металла и бетона.

Под жесткостью подземных вод понимают выраженное в мг-экв/л содержание в воде ионов кальция и магния.

Жесткость подземных вод подразделяется на следующие группы: общая, карбонатная, постоянная и временная. Вода по жесткости менее 1,5 мг-экв/л называется очень мягкой, при жесткости более 9 мг-экв/л – очень жесткой [50].

По степени минерализации подземные воды деляется по суммарному содержанию присутствующих в воде веществ, ха рактеризующихся сухим остатком в граммах на 1 л воды.

Подземные воды по степи минерализации класссифициру ются следующим образом [107]:

пресные (гидрокарбонатно-кальцевые) с содержанием су хого остатка до 1 г/л;

слабоминерализованные (сульфатные, реже хлоридные)- с содержанием сухого остатка от 1 до 3 г/л;

среднеминерализованные (сульфатные и хлоридные) с со держанием сухого остатка от 3 до 10 г/л;

минерализованные (сульфатные и хлоридные) –с содержа нием сухого остатка от 10 до 50 г/л;

рассольные (хлоридно-натриевые) с сухим остатком более 50 г/л.

По активной реакции (рН) подземные воды делятся на сле дующие группы:

сильнокислые – рН = 3,5;

кислые рН = 3,5-5,5;

слабокислые рН = 5,5-6,8;

нейтральные рН = 6,8-7,8;

слабощелочные –рН = 7,8-8,5;

щелочные рН = 8,5.

Основные требования к качеству подземных вод устанавли ваются ГОСТ-ами 2874-54 и 2761-57.

Для оценки всех показателей агрессивности подземных вод пользуются нормами и техническими условиями Н 114-54.

В инструкциях заводов-изготовителей погружных электро насосов указывается, что откачиваемая вода должна быть чис той, без содержания агрессивных растворов (щелочей и кислот).

Допустимое количество механических примесей должно быть не более 0,01 по весу [39, 49].

Во время работы при нарушении герметизации скважинная вода поступает во внутреннюю полость электродвигателя. Из вестно, что скважинная вода с содержанием механических при месей выше допустимого приводит к преждевременному износу радиального и упорного подшипников, а химически агрессивная скважинная вода к усиленной коррозии металлических частей погружных электродвигателей [161, 162].

Скорость коррозии деталей погружных электродвигателей зависит от состава скважинной воды.

При эксплуатации в результате значительной коррозии обра зуются сквозные отверстия в корпусах, в ряде случаев происхо дит полное разрушение шпилек, соединяющих электродвига тель с насосом, в результате чего электродвигатель может упасть в скважину [33].

Коррозия разрушает прорези или верхнюю часть паза магни топровода статора, в результате чего обмоточные провода выпа дают из пазов и происходит замыкание на корпус. В результате коррозии ослабляются пакеты магнитопровода статора и наблю дается смещение зубцов, что приводит к повреждению изоляции обмоток статора. При значительном смещении зубцов магнито проводов, статор становится непригодным к дальнейшей экс плуатации. По данным различных эксплуатационных участков субартезианских скважин ежегодно по этой причине подлежат списанию как неремонтопригодные, десятки погружных элек тродвигателей [14, 162].

Усиленная коррозия осложняет также разборку и сборку электродвигателя при ремонте.

Для определения состава подземных вод субартезианских скважин автором проведены ряд исследований [33, 106].

При исследовании состава подземных вод субартезианских скважин эксплуатируемых в республике, были использованы ре зультаты анализа подземных вод около 1000 субартезианских скважин. При этом выявлены следующие примеси, содержащие ся в подземных водах субартезианских скважин: ионы магния, бикорбанат иона, сульфат иона, сухой остаток, общая жест кость, ионы кальция, карбонат иона и ионы хлора. По химичес кому составу подземные воды субартезианских скважин Азер байджанской республики относятся к гидрокарбонатно-кальце вым и сульфатно- кальцевым гидрокарбонатным типам вод.

В республике встречаются такие субартезианские скважины, которые имеют воду со значительным содержанием сероводо рода [33].

В результате анализа полученных данных были определены максимальные и минимальные концентрации указанных хими ческих компонентов в скважинной воде различных районов рес публики [14, 106].

Величины минимальных и максимальных значений хими ческих элементов подземных вод по отдельным районам респуб лики указаны ниже:

1. Карбонат иона СО3 0,002-0,062 г/л;

2. Викарбонат иона НСО' 0,024-0,70 г/л;

3. Ионы хлора С ' 0,011-2,4 г/л;

4. Сульфат иона SО4' 0,008-2,51 г/л;

5. Ионы кальция Са" 0,004-1,83 г/л;

6. Ионы магния Мg" 0,002-0,8 г/л;

7. Сухой остаток 0,14-7,8 г/л;

8. Общая жестькость – 0,3-40 мг.экв/л.

Полученные данные по отдельным районам республики под вергались математической обработке. При этом был использо ван статистический метод обработки результатов наблюдения, который подробно изложен в приложении 1. Результаты матема тической обработки состава подземных вод субартезианских ск важин приведены в таблице 3.1.

Для определения наиболее вероятных значений концентра ции химических элементов в подземных водах республики пос троены кривые статистического распределения рассмотренных ионов [14].

Полученные расчетные данные значений концентраций каж дого химического компонента в подземных водах республики позволяют установить степень влияяния этих агрессивных кон центраций на детали и узлы погружных электродвигателей. Так, сравнивая технические условия и ГОСТ-ы для погружных элек тродвигателей и данные таблицы 3.1, можно сделать заключение о том, что средние значения концентраций большинство агрес сивных элементов, содержащихся в подземных водах субарте зианских скважин республики превосходит допускаемые значе ния.

Как видно из таблицы 3.1 средние значения ионов сульфата и хлора, которые являются наиболее агрессивными по отноше нию коррозии погружных электродвигателей составляют соот ветственно 0,628 мг/л и 410 мг/л при норме соответственно мг/л и 350 мг/л.

Повышенная концентрация этих компонентов способствует усиленной коррозии деталей и узлов погружных электродвига телей. На рис. 3.1 приведены кривые статистического распреде ления ионов сульфата (1) и хлора (2).

В результате анализа установлено, что реально существую щий состав воды субартезианских скважин характеризуется зна чительной агрессивностью по отношению к элементам погруж ных электродвигателей.

Таблица 3. Результаты математической обработки состава подземных вод субартезианских скважин Азербайджанской республики ческое отклонение, ческое отклонение, Величина интерва Общее количество Среднее квадрати Наименование хи трации ионов,Wср, среднее квадрати Средние концен миического эле интервалов, К измерений, N лов,W, мг/л Выборочное Количество wср, мг/л Sw.ср. мг/л № п.п.

мента мг/л.

Ионы магния 1 758 12 0,025 0,0425 0,0365 0, Ионы НСО' 2 755 11 0,05 0,204 0,0781 0, Ионы СО 3 150 10 0,005 0,0145 0,0078 0, Сухой остаток 4 775 15 0,500 1,5403 0,2375 0, (3,0)х (7,064)х (6,314) (0,2147)х х Общая жесткость 5 865 Ионы кальция 6 773 12 0,150 0,115 0,1732 0, Са" 7 Ионы сульфата 753 11 0,225 0,628 0,5311 0, SО4' 8 Ионы хлора С ' 664 11 0,225 0,411 0,410 0, х ) – значения даются в мг. экв./л.

( Рис. 3.1. Кривые статистического распределения ионов сульфата (1) и хлора (2) в водах скважин Азербайджанской Республики Содержание наиболее агрессивных ионов сульфата и хлора соответственно в 1,3 и 1,2 раз превосходит допустимые значе ния.

3.2. Анализ результатов экспериментальных исследований влияния среды на эксплуатационную надежность погружных электродвигателей 3.2.1. Общие сведения Исследованиями установлено, что одной из основных при чин, снижающих эксплуатационную надежность погружных электродвигателей, является воздействие окружающей среды.

В силу специфики работы, детали и узлы погружных элек тронасосов постоянно находятся в воде, что вызывает их корро зию.

Факторы коррозии делятся на внутренние и внешние. К внутренним факторам относятся: структура и химический сос тав материала, наличие в нем посторонних включений, качество и состав сварочных швов и т.д. К внешним факторам относятся:

температура и химический состав воды (окружающей среды), состав растворенных в воде газов, наличие микроорганизмов, скорость движения потока, завихрение его и т.п. [14].

На скорость коррозии металлов в значительной степени влияет повышенная температура охлаждающей воды. По техни ческим условиям температура обмотки статора погружного электродвигателя не должно превышать 70С [12].

Исследованиями установлено, что скорость коррозии стали возрастает при повышении скорости движения охлаждающей воды.

В зависимости от вида металла, скорости и состава воды скорость коррозии металлов колеблется в пределах от 0,023 до 1,9 г/м2.ч при температуре охлаждающей воды от 20С до 60С и при скорости воды – 0,35-1,0 м/сек [107].

При наличии в охлаждающей воде значительных концентра ций хлора (50-1000 мг/л) скорость коррозии колеблется от 0, до 2,5 г/м2.ч.

Концентрация сульфатов также значительно влияет на ско рость коррозии стали в движущейся охлаждающей воде, при этом средняя скорость коррозии металлов колеблется в пределах от 0,93 до 3,7 г/м2.ч. при температуре воды 40-60С и концентра ции сульфатов 50-2500 мг/л [49].

В слабощелочных движущихся растворах скорость коррозии стали, по сравнении с растворами содержащими ионы хлора и сульфата, намного меньше. Скорость коррозии с увеличением щелочности изменяется незначительно, оставаясь высокой.

Кроме того, окружающая среда оказывает существенное влияние на диэлектрическую характеристику изоляционной конструкции обмоток погружных электродвигателей.

Относительно невысокая влагостойкость поливинилхлорид ного пластиката не позволяет обеспечить высокое сопротивле ние изоляции обмоточных проводов марки ПЭВВП, поэтому техническими условиями предусмотрено снижение сопротивле ния изоляции провода при выдержке в воде (при рабочей темпе ратуре) в течение суток с 10 до 0,1 МОм т.е. 100 раз [105].

Несмотря на более высокую прочность на истирание, поли винилхлоридные пластикаты также не обеспечивают достаточ ную надежность выполнения обмоток в протяжку. С течением времени в результате вытягивания пластификаторов, поливи нилхлоридные пластикаты становятся хрупкими, что приводит к повреждению изоляции в результате вибрации при работе пог ружных электронасосов и при ремонте.

Анализ результатов измерения диэлектрических характерис тик изоляции обмоток погружных электродвигателей, поступаю щих в ремонт после 5 тыс. часов эксплуатации сопротивление изоляции снизилось в среднем до 0,1 МОм, а пробивное напря жение – до 6,0 кВ[14].

При этом также установлено, что повреждение обмотки ста тора в большинстве случаев отмечается в местах ее соединения и на эти повреждения приходится около 20 % всех отказов пог ружных электронасосных установок [108].

Повышение коррозионной стойкости стальных сооружений и оборудования охлаждающих систем может быть достигнуто следующими способами [112, 113].

1. Применением коррозионно-стойких легированных сталей.

2. Электрохимическим методом.

3. С помощью металлических и неметаллических покрытий, наносимых на основной металл, подлежащий защите.

4. При помощи ингибиторов коррозии и различных нейтра лизаторов.

Применение первых трех методов защиты от коррозии при эксплуатации погружных электродвигателей не оправдывает себя из-за дороговизны и сложности процесса защиты.

Защиту от коррозии деталей и узлов погружных электродви гателей с помощью ингибиторов используют при их консерва ции [15, 45, 109].

Применение этого способа защиты от коррозии является несложным, весьма эффективным и экономичным [110…114].

Однако, при эксплуатации этот способ не применялся. По этому предложено использовать ингибиторы коррозии при экс плуатации, путем добавления в воду, заливаемую в погружной электродвигатель для охлаждения с целью снижения скорости коррозии металических деталей и узлов.

Для оценки возможности применения ингибиторов при экс плуатации погружных электродвигателей необходимо провести ряд исследований.

А также необходимо провести исследования изменения ди электрических характеристик изоляционной конструкций и мест соединений обмоток погружных электродвигателей в зависи мости от состава воды.

С этой целью нами разработаны программа и методика экс периментальных исследований [14, 123, 124].

3.2.2. Анализ результатов экспериментальных исследований влияния состава воды на скорость коррозии элементов погружных электродвигателей Исследование влияния состава воды на скорость коррозии элементов погружных электродвигателей включает в себя опре деление изменения удельного содержания железа в одном литре воды по времени. Для эксперимента были выбраны обычная ск важинная вода, дистиллированная вода, скважинная вода с до бавлением ингибитора и дистиллированная вода с добавлением ингибитора.

В качестве ингибитора коррозии стали могут быть примене ны как неорганические, так и органические соединения или их смеси. Поскольку в погружных электродвигателях используются черные и цветные металлы, для защиты их от коррозии необхо димо применять комбинированные ингибиторы, состоящие как из органических, так и неорганических соединений [111, 113, 115].

Оптимальное количество компонентов ингибитора определ яется при помощи математической теории планирования экспе римента [103, 104].

В качестве критерия оптимизации была выбрана скорость коррозии в воде, заливаемой в электродвигатель. В данном экс перименте количество независимых факторов-ингибиторов рав но трем, поэтому эксперимент относится к типу 23 [104].

Факторы, влияющие на скорость коррозии, их уровни для дистиллированной ингибированной воды и интервал варьирова ния приведены в табл.3.2. Интервалы варьирования устанавли вали в зависимости от данных ряда исследований скорости кор розии в охлаждающей среде [113].

Таблица 3. Уровни факторов, влияющих на скорость коррозии Показатели Основно Интерва Факторы и их Единицы Верхний Нижний й л обозначения измерения уровень уровень уровень варьиро (+1) (-1) вания (0) Нитрит-натрий, г/л 1,0 0,75 0,5 0, Х Уротропин, Х2 г/л 2,0 1,5 1,0 0, Калий бихромат, г/л 0,5 0,375 0,25 0, Х По результатам выполненных экспериментов и данным таб лицы 3.2 построена матрица (таблица выражающая комбинации факторов, влияющих на скорость коррозии) планирования трех факторного эксперимента (см. табл. 3.3).

После проведения эксперимента, для выбора количества компонентов ингибитора, необходимо отыскать уравнения по верхности, по которым определяются параметры оптимизации.

Наиболее распространенным является метод крутого восхожде ния по поверхности отклика в направлении градиента, и поверх ности отклика. Это движение осуществляется «шагами» после довательно [117]. При этом неполное квадратное уравнение ма тематической модели факторов будет иметь вид:

Таблица 3. Матрица планирования эксперимента № Факторы и их взаимодействия Скорость опыта коррозии, Х 1Х 2 Х1Х3 Х2Х Х1 Х2 Х г/м2.час 1 - - - + + + 0, 2 + - - - - + 0, 3 - + - - - - 0, 4 + + - + - - 0, 5 - - + + - - 0, 6 + - + - + - 0, 7 - + + - - + 0, 8 + + + + + + 0, у bo b1 X 1 b2 X 2 b3 X 3 b12 X 12 b13 X 13 b23 X 23, (3.1) где bo, b1, b2– коэффициенты регрессии, определяемые по из вестной методике [104].

Коэффициент bo равен:

N yu u 1, (3.2) bo N где у u -значение критерия оптимизации, полученного в u-м опыте;

N – количество опытов.

Коэффициент bi определяется формулой:

N х yu iu bi u 1, (3.3) N где Xiu-значение фактора Хi и u-m опыте.

Коэффициент bij- равен:

N х х ju yu iu bij u 1, (3.4) N где xiu и хju– значения двух факторов в u-m опыте.

Перед началом эксперимента факторы кодируются. Кодиро вание факторов производится по формуле X X oi, хi i (3.5) X i где хi – кодированное значение фактора;

Хi – натуральное значение фактора;

Х оi- натуральное значение фактора на нулевом уровне;

Х - натуральное значение интервала варьирования фактора XiВ XiН X i, (3.6) где X i В, X i Н - соответственно значения фактора на верх нем и нижнем уровне.

После математической обработки результатов эксперимента получено уравнение:

у 0,432 0,07 X 1 0,142 X 2 0,180 X 3 0,0175 Х 1 X (3.7) 0,005 Х 1 X 3 0,030 Х 2 X 3, где у– скорость коррозии, г/м2.час.

Далее проверили значимость коэффициентов регрессии bi и bij определены дисперсии ошибки S y 0,00157, дисперсии для коэффициентов регрессии S bi 0,000196 и доверительный ин тервал для коэффициентов регрессии b 0,03. Таким образом, установлено, что на скорость коррозии оказывают влияние в ос новном линейные эффекты [104, 117].

Затем производили оценку адекватности линейной модели факторов. При этом использовался критерий Фишера (F-крите рий) определяемый формулой:

S LF, F расч. (3.8) Sy где S LF - дисперсия неадекватности математической модели;

S y - дисперсия ошибки опыта.

Дисперсия неадекватности математической модели S LF и дисперсия ошибки опыта S y вычислялись методикой указанной в литературе [104]. В результате вычислений получено, что S LF 0,00378, S y 0,00157 и критерий Фишера F расч. 2,41. Таб 2 личное значение критерия Фишера с 95 %-ной вероятностью для степеней свободы fLr и fy будет F0,05 3 и принимается гипотеза об адекватности модели факторов линейной.

Нами определены также степени влияния на скорость корро зии квадратичных эффектов. При этом получено, что bo yo 0,014 b 0,03 ( y o скорость коррозии по опыту в центре эксперимента) F расч. S LF [104, 117].

Sy По результатам анализа уравнения регрессии нами выбраны наиболее активные факторы и для них определен «единичный шаг» крутого восхождения.

В результате расчета и эксперимента получены следующие оптимальные количества ингибиторов:

натрит-натрий……………………………. 1,09 г/л;

уротропин ………………………………... 2,355 г/л;

калий-бихронат ………………………….. 0,615 г/л.

Опыты показали, что при таком количестве компонентов ин гибитора скорость коррозии деталей и узлов погружных элек тродвигателей значительно замедляется.

Исследование влияния выбранных ингибиторов на скорость коррозии производился непосредственно на погружных электро двигателях. Количество электродвигателей при испытаниях должно быть не менее 5 [116].

Определение количества железа в воде производился фото электрокалориметрическим методом. По результатам исследова ний строятся зависимости количества железа в воде от времени m f (t ).

При исследовании средних значений основных химических элементов, входящих в состав скважинной воды, принятой для исследования, показаны в табл. 3.4.

С целью изучения скорости коррозии в реальных условиях эксплуатации пробы скважинной воды брались непосредственно из полости погружных электродвигателей, поступивший в ре монт. В результате анализа состава воды установлено очень вы сокое значение коррозии. В зависимости от срока службы пог ружных электродвигателей оно колеблется от 0,5 до 2,85 г/м2.


Таблица 3. Средние значения основных химических элементов, входящих в состав скважинной воды Химические жесткость элементы остаток Общая Сухой SO"4 C Мg" HCO'3 CO"3 Ca" Количество 0,03 0,18 0,12 (6,17)* 0,58 0,40 0,095 0, )х – значение выражено в мгл.экв/л.

( При исследовании установлено, что средние значения кон центрации ионов хлора для подземных вод субартезианских скважин республики составляет около 0,4191 г/л, а концентра ция сульфатов составляет, в среднем 0,628 г/л, что соответствует значительной коррозии элементов погружных электродвигате лей при их рабочей температуре [118].

Для проверки выбранных ингибиторов и влияния их на ско рость коррозии были исследованы погружные электродвигатели в лабораторных и производственных условиях в количестве шт. при работе их в среде ингибиторов. Доза ингибитора в про изводственных испытаниях принята несколько больше, чем в лабораторных [14].

По результатам этих исследований построены кривые изме нения коррозии от времени испытания для каждого состава во ды и приведены на рисунках 3.2 и 3.3.

г m, м Рис. 3.2. Изменение величины коррозии в процессе лабораторных испытаний: 1-в скважинной воде;

2-в скважинной ингибированной воде;

3-в дистиллированной воде;

4-в дистиллированной ингибированной воде г m, м Рис. 3.3. Изменение величины коррозии в процессе производст венных испытаний: 1-в скважинной воде;

2- в скважинной ингибированной воде;

3- в дистиллерованной воде;

4- в дистиллиро ваннной ингибированной воде Анализ указанных зависимостей показывает, что дистилли рованная ингибированная вода является наиболее благоприят ной охлаждающей средой погружных электродвигателей в отно шении коррозии металических частей.

В процессе эксперимента также проверялась стабильность состава ингибированной дистиллированной воды–степень гер метизации электродвигателя. Полученные экспериментальные данные сведены в таблицу 3.5.

Таблица 3. Изменение состава ингибитора в процессе эксплуатации № Месяцы Оптималь измерения ное коли Единицы п.п чество Ингиби торы 2 4 6 8 10 Нитрит г/л 1 2,5 2,45 2,45 4,3 2,41 2,40 2, натрий Уротро г/л 2 1,1 1,0 0,97 0,94 0,94 0,92 0, пин Калий г/л 3 0,6 0,58 0,58 0,55 0,54 0,54 0, бихромат Анализ этих данных показывает, что в процессе эксплуата ции состав ингибированной дистиллированной воды практичес ки не изменяется.

3.2.3. Анализ результатов лабораторных исследований влияния состава воды на диэлектрические характеристики изоляционной конструкции обмоток погружных электродвигателей Диэлектрические характеристики обмоточных проводов марки ПЭВВП, используемых для электродвигателей погруж ных насосов, работающих в субартезианских скважинах, изуче ны недостаточно.

Известные работы Н.В.Никулина, В.А.Рождественьского, Ю.Н.Вант-Гаута, Н.В.Пешкова, В.Л.Гантца, С.Н.Колесова, Б.И.Сажина, А.А.Гасера и др. относятся, в основном, к исследо ванию поливинилхлоридного пластиката в условиях воздушной среды [119…122].

Влияние различного состава воды, в которой работают пог ружные электродвигатели, на характеристики обмоточных при водов марки ПЭВВП до настоящего времени так же не изучено 125, 165.

В высоковольтных машинах существенное значение имеет старение изоляции под действием электрического поля. В про цессе эксплуатации изоляция электрических машин длительное время находится под рабочим напряжением и периодически ис пытывает воздействие повышенных напряжений-при профилак тических испытаниях и различных волновых явлениях, источ ники которых могут находится как вне, так и внутри электричес ких машин.

Данные эксплуатации и экспериментальных исследований показывают, что заметное влияние электрического поля на срок службы изоляции начинает обнаруживаться с номинальным напряжением не менее 6 кв. В электрических машинах более низкого напряжения явлений электрического старения не наб людается [79].

Учитывая вышеизложенное для исследования изоляции об моток погружных электродвигателей, имеющие номинальное напряжение 380 В, рассматривались только ее основные харак теристики – изменение пробивного напряжения и сопротивле ния изоляции.

В качестве обмоточного провода при исследовании исполь зовались провода марки ПЭВВП диаметром 6,35 мм (ТУМК-3 64) и диаметром 5,41 мм (ТУ-1606-70).

Исследование изменения пробивного напряжения обмоточ ного провода марки ПЭВВП выполнено по методике указанной в [14].

Обмоточные провода, из которых изготавливаются испыта тельные макеты для испытания пробивного напряжения, подвер гаются следующим испытаниям:

а) проверке электрической прочности изоляции обмоток в воде повышенным напряжением нормальной частоты (f=50 Гц) в течение 1 мин., напряжением 2500 В при температуре 20 С ;

б) измерению сопротивления изоляции проводов в воде с по мощью мегомметра на 500 В.

Макеты для исследования прибивного напряжения мест сое динений обмотки погружного электродвигателя изготавливают ся в соответствии с заводской технологией с применением лаков типа ПХЛ и цапон [14, 126].

Образцы обмоточных проводов мест соединений испытыва лись в условиях, соответствующих нормальной работе погруж ных электродвигателей. В качестве среды применяется вода обычная скважинная с ингибитором и дистиллированная с инги битором. Температура воды указанного состава должна быть в пределах 6770С, что соответствует реальным режимам работы погружного электродвигателя в субартезианских скважинах.

Для создания среды с указанными параметрами были использо ваны специальные баки (установки) [14].

Для установки испытательных образцов применяются стел лажи, монтируемые внутри этих баков. В таком баке одновре менно можно располагать образцы для определения пробивного напряжения, а также образцы для определения сопротивления изоляции обмоточного провода.

Температура воды в баках поддерживалась постоянной с по мощью автоматического устройства, разработанного автором [14, 123].

Количество макетов определено по методике, приложение 1, и обеспечивает необходимую достоверность.

Пробивное напряжение изоляции макетов относительно корпуса определяется с помощью аппарата АИИ-70. Пробивное напряжение макетов определялось через 1, 2, 3, 4, 5 и далее че рез каждые 10 дней до 100 суток.

Через каждое указанное время производилось по 10 измере ний пробивного напряжения каждого макета при соответствую щем составе воды.

Для предотвращения перекрытия поверхности изоляции проводов были приняты необходимые меры [14, 123].

Для определения пробивного напряжения испытательных макетов при помощи АИИ-70 автором разработана установка [14].

Полученные в результате исследований данные подвергают ся математической обработке, методика которой приведена в приложении 1.

Теоретическая зависимость величины пробивного напряже ния от времени выражается формулой [61, 93]:

U пр А n gt, (3.9) где Uпр – пробивное напряжение;

t- время;

А и n – постоянные для определенного вида изоляции.

Для сглаживания экспериментальных данных пользовались методом наименьших квадратов [96]. При этом математическая обработка результатов эксперимента сводится к определению коэффициентов А и n. Для проверки соответствия эксперимен тальных данных с теоретическим законом применяется полуло гарифмическая сетка.

В результате проведенных испытаний строятся зависимости U пр f (t ) для отдельных групп испытательных макетов при каж дом составе воды. Для определения пробивного напряжения изоляции обмоточных проводов и мест соединений как указано выше подготовленные испытательные макеты помещались в ба ки.

Испытательные образцы были исследованы в условиях, со ответствующих нормальной работе погружных электродвигате лей. Температура воды принимали в пределах 67-70С, что соот ветствует реальным эксплуатационным условиям погружных электродвигателей в субартезианских скважинах республики.

Рабочая температура воды была проверена автором экспери ментально на более 100 погружных электродвигателях, работаю щих в различных условиях эксплуатации. Температура обмоток электродвигателей определена методом сопротивления на пос тоянном токе.

Сопротивление обмоток измерялось в нагретом состоянии после отключения электродвигателя при полной его остановке.

Для получения реального значения температуры обмотки по су ществующему стандарту полученная кривая экстрополирова лась на момент отключения [141]. Среднегодовая температура подземных вод субартезианских скважин республики принима ется равной 15С.

Результаты эксперимента подвергались математической об работке по методике, изложенной в приложении 1. Получено наиболее вероятное распределение температуры обмоток пог ружных электродвигателей, эксплуатируемых в хозяйствах рес публики и приведено на рис. 3.4.

Анализ распределения температур показывает, что наиболее вероятное значение температуры обмоток погружных электро двигателей находится в пределах от 65 до 70С.

На рис. 3.5 для примера показана эксторополяция кривой ос тывания обмотки погружного электродвигателя типа ПЭДВ 92 230, установленного в скважине №35/84 Гек-Гельского района, которая получена при рабочей температуре равной 66С.

Рис. 3.4. Кривая статистического распределения рабочей температуры обмоток погружных электродвигателей Рис. 3.5. Экстраполяция превышения температуры обмоток погружного электродвигателя типа ПЭДВ 32-230 установленного на скважине № 35/ Количество повторных испытаний для каждой точки опреде лено по методике [14].

Вычисленное число повторных испытаний для каждого ти поразмера испытуемых проводов обеспечивает при надежности опыта Р=0,95 ошибку измерений, лежащую в пределах 3.

Для исследования пробивного напряжения изоляции обмо ток подготовлены 150 образцов каждого диаметра обмоточного провода.


Для сравнения полученных результатов все испытания на пробивное напряжение корпусной изоляции проводились в обычной водопроводной воде.

Для каждой испытуемой партии вычислены средние из деся ти образцов пробивные напряжения. В результате для каждого рассматриваемого размера обмоточного провода построены экс периментальные зависимости U=f(t) [14, 123].

Для усиления мест соединений обмотки статора автором предложено использовать изоляционные лаки при изолировании этих мест соединений как во время эксплуатации, так и ремонте погружных электродвигателей. Было исследовано применение лака типа ПХЛ, цапон и без лака.

С целью изучения изменения пробивного напряжения изоля ции подготовленные макеты мест соединений также помеща лись в четырех баках.

По результатам этих исследований также построены экспе риментальные зависимости изменения пробивного напряжения по времени - U f (t ).

Для проверки соответствия экспериментальных данных с теоретическим законом применялась полулогарифмическая сет ка.

Для примера в приложении 5 приведены результаты об работки экспериментальных данных по измерению пробивного напряжения изоляции макетов обмоточного провода диаметром 5, 41 мм в зависимости от времени нахождения его в дистилли рованной ингибированной воде.

Для сглаживания экспериментальных данных пользовались методом наименьших квадратов изложенной в этом параграфе.

Для каждого размера обмоточного провода и изоляции мест соединений и каждого состава воды составлены уравнения и построены экспериментальные и теоретические зависимости U пр f (t ).

Параметры этих уравнений А и b для макетов обмоточных проводов приведены в табл. 3.6.

Таблица 3. Значения параметров в уравнениях зависимости пробивного напряжения проводов от времени № Пара- Содержание воды провода, мм Диаметр п.п. метры Сква- Сква- Дистилли- Дистилли уравне- жинная жинная рованная рованная ний ингиби- ингиби рованная рованная А 1 5,41 29,71 28,37 30,08 31, 2 b -6,38 -7,89 -5,95 -5, А 3 6,35 20,61 20,04 22,02 22, 4 b -8,15 -8,57 -7,17 -5, На рис. 3.6 для примера построены зависимости пробивных напряжений от времени пребывания в воде обмоточных прово дов диаметром 5,41 мм.

Анализ полученных кривых изменения пробивного напря жения корпусной изоляции обмоточных проводов всех размеров показывает, что наибольшее пробивное напряжение корпусной изоляции наблюдается у обмоточных проводов, пребывающих ингибированнной дистиллированной воде. Худшие показатели оказались у обмоточных проводов, находящихся в скважинной, дистиллированной и ингибированной скважинной воде. Самое малое значение пробивного напряжения оказалось у проводов в скважинной ингибированной воде. После вычисления исходных и конечных значений пробивного напряжения испытуемых об моточных Анализ полученных величин пробивного напряжения проводов разного сечения показывает, что лучшим является провод диаметром 5,41 мм.

Uпр,, кВ 0 10 20 30 40 50 60 70 t, сутки сутки Рис. 3.6. Изменение пробивного напряжения изоляции макетов с обмоточным проводом марки ПЭВВП диаметром 5,41 мм в период пребывания их в дистиллированной ингибированной (1), дистиллированной (2), скважинной (3) и скважинной ингибированной воде (4) В таблице 3.7 приводятся данные значения параметров в уравнениях зависимости пробивного напряжения испытатель ных макетов мест соединений обмотки статора при испытании их в различных составах воды.

На рис. 3.7 для примера построены зависимости изменения пробивного напряжения изоляции мест соединений (макетов) при пребывании их в дистиллированной ингибированной воде.

Таблица 3. Значения параметров в уравнениях зависимостей пробивного напряжения изоляции мест соединений обмотки статора (макетов) № Способ Парамет- Состав воды п.п. изолировки мест ры зависи- Скважинная Дистилли соединений мостей ингиби- рованная рованная ингибированная Без лака А 1 19,11 18, 2 B -6,89 -4, С лаком типа А 3 17,58 18, ПХЛ 4 B -6,82 -5, С помощью лака А 5 26,52 27, цапон 6 b -5,48 -4, Анализ указанных зависимостей показывает, что самое вы сокое значение пробивного напряжения сохраняется у макетов, находящихся в ингибированной дистиллированной воде с ис пользованием лака цапон для усиления изоляции мест соедине ний обмотки статора. Применение изоляционного лака типа ПХЛ, наоборот, приводит к снижению пробивного напряжения, оно становится ниже чем у изоляции в местах соединений без лака [14, 123].

Сопротивление изоляции обмоточных проводов марки ПЭВВП, используемых для обмоток погружных электродвигате лей в зависимости от качества производства и ремонта электро насосов, их режимов работы и характеристики среды изменяется в широких пределах.

Проведенные исследования показывают, что во время экс плуатации погружных электродвигателей сопротивление их изоляции резко снижается.

Uпр,, кВ Рис. 3.7. Изменение пробивного напряжения изоляции мест соединений (макетов) при пребывании их в дистиллированной ингибированной воде: 1-при исследовании лака типа цапон;

2- при изолировке без лака;

3 – при использовании лака типа ПХЛ На сопротивление изоляции обмоток погружных электрод вигателей существенно влияют температура и агрессивность ок ружающей среды, а также температура обмоток. Поэтому необ ходимо изучить изменение сопротивления изоляции в процессе пребывания проводов марки ПЭВВП в горячей воде (70±2,5С) с различным ее составом [61, 120, 123, 124].

Испытательная среда создавалась аналогично, как при ис следовании пробивного напряжения.

Макеты для измерения сопротивления изоляции изготавли ваются согласно известной методике [14, 126].

Материалом каркаса макета является полистирол. Испытуе мый провод марки ПЭЭВП наматывается в два слоя, что поз воляет одновременно определять сопротивление изоляции как витковой так и корпусной.

Длина испытуемого провода определяется формулой:

L ( D 2d ) n, (3.10) где D – диаметр каркаса (стержня);

d – диаметр испытуемого провода, который наматывает ся на каркас;

n – число витков.

Измерение сопротивления изоляции производится мегом метром на 500 В или 1000 В. Далее сопротивление изоляции из мерялось через 1, 2, 3, 4, 5, 6,7 суток, затем через каждые дней. Общая продолжительность испытания составляла дней.

Макеты для исследования сопротивления изоляции мест соединений обмотки статора изготавливаются аналогично, как при исследовании пробивного напряжения.

Полученные данные испытаний подвергаются математичес кой обработке и строятся зависимости Rиз. f (t ).

По результатам различных исследований было установлено, что изменение сопротивления изоляционной конструкции по времени имеет гиперболический характер [14, 123].

При этом теоретическая зависимость сопротивления изоля ции от времени выражается формулой Rиз. at b, (3.11) где Rиз – сопротивление изоляции;

t – время;

а и b – постоянные коэффициенты.

Соответствие экспериментальных данных, полученных при нашем исследовании сверяется с теоретическим с помощью ло гарифмической бумаги [14, 97].

Для сглаживания экспериментальных данных был использо ван метод наименьших квадратов [96].

При этом математическая обработка результатов экспери мента сводится к определению коэффициентов а и b.

Во время испытаний образцов обмоточных проводов и мест соединений в испытательных баках с различным составом воды производились измерения сопротивления изоляции испытуемых образцов между витками и относительно корпуса. Измерения производились при помощи мегомметра типа М1101М. Они производились, начиная с пуска каждой испытательной установ ки при начальной температуре 20С до перехода образца в уста новившийся температурный режим 70С.

По данным этих исследований построены зависимости соп ротивления изоляции от температуры. Анализ этих зависимос тей свидетельствует о том, что конечные значения сопротивле ния изоляции при температуре 70С для всех составов воды не одинаковы, но отличаются друг от друга сравнительно мало;

сравнительно высокое значение сопротивления изоляции сохра нилось в ингибированной дистиллированной воде.

На рис. 3.8 для примера построены зависимости сопротивле ния изоляции от температуры испытательных макетов при пре бывании их в дистиллированной и дистиллированной ингибиро ванной воде.

По данным этих опытов построены экспериментальные за висимости сопротивления изоляции испытательных образцов (для обмоточных проводов и мест соединений). Для проверки совподения экспериментальных данных с теоретическими была использована логарифмическая сетка.

Рис. 3.8. Кривые изменения сопротивления изоляции макетов с обмоточным проводом диаметром 5,41 мм в зависимости от температуры воды Для примера на рис. 3.9 приведена проверка изменения соп ротивления изоляции для проводов диаметром 5,41 мм при пре бывании их в дистиллированной ингибированной (линия 1) и дистиллированнной (линии 2) воде. Как видно из рис. 3.9 экспе риментальные данные достаточно хорошо совпадают с выбран ным теоретическим законом изменения сопротивления изоля ции.

Такая проверка проведена для всех остальных размеров и опытов.

gRиз 2 3 4 5 6 78910 20 30 40 50 g Рис. 3.9. Проверка соответствия экспериментальных данных с теоретическим законом распределения сопротивления изоляции макетов;

1-в дистиллированной ингибированной воде;

2-в дистиллированной воде Далее эксперименты проводились согласно вышеизложен ной методике. Для каждой партии испытуемых образцов нами вычислялись средние значения сопротивлений для межвитковой корпусной изоляции.

Для примера на рис. 3.10 построены зависимости корпусной изоляции образцов обмоточных проводов с диаметром 5,41 мм от времени пребывания в воде при постоянной температуре 70±2,5С.

Rиз, МОм 60 70 Т, сутки 10 20 30 40 Рис. 3.10. Изменение сопротивления изоляции макетов с обмоточ ных проводов марки ПЭВВП диаметром 5,41 мм в период пребывании их в дистиллированной ингибированной (1), дистиллированной (2), скважинной (3) и скважинной ингибированной (4) воде Параметры уравнений для остальных экспериментов приве дены в табл. 3.8.

Методика математической обработки экспериментальных данных по изменению сопротивления изоляции макетов по вре мени при пребывании их в воде аналогична, как у пробивного напряжения.

Анализ полученных зависимостей показывает, что измене ния сопротивления изоляции в различной среде различны и от личаются друг от друга как по средней скорости снижения соп ротивления изоляции, так и по их конечным значениям;

самое большое значение установившегося межвиткового и корпусно го сопротивления изоляции имеют образцы, находившиеся в ин гибированной дистиллированной воде.

Таблица 3. Значения параметров в уравнениях зависимости сопротивления корпусной и межвитковой изоляции проводов от времени Содержание воды Диа- Параметр Скважин- Дистилли № метр, урав- Сква- ная инги- Дистилли- рованная п.п мм нений жинная бирован- рованная ингиби ная рованная Корпусная изоляция а 1 6,35 1,53 1,55 1,61 1, 2 b -0,54 -0,444 -0,35 0, 3 5,41 a 1,750 1,752 1,76 1, 4 b -0,22 -0,28 -0,18 -0, Межвитковая изоляция 5 6,35 a 1,94 1,91 1,98 1, 6 b 0,43 -0,441 -0,39 -0, 7 5,41 a 2,05 2,03 2,05 2, 8 b 0,22 -0,26 -0,16 -0, Их сопротивление в 1,60 раза больше, чем у образцов, нахо дившихся в обычной скважинной воде;

1,3 раза больше чем у образцов, находившихся в дистиллированной воде, и 2,10 раза выше, чем у образцов, находившихся в ингибированной сква жинной воде соответственно, сопротивление корпусной изоля ции образцов составило соотношения 1,6;

1,4 и 1,2 у образцов обычной скважинной воде, в 1,9 раза выше, чем в дистиллиро ванной воде и в 1,31 раза выше чем в ингибированной скважин ной воде. Образцы обмоточных проводов диаметром 6,35 мм име ют самые низкие изоляционные характеристики. Это объясняет ся видимо некачественной заводской технологией изготовления этих проводов.

В таблице 3.9 приводятся значения параметров в уравнениях сопротивления изоляции испытательных макетов мест соедине ний обмотки статора при испытании их в дистиллированной ин гибированной и скважинной ингибированной водах.

Таблица 3. Значения параметров в уравнениях зависимостей соп ротивления изоляции мест соединений обмотки статора при пребывании их дистиллированной ингибированной воде Содержание воды Способ № изолировки мест Параметры Скважинная Дистиллированная п.п. соединений зависимостей ингиби ингибированная рованная а 1 1,72 1, Без лака 2 b -0,42 -0, а С лаком типа 3 1,6 1, ПХЛ 4 b -0,42 -0, а С помощью 5 1,75 1, лака цапон 6 b -0,19 -0, Для примера на рис. 3.11 построены зависимости изменения сопротивления изоляции макетов мест соединений при пребыва нии их в дистиллированной ингибированной воде.

Рис. 3.11. Изменение сопротивления изоляции мест соединений (макетов) при пребывании их в дистиллированной ингибированной воде: 1-при использовании лака типа цапон;

2-без лака;

3-лаке типа ПХЛ В результате анализа полученных зависимостей, можно сде лать заключение о том, что самое высокое значение сопротивле ния изоляции наблюдается у макетов, находящихся в ингибиро ванной дистиллированной воде с использованием лака цапон.

3.2.4. Анализ результатов производственных испытаний погружных электродвигателей с внедрением предложенных мероприятий Целью данного исследования является проверка разработан ных рекомендаций в производственных условиях. Испытанию подвергались опытные образцы погружных электродвигателей.

Подготовленные в соответствии с разработанными рекомен дациями погружные электронасосы были установлены на субар тезианских скважинах в различных районах республики. В пе риод эксплуатации производились систематические наблюдения за работой этих электронасосов и измерения сопротивления изоляции. При проведении технического обслуживания анализи ровался состав воды в электродвигателе с целью определения скорости коррозии. Количество образцов (электронасосов) при испытании должно быть не менее 10 комплектов по каждому ти пу электродвигателей.

Одновременно с наблюдением за работой электродвигателей проводились наблюдения за работой станций управления и за щиты с целью оценки надежности. Продолжительность испыта ния (в календарном исчислении) должно быть не менее 2-8лет.

Кроме этого нами предусматривается исследование эффектив ности применения для защиты погружных электронасосов стан ций управления различного типа. Для этой цели необходимо проанализировать причины выхода из строя погружных элек тродвигателей, имеющих разные по типу станции управления и защиты.

На пробную эксплуатацию автором были поставлены 50 шт.

электродвигателей залитых ингибированнной дистиллирован ной водой с усиленной изоляцией мест соединения обмоток ста тора. За истекшее время (около 5 лет) вышли из строя 8 шт.

электродвигателей.

Причины выхода из строя электронасоса:

– износ радиальных и упорных подшипников – 2 шт;

– повреждения насосной части установки – 2 шт;

– ненадежная работа станций управления и защиты – 4 шт.

Анализ причин выхода из строя указанных погружных элек тродвигателей показывает, что выходы из строя их из-за корро зии или повреждения изоляции мест соединений обмотки стато ра не наблюдается. Наибольший выход из строя электронасосов наблюдается из-за ненадежной защиты от анормальных режи мов их работы.

3.3. ВЫВОДЫ На основании проведенного анализа влияния окружающей среды на эксплуатационную надежность погружных электрона сосных установок можно сделать следующие основные выводы.

Анализом результатов различных исследований установле но, что подземная вода является агрессивной, если она разруша ет металл содержащимся в ней свободным кислородом, углекис лотой, сульфатами, хлорами и др.

По химическому составу подземные воды субартезианских скважин Азербайджанской Республики относятся гидрокарбо натно-кальцевым и сульфатно-кальцевым- гидрокарбонатным типам вод.

Анализом результатов математической обработки состава подземных вод субартезианских скважин республики можно сделать заключение, что средние значения концентрации боль шинство агрессивных элементов, содержащихся в подземных водах, превосходят допустимые значения. Средние значения ионов сульфата и хлора, которые являются наиболее агрессив ными по отношению коррозии металлических элементов пог ружных электродвигателей соответственно 1,3 и 1,2 раза превос ходят допустимые значения. Следовательно, основной причиной ускоренной коррозии деталей и узлов погружных электродвига телей является специфический состав подземных вод республи ки. Поэтому было проведено исследование влияния вод сущес твующего состава на эксплуатационную надежность отдельных деталей и узлов погружных электродвигателей. В результате та кого исследования выбран способ защиты металлических дета лей и узлов погружных электродвигателей с помощью ингиби торов, который является наиболее приемлемым в эксплуатации.

С помощью методики математической теории планирования эксперимента установлено оптимальное количество компонен тов ингибитора-уротропин (2,355 г/л), нитрит-натрий (0,615 г/л) и хромат-калий (1,09 г/л).

Анализ результатов эксперимента показывает, что при таком составе компонентов ингибиторов детали и узлы погружных электродвигателей меньше всего подвергаются коррозии в дис тиллированной ингибированной воде.

Анализ лабораторного исследования изменения диэлектри ческих характеристик обмотных проводов и мест соединений обмоток статора показывает, что ингибитор рекомендуемого состава не оказывает отрицательное действие на изоляцию.

Показано, что конечная величина пробивного напряжения макетов наиболее распространенных обмоточных проводов диа метром 5,41 мм, находившихся в ингибированной дистилли рованной воде, в 1,6 раза больше, чем у образцов в скважинной ингибированной, в 1,1 раза в дистиллированной и в 1,17 раза в скважинной воде.

Анализом так же установлено, что во время лабораторного эксперимента средняя скорость уменьшения пробивного напря жения этих проводов также меньше, чем у всех остальных.

Также выявлено, что конечная величина сопротивления изоляции макетов, находившихся в ингибированной дистилли рованной воде, оказалось, в 1,6 раза больше, чем у макетов нахо дившихся в обычной скважинной воде, в 1,30 раза в дистиллиро ванной, 2,10 раза в скважинной ингибированной воде.

Анализом результатов лабораторных исследований также установлено, что обмоточный провод диаметром 6,35 мм имеет очень низкие диэлектрические характеристики, объясняется это в основном некачественной заводской технологией изготовле ния этих проводов.

Как показывают результаты лабораторных исследований применение лака типа цапон позволяет повысить надежность изоляции мест соединений обмотки статора погружных электро двигателей.

Анализом результатов производственных испытании уста новлено, что применение предлагаемых рекомендации (приме нение выбранных и обоснованных составов ингибированной дистиллированной воды для заливки в погружные электродвига тели и применение лака типа цапон для усиления изоляции мест соединения обмоток статора) позволяет значительно увеличить срок службы погружных электродвигателей.

4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЗАЩИТНЫХ УСТРОЙСТВ ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ 4.1. Общие положения Роль защиты в повышении эксплуатационной надежности погружных электронасосных установок была рассмотрена в пре дыдущих главах. Методом планирования эксперимента выявле но, что на надежность погружных электронасосных установок наибольшее влияние оказывает надежность устройства защиты, в тоже время анализ состояния надежности применяемых систем защиты этих установок показывает, что они имеют низкую над ежность. Поэтому, устройство защиты является наиболее сла бым узлом в системе погружных электронасосных установок с точки зрения надежности.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.