Закономерности процессов износа деталей и узлов электрооборудования

Несмотря на разнообразие назначения, конструкционных форм, материалов, нагрузок, условий эксплуатации и других факторов, процессы износа деталей, узлов электрических машин и аппаратов, как и других машин и механизмов, имеют общие закономерности.

Рис. 2. Классическая кривая износа:
I — период приработки;
II — период нормального изнашивания;
III — период интенсивного изнашивания.

Обычно процесс износа деталей условно разделяют на три периода (рис. 2). В 1-м периоде (приработки) интенсивность изнашивания довольно высока, гак как происходит истирание неровностей обработки и как бы «пригонка» сопряженных поверхностей деталей. Во 2-м периоде (нормального изнашивания) происходит равномерный со сравнительно установившейся скоростью износ деталей. Обычно это самый длительный период эксплуатации детали или узла. 3-й период (интенсивного износа) характеризуется резким увеличением скорости износа данной детали или узла и сопряженных с ними других деталей и узлов, увеличения зазоров и других причин. В 3-м периоде наиболее вероятен выход детали из строя или она может послужить причиной выхода из строя другой, сопряженной с ней детали или узла. В некоторых случаях такой износ детали и узла не создает аварийную ситуацию, т. е. не приводит к отказам, но делает работу электрической машины или аппарата экономически невыгодной.

Одной из основных мер определения исправности детали или узла, т. е. способности выполнять заданные функции, является установление предельных значений износа или других параметров, характеризующих их работоспособность. Если износ и другие параметры еще не вышли за свои предельные значения, считается, что деталь или узел работают удовлетворительно. При выходе износа или параметров за предельные значения деталь или узел считаются отказавшими. На рис. 2 предельное значение износа обозначено на оси ординат П_пр.

Число отказов какого-либо технического устройства за определенный период (интенсивность отказов в единицу времени) является основной количественной характеристикой его надежности.

Отказы электрооборудования

Отказы электрооборудования, как машин и механизмов, разделяются на конструктивные, технологические, эксплуатационные и износные.

Конструктивные отказы

Конструктивные отказы — это результат ошибок и просчетов при разработке конструкций электрических машин и аппаратов. Эти отказы наиболее часто возникают в 1-й период эксплуатации электрооборудования. К особенностям конструктивных отказов можно отнести и то, что они возникают почти у всех машин или аппаратов определенного типа. Примером конструктивных отказов может служить выход из строя подшипников электродвигателей с алюминиевыми подшипниковыми щитами, в которые не запрессованы стальные втулки для посадки подшипников. Посадочные места под подшипники в таких щитах быстро изнашиваются и частицы металла подшипникового щита попадают в подшипник. Одновременный износ посадочных мест под подшипники, дорожек и тел качения подшипников приводит к увеличению асимметрии положения ротора относительно расточки статора и в результате — к задеванию ротора за статор.

Технологические отказы

Технологические отказы электрооборудования обусловлены нарушением технологических процессов изготовления деталей и узлов. Технологические отказы, как правило, возникают в 1-й период эксплуатации электрооборудования. Примером технологических отказов служат отказы асинхронных электродвигателей, вызванные обрывами стержней короткозамкнутых обмоток роторов. Даже при небольших отклонениях от температурного режима заливки короткозамкнутой обмотки в ее стержнях возникают несплавления, пустоты и трещины.

Эксплуатационные отказы

Эксплуатационные отказы возникают в случаях нарушения правил технической эксплуатации электрооборудования, при несоответствии конструкции электрооборудования условиям внешней среды или режимам работы. Например, несвоевременная замена смазки в подшипниках электрических машин приводит к отказам подшипниковых узлов, а установка электродвигателей защищенного исполнения (А, А2 и др.) на открытом воздухе или во влажных помещениях — к выходу их из строя.

Износные отказы

Износные отказы электрооборудования обусловлены старением материалов изоляционной конструкции, возникновением коррозии, износом рабочих поверхностей деталей и другими причинами. Примером износного отказа может служить отказ магнитного пускателя в результате износа напаек неподвижных или подвижных контактов.

Периоды износа деталей

По данным практики эксплуатации срок службы электрооборудования, как и процесс износа деталей, можно условно разделить на три периода. Примером правомерности такого разделения служат данные об отказах асинхронных электродвигателей.

Первым является период приработки, который относится к началу работы электродвигателей и в котором наблюдается наибольшее число отказов, обусловленных технологическими дефектами. В работе в результате изучения характера и причин отказов установлено, что для асинхронных электродвигателей единых серий мощностью от 0,6 до 100 кВт период приработки составляет примерно 1000 ч работы.

Второй период (нормальной эксплуатации) характеризуется примерным постоянством интенсивности отказов в единицу времени. В этот период основной причиной отказов являются случайные явления: работа на двух фазах при отсутствии или неправильно настроенной защите, технологические перегрузки, аварии механизма, приводом которого является электродвигатель и пр.

В течение третьего периода отказы возникают вследствие износа и старения узлов и деталей электродвигателей, особенно изоляции обмоток.

Влияние разбора на электрооборудование

Следует отметить вредное влияние разборок электрооборудования на процессы износа деталей и узлов. Как и для любой машины или механизма, для электрических машин и аппаратов преждевременная разборка отрицательно влияет на дальнейшую работоспособность. Особенно вредны разборки, при которых нарушается взаимное расположение сопряженных деталей. После разборки и последующей сборки, как бы тщательно они не были проведены, вследствие изменения затяжки соединений, деформации деталей, изменения взаимного расположения вновь происходит приработка сопряженных деталей, т. е. возникает период повышенной интенсивности износа. На рис. 2 кривая 1 характеризует износ детали для случая, когда за период работы до исчерпания своего ресурса в момент времени t_p, т. е. до достижения предельного значения износа П_пр, деталь работала в сопряжении, которое не разбиралось. Если через определенное время после начала эксплуатации, например в момент времени t₁ сопряжение было разобрано, то зависимость износа этой детали от наработки, начиная с момента времени t₁ будет отражать кривая 2, так как в точке R вновь начнется период приработки детали после сборки сопряжения. Из рисунка также видно, что износ детали после разборки и сборки сопряжения достигает своего предельного значения П_пр в момент времени t'_p т. е. ресурс работы детали уменьшится.