Разработка ресурсосберегающих технологий и режимов на городском электрическом транспорте

- нагрузка прикладывалась через неподвижный образец.

Для реализации режимов граничного трения машина трения была оборудована системой смазки образцов, работающей по замкнутому типу (рис. 3.2.). Масло подавалось непосредственно в зону трения подвижного 1 и неподвижного 2 образцов через форсунку 3 с помощью шестеренчатого насоса 4 переменной проводимости. Слив осуществлялся самотеком в маслосборник 5, который одновременно служил маслобаком. С целью исключения влияния продуктов износа установлен фильтр тонкой очистке. Привод шестеренчатого насоса осуществлялся от электромотора через редуктор.

Рис. 3.1 Кинематические схемы контакта: (а) - «диск-колодка»; (б) - «кольцо-кольцо» («торцы колец»); (в) - «диск-диск»; (г) - «четырехшариковая схема»

Экспериментальные исследования проводились на одной и той же машине трения, что позволило свести к однообразному влиянию на результаты испытаний фактора установки, как-то: ее вибрации, погрешности измерений момента трения, частоты вращения, нагрузки и т.д.



Рис. 3.2 Система смазки образцов на усовершенствованной машине трения 2070 СМТ-1

Рис. 3.3. К методике определения линейного износа способом искуственных баз: а) - после вдавливания конусного индентора; б - перед началом испытаний и после испытаний.

При проведении экспериментов регистрировали момент трения с пересчетом в силу трения, определяли линейный износ обоих образцов с пересчетом в суммарную скорость износа, шероховатость поверхностей трения, температуру в зоне трения.

Перед установкой на машину трения поверхности образцов обрабатывались по общепринятой методике ГОСТ 23.210-80. Шероховатость рабочих поверхностей доводилась до R_a < 0,20. С целью исключения микрорезания острые кромки притуплялись до R - 0,5 мм.

Для повышения воспроизводимости результатов применяли предварительную обработку образцов и контролировали сопряжение поверхностей, характеризуемого следами трения на площади не менее 90% рабочей поверхности трения каждого образца [25]. После приработки образцы промывали ацетоном (ГОСТ 2603-79) и сушили в течение 2-х часов при температуре 70 С.

Линейный износ на образцах пар трения «кольцо-кольцо», «диск-колодка», на подвижном ролике пары трения «диск-диск» определялся методом искусственных баз (ГОСТ 23.301-78). В основе этого метода лежит определение количественной величины линейного износа по изменению размеров суживающегося углубления заранее известного профиля, выполненного на исследуемой поверхности (Рис 3.3). Для этого необходимо, чтобы углубление имело в сечении геометрически правильную, заранее заранее известную форму. Тогда о величине износа можно судить по ширине лунки, видимой на испытуемой поверхности. Углубление может иметь форму не только лунки, но любую другую с тем, чтобы один какой-либо ее размер закономерно уменьшался по глубине. Положение дна углубления при износе поверхности остается не неизменным, поэтому оно является той искусственной базой, от которой можно вести измерение расстояния до поверхности. Зная заранее соотношение длинны и глубины отпечатка и наблюдая за его изменением, можно определить величину линейного износа. Суживающееся углубление определенного профиля может быть получено в результате вдавливания наконечника в виде пирамиды или конуса, высверливанием конического углубления, вырезанием вращающимся резцом остроугольной лунки, выпиливанием или вышлифовыванием диском. Размер диагонали предполагаемой величины износа. Чаще всего в качестве индентора применяют квадратную пирамиду с углом при вершине между противоположными гранями 136 или конус с углом при вершине - 120°. Изготавливаются они не только из алмаза, но и из твердых сплавов, а для отпечатков на металлах невысокой твердости - из закаленной инструментальной стали. В зависимости от применяемого индентора и способа его использования различают лунки, полученные на поверхности пластического материала, то величина линейного износа ?b может быть подсчитана по формуле:

где ?b - глубина отпечатка, С - диаметр проекции отпечатка на испытуемой поверхности (индексы 1 и 2 соответствуют измерениям диаметра до и после испытания), Z - коэффициент пропорциональности, постоянный по всей глубине отпечатка, если отпечаток выполнен конусом с углом при вершине б - 120°, Z - 3,464 тогда:

Получение отпечатков с помощью шариков приводит к большой погрешности, т. к. в этом случае форма отпечатков вследствие упругого восстановления получается отличной от формы шарика, а необходимые поправки производить сложно, потому что они зависят не только от свойств испытуемого материала, но и от величины отпечатка. Основными отрицательными явлениями при всяком вдавливании следует считать упругое восстановление исследуемого материала, но и от величины отпечатка. Основным отрицательным явлениями при всяком вдавливании следует считать упругое восстановление исследуемого металла и выдавливание части металла, которое образует возвышение на поверхности вокруг отпечатка. Эти явления искажают исходную шероховатость поверхности и первое определение диаметра отпечатка, а поэтому требуют выяснения величины вспучивания и деформации для того, чтобы установить, как велика будет ошибка при определении износа у различных материалов, если не учитывать эти явления. Вспучивание металла в данной работе удалялось в ручную мелкозернистым наждачным бруском или на наждачной бумаге. Такие операции производились для пары трения «диск-кольцо», где поверхности трения плоские [23]. Для пары трения «диск-колодка» вспучивание удалялось предварительной приработкой.

Время проведения эксперимента выбиралось эмпирическим путем из условия получения достоверных данных об износе.

Лунки наносились на твердомере БО-2 алмазным конусом с углом при вершине 120°. Измерение отпечатков конуса проводилось на микроскопе МЕТАМ Р-1.

Первая серия испытаний проводилась по четырехшарикововой схеме (рис. 3.2.1.) согласно ГОСТ 9490-75. Испытания имели целью определить противоизносные свойства масел (базового и масел с присадками) и проранжировать их по способности снижать износ.

В качества параметра, оценивающего противоизносные свойства, применялся показатель износа Dи по ГОСТ 9490-75.

Показатель износа Dи определяли при постоянной нагрузке 500Н, время испытаний 60 мин.

Показателем износа Dи в миллиметрах считают среднее арифметическое значение диаметров пятен износа нижних шариков двух параллельных испытаний.

Результаты испытаний представлены в таблице 3.1.

Если показатель износа, характеризующий противоизносные свойства базового масла, равный 1,0, принять за 100%, то улучшение противоизносных свойств можно оценить в процентах по отношению к базовому маслу, что и отражено в таблице 3.1.

Вторая серия испытаний - определение коэффициента трения (антифрикционных свойств) производилась по схеме испытаний «диск-диск» (рис. З.1.). Материалы дисков соответствовали материалу шариков для четырехшариковой схемы (сталь ШХ15 HRC62). Результаты испытаний представлены в таблице 3.2.

Таблица 3.1 - значение показателей износа для различных смазочных материалов.

№ п/п	Смазочный материал	Ср. значение показателя износа Dи, мм	Улучшение противоизносных св-в, %
1	Индустриальное масло И-20 (базовое масло)	1,0	0
2	И-20 с присадкой RVS	0,9	10
3	И-20 с присадкой 0128	0,9	10
4	И-20 с присадкой 0228	0,85	15
5	И-20 с присадкой 0328	0,83	17
6	И-20 с присадкой ГТН-1	0,83	17
7	И-20 с присадкой ГТН-12	0,87	13

Таблица 3.2 - Значение коэффициента трения для различных смазочных материалов.

№ п/п	Смазочный материал	Коэффициент трения	Улучшение антифрикционных св-в, %
1	Индустриальное масло И-20 (базовое масло)	0,85	0
2	И-20 с присадкой RVS	0,075	10
3	И-20 с присадкой 0128	0,08	0
4	И-20 с присадкой 0228	0,072	10
5	И-20 с присадкой 0328	0,047	41
6	И-20 с присадкой ГТН-1	0,056	30
7	И-20 с присадкой ГТН-12	0,064	20

На основании полученных результатов, которые предоставлены в таблице 3.1 и 3.2, можно проранжировать смазочные материалы в ряд, с убыванием противоизносных и антифрикционных свойств:

1 И-20 с присадкой 0328

2 И-20 с присадкой ГТН-1

3 И-20 с присадкой ГТН-12

4 И-20 с присадкой 0228

5 И-20 с присадкой RVS

6 И-20 с присадкой 0128

7 Базовое масло

Третья серия испытаний проводилась по схеме «кольцо-кольцо» (торцы колец), рис. 3.1, согласно ГОСТ 23.224-86 «Обеспечение износостойкости изделий» по группе А.

Сравнительным экспресс испытаниям подвергались следующие материалы:

- сталь 40Х (HRC52) в сочетании с бронзой Вр. С30;

- чугун специальный ЧС (НВ210) в сочетании с серым модифицированным чугуном С4М (НВ252).

Результаты испытаний.

При испытаниях: сталь 40Х в паре с бронзой (нагрузка 800Н, скорость скольжения 0,5 м/с) в базовом масле И-20 - скорость изнашивания составила 117 мкм/ч, а коэффициент трения 0,066.

При этом микротвердость поверхностей трения:

- сталь 40Х - 5720 Мпа;

- бронза Вр. С30 - 2540 Мпа.

При испытаниях идентичных пар трения, но в масле И-20 с присадкой RVS, при идентичном нагрузочно-скоростном режиме скорость изнашивания составила 100 мкм/ч, а коэффициент трения 0,052.

При этом микротвердость поверхностей трения:

- сталь 40Х - 6420 Мпа;

- бронза Вр. С30 - 2740 Мпа.

Результаты испытаний приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Результаты испытаний пары трения сталь 40Х бронза Вр. С30.

Смазочный материал	Параметры
	Скорость износа, мкм/ч	Коэффициент трения	Микротвердость стали, Мпа	Микротвердость бронзы МПа
И-20	117	0,066	5720	2540
И-20 + RVS	100	0,052	6420	2740
Улучшение свойств, %	14	21	11	7

При испытаниях: чугун специальный ЧС в паре с серым модифицированным чугуном СЧМ (нагрузка 800Н, скорость скольжения 0,5 м/с) в базовом масле И-20 скорость изнашивания составила 10 мкм/ч, а коэффициент трения - 0,127.

При этом микротвердость поверхностей трения:

- ЧС - 3100 Мпа;

- СЧС - 3000 Мпа.

Характер переходного процесса представлен на рис. 3.2.3.

При испытаниях идентичных пар трения, но в масле И-20 с присадкой RVS, при идентичном нагрузочно-скоростном режиме скорость изнашивания составила 8,7 мкм/ч, а коэффициент трения 0,1.

При этом микротвердость поверхностей трения:

- ЧС - 5140 Мпа;

- СЧС - 7240 Мпа.

Результаты испытаний сведены в таблицу 3.4.

Таблица 3.4 - Результаты испытаний пары трения СЧ - СЧМ.

Смазочный материал	Параметры
	Скорость износа, мкм/ч	Коэффициент трения	Микротвердость ЧС, МПа	Микротвердость СЧМ, МПа
И-20	10	0,127	3100	3000
И-20 + RVS	8,7	од	5140	7240
Улучшение свойств, %	13	21	39	59

Выводы и рекомендации по внедрению.

Анализируя результаты лабораторных испытаний, которые предоставлены в таблицах 3.1 - 3.4, можно сделать следующие выводы:

1) Применение присадки RVS в базовых минеральных маслах индустриальном И-20 снижает скорость изнашивания материалов от 8 до 14% и механические потери на трение - от 10 до 21%.

2) Применение присадок RVS в базовом масле значительно интенсифицирует образование на поверхностях трения защитных износостойких пленок (вторичных структур). Особенно твердые пленки образуются на чугунах (микротвердость возрастает от 26% до 59%), затем сталях - 11% и в меньшей степени бронзах - 7%.

3) Применение присадки RVS значительно сокращает время приработки (обкатки). Данная присадка может служить в качестве приработочного и модифицирующего материала.

При применении присадки RVS все пары трения становятся чувствительными к быстрому увеличению нагрузки (скорости нагружения, н/с).

При больших скоростях нагружения эффективности присадки нет, и даже проявляется ее отрицательный эффект. Пары работают неустойчиво и склонны к задиру. Поэтому при применении присадки RVS изделие, агрегаты, двигатель необходимо прирабатывать ступенчато от минимальных нагрузок от минимальных нагрузок до эксплуатационных. Величина нагрузки на каждой из ступеней и время работы определяется в зависимости от конструкции изделия и материалов пар трения, т.е. в каждом конкретном случае отдельно.

Сравнения с альтернативными технологиями.

Таблица 3.5 RVS - технология и классический ремонт на примере тележки трамвайного вагона Т-3

Технологическая операция	Виды ремонта тележки трамвайного вагона Т-3
	Капитальный ремонт с заменой изношенных деталей	Ремонт по технологии RVS
Демонтаж и разборка	Требует специально оборудованное помещение и обученный персонал.	Не требуется
Дефектация	Требует оборудования и справочных данных	По косвенным признакам
Комплектация запчастями	Требует наличия складов, системы учета и дополнительных материальных затрат на закупку запаса запчастей	Не требуется
Сборка и установка	Требует помещения, оборудования и специально обученного персонала	Не требуется
Заливка нового масла	Расходуется объем масла в редукторе	RVS добавляются в старое масло
Обкатка и замена масла	Работа с неполной загрузкой, дополнительный расход масла	Приработка в течение 20 минут

Экономическая целесообразность применения данной технологии.

К настоящему времени имеется практический опыт применения данной технологии на оборудовании и технике всех отраслей промышленности, транспорта и энергетике, а именно:

- Гидросистемы:

* масляные насосы любых типов, гидроклапаны, и распределители, гидроцилиндры.

- Компрессоры:

* поршневые и турбокомпрессоры.

- Промышленные редукторы и трансмиссии.

- Отдельно стоящие подшипники, открытые шестеренчатые передачи (как пример -регенеративный воздухоподогреватель на ТЭЦ и ГРЭС).

- Двигатели внутреннего сгорания:

* дизельные и карбюраторные всех типов и марок.

Экономическая целесообразность применения данной технологии. 1) Резкое сокращение расходов на ремонт:

1.1) Замена капитальных и плановых ремонтов на профилактическую обработку.

1.2) Не требуется замена трущихся деталей, т.к. постоянно поддерживая металокерамический слой в рабочем состоянии, можно отказаться от необходимости их замены.

2) Снижение потерь на трение, устранение вибрации, локальных нагревов, механических шумов приводит к экономии электроэнергии до 15 - 20 %, топлива от 15%,

3) Устранение факторов загрязнения масла увеличивает срок его службы в 3 - 5 раз, что приводит к его экономии.

4) Открывается возможность замены в парах трения цветных металлов на сталь.

Применение RVS технологии в ХКП «Горэлектротранс».

Харьковское управление «Горэлектротранса» с июля 1997г. проводит на своем подвижном составе ремонтно-восстановительные работы по RVS - технологии следующих агрегатов и механизмов:

1. Редукторы трамваев

2. Редукторы троллейбусов

3. Компрессоры троллейбусов

4. Гидроусилители насосов на троллейбусах ЗИУ-9 и Rocar

5. Автотранспорт

6. Станочный парк

Суть обработки заключается в восстановлении изношенных пар трения путем наращивания металлокерамического слоя. Ремонт производится в режиме штатной эксплуатации.

За время проведения работ были получены положительные результаты по всем узлам и механизмам. Практический опыт показал, что срок эксплуатации механизмов и агрегатов, обработанных по RVS-технологии, увеличивается в 2-4 раза, и дает значительную экономию, что позволяет рекомендовать к внедрению RVS-технологию.

3.3 Новые системы автономного децентрализованного энергообеспечения городского электротранспортного транспорта

Одним из показателей, определяющим уровень стабильности экономической жизни городов, является качество транспортного обслуживания горожан. Поэтому развитию городского общественного транспорта, в частности, городского электрического транспорта (ГЭТ), его надежности, повышению технического уровня и энерговооруженности, снижению расходов энергоносителей (электроэнергии, тепла, природного газа) и себестоимости перевозок, бесперебойному, гарантированному энергоснабжению во всех странах мира уделяется основное внимание.

С точки Зрения топливно-энергетического баланса города, при дефиците энергоресурсов и повышении цен на энергоносители, значительная экономия электрической и тепловой энергии может быть достигнута выравниванием суточных графиков нагрузки, т.к. коэффициент минимума нагрузки составляет 0,4 .... 0,5, использованием дифференцированных и многоставочных тарифов на тепло и электроэнергию, которые не должны противоречить социальным и экологическим проблемам. К числу таких мероприятий относятся: маневрирование электрогенерирующими мощностями, аккумулирование электрической и тепловой энергий, приоритетное использование автономной и малой децентрализованной энергетики, электроотопления, применение электротранспорта с аккумуляторами электрической энергии, потребителей энергии в ночное время, повышения автономности системы внутреннего электроснабжения городского электрического транспорта (ГЭТ) и др.

Маневрирование в силу специфических особенностей ТЭС и АЭС, крайне затруднено и не эффективно. Недостатком электроэнергии, как энергоносителя, является невозможность аккумулирования в достаточном количестве для выравнивания графиков нагрузки, однако, появившиеся в последнее время современные системы накопителей энергии (НЭ) позволяют частично эту проблему решать, тем более, что по прогнозам к 2010 г. более 10% всей выработанной в мире электроэнергии будет проходить через системы накопления, прежде чем попасть к потребителю.

С точки зрения тепло- и электроснабжения потребителей значительный интерес представляет опыт широкомасштабного применения в Германии и США и других развитых странах систем децентрализованного энергоснабжения (СДЭС) на базе автономных и экологически чистых теплоэлектростанций (ТАЭС) с использованием дизель-генераторов, работающих на природном газе, шахтном газе и биогазе. Например на территории бывшей ФРГ около 95% тепловых электростанций являются децентрализованными ТАЭС и работают на газе. Коэффициент использования топлива на этих ТАЭС достигает 90%, т.к. они работают по теплофикационному циклу. Такие ТАЭС строятся для энергоснабжения индустриальных и транспортных объектов, а также для отдельных малых потребителей: больниц, гостиниц, оранжерей, парников, бассейнов, банков, фермерских хозяйств и др. Эксплуатация показала высокую надежность и эффективность ТАЭС.

Специалистами Научно-технического предприятия «Конструкторское бюро среднеоборотных двигателей» (НТП КБСД) Государственного предприятия «Завод имени Малышева» (ГП «ЗиМ»), Харьковского государственного политехнического университета (ХГПУ), с участием ИМИСа, НИИ и НПО «Электротяжмаш», ХЭМЗ и др. разработана программа по малой децентрализованной и автономной энергетике, охватывающая также вопросы энергоснабжения ГЭТ и предусматривающая широкое использование:

- автономных блочно-модульных дизель-электростанций на базе дизель-генераторов 11ГД100 и 17ГД100Д, работающих на природном

газе, биогазе или шахтном газе, мощностью 1000 .... 1600 кВт, созданных на ГП «ЗиМ»;

- устройство накопления и хранения электрической энергии для нужд электроснабжения ГЭТ;

- устройство накопления и хранения тепловой энергии для нужд теплоснабжения ГЭТ.

Преимуществами такой системы децентрализованного энергоснабжения (СДЭС) применительно к ГЭТ являются:

- Возможность работ в режиме пиковых установок (эти функции выполняют дизель-генераторы и накопители энергии), в часы покрытия нагрузки. При этом, время запуска и приема нагрузки составляет не более 1...2 мин.

В часы «пик» и провалов нагрузки разница в пассажиропотоках составляет, в среднем, 3 раза. Количество подвижного состава на линии в часы «пик» больше, чем в периоды провалов нагрузки, в среднем, в 1,3 раза (т.е. - на 30%). Потребляемая мощность единицы подвижного состава в часы «пик» (за счет увеличения частоты движения и наполняемости вагонов с 5 чел/м² до 20 чел/м² возрастает, в среднем, в 1,3 раза (т.е. - 30%).

Таким образом, потребление электроэнергии парком подвижного состава городского электротранспорта в часы «пик» увеличивается, в среднем, в 1,3x1,3 = 1,69 = 1,7 раза, т.е. по сравнению с нагрузкой в периоды провалов (будем считать эту нагрузку базисной) «пиковая» нагрузка системы электроснабжения возрастает в 1,7 раза.

- Приближение источников энергии к потребителям электро- и тепловой энергий, что сокращает потери, снижает затраты на линий электропередачи (ЛЭП), кабельных тяговых сетей и стоимости энергии, создает условия для рассредоточения резерва и использования малогабаритных тепловых станций.

- Рациональность и гибкость системы питания тяговых сетей, позволяющей наиболее легко и просто выводить из нагрузки поврежденный участок и невозможностью превращения местной, локальной аварии в системную, характерную для централизованных систем, а также простотой устройства и экономической целесообразностью.

- Экономия топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), т.к. генерирование электроэнергии происходит с более высоким КПД и меньшей стоимостью кВт-ч, чем на существующих электростанциях Государственной энергосистемы Украины (обычно старого поколения), а с учетом совместного производства тепла, электроэнергии и сокращения протяженности ЛЭП экономия ТЭР составляет 25...30%.

- Использование накопительной энергии - реверсивных устройств для частичного или полного разделения во времени выработки и потребления энергии, с высоким КПД зарядно-разрядного цикла, быстрым включением в работу совместно с автономными базовыми многоцелевыми установками (дизель-электростанциями) существенно улучшают технико-экономические показатели энергоблоков, способствуют выравниванию графиков нагрузки системы внутреннего энергоснабжения ГЭТ, повышает ее устойчивость, живучесть и надежность функционирования. Посчитано, что использование, например, каких-либо НЭ в общей энергосистеме США в 1990 г, привело бы к экономии капиталовложений на сумму 45 • 10⁹ дол. (без учета стоимости самих НЭ).

- Блочно-модульный принцип обеспечивает простое наращивание мощности, поддерживание постоянного напряжения в контактной сети U_KC = 600 В, гибкое реагирование на изменение нагрузки, высокие экономичность и ремонтопригодность.

Реализация системы децентрализованного электроснабжения ГЭТ позволит обеспечить бесперебойность и стабильность электро- и теплоснабжения, значительную (до 30%) экономию энергоносителей, существенное сокращение эксплуатационных затрат за счет снятия части нагрузок с тяговых подстанций, снижение вероятностей больших аварий.

Структура системы децентрализованного энергоснабжения (СДЭС) ГЭТ имеет базисное энергопитание частью дизель-электростанций и «пиковое» энергопитание резервными дизель электростанциями. Каждая дизель-электростанция представляет собой энергетический модуль (ЭМ).

Таким образом, СДЭС представляет собой сеть распределенных источников автономного электропитания - ЭМ, на базе дизель-генераторов, выпускаемых ГП «ЗиМ» с использованием бросового тепла для отопления и горячего водоснабжения.

Цель работы - создание системы децентрализованного внутреннего энергоснабжения ГЭТ с высокими техник-экономическими характеристиками по экономичности, живучести, надежности, обеспечивающей снижение себестоимости перевозок, на базе отечественного автономного электрогенерирующего оборудования.

Имеющийся научно-технический задел в области малой децентрализованной энергетики научно-технического предприятия «Конструкторское бюро среднеоборотных двигателей» (НТП КБСД) Государственного предприятия «Завод имени Малышева» (ГП «ЗиМ»), Харьковского Государственного Политехнического университета (ХГПУ), НИИ ИНПО «Электротяжмаш» (НИИ и НПО «ЭТМ»), Харьковской государственной академии городского хозяйства» (ХГАГХ), Производственного объединения «Харьковский электромеханический завод» (ПО «ХЭМЗ»), с участием Харьковского завода электротранспорта (ХЗЭТ) и Харьковского Государственного предприятия «Горэлектротранс», а также проведенный комплекс научно-исследовательских, опытно-конструкторских и экспериментальных работ, технико-экономических расчетов подтверждает экономическую целесообразность и техническую возможность создания системы децентрализованного энергоснабжения ГЭТ, обеспечивающее надежное, гарантированное электро- и теплоснабжение ГЭТ, обеспечивающее надежное, гарантированное электро- и теплоснабжение ГЭТ, стабильность напряжения контактной сети, значительную экономию эксплуатационных затрат дефицитных материалов и, в конечном итоге, снижение себестоимости перевозок и повышения эффективности работы ГЭТ.

Все разработки и поставки находятся в г. Харькове, при реализации этого проекта будет использоваться технология электро-, энер-го- и транспортного машиностроения Украины, материалы и комплектующие предприятий Украины.

Технико-экономический анализ объемов финансирования и сроки исполнения.

1) Разработка исходных технических требований к системе децентрализованного энергоснабжения ГЭТ (СДЭС ГЭТ).

Разработка технологического задания на СДЭС ГЭТ.

Выбор участка энергоснабжения и разработка технико-экономического обоснования.

10 специалистов высокой квалификации с месячной зарплатой 180 грн. - 6 месяцев.

10,8 тыс. грн. июнь 1999г,

2) Разработка эскизного проекта СДЭС ГЭТ.

Разработка рациональной структуры, технические решения, расч. сравнение вариантов.

20 специалистов высокой квалификации с месячной зарплатой 180 грн. - 6 месяцев.

21,60 тыс. грн., декабрь 1999г.

3) Разработка технического проекта СДЭС ГЭТ. Расчеты, принципиальные решения по основным узлам и системам, компоновка энергетического модуля.

25 специалистов с месячной зарплатой 120 грн. - 6 мес. 180 тыс. грн., июнь 1999 г.

4) Разработка рабочей конструкторско-технологической документации на опытный образец энергетического модуля (ЭМ).

20 специалистов с месячной зарплатой 100 грн. - 4 мес. 80 тыс. грн., октябрь 1999 год.

5) Затраты на выплату составляют:

З_з.п. = 10,80 + 21,60 + 18,00 + 80,0 = 58,40 тыс. грн.

6) Стоимость научно-технической продукции

Ц_нтп = З_з.п. (1,52 + 1,5 + 0,2 + 1,25) = 5840 • 4,47 = 261,04 тыс. грн.

где:

1,52 - коэффициент учитывающий отчисления в соц. страх,

1,5 - накладные расходы;

0,2 - прибыль;

1,25 - услуги сторонних организаций.

7) Изготовление 2-х опытных образцов энергетического модуля

627,30 тыс. грн., - 6 мес. апрель 2000 год.

8) Стендовые (заводские) доводочные испытания ЭМ (принимаем равной стоимости 1 газо-часа в течение 50 часов) 196 тыс. грн. 4 мес. август 2000 г.

9) Эксплуатационные испытания энергомудулей на выбранном участке энергоснабжения. Моделирование, по результатам испытаний, работы развернутой с ДЭС. Уточнение параметров и структуры СДЭС. Корректировка документации.

330 тыс. крб., 4 мес. декабрь 2001 г.

ИТОГО: 940,94 тыс. грн.

Распределение средств по годам:

1999г. -144,8 тыс. грн.

2000г. -325,3 тыс. грн.

2001г. -470,8 тыс. грн.

ИТОГО: 940,9 тыс. грн.

Сроки окупаемости капитальных вложений при создании опытной системы децентрализованной энергоснабжения ГЭТ.

Как было показано выше, система децентрализованного энергоснабжения позволяет: оставить под базисной нагрузкой часть дизель-электростанций с включением в нагрузку «пиковых» дизель-электростанций в часы «пик», существенно уменьшить протяженность кабельных сетей и отсасывающих кабелей постоянного токов утечки, обеспечить гарантированное энергоснабжение и стабильность напряжений в контактной сети.

Анализ работы ГЭТ (трамваев и троллейбусов) показывает, что «пиковые» нагрузки общей продолжительностью около б часов, определяются колебаниями веса подвижного состава за счет наполняемости, в среднем в 1,3 раза и изменениями его количества на линиях, которое увеличивается также, в среднем, на 30% (ив 1,3 раза).

Мощность пиковых нагрузок превосходит мощность провалов, где-то в 1,3 раза.

Разница в потреблении электроэнергии парком подвижного состава ГЭТ городского Электротранспорта, как, например, Харьков, взятого за основу для расчетов, в часы «пик» и провалов нагрузки, составляет, в среднем, 1,7 раза. Таким образом, если принять в качестве базисной единицы, нагрузку в период провалов, то общая нагрузка будет составлять 2,7 базисных единицы.

По данным ХКП «ГЭТ», условная единица подвижного состава (в парке 462 трамваев и 365 троллейбусов, всего 827 единиц) расходует в месяц 12700 кВт-ч электроэнергии (ЭЭ), при месячной наработке порядка 360 часов, в сутки - 423 и 12 часов.

Усредненная условная мощность единицы подвижного состава (ЕПС) будет равна:

Р_{ср.уст.ЕПС} = (462 - 180 + 365 - 110)/827 = 149,1 кВт;

где: 462 и 180 -- количество трамваев и суммарная мощность тяговых двигателей секции трамвая,

365 и 110 -- аналогично для троллейбуса.

Среднеэксплуатационная мощность ЕПС составит:

Р_{ср.уст.ЕПС} = W_{сут.ЕПС} / о_сут. = 423 кВт-ч / 12 ч. = 35,3 кВт

где: W_cyт.ЕПС -- суточное потребление ЕПС электроэнергии, равное 423 кВт-ч;

о_сут. - суточная наработка ЕПС электроэнергии, равная, в среднем, 12 час.

Среднеэксплуатационный коэффициент использования мощности условн. единицы подвижного состава:

К_ср.экс. = 35,3 кВт/149,1 = 0,2366, что говорит о низком использовании мощности ЕПС.

За сутки единица базисной нагрузки составит:

423 / 2,7 = 156,7 кВт, т.е. в периоды провалов ЕПС расходует в сутки 156,7 кВт-ч, а в часы «пик» 433-156,7 = 266,3 кВт-ч, что и показано на графике, рис. 3.4.

А и В - утренние и вечерние часы «пик»

Б - базисная нагрузка в периоды повалов

Рис 3.4.

За сутки базисная нагрузка парка подвижного состава трамвая, троллейбуса г. Харькова, по данным расхода электроэнергии ХКП «Горэлектротранс», в среднем, составит:

W_{cyт баз} = 156,7*827 единиц = 129590,9 кВт-ч,

«пиковая» -- W_{cyт пик} = 266,3 *827 = 220230,1 кВт-ч.

Весь парк ПС ХТТУ в сутки расходует 827 ед. а 423 кВт-ч = 349821 кВт в год 827 ед. * 423: 365 = 127,685 оо 10⁶ кВт-ч.

Суммарная средняя «пиковая» мощность будет равна (по данным расхода электроэнергии ХКП «Горэлектротранс»).

Р_ср.пик. = W_{cyт. пик} /оо_пик. = 220230,1 кВт-ч. / 6 ч. = 36705 кВт

Суммарная средняя базисная мощность (по данным расхода электроэнергии)

Р_{ср. баз.} = W_{cyт. баз.}/оо_6aз = 129590,9 / 6 = 21598,5 кВт-ч

Анализ результатов тяговых расчетов с варьированием по скорости 15 км/ч, 20 км/ч, 25 км/ч, 30 км/ч, 35 км/ч при нормальном (5 чел/м²) и максимальном заполнении (10 чел/м²) салона, с идентификацией по средней мощности условной единицы подвижного состава (ЕПС), позволили определить адекватную среднюю скорость на участках между остановками, которая составила 25 .... 27 км/ч, что близко к ходовой скорости, равной 25...30 км/ч.

Это дало возможность определить средние мощности трамвая и троллейбуса в периоды провалов нагрузки (номинальное заполнение салонов) с учетом расхода мощности на собственные нужды и отопление подвижного состава, которые составили:

Таблица 3.7. Средние мощности трамвая и троллейбуса в периоды провалов нагрузки

	Трамвай (типа Т-3)	Троллейбус (типа ЗиУ-9)
Провалы нагрузки: Рср.ном,кВт	37,6	26
«Пиковые» нагрузки: Рср.макс,кВт	44,1	28,71
Средняя мощность за периоды провалов и «пика» нагрузок: Рср.трам,кВт	40,8	27,4

Определенная по этим значениям средне-эксплуатационная мощность ЕПС ГЭТ будет:

Р_{ср.экспл.ЭПС} = (N_трам. Р_{ср. трам} + N_трол. Р_{ср.трол.}) / (трам. + трол) = (462 • 40,8 + 365 • 27,4) / 827 = 35 кВт.

где: N_трам и N_трол - количество трамваев и троллейбусов в парке ПС ХТТУ.

Это значение соответствует значению Р_{ср.экспл.ЕПС}, определенной по фактическим расходам электроэнергии и равной 35,5 кВт, что указывает на высокую достоверность расчета.

Средний эксплуатационный коэффициент использования мощности трамвая К_{ср.экспл.трам} = 40,8/180 = 0,127, троллейбуса К_{ср.экспл.трол} = 27,4 / 110 = 0,249. Суммарная средняя пиковая мощность (исходим из худшего случая, когда весь ПС находится в режиме тяги), определенная по значениям

Р_{ср.макс.} = (462 • 44,1 + 365 • 28,71) / (0,9 • 0,95) = 36096, что совпадает и с определенной по расходу электроэнергии, мощности, равной 36705 кВт. Это 1,7 единицы базисной мощности, тогда единица базисной мощности составит: 36096,6/1,7 = 21233,3 кВт. Эта же мощность должна быть равной суммарной мощности в период провалов нагрузки, определенная по данным Р_ср.ном трамвая и троллейбуса, т.е.

р_ср.ном. = (462 • 37,6 + 365 - 26) / (0,9 • 0,95 • 1,4) = 22432,7 ,

где 1,4 - коэффициент уменьшения количества подвижного состава в период провалов нагрузки. Ошибка в определении этими методами Р_ср.ном. составляет 5,3%, что удовлетворяет точности укрупненных расчетов.

Суммарная установочная мощность парка подвижного состава ХКП «Горэлектротранс» равна:

Р_{уст.парка} = 462 • 180 + 365 • 110 = 123310 кВт.

Для определения количества дизель-генераторов, необходимых для покрытия «пиковой» мощности, принимаем для расчета «пиковую» мощность, т.е. мощность в периоды «пика» нагрузок, равной 36096,6

кВт, тогда количество дизель-генераторов при отборе мощности 1500 кВт (с 6% запасом) будет:

П_д/г = 36096,6 кВт / 1500 кВт = 24,06 шт.

Принимаем 24 шт.

Номинальная мощность д/г 17ГД100А составляет 1600 кВт и гарантированный запас мощности будет обеспечен.

Годовой средний базисный расход электроэнергии парком ПС будет:

W_{6aз.ср.год} = 156,7 кВт-ч • 365 • 827 ед. = 47,31 • 10⁶ кВт-ч

Это количество электроэнергии произведут 14,4 дизель-генераторов, работая в сутки по 6 часов с мощностью 1500 кВт. Принимаем для расчета 15 дизель-генераторов.

Расход природного газа будет: 15 • 6 • 365 • 450 = 14,783 • 10⁶ м³/год.

Годовой средний «пиковый» расход электроэнергии парком ПС ХТТУ:

W_{cp.пик.год} = 266,3 - 365 - 827 ед. = 80,384 • 10⁶ кВт-ч

Это количество электроэнергии произведут 24 дизель-генераторов, работая в сутки по 6 часов с мощностью 1530 кВт и расходуя при этом количество природного газа 24 • 6 • 365 • 450 = 23,65 • 10⁶ м³. Общее количество природного газа за год 14,783 + 23 = 38,43 • 10⁶ м³.

При работе дизель-генераторов количество тепловой энергии практически равно количеству электрической энергии, поэтому количество выработанного тепла в виде горячей воды с температурой 80....90°С и расходом 170 м³/ч (одним дизель-генератором) составит аналогично

109822 • 10⁶ ккал, что покрывает годовую потребность ХКП «Горэлектротранс» в тепле. В расчете принимаем значение 99244,8 Гкал.

Это и будет экономией.

Цена 1 кВт-ч, произведенного на дизель-генераторах, работающих на природном газе, стоимостью за 1000 м³ - 0,144 грн., и расходующими 450м³/ч. каждым, будет

Ц_кВт-ч = (Ц_{прир.газа} • 860) / (Q_H • о_АВ • о_ген) = (14400 • 860) / (8000 • 0,36 • 0,96) = 0,448 грн.

где: Ц_{прир.газа} = Цена 1 м³ природного газа - 1,44 грн. Q_H - низшая теплоотводность 1 м³ природного газа, равная 8000 ккал

о_АВ - КПД дизеля, равное 0,36

о_ген - КПД генератора, равное 0,96

С учетом затрат на обслуживание, стоимость 1 кВт-ч электроэнергии, произведенного на дизель-генераторах (ДГ) принимаем 0,5 грн., тогда годовая стоимость всей произведенной на ДГ электроэнергии составит:

Ц_ДГ = W_aз • Ц_кВт-ч = 127,7 • 10⁶ • 0,5 = 638,5 • 10⁵ грн.

В случае потребления этой электроэнергии ХКП «Горэлектротранс» от Государственной энергетической компании по цене за 1 кВт-ч 0,7405 грн., ее бы стоимость составила:

Ц_общ = W_roд • Ц_кВт-ч = 127,7 • 10⁶ • 0,7405 грн. = 638,5 • 10⁵ грн.

Экономия средств составит:

Э_эл = (945,5 - 638,5) • 10⁵ = 307 • 10⁵ грн.

Годовое потребление тепла в ХКП «Горэлектротранс» составляет 99244,8 Гкал, при цене за 1 Гкал отпускаемого ГЭК и равной 8,296 • 10⁵ грн.

Стоимость тепла за год составляла бы 99244,8 • 8,296 • 10⁵ = 829,6 • 10⁵ грн.

Так как это тепло производится попутно с электроэнергией дизель-генераторами, то это и будет экономией.

Для производства этого тепла потребовалось бы:

(99244,8 • 10⁶ ккал) / (8000 ккал/м³ • 0,8) = 15,5 • 10⁶ м³ природного газа в год.

Общая экономия по электроэнергии и тепла составит:

Э = Э_ЭЛ + Э_теп = 307 • 10⁶ грн. + 832,3 • 10⁵ грн. = 1130,3 • 10⁵ грн.

Стоимость 24 дизель-генераторов составит (при цене 2,6 млн. грн., за 1 ДГ):

Ц_ДГТ = 24 • 26 = 6,24 млн. грн.

С учетом установки, монтажа по данным дизельного производства, стоимость будет порядка 8,7 млн. грн.

С учетом затрат на НИОКР это будет:

Ц_ДГ = Ц_ДГТ + Ц_ниокр = (870 + 964,0948) • 10⁵ грн.

Срок окупаемости составит:

Т = Ц_ДГ/ Э = 964,0948 / 1130,3 = 0,853 года.

Данные срока окупаемости свидетельствуют о технической целесообразности и высокой экономической эффективности автономной системы децентрализованного энергоснабжения городского электрического транспорта.

При определении срока окупаемости были учтены затраты на электроэнергию и тепло.

С учетом всех составляющих затрат, а также надежности, экономии материалов, срок окупаемости будет меньше, а экономия выше.

Необходимое финансирование с учетом начислений для внесения в тематическую карту по годам составит:

1999 год - 144,8 тыс. грн.

2000 год - 325,3 тыс. грн. 2000 год - 470,8 тыс. грн.

ИТОГО: 940,9 тыс. грн.

Расчет на использование децентрализованных энергоустановок в ХКП «Горэлектротранс» в Салтовском трамвайном депо, троллейбусном депо № 2, 3.

1) Потребление электроэнергии (фактические данные за 1998 год):

1.1) Салтовское трамвайное депо:

- на тягу: 23,0939 млн. кВт-ч/год;

- на ПРН: 0,5396 млн. кВт-ч/год;

- суммарное: 23,6335 млн. кВт-ч/год.

1.2) Троллейбусное депо № 2:

- на тягу: 15,25794 млн. кВт-ч/год;

- на ПРН: 0,45799 млн. кВт-ч/год;

- суммарное: 15,71593 млн. кВт-ч/год.

1.3) Троллейбусное депо №3:

- на тягу: 14,9394 млн, кВт-ч/год;

- на ПРН: 0,44328 млн. кВт-ч/год;

- суммарное: 15,38268 млн. кВт-ч/год.

2) Потребление тепла на отопление и горячее водоснабжение.

Фактические данные за 1998 год:

2.1) Салтовское трамвайное депо: 16649 Гкал/год = 19,363 млн. кВт-ч/год;

2.2) Троллейбусное депо № 2: 2615 Гкал/год = 3,041245 млн. кВт-ч/год;

2.3) Троллейбусное депо № 3: 3134 Гкал/год = 3,644842 млн. кВт-ч/год.

3) Технические характеристики мотор-генератора 17-ГД-100 А.

3.1) Общая характеристика.

Дизель-генератор (мотор генератор) типа 17 ГД-100 А выпускает ГП «Завод им. Малышева» в комплекте с газовой аппаратурой. Это позволяет ему работать как газодизель, используя природный газ и другие газы: шахтный, биогаз и т. д. При работе в номинальном режиме часовой расход природного газа (типа Шебелинского) равен: 450 м³/ч.

Мощности: электрическая -1600 КВт; тепловая -1530 кВт. Среднее число часов работы в году - 6000.

3.2) Годовая выработка электрической и тепловой энергии одним мотор-генератором в течении 6000 часов (года):

3.2.1. Электрической энергии:

W_эл,год = 160 6000 = 9,6 млн. кВт-ч/год;

3.2.2. тепловой энергии:

Q_Т,год = 1530 6000 = 9,18 млн. кВт-ч/год.

4) Количество мотор-генераторов для установки на объектах:

4.1) Салтовское трамвайное депо-покрытие электрической нагрузки может быть обеспечено работой 3-х мотор-генераторов типа 17-ГДЮОА за 6000 часов: 28,8 млн. кВт-ч/год.

Резерв (остаток) выработанной электроэнергии:

W_peз,с = 28,8 - 23,6335 = 5,1665 млн. кВт-ч/год;

выработка тепла 3-мя мотор-генераторами за 6000 часов работы;

27,54 млн. кВт-ч/год.

Резерв (остаток) по тепловой энергии:

Q_peз,с = 27,54 - 19,363 = 8,177 млн. кВт-ч/год.

4.2) Троллейбусное депо № 2:

- покрытие электропотребления обеспечат 2 мотор-генератора, вырабатывающие за 6000 ч электроэнергии: 19,2 млн. кВт-ч/год. Резерв по выработке электроэнергии:

W_{эл, рез, трл. 2} = 19,2 - 15,71593 = 3,48407 млн. кВт-ч/год;

выработка тепла 2-мя мотор-генераторами за 6000 часов работы: 18,36 млн. кВт-ч/год.

Резерв (остаток) по тепловой энергии:

Q_{тепл, рез. трл.2} = 18,36 - 3,041245 = 15,318755 млн. кВт-ч/год.

4.3) Троллейбусное депо № 3.

- покрытие электропотребления обеспечат 2 мотор-генератора, вырабатывающие за 6000 ч электроэнергии: 19,2 млн. кВт-ч/год. Резерв по выработке электроэнергии:

W_{эл, рез, трл. 3} = 19,2 - 15,38268 = 3,81732 млн. кВт-ч/год;

выработка тепла 2-мя мотор-генераторами за 6000 часов работы: 18,36 млн. кВт-ч/год.

Резерв (остаток) по тепловой энергии:

Q_{тепл, рез, трл. 3} = 18,36 - 3,644842 = 14,715158 млн. кВт-ч/год.

5) Статьи расхода денежных средств по приобретению, монтажу и эксплуатации мотор-генераторов 17 ГД-100А.

5.1) Стоимость одного мотор-генератора (вместе с генератором завода «Электросила» Санкт-Петербург) с учетом затрат на КИП и автоматику и др.: С_м-г = 700.000 грн.

5.2) Стоимость годового расхода природного газа:

5.2.1) Годовые затраты природного газа:

- Салтовское трамвайное депо: В_г,с = 450 6000 3 = 8,1 млн. м³/год;

- троллейбусное депо № 2: В_{трл. 2} = 450 6000 2 = 5,4 млн. м³/год;

- троллейбусное депо № 3: В_{трл. 3} = 450 6000 2 = 5,4 млн. м³/год;

Примечание. Принимаем стоимость 1000 м³ природного газа равной 83 грн.

Стоимость природного газа по объектам:

- Салтовское трамвайное депо: С_{пг, с} = 8,1 10⁶ 0,083 = 672300 /грн./год/;

- троллейбусное депо № 2: С_{пг, трл. 2} = 5,4х10⁶ 0,083 = 448200 /грн./год/;

- троллейбусное депо № 3: С_{пг, трл. 3} = 5,4 10⁵ 0,083 = 448200 /грн./год/;

6) Суммарные капитальные затраты (эксплуатационные затраты не учитываются)

6.1) Салтовское трамвайное депо:

З_c = C_м-г + C_{пг. с};

З_с = 3 700000 + 672300 = 2772000 /грн/год/.

6.2) Троллейбусное депо № 2: З_{трл. 2} = 2 700000 + 448200 = 1848200 /грн/год/.

6.3) Троллейбусное депо № 3: З_{трл. 3} = 2 700000 + 448200 = 1848200 /грн/год/.

7) Стоимость резервных (лишних) электроэнергии и тепла при продаже их ЖКХ города.

7.1) Салтовское трамвайное депо:

С_{эл, рез, с} = 0,126 5,166 • 10⁶ = 650916 /грн/год/;

С_{т, рез, с} = 83 7031 = 583573 /грн/год/;

7.2) Троллейбусное депо № 2:

С_{эл, рез. трл. 2} = 0,126 3,48407 • 10⁶ = 438993 /грн/год/;

С_{т, рез, трл. 2} = 83 (15318755 / 1163) = 1093256 /грн/год/;

7.3) Троллейбусное депо № 3:

С_{эл, рез, трл. 3} = 0,126 3,81732 • 10⁶ = 438993 /грн/год/;

С_{т, рез, трл. 3} = 83 (14715158 / 1163) = 1050179 /грн/год/;

8) Стоимость электрической и тепловой энергий для покрытия фактических годовых нагрузок:

8.1) Салтовское трамвайное депо:

С_{эл. рез, с} = 0,126 23,6335 • 10⁶ = 2977802 /грн/год/;

С_{т, рез, с} = 83 (19363000 / 1163) = 1381882 /грн/год/;

8.2) Троллейбусное депо № 2:

С_{эл, рез, трл. 2} = 0,126 l5,71593 • 10⁶ = 1980207 /грн/год/;

C_{т, рез, трл. 2} = 83 (301245 / 1163) = 217045 /грн/год/;

8.3) Троллейбусное депо № 3:

С_{эл, рез. трл. 3} = 0,126 15,38268 • 10⁶ = 193818 /грн/год/;

С_{т, рез, трл. 3} = 83 (3644842 / 1163) = 260122 /грн/год/;

9) Суммарные стоимости выработанных электроэнергии и тепла на объектах и сроки окупаемости капитальных затрат.

Салтовское трамвайное депо:

С_{эл. с, см} = С_{эл. рез, с} + С_{эл, с} = 650916 + 2977802 = 3628718 /грн/год/;

С_{т, с, см} = C_{т, рез, с} + С_{т, с} = 583573 + 1381882 = 1965455 /грн/год/.

Суммарная стоимость выработанных электроэнергии и тепла:

С_{эл. с., см} + С_{т, с, см} = 3628718 + 1965455 = 5594173 /грн/год/. То же -- за вычетом стоимости природного газа:

С_с = 5594173 - 672300 = 4921873 /грн/год/.

Срок окупаемости капитальных затрат по Салтовскому трамвайному депо:

Т = З_с / оC_с = (27722000 / 49211873)х12 = 6,76 (месяцев).

9.2) Троллейбусное депо № 2:

С_{эл. трл. 2} = С_{эл. рез} + С_эл = 438993 + 1980207 = 2419200 /грн/год/;

С_{т. трл. 2} = С_{т, рез} + C_т = 1093256 + 217045 = 1310301 /грн/год/.

Суммарная стоимость годовой выработки электроэнергии и тепла:

С_{трл. 2} = 2419200 + 1310301 = 3729501 /грн/год/.

То же - за вычетом годовой стоимости затраченного природного газа:

оС_{трл. 2} = 3729501 - 448200 = 3281301 /грн/год/.

Срок окупаемости капитальных затрат троллейбусному депо №2:

Т_{трл. 2} = З_{трл. 2} / оС_{трл. 2} = (1848200 / 3281301) 12 = 6,76 (месяцев).

9.2) Троллейбусное депо № 3:

С_{эл. трл. 3} = С_{эл. рез} + С_эл = 480982 + 1938218 = 2419200 /грн/год/;

С_{т, трл. 3} = С_{т, рез} + С_т = 2419200 + 1310301 = 3729501 /грн/год/.

Суммарная стоимость годовой выработки электроэнергии и тепла:

С_{трл. 3} = 2419200 + 1310301 = 3729501 /грн/год/.

То же -- за вычетом годовой стоимости затраченного природного газа:

оС_{трл. 3} = 3729501 - 448200 = 3281301 /грн/год/.

Срок окупаемости капитальных затрат по троллейбусному депо № 3:

Т_{трл. 3} = З_{трл. 3} / оС_{трл. 3 =} (1848200 / 3281301) 12 = 6,76 (месяцев).

10) Суммарная стоимость годовой выработки электроэнергии по Салтовскому трамвайному депо и троллейбусным депо № 2, 3:

С_см = 4921803 + 3281301 = 11484475 /грн/год/.

Сроки окупаемости капитальных затрат для всех объектов равны 6,76 месяцев.

3.4 Устройство для измерения эксцентриситета ротора УИЭ-1

Устройство для измерения эксцентриситета ротора турбины, тягового двигателя предназначается для непрерывного дистанционного и бесконтактного измерения величины искривления вала в процессе его вращения. Данная технология может применяться при ТО ПС, как диагностическое оборудование, позволяющее значительно экономить материальные и трудовые ресурсы.

Технические данные

Предел измерения эксцентриситета, мкм	0 - 400
Пределы измерения скорости вращения вала двигателя, об/мин	3 - 4000
Наибольшая приведенная погрешность, %, не более	10
Установочный зазор, мм	2
Питание от сети переменного тока:
Напряжение, В, с содержанием гармоник до 5%	220
Частота, Гц	50
Потребляемая мощность, ВА, не более	50
Габаритные размеры:
- преобразователя, мм	L = 180, D = 36
- измерительного блока, мм	460 200 160
Масса:
- преобразователя, кг	0,8
- измерительного блока, кг	0,6

Структурная схема устройства для измерения эксцентриситета ротора, (рис. 3.5), включает в себя вихревой преобразователь - 1 и блок измерения 5.

Вихревой преобразователь содержит катушку индуктивности 2 контура автогенератора высокой частоты 3 генерирующего колебания с частотой f = 50 МГц.

Выход автогенератора 3 через линию связи 4 соединен с входом измерительного блока.

Блок измерения содержит усилитель преобразователь 6, состоящий из усилителя-ограничителя 7 и частотного детектора с линеаризатором 8. Это позволяет линеаризировать зависимость выходного напряжения от изменения зазора.

Выход усилителя преобразователя 6 соединен с входом пикового детектора 10 и коммутатора «К». Один выход коммутатора «К» соединен с входом пикового вольтметра 9, а второй с микроамперметром 11.

На выходе пиковых вольтметров сигнал, пропорциональный половине двойного размаха эксцентриситета, измеряется микроамперметром 11, самопишущим милливольтметром 12 типа КСП-4. Кроме того, с выхода пикового вольтметра 10 сигнал поступает на вход сигнализатора превышения заданного уровня величины эксцентриситета 13.

Работает устройство следующим образом.

При изменении величины зазора между катушкой L1, смотри принципиальную электрическую схему (чертеж на ватмане), и поверхностью металла ротора изменяется индуктивность контура генератора (VI, V2, V3, V4), в результате чего изменяется собственная частота колебаний генератора. Частотно-модульный сигнал (f = 10 МГц) по линии связи поступает на вход усилителя -ограничителя частотного детектора.

После усиления и ограничения (V5, V6, V7) исключаются все ранее внесенные амплитудные искажения в сигнал, несущий информацию о изменении зазора. Далее сигнал поступает на частотный детектор (V8, V10), где происходит детектирование модулированного по частоте высокочастотного напряжения.

Низкочастотный сигнал, пропорциональный изменению зазора, усиливается микросхемой А1 и поступает через коммутатор «К» на

пиковый вольтметр (А4, А6) для индикации на микроамперметре (РА) и, минуя коммутатор «К», через пиковый вольтметр (А5, А7) на выход на самопишущий милливольтметр.

Кроме того, сигнал с пикового вольтметра (А5, А7) поступает на сигнализатор превышения заданного уровня величины эксцентриситета (А2, V27), и (A3, V29).

Конструкция устройства

Вся электрическая схема собрана на печатной плате 1, которая фиксируется в корпусе с помощью перегородки2, втулки переходной 7, кольца 5 и стопорного кольца 6.

Датчик выполнен в металлическом корпусе.

Конструкция блока имеет блочно-модульный принцип построения и состоит из ряда унифицированных блоков и модулей, легко съемных и настраиваемых отдельно от прибора.

Платы блока измерения размещены на выдвижном каркасе 1 в общем корпусе с габаритами лицевой части 160 200 и длинной 460 мм.

На лицевой стороне блока расположены измерительный прибор, клавиши коммутации и сигнализации. На задней стенке размещены штепсельные разъемы для подключения внешней связи, тумблер, предохранители сети питания и клеммы для подключения самопишущих приборов, или разъема интерфейса персонального компьютера с соответствующим переходным блоком.

Конструктивно блок измерения состоит из двух основных частей:

а) корпуса с крышкой;

б) каркаса.

Корпус выполнен сварным из листовой стали. С лицевой стороны корпус имеет приведенную раму с двумя горизонтальными козырьками, к которым крепится крышка с застекленным окном и вмонтированным замком. При установке прибора в щите рама служит упором.

К наружным боковым поверхностям корпуса приварены планки с отверстиями для упорных угольников крепления прибора на щите.

Крышка уплотняется эластичной прокладкой и запирается замком.

Внутри корпуса на боковых стенках приварены штампованные неподвижные направляющие. В неподвижных направляющих помещены подвижные направляющие, по которым шасси выдвигается из корпуса.

На выдвижном каркасе расположены все платы и элементы прибора.

Каркас конструктивно выполнен из передней и задней панелей соединенных левой и правой рамами.

На рамах установлен силовой трансформатор и помещена кабельная часть разъемов печатных плат.

В рамах по направляющим устанавливается 5 печатных плат:

- плата преобразователя «П»;

- плата пиковых вольтметров «ПК»

- плата компаратора «ПК»;

- плата блоков питания «БП».

В передней части каркаса, со стороны передней панели, установлена плата коммутатора «К» с выводом клавишей коммутации на переднюю панель.

...