Общая характеристика технологических процессов

Основная цель технологических операций ввести в пространство между катушками обмотки и сердечником якоря лак или компаунд, путем термической обработки запеканием или полимеризацией добиться его превращения в твердую фазу.

Основные задачи процесса сушильно-пропиточных работ:

- усиление изоляционной конструкции за счет повышения механических и электрических свойств

- заполнение пустот якоря прилегающих к изоляционным конструкциям, усиление самой электрической изоляции

- фиксация изоляционных конструкций и частей электрических машин от перемещений в процессе работы или температурных воздействий,

- защита от воздействия окружающей среды

- удаление включений воздуха для исключения возникновения ионизационных процессов

Это позволяетзаполнить все пустоты в якоре и исключить образование воздушных пузырьков в изоляционных конструкциях. Даже самые мельчайшие пузырьки, за счет концентрации статического заряда на их поверхности, со временем могут стать миниатюрной ионизационной камерой. Сочетание пульсирующего характера скачков напряжения, динамических механических колебаний с разрядами статических зарядов с поверхности пузырьков вызывает ускоренное изменение структуры изоляционных материалов. Это способствует падению диэлектрических свойств, вплоть до полного разрушения электрической изоляции.

В процессе пропитки и последующей полимеризации вокруг катушки якоря создается твердая упругая оболочка, которая фиксируя взаимное положение, способна передавать усилия вращающего момента от активной части проводника якорю, а также предотвратит динамическое разрушающее воздействие на изоляционную конструкцию

Это также позволяет изолировать изоляционные конструкции от воздействия атмосферного воздуха и влаги, твердых частиц, пыли и грязи.

Покрытие поверхности якоря и катушек позволяет частично защищать их от кратковременного воздействия электрической дуги и разрядов. Кроме того покрытие приобретает водоотталкивающие свойства, а его глянцевая поверхность препятствует оседанию пыли и грязи.

Технологией, которая может, гарантировано обеспечить выполнение этих задач является вакуум-нагнетательная пропитка. Таково мнение всех ведущих отечественных и зарубежных разработчиков электрических машин и изоляционных материалов.

Технологическое оборудование для выполнения вакуум-нагнетательной пропитки представляет собой комплекс, включающий в себя :

- автоклавы

- реакторы - смесители

- системы обогрева автоклава и смесителя (при необходимости)

- пульты управления и контроля пропитки

- вакуум-насосы с системой охлаждения

- устройства для подачи азота.

- система аварийного слива лаков и растворителей.

- система трубопроводов.

- оборудование технологической и общей обменной вентиляции

Ко всему оборудованию, применяемому в сушильно-пропиточном отделении предъявляются особые требования, как к оборудованию, применяемому во взрывоопасном производстве. Опасность взрыва создают пары летучих связующих пропиточных лаков и лакокрасочных материалов

Автоклавы

Для выполнения технологических операций вакуум-нагнетательной пропитки предназначены специальные автоклавы.

Автоклав представляет собой цилиндрический сосуд, в котором размещаются якоря электрических машин и позволяющий осуществлять следующие функции.

- создание вакуума во внутреннем пространстве;

- создание давления во внутреннем пространстве;

- заполнение и удаление лака из внутреннего пространства;

- обеспечение температурных режимов

Наиболее типичной является конструкция автоклава с вертикальным расположением якорей и с внутренним диаметром 1400мм. В течении 70-80х годов их по заказу ремонтных заводов изготавливал Улан-Удэнский локомотиво-вагоноремонтный завод. Разработчиком чертежей комплекса оборудования сушильно-пропиточного отделения электромашинных цехов, включающих в себя и автоклавы, являлся институт «ГИПРОЗАВОДТРАНС» Г. Харьков.

Размер выбран исходя из размеров якорей тяговых электрических машин. Наибольший диаметр якоря имеет тяговый генератор ГП311Б (D = 1200мм). Размеры якорей тяговых электродвигателей тепловозов и электропоездов (D=430мм.) допускают загрузку одновременно до четырех якорей. При этом используется специальная установочная оснастка.

Автоклав оборудован крышкой сферической формы с пневматическим приводом и системой уплотнения и герметизации, клиновыми затворами позволяющими фиксировать крышку в закрытом положении. В верхней цилиндрической части автоклав оборудован вводными патрубками для подключения внутренней полости к источникам давления и разрежения. В нижней сферической части автоклава имеется устройства для подключения к трубопроводу подачи лака или компаунда через дистанционно управляемый пробковый кран. К нижней сферической части приварены опоры крепления к фундаменту.

Крышка автоклава представляет собой полусферу полученную в результате обработки давлением на прессе с усилием не меньше 3000т. По периметру полусферы приварен кольцевой бурт, совпадающий с размерами с буртом основной цилиндрической части. В сферической части имеется смотровой иллюминатор, предназначенный для контроля уровня пропиточного состава. Снаружи приварены кронштейны для соединения крышки с пневматическим механизмом открытия и закрытия, а также крепления противовесов.

Система уплотнения представляет собой уплотнительное кольцо П – образного сечения, расположенное в кольцевой проточке торцевого бурта. Пневматический механизм прижимает крышку к торцевому бурту. После этого давление подается в кольцевую проточку непосредственно по резиновое уплотнительное кольцо. Все это обеспечивает устойчивую герметизацию автоклава при рабочих параметрах давления и вакуума.

Клиновой затвор представляет собой два полукольца с пневматическим приводом. Полукольца состоят из двух симметричных половин, (верхней и нижней), соединенных между собой по концам дистанционным вставками. В своем сечении половины имеют сечение в виде паралепипеда с уклоном с одной стороны. При закрытии в пространство между половинами входят бурты корпуса автоклава и его крышки. За счет уклонов во внутренней стороне полуколец возникает дополнительные сжимающие усилия. В закрытом положении полукольца дополнительно фиксируются съемным замком в виде скобы вставляемой в оконечные проушины. Это дополнительно гарантирует закрытое положение крышки автоклава в случае внезапного падения давления в приводе затвора.

Рис. 14. Общий вид автоклава и смесителя

Таково общее устройство основной конструкции автоклава. На этой базе созданы автоклавы для пропитки якорей и полюсных катушек компаундами на эпоксидной основе для создания системы изоляции типа «Монолит 2» и «Монолит 4». Эти автоклавы должны обеспечивать технологические требования в части повышения давления до 6,0 кг/см2 и поддерживать в процессе пропитки температуру до 100 С. Данное рабочее давление обеспечивает типовая конструкция. Температуру процесса обеспечивает выполненный на цилиндрической части автоклава паровой обогреватель.

При этом автоклав соединяется основным рабочим трубопроводом к стоящему в непосредственной близи реактору – смесителю. Реактор смеситель представляет собой емкость равную по объему автоклаву, в которой приготавливается, храниться, отправляется в автоклав, принимается из автоклава эпоксидный компаунд. Для предотвращения преждевременной самопроизвольной полимеризации компаунда в нем поддерживается температурный режим, обеспечивающий сохранения вязкости. Кроме того внутри компаунда установлено рабочее колесо с лопатками, которое постоянно перемешивает компаунд. Привод выведен на крышку реактора. Постоянное перемешивание компаунда также предохраняет от преждевременного отверждения.

Эта же конструкция автоклавов и смесителей с подогревом применяется и при выполнения процесса компаундирования современными двухкомпонентными компаундами ВЗТ1 или однокомпонентным ВЗТ2

Пульты управления

Пульт управления представляет собой конструкцию в виде ресивера напрямую соединенного с внутренним объемом автоклава. К ресиверу подключен ряд кранов, клапанов, контрольно-измерительных приборов.

Через разобщительные краны ресивер соединяется с вакуум насосом, системой подачи азота, атмосферой. Предохранительный клапан в случае превышения давления выше нормативного, соединяет ресивер и соответственно автоклав с атмосферой.

Так же на пульте управления установлены краны для подачи давления на привод запирающего устройства и подачи давления под уплотнительную кольцевую прокладку для герметизации стыка.

Вакуум насосы

Вакуум насосы промышленного образца размещаются в отдельном изолированном от СПО помещении. Водяное охлаждение вакуум насосов осуществляется при помощи оборотной системы. Для резервирования устанавливают как минимум два вакуумных насоса.

Система аварийного слива

В соответствии с требованиями нормативных документов по противопожарной безопасности сушильно-пропиточные отделения должны быть оборудованы устройствами аварийного слива.

Системы аварийного слива в случае возникновения пожара в сушильно-пропиточном отделении должны обеспечить быстрый слив всех лаков, компаундов и растворителей из всех автоклавов, емкостей и трубопроводов в специальные емкости, расположенные вне помещения цеха и установленные ниже нулевой отметки.

Система аварийного слива представляет собой

Вынесенные за пределы здания и углубленные емкости предназначенные для приема жидкостей: лаков, компаундов и растворителей. Для каждого вида жидкости предназначена отдельная емкость

Система труб подведенных к нижним точкам системы трубопроводов, емкостям, автоклавам. Трубопровод аварийного слива имеет уклон от точек подключения до аварийной емкости для обеспечения слива жидкости самотеком.

Систему клапанов с мембранным приводом, обеспечивающим быстрое одновременное соединение трубопроводов и емкостей к системе аварийного слива. Мембранный привод через аварийные краны и арматуру подключен к газовым баллонам, заполненным сжиженным азотом. Краны должны быть опломбированы и находится в специальных кожухах. Одна из стенок кожуха должна быть стеклянной. На стенке кожуха должна располагаться соответствующая надпись

Сушильные печи

Для выполнения технологической операции сушки якорей до и после пропитки и обеспечения условий запечки или полимеризации системы электрической изоляции предназначены специальные сушильные печи.

В настоящий момент применяются в основном циркуляционные печи. Нагрев якорей в печи осуществляется за счет теплообмена с горячим воздухом, циркулирующим в печи. Количество циркуляционных печей в СПО зависит от программы производства и длительности технологического цикла сушки и полимеризации.

Конструкция печи представляет собой корпус в виде металлоконструкции. Корпус выполнен с двойными стенами, пространство между которыми заполнено теплоизоляционным материалом. На корпусе печи установлены электронагревательные элементы, размещенные в изолированном кожухе и вентилятор обеспечивающий циркуляцию воздуха в печи. Печь, нагревательные элементы и вентилятор соединены между собой воздуховодом. На воздуховоде обязательно размещается заслонка, обеспечивающая два режима работы печи.

Первый режим. Циркуляция с выбросом в атмосферу. Заслонка обеспечивает соединение воздуховода печи с атмосферой.

Второй режим. Замкнутая циркуляция воздуха, обращающаяся между нагревательными элементами и печью

Для этого устанавливается отдельный воздуховод от печи с выходом на крышу производственного помещения. Высота этого воздуховода должна обеспечить величину факела выброса в соответствии с установленными природоохранными нормами.

В зависимости от применяемых материалов изоляции первые четыре – пять часов работы печь соединена с атмосферой для удаления из печи паров летучих связующих веществ выделяющихся в начале сушки или запечки.

Это позволяет не допустить ситуацию, при которой концентрация паров летучих связующих может приблизиться близко к показателям взрывной величины и создаст опасность взрыва в печи.

Внутри печи находится тележка с установочными гнездами, на которой якоря подаются в печь и находятся на ней в процессе сушки. На раме тележки не устанавливают настильных листов для того чтобы обеспечить свободный проход потоков горячего воздуха к якорям. На торце тележки установлен щит с теплоизоляцией, который закрывает печь при нахождении тележки внутри нее. Либо внутренняя полость печи закрывается механизированной створкой с отдельным приводом, обеспечивающей достаточную теплоизоляцию

Нагретый воздух поступает в верхнюю часть печи и по внутренним полостям попадает в нижнюю часть. Из нижней части нагретый воздух направляется на якоря. Такое направление потока теплоносителя позволяет более равномерно нагревать якоря и предотвращает перегрев коллекторов. При запуске новой печи в эксплуатацию после изготовления либо после ремонта рекомендуется провести температурную калибровку. Для этого в якорь вставляют несколько термопар, равномерно располагая их по длине якоря. Производят распределение температуры по якорю и производят корректировку температурных полей поворотом направляющих щитков, или раструбов внутренних воздуховодов.

Управление работой печей и контроль параметров осуществляется с помощью потенциометров типа КСП. Потенциометры показывают текущую температуру в печи, записывают изменения температуры на круговой диаграмме в течение суток. Автоматика потенциометра управляет включением и отключением нагревательных элементов печи, поддерживая заданный температурный режим. Потенциометры выводят в отдельное помещение, что облегчает контроль по всем печам.

Печи оборудуются системой защиты с датчиками довзрывной концентрации паров непредельных углеводородов (растворителей и разбавителей). При достижении опасной концентрации опасной величины, система автоматики отключает нагрев печи.

Сушильно-пропиточное отделение в соответствии с требованиями СНиП должно быть оборудовано системой пожарной сигнализации и автоматического пожаротушения.

Рис. 15 Общий вид циркуляционных печей

На рисунке показаны общие трубопроводы выброса летучих связующих на первых этапах сушки, а также двери печей выполненные заодно с тележками.

Якоря, проходящие процесс полимеризации устанавливаются только одного типа и одного варианта конструкции. Это позволяет более точно планировать производственные процессы и управлять ими.

Рис.16 Конструкция циркуляционной печи