Klíčová slova elektrický stroj; dlouhodobé zkoušky; měření; vyhodnocování. Keywords electric machine; long-term tests; measure; evaluation

Abstrakt Bakalářská práce je orientována na problematiku studia provozních vlastností el. strojů, zejména s kluzným kontaktem. Prezentováno je zpracované vyhodnocení dlouhodobých zkoušek těchto strojů v provozních podmínkách. Těţiště v této bakalářské práci je orientováno na posouzení velikosti opotřebení kartáčů, degradace krouţků.

Abstract The bachelor’s thesis is focused on the service characteristics of electric machines problem, especially with sliding contact. Further, long-term testing evaluation of those machines in operating conditions is presented. The main importance in this bachelor’s thesis is oriented on examination of brush wear size and circles degradation.

Klíčová slova elektrický stroj; dlouhodobé zkoušky; měření; vyhodnocování

Keywords electric machine; long-term tests; measure; evaluation

Bibliografická citace KOCMAN, R. Vyhodnocování výsledků dlouhodobých zkoušek el. strojů. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2011. 56 s. Vedoucí bakalářské práce doc. Ing. František Veselka, CSc.

Prohlášení

Prohlašuji, ţe svou bakalářskou práci na téma Vyhodnocování výsledků dlouhodobých zkoušek el. strojů jsem vypracoval samostatně pod vedením vedoucího bakalářské práce a s pouţitím odborné literatury a dalších informačních zdrojů, které jsou všechny citovány v práci a uvedeny v seznamu literatury na konci práce. Jako autor uvedené bakalářské práce dále prohlašuji, ţe v souvislosti s vytvořením této bakalářské práce jsem neporušil autorská práva třetích osob, zejména jsem nezasáhl nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a jsem si plně vědom následků porušení ustanovení § 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně moţných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení § 152 trestního zákona č. 140/1961 Sb. V Brně dne ……………………………

Podpis autora ………………………………..

Poděkování Děkuji vedoucímu bakalářské práce doc. Ing. Františku Veselkovi, CSc. za účinnou metodickou, pedagogickou a odbornou pomoc a další cenné rady při zpracování mé bakalářské práce. V Brně dne ……………………………

Podpis autora ………………………………..

ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně

Obsah 1 ÚVOD .......................................................................................................................................................13 2 ZKOUŠENÍ A VYHODNOCOVÁNÍ VÝSLEDKŮ MĚŘENÍ EL. STROJŮ ...................................13 2.1 ÚČEL ZKOUŠEK ................................................................................................................................13 2.2 DRUHY ZKOUŠEK .............................................................................................................................14 2.3 ZKOUŠKY ČINNOSTI CELKŮ .............................................................................................................14 2.4 SESTAVOVÁNÍ ZKUŠEBNÍHO PROGRAMU ........................................................................................14 2.5 ZKUŠEBNÍ PLÁN ................................................................................................................................15 2.6 PŘEDPOKLAD ÚSPĚŠNÉHO MĚŘENÍ .................................................................................................15 2.7 HODNOCENÍ VÝSLEDKŮ ...................................................................................................................15 2.8 ZKUŠEBNÍ ZÁPISY A ZKUŠEBNÍ PROTOKOLY ..................................................................................16 3 VÝZNAM A KONSTRUKČNÍ PROVEDENÍ KLUZNÉHO KONTAKTU A JEHO ZASTOUPENÍ V EL. STROJÍCH ......................................................................................................16 4 KLASICKÁ KONCEPCE KLUZNÉHO KONTAKTU ......................................................................17 4.1 DRŢÁK KARTÁČE .............................................................................................................................17 4.2 KARTÁČ ............................................................................................................................................17 4.3 SBĚRACÍ KROUŢKY ..........................................................................................................................18 4.4 KOMUTÁTOR ....................................................................................................................................18 5 INOVOVANÝ KLUZNÝ KONTAKT ..................................................................................................19 5.1 TEFLON .............................................................................................................................................19 5.1.1 VLASTNOSTI TEFLONU ............................................................................................................19 5.2 INOVOVANÉ PROVEDENÍ KARTÁČŮ PRO STEJNOSMĚRNÉ, KROUŢKOVÉ A SYNCHRONNÍ STROJE .................................................................................................................................................................22 5.3 VYUŢITÍ INOVOVANÉHO KLUZNÉHO KONTAKTU V PRAXI KE ZLEPŠENÍ PROVOZNÍCH PARAMETRŮ EL. STROJŮ........................................................................................................................22 6 VYHODNOCENÍ ZÍSKANÝCH VÝSLEDKŮ Z DLOUHODOBÝCH ZKOUŠEK .......................24 6.1 VYHODNOCENÍ VELIKOSTI OPOTŘEBENÍ KARTÁČŮ VE VE SLAPY...............................................25 6.2 POSOUZENÍ VLIVU INOVOVANÉHO KLUZNÉHO KONTAKTU NA MOŢNOU EXISTENCI STÍNŮ U TG5 V ETI ......................................................................................................................................................27 6.2.1 VYHODNOCENÍ NAMĚŘENÝCH VÝSLEDKŮ Z ETI S RESPEKTOVÁNÍM ZÁVĚREČNÉ ETAPY .....29 6.2.2 PRAKTICKY PROVÁDĚNÉ STUDIUM EXISTENCE STÍNŮ NA TG 5 .............................................30 6.2.3 VIZUÁLNÍ POSOUZENÍ STAVU POVRCHU KROUŢKŮ TG 5 .......................................................31 6.2.4 VYHODNOCENÍ ZÍSKANÝCH VÝSLEDKŮ..................................................................................31 6.3 STUDIUM VELIKOSTI OPOTŘEBENÍ KARTÁČŮ NA STROJI TG4 V EPO .........................................34 6.3.1 VELIKOST OPOTŘEBENÍ KARTÁČŮ KROUŢKU K1 - POLARITA + .............................................35 6.3.2 VELIKOST OPOTŘEBENÍ KARTÁČŮ KROUŢKU K1 - POLARITA - ..............................................36 6.3.3 POROVNÁNÍ VELIKOSTI OPOTŘEBENÍ KARTÁČŮ NA KROUŢCÍCH K1 A K2 .............................36 6.3.4 PROUDOVÉ ZATÍŢENÍ ..............................................................................................................38 6.3.5 POSOUZENÍ VELIKOSTI VIBRACÍ..............................................................................................38 6.3.6 POSOUZENÍ KVALITY DOSEDACÍCH PLOCH KARTÁČŮ ............................................................38

ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně 6.4 VYHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ PRVNÍ ETAPY ZKOUŠEK V EHO .........................................................40 6.4.1 KOMENTÁŘ K NAMĚŘENÝM VÝSLEDKŮM V PRVNÍ ETAPĚ ZKOUŠEK......................................40 6.5 APLIKACE INOVOVANÉHO KLUZNÉHO KONTAKTU U SPECIÁLNÍCH STROJŮ ...............................42 6.5.1 ASYNCHRONNÍ KROUŢKOVÝ GENERÁTOR PRO NEPŘETRŢITOU DODÁVKU EL. ENERGIE (UPS) ...............................................................................................................................................42 6.5.2 MOTOR POJEZDU .....................................................................................................................43 6.5.3 TEPLÁRNA KAUČUK KRALUPY NAD VLTAVOU ......................................................................44 6.5.4 ČESKOMORAVSKÝ CEMENT A.S. .............................................................................................45 6.6 POSOUZENÍ VLIVU KONSTRUKČNÍHO USPOŘÁDÁNÍ TG NA APLIKACI INOVOVANÉHO KLUZNÉHO KONTAKTU..............................................................................................................................................53 7 VYHODNOCENÍ DOSAŢENÝCH VÝSLEDKŮ ................................................................................54 8 ZÁVĚR .....................................................................................................................................................55 LITERATURA ...........................................................................................................................................56


Seznam obrázků Obr. č. 1: Znázornění odolnosti proti nárazu v závislosti na teplotě. ............................................. 20 Obr. č. 2: Znázornění závislosti komprese na době běhu pro čistý PTFE a PTFE s příměsí 15% uhlíku pro tlak p=7,5MPa. .............................................................................................................. 21 Obr. č. 3: Znázornění závislosti pevnosti v tahu na prodlouţení při teplotě ϑ = 150°C čistého PTFE a PTFE s příměsí 5% skla a 10% uhlíku. ............................................................................. 21 Obr. č. 4: Znázornění závislosti tlakového napětí na tlaku při teplotě ϑ = 150°C pro čistý PTFE a PTFE s příměsí 5% skla a 10% uhlíku. .......................................................................................... 22 Obr. č. 5: Mapa vodních elektráren v ČR....................................................................................... 23 Obr. č. 6: Mapa tepelných elektráren v ČR. ................................................................................... 23 Obr. č. 7: Mapa jaderných elektráren v ČR. ................................................................................... 23 Obr. č. 8: Teplárna Kaučuk Kralupy nad Vltavou. ........................................................................ 24 Obr. č. 9: Cementárna Radotín. ...................................................................................................... 24 Obr. č. 10: Vodní elektrárna Slapy. ................................................................................................ 25 Obr. č. 11: Znázornění velikosti opotřebení jednotlivých nainstalovaných kartáčů (inovovaný kartáč je kartáč U10). ..................................................................................................................... 25 Obr. č. 12: Znázornění průměrného opotřebení kartáčů v obvodu buzení u hydrogenerátoru 60MVA. .......................................................................................................................................... 26 Obr. č. 13: Znázornění “vývoje“ velikosti průměrného opotřebení kartáčů E 104 Schunk a HM6r na krouţcích + polarity v průběhu zkoušek.................................................................................... 26 Obr. č. 14: Znázornění rozloţení proudu v jednotlivých kartáčích: a) kartáč U1 Schunk E104, b) kartáč U7 HM6r, c) inovovaný kartáč U10 Schunk E104. ............................................................ 27 Obr. č. 15: Tepelná elektrárna Tisová. ........................................................................................... 27 Obr. č. 16: Znázornění průběhu velikosti opotřebení jednotlivých kartáčů v jednotlivých bězích – vnitřní krouţek. .............................................................................................................................. 28 Obr. č. 17: Znázornění průběhu velikosti opotřebení jednotlivých kartáčů v průběhu dosavadních zkoušek - vnější krouţek. ............................................................................................................... 28 Obr. č. 18: Znázornění průběhu velikosti opotřebení jednotlivých kartáčů v průběhu dosavadních zkoušek – vnitřní krouţek. ............................................................................................................. 29 Obr. č. 19: Znázornění velikosti opotřebení jednotlivých kartáčů na jednotlivých krouţcích a pozicích (roubících) v rozvinutém tvaru. ....................................................................................... 30 Obr. č. 20: Synchronní motor Bartelmus-Donát. ........................................................................... 30 Obr. č. 21: Stín na krouţku synchronního stroje. ........................................................................... 31 Obr. č. 22: Schématické znázornění konstrukčního umístění a uspořádání sběradel na krouţku u TG5 s vyznačením polohy dělící roviny, směru odečítání polohového úhlu stínů a nepoškozených oblastí na obou stranách dělící roviny. ........................................................................................... 32 Obr. č. 23: Schématické znázornění prostorového rozmístění „stínů“ (pozice 1,3,13,15,17) a nepoškozených oblastí (pozice 2,4,11,12,14,16) na krouţku A (vnější krouţek) při pohledu v axiálním směru v polárních souřadnicích. ...................................................................................... 32

ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně Obr. č. 24: Schématické znázornění prostorového rozmístění „stínů“ (pozice 1,3,5,7,9, 12,14,16,17,19) a nepoškozených oblastí (pozice 2,4,6,8,10,11,13,15,18) na krouţku B (vnitřní krouţek) při pohledu v axiálním směru v polárních souřadnicích. ................................................ 33 Obr. č. 25: Tepelná elektrárna Počerady. ....................................................................................... 34 Obr. č. 26: Příklad schématického znázornění velikosti opotřebení kartáčů na roubících na levé straně K2 v závislosti na době běhu. .............................................................................................. 35 Obr. č. 27: Příklad schématického znázornění velikosti opotřebení kartáčů na roubících na pravé straně K2 v závislosti na době běhu. .............................................................................................. 36 Obr. č. 28: Schématické znázornění velikosti opotřebení kartáčů na levých stranách krouţků K1 a K2 v závislosti na době běhu. ......................................................................................................... 37 Obr. č. 29: Schématické znázornění velikosti opotřebení kartáčů na pravých stranách krouţků K1 a K2 v závislosti na době běhu. ...................................................................................................... 37 Obr. č. 30: Schématické znázornění velikosti opotřebení kartáčů na roubících na krouţcích K1 a K2 v závislosti na době běhu. ......................................................................................................... 38 Obr. č. 31: Znázornění povrchu styčné plochy kartáče původního kluzného kontaktu. ................ 39 Obr. č. 32: Znázornění povrchu styčné plochy inovovaného kartáče kluzného kontaktu. ............. 39 Obr. č. 33: Tepelná elektrárna Hodonín. ........................................................................................ 40 Obr. č. 34: Znázornění rozmístění jednotlivých roubíků na sběracím zařízení TG3. .................... 41 Obr. č. 35: Znázornění rozmístění jednotlivých kartáčů na roubících TG3 při pohledu shora. ..... 41 Obr. č. 36: Znázornění průběhu proudů v kartáčích kladné a záporné polarity v závislosti na době běhu. ............................................................................................................................................... 41 Obr. č. 37: Dílčí znázornění průběhu celkové velikosti opotřebení kartáčů obou polarit v závislosti na době běhu................................................................................................................... 42 Obr. č. 38: Znázornění závislosti velikosti průměrného opotřebení kartáčů Δh=f(t) stroje v kabině č. 15. ............................................................................................................................................... 43 Obr. č. 39: Znázornění závislosti velikosti průměrného opotřebení kartáčů Δh=f(t) stroje v kabině č. 16. ............................................................................................................................................... 43 Obr. č. 40: Znázornění opotřebení kartáčů Δh = f(t) motoru s kartáčem s teflonem (T) a motoru z výroby (O) – teplota kartáčů 100°C. .............................................................................................. 44 Obr. č. 41: Znázornění opotřebení kartáčů Δh = f(t) motoru s kartáčem s teflonem (T) a motoru z výroby (O) – teplota kartáčů 150°C. .............................................................................................. 44 Obr. č. 42: Kartáč se štěrbinou na oběhové straně. ........................................................................ 45 Obr. č. 43: Kartáč se štěrbinou na náběhové straně. ...................................................................... 46 Obr. č. 44:Znázornění velikosti opotřebení kartáčů MG 475 (14A) na krouţku A. ...................... 46 Obr. č. 45: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů MG 475 (14A) na krouţku B. ..................... 47 Obr. č. 46: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů MG 475 (14A) na krouţku C. ..................... 47 Obr. č. 47: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů MG 433 (15A) na krouţku A. ..................... 47 Obr. č. 48: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů MG 433 (15A) na krouţku B. ..................... 48

ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně Obr. č. 49: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů MG 433 (15A) na krouţku C. ..................... 48 Obr. č. 50: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů RC67 na krouţku A. .................................... 48 Obr. č. 51: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů RC67 na krouţku B. .................................... 49 Obr. č. 52: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů RC67 na krouţku C. .................................... 49 Obr. č. 53: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů MG 415 na krouţku A. ................................ 49 Obr. č. 54: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů MG 415 na krouţku B. ................................ 50 Obr. č. 55: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů MG 415 na krouţku C. ................................ 50 Obr. č. 56: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů RC67 - bez úpravy na době běhu, krouţku č. 1. ..................................................................................................................................................... 50 Obr. č. 57: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů RC67 - bez úpravy na době běhu, krouţku č. 2. ..................................................................................................................................................... 51 Obr. č. 58: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů RC67 - bez úpravy na době běhu, krouţku č. 3. ..................................................................................................................................................... 51 Obr. č. 59: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů RC67 – kartáč s teflonovou destičkou na době běhu, krouţku č. 1. ......................................................................................................................... 51 Obr. č. 60: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů RC67 - kartáč s teflonovou destičkou na době běhu, krouţku č. 2. ......................................................................................................................... 52 Obr. č. 61: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů RC67 - kartáč s teflonovou destičkou na době běhu, krouţku č. 3. ......................................................................................................................... 52 Obr. č. 62: Schematické znázornění konstrukčního uspořádání soustrojí v A) ETI, B) EPO, C) EHO. ............................................................................................................................................... 53

Seznam tabulek Tab. č. 1: Materiálové vlastnosti pro čistý PTFE a PTFE sloučeniny............................................ 20 Tab. č. 2: Tabulka střední hodnoty velikosti opotřebení kartáčů. .................................................. 52


Seznam symbolů a zkratek ∆h – velikost opotřebení kartáče, t – čas, T – teplota, h – výška kartáče, K – krouţek, D – drţák kartáče, R – roubík, „sT“ – kartáč v provedení s teflonem, I – proud, ε – prodlouţení, σpt – pevnost v tahu, σt – tlakové napětí


13

1 ÚVOD Práce je v úvodní části věnována problematice zkoušek na elektrických strojích a významu kluzného kontaktu v nich. Hlavní část práce obsahuje vyhodnocení podkladových materiálů z dlouhodobých zkoušek el. strojů. V rámci této práce jsou vyhodnoceny podkladové materiály z testů, např. ve vodní elektrárně Slapy, v teplené elektrárně Tisová, Počerady a Hodonín. Ze zkoušek ve VE Slapy je zde vyhodnocení velikosti opotřebení kartáčů. Zkoušky v ETI na TG5 byly zdrojem pro posouzení vlivu inovovaného kluzného kontaktu na moţnost eliminace stínů. Ze zkoušek v EPO je provedeno vyhodnocení velikosti opotřebení kartáčů na stroji TG4 a na krouţcích kladné a záporné polarity. Vyhodnocení výsledků první etapy zkoušek v EHO. Zastoupeny jsou rovněţ i speciální stroje s hodnocením jejich provozu s různým provedením kluzného kontaktu. V závěru práce je uvedeno vyhodnocení dosaţených výsledků.

2 ZKOUŠENÍ A VYHODNOCOVÁNÍ VÝSLEDKŮ MĚŘENÍ EL. STROJŮ 2.1 Účel zkoušek Na elektrických strojích se provádějí během výroby, po jejím ukončení a při uvádění do chodu na zkušebně, popřípadě i v provozu, různé zkoušky, jejichţ účelem je [5]: a) Kontrola poţadavků sestavených na základě dlouholetých zkušeností a shrnutých do továrních nebo státních norem nebo předpisů. Tyto poţadavky mají zajistit určitou jakost výrobku se zřetelem na technické a provozní poţadavky [5]: bezpečnostní – např. zkouška izolace zvýšeným napětím, zkouška zvýšenými otáčkami, oteplení při jmenovitém výkonu; hospodárnosti – zda a jak vyhovují zaručeným hodnotám účinnosti, účiníku, otáček; charakteristických vlastností – výkon, průběh momentu otáček, oteplení jiných charakteristických částí ap. b) Vyšetření jednotlivých vlastností výrobků a získání podkladů pro další výpočet a konstrukci nových typů strojů, po ověření určitých výpočtářských, konstrukčních a projekčních způsobů, pro technické zdokonalení jiţ vyráběných strojů, pro zlevnění výroby a pro zlepšení jakosti.


14

2.2 Druhy zkoušek Různým účelům odpovídají tyto druhy průmyslových zkoušek [5]: a) Typová zkouška – souhrn jednotlivých zkoušek, kterými se zjišťuje, zda určitý typ vyhovuje normám a jiným předem dohodnutým technickým podmínkám nebo poţadavkům. b) Kontrolní zkouška – souhrn jednotlivých zkoušek, kterými se zjišťuje, zda řadové výrobky se shodují se schváleným typem. c) Výběrová zkouška – kontrolní zkouška, která se provádí jen na některých kusech namátkou vybraných ze série. d) Kusová zkouška – kontrolní zkouška, která se provádí na kaţdém vyrobeném stroji. e) Informační zkouška – zkouška pro získání zkušeností o příslušné vlastnosti. f) Přejímací zkouška – souhrn jednotlivých zkoušek předepsaných pro přejímání prováděné zpravidla za přítomnosti zástupce objednavatele k ověření jakosti a bezpečností přejímaných strojů. g) Rozhodčí zkouška – zkouška konaná před rozhodčím orgánem ve sporných případech. h) Dohlédací zkouška – konaná např. zástupcem odběratele, který byl pověřen dohledem na výrobu a dodrţování smluvených podmínek. i) Původní zkouška – kaţdá jednotlivá zkouška, konaná na zkoušeném stroji k ověření jistých vlastností stroje. j) Opakovaná zkouška – jednotlivá zkouška, která se na zkoušeném stroji opakuje buď v souvislosti s jinou zkouškou nebo jestliţe při původní zkoušce stroj nevyhověl. k) Dlouhodobé zkoušky na opotřebení – mají např. prokázat na zkušebně, jak se stroj osvědčí v trvalém provozu. l) Zvláštní výzkumné nebo vývojové zkoušky – jejich účelem je zjistit nebo ověřit nové vztahy mezi charakteristickými vlastnostmi stroje, potřebné pro další vývoj nebo výzkum. m) Zkoušky během výroby – sledují dodrţování technologických postupů kontrolními mezioperačními a vstupními zkouškami, aby byly včas objeveny náhodné výrobní závady a nedostatky, jsou to zkoušky elektrické pevnosti napětím vyšším, neţ určují předpisy.

2.3 Zkoušky činnosti celků U sloţitých elektrických zařízení nestačí vyzkoušet pouze jednotlivé elektrické stroje samostatně, ale na zkušebně se musí sestavit celé elektrické zařízení včetně všech elektrických strojů a přístrojů, při čemţ se pouţije i mechanické části poháněného zařízení včetně mazání a chlazení nebo se nahradí zatěţovacím strojem [5].

2.4 Sestavování zkušebního programu Pro prototypový elektrický stroj je třeba předem znát [5]: a) Jmenovité hodnoty, vlastnosti a provedení zkoušeného stroje a jeho příslušenství. Jeho celkové schéma zapojení. b) Důleţité hodnoty předpokládané technickými kancelářemi při návrhu stroje, popřípadě při projektu celku. c) Pracovní podmínky a způsob pouţití stroje v provozu.


15

d) Záruky dané odběrateli nebo u pokusného výrobku předpokládané záruky. e) Standardy, normy, předpisy a technické podmínky, kterým má zkoušený výrobek vyhovovat.

2.5 Zkušební plán Po důkladném prostudování a poradě s konstrukčními, výpočtářskými a projekčními sloţkami je moţno sestavit zkušební plán s těmito body [5]: a) Účel zkoušky, co a proč chceme ověřit nebo zkoumat. b) Druh zkoušek a jejich rozsah. c) Poţadavky na přesnost výsledků jednotlivých měření. d) Volba zkušební metody se zřetelem na druh zkoušky, poţadovanou přesnost a vybavení zkušebny. e) Volba zkušebního zařízení a měřících přístrojů, celkového uspořádání se zřetelem na montáţe práce, vybavení zkušebny napájecími a zatěţovacími zdroji a stroji. f) Postup přípravy zkoušek určených osazenstvem zkušebny podle vypracovaného schématu zapojení s udáním pouţitých přístrojů. g) Postup vlastního měření, určení velikosti měřených hodnot vzhledem k účelu a poţadované přesnosti tak, aby výsledky zkoušek byly spolehlivé, kontrolovatelné a nezkreslené. h) Způsob zpracování změřených hodnot a sestavení protokolu včetně diagramů, oscilogramů.

2.6 Předpoklad úspěšného měření Předpokladem úspěšného měření je důkladná předběţná kontrola a seřízení všech obvodů [5]: z elektrického hlediska musí být vše správně zapojeno, izolační odpor dostatečný, vinutí bez závitů nakrátko, seřízeno sběrací ústrojí, blokování, zapojení obvodů; z magnetického hlediska musí být dodrţeny vzduchové mezery, mezi plechy magnetického obvodu nesmějí být zkraty, vinutí musí mít správnou polaritu; z mechanického hlediska musí být loţiska, mazání, mechanismy, upnutí a montáţ strojů v pořádku, stoje a kartáče zaběhnuty, převody zkontrolovány.

2.7 Hodnocení výsledků Při zkoušení je třeba posuzovat stroj nebo zařízení [5]: a) Z hlediska konstrukčního nebo projekčního návrhu: provozní účelnost, namáhání jednotlivých částí, mechanickou činnost, spolehlivost. Např. přístupnost loţisek, vyměnitelnost kartáčů, snadnost připojení svorkovnice, hlučnost, chvění, ochranu před dotykem, nebezpečí úrazu, apod. b) Z hlediska výpočtového návrhu: charakteristiky, ztráty, odpory a jiné vypočítané hodnoty, oteplení, činnost jednotlivých obvodů, časové konstanty apod.


16

c) Z hlediska platných norem, standardů, předpisů a technických podmínek: elektrickou a mechanickou pevnost, přetíţitelnost, oteplení, zaručené hodnoty účinnosti, ztrát, cos φ, tvar křivky napětí, zkratovou pevnost. d) Z hlediska provozních poţadavků: činnost při práci podle poţadavků odběratele a předpokladů projektanta, se zřetelem na prostředí a moţné poruchy; bezpečnost při práci, obsluha, revize a údrţba.

2.8 Zkušební zápisy a zkušební protokoly Zkušební protokoly a zápisy jsou různého provedení. Jiný formulář je např. pro kontrolní měření, jiný pro typovou zkoušku. Obsahuje však vţdy všechny štítkové údaje stroje, objednací číslo apod. [5].

3 VÝZNAM

A KONSTRUKČNÍ PROVEDENÍ KLUZNÉHO

KONTAKTU A JEHO ZASTOUPENÍ V EL. STROJÍCH Z historického hlediska stál kluzný kontakt u zrodu el. strojů a zrod el. strojů vedl k rozvoji elektrotechniky a hospodářství. Jako první byl sestrojen stejnosměrný stroj a po něm následoval asynchronní a synchronní stroj. Podle funkce, kterou elektrické stroje plní, se dělí na [1]: generátory - mění energii mechanickou na elektrickou, motory - mění energii elektrickou na mechanickou, měniče - mění elektrickou energii na energii elektrickou jiného druhu. Existují elektrické stroje, jako například asynchronní motory nakrátko, jejichţ rotor nepotřebuje ţádné elektrické spojení s vnějším obvodem. U většiny elektrických strojů je však nutné elektrické spojení otáčející se částí stroje s vnějším obvodem. Do rotoru je nutno [1]: přivést elektrickou energii nutnou pro chod stroje (ss motory, střídavé komutátorové motory), odvést vyrobenou elektrickou energii z kotvy stroje (dynama), přivést k otáčejícímu se induktoru elektrickou energii nutnou pro vytvoření magnetického pole ve stroji (synchronní generátory a motory), řídit proud nebo otáčky elektrického stroje zařízením umístěným mimo tento stroj (krouţkové asynchronní motory), ve speciálních případech z jakýchkoliv jiných důvodů převést elektrickou energii ať ve formě střídavého nebo stejnosměrného proudu. Výše uvedený přenos elektrické energie zprostředkovává na statoru sběrací ústrojí a na rotoru komutátor nebo krouţky. Na rozhraní mezi těmito dvěma částmi musí tedy dojít k elektrickému spojení obou částí pomocí kluzného kontaktu. Důleţitou podmínkou je, aby se toto spojení realizovalo bez jiskření a aby nedocházelo k jeho přerušení. U elektrických strojů musí být tedy zajištěno dobré elektrické i mechanické spojení kluzných komponentů na statoru a rotoru [1].


17

Základními aktivními elementy kluzného kontaktu, tzn. částmi, které po sobě bezprostředně klouţou, vedou elektrický proud a aktivně se podílejí na dějích v kluzném kontaktu, jsou [1]: kartáče, komutátory nebo krouţky. Rozdělení kluzných kontaktů se provádí podle charakteru kluzných ploch a podle druhu přenášeného proudu. Z toho pohledu existuje kluzný kontakt [1]: kartáč – krouţek přenášející stejnosměrný proud (synchronní stroje), kartáč – krouţek přenášející střídavý proud (asynchronní motory, třífázové střídavé komutátorové motory napájené do rotoru, speciální stroje), kartáč – komutátor přenášející stejnosměrný proud (ss stroje), kartáč – komutátor přenášející střídavý proud (střídavé komutátorové stroje).

4 KLASICKÁ KONCEPCE KLUZNÉHO KONTAKTU Kluzný kontakt se skládá z následujících částí: drţák kartáče, kartáč, sběrací krouţky, komutátor.

4.1 Drţák kartáče Drţáky kartáčů slouţí k upevnění a vedení jednoho nebo více kartáčů a tím zajišťují kontakt kartáče s komutátorem nebo krouţkem. Jsou nejdůleţitější částí sběracího ústrojí. Jejich vlastnosti bezprostředně ovlivňují kluzný kontakt. To vyplývá z faktu, ţe uhlíkový kartáč nemůţe pracovat sám, nýbrţ musí být veden drţákem [1]. Základní funkce drţáků [1]: zajišťují upevnění a vedení kartáče, vyvozují potřebnou přítlačnou sílu ke styku kartáče s komutátorem, aby nedocházelo k přerušení tohoto styku, zajistit rovnoměrné rozloţení tlaku po celé kluzné ploše, během opotřebení kartáče udrţují tuto sílu v neměnném místě na hlavě kartáče, zajišťují kartáči určitou volnost pohybu, zvláště ve směru kolmém na komutátor, aby se mohl přizpůsobit nerovnostem povrchu komutátoru, tlumit vzniklé vibrace a nárazy na kartáč.

4.2 Kartáč Původní kartáče pouţívané u prvních elektrických strojů byly tvořeny svazkem drátů nebo měděnou síťkou stočenou do svitku. Tento kartáč značně jiskřil [1]. Dnešní uhlíkový kartáč byl vynalezen v Anglii v r. 1885. Materiálem pro výrobu kartáčů byla v tomto období směs mědi a grafitu. S vývojem stejnosměrných strojů musely být kovografitové kartáče postupně nahrazeny kartáči grafitovými a elektrografitovými [1]. Přednosti uhlíku jako suroviny pro výrobu kartáčů, jsou jeho příznivé elektrické, termické a chemické vlastnosti.


18

Uhlík totiţ má [1]: dobrou elektrickou vodivost, výborné kluzné vlastnosti, je netavitelný za normálního tlaku a při teplotě kolem 3700°C přechází ze stavu pevného do plynného, malou tepelnou roztaţnost, neztrácí svou mechanickou pevnost ani při teplotách kolem 2000°C.

4.3 Sběrací krouţky Kluzný kontakt kartáč - krouţek je mnohem jednodušší neţ kontakt kartáč - komutátor a nejen po stránce elektrické, neboť zde odpadá komutace proudu, ale i po stránce mechanické, neboť povrch krouţku tvoří v radiálním směru jednolitý celek. To ovšem neznamená, ţe u kontaktu kartáč - krouţek se vyskytuje méně problémů, neţ u kontaktu kartáč - komutátor. Jako příklad nám poslouţí speciální stejnosměrné stroje, které mimo komutátory mají ještě krouţky pro napájení střídavých strojů. Tyto střídavé stroje musí mít otáčky v určité závislosti na stejnosměrných motorech, z jejichţ kotevního vinutí jsou napájeny. U těchto speciálních stejnosměrných motorů se vyskytují daleko častěji případy jiskření na krouţcích neţ na komutátorech [1]. Z těchto důvodů je nutné věnovat pozornost konstrukci krouţků a krouţkových hlav, jejich mechanické pevnosti, materiálu, stavu opracování povrchu. Konstrukční uspořádání a uchycení vlastních vodivých sběracích krouţků na hřídeli stroje závisí na druhu a velikosti stroje [1]. U asynchronních motorů tvoří krouţky obvykle jeden celek. U menších motorů jsou zalisované v umělé pryskyřici, u větších strojů jsou sběrné krouţky nasazeny na izolované ocelové pouzdro. Vzájemně jsou odděleny mezistěnami z tvrzené tkaniny. Celek bývá staţen buď maticí nebo stahovacími svorníky. Je velmi důleţité, aby izolace pouzdra, na němţ jsou nasazeny krouţky, se časem neotočila a tím se krouţky neuvolnily [1]. Rozměry sběracích krouţků jsou doporučeny. Jde o průměry z řady 31,5; 50,0; 63,0; 80,0; 100,0; 125,0; 160,0 atd. a šířky 10, 16, 25, 32 mm. Dovolené opotřebení průměrných krouţků je pak 3 mm pro D do 50 mm a postupně se zvětšuje aţ na 7 mm pro D = 500 mm [1].

4.4 Komutátor Komutátor je část elektrického stroje slouţící ke změně kmitočtu proudu kotvy nebo napájecí sítě a k přívodu nebo odvodu proudu do vinutí kotvy. Je sloţen ze soustředně uloţených a vhodně staţených lamel. Lamely jsou izolovány vzájemně mezi sebou i proti nosné konstrukci. Konce vinutí jsou připojeny ke komutátoru obvykle přes tzv. praporky, které se zapájí do vyfrézovaných zářezů v lamelách [1]. Konstrukce komutátoru musí být taková, aby jeho povrch měl dokonale hladkou válcovou plochu, souosou s rotační osou kotvy. Komutátor musí být naprosto jednolitý celek [1]. Podle konstrukce, tzn. podle uchycení lamel proti účinkům odstředivé síly, rozeznáváme komutátory: rybinové, zděřové.


19

Podle způsobu výroby lze komutátory rozdělit na: lisované, skládané. K lamelám komutátoru je připojeno vinutí kotvy. Při malém rozdílu mezi průměrem rotoru a průměrem komutátoru se konce cívek vinutí připájí k lamelám přímo. Při rozdílných průměrech rotoru a průměrem komutátoru se provádí spojení cívek s lamelami komutátoru prostřednictvím tzv. praporků [1]. U středných a velkých stejnosměrných elektrických strojů bývá provedeno vodivé spojení ekvipotenciálních vinutí tzv. vyrovnávacími spojkami, Tyto vyrovnávací spojky se velmi často připojují na čelo komutátoru, to znamená, ţe jsou připájeny do lamel [1].

5 INOVOVANÝ KLUZNÝ KONTAKT Průběţně je vyvíjena snaha o co největší prodlouţení ţivotnosti kluzného kontaktu za různých okolních podmínek a provozních reţimů. Řešení tohoto problému se nazývá inovovaný kluzný kontakt. V našem případě se jedná o komponenty kluzného kontaktu obsahující speciální vrstvy, z nichţ poslední je vţdy vrstva teflonu. Z dosavadních zkušeností vyplývá, ţe teflon má příznivý vliv na běh elektrického stroje, výrazně sniţuje velikost opotřebení kluzného kontaktu a zvyšuje ţivotnost třecího uzlu.

5.1 Teflon PTFE je krystalický polymer bílé barvy, parafinického vzhledu. Vyznačuje se vysokou molekulovou hmotností a obsahuje pouze atomy uhlíku a fluoru s vysokou pevností vazby, coţ určuje jeho charakteristické vlastnosti. K jeho výhodám patří fyziologická nezávadnost v rozsahu pracovních teplot, nepatrná adheze a výborné těsnící účinky.

5.1.1 Vlastnosti teflonu vynikající chemická odolnost, výborná odolnost proti vysokým teplotám, výborné dielektrické vlastnosti, nízká nasákavost a odolnost proti rozpouštědlům, dobré kluzné vlastnosti.


Tab. č. 1: Materiálové vlastnosti pro čistý PTFE a PTFE sloučeniny.

Obr. č. 1: Znázornění odolnosti proti nárazu v závislosti na teplotě. Legenda: a - čistý PTFE, b - PTFE se sklem, PTFE s uhlíkem, PTFE se sklem a uhlíkem

20


21

Obr. č. 2: Znázornění závislosti komprese na době běhu pro čistý PTFE a PTFE s příměsí 15% uhlíku pro tlak p=7,5MPa. Legenda:

Obr. č. 3: Znázornění závislosti pevnosti v tahu na prodlouţení při teplotě ϑ = 150°C čistého PTFE a PTFE s příměsí 5% skla a 10% uhlíku. Legenda:


22

Obr. č. 4: Znázornění závislosti tlakového napětí na tlaku při teplotě ϑ = 150°C pro čistý PTFE a PTFE s příměsí 5% skla a 10% uhlíku. Legenda:

5.2 Inovované provedení kartáčů pro stejnosměrné, krouţkové a synchronní stroje Inovace kartáčů pro elektrické stroje s komutátorem nebo krouţky se prakticky provádí ve dvou základních směrech [1]: a) modifikací struktury kartáče - provádějí výrobci kartáčů a tyto informace nejsou běţně dostupné, b) změnou jejich konstrukčního provedení - je zpravidla vizuálně pozorovatelná. Další vývojovou etapou v inovaci kartáčů pro elektrické stroje představuje aplikace teflonu na vlastní těleso kartáče. Technické provedení kartáče elektrického stoje „sT“ představuje aplikace teflonu nejméně na jednu boční stěnu kartáče. Zpravidla se u stejnosměrných a komutátorových strojů umisťujeme na odběhovou stěnu kartáče a u asynchronních strojů na náběhovou stěnu kartáče. Teflon lze aplikovat praktiky na libovolný druh kartáče [1].

5.3 Vyuţití inovovaného kluzného kontaktu v praxi ke zlepšení provozních parametrů el. strojů Inovovaný kluzný kontakt postupně nachází široké uplatnění v technické praxi, u různých el. strojů a zařízení. Příklady praktické aplikace inovovaných kartáčů: a) elektrická trakce, b) výroba elektrické energie. V případě zdrojů elektrické energie připadají v úvahu všechny druhy elektráren, např. vodní, tepelné, jaderné, nejen v teritoriu ČR, ale v pohraničí.

ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně vodní elektrárny

Obr. č. 5: Mapa vodních elektráren v ČR. Legenda: inovovaný kluzný kontakt, původní kluzný kontakt tepelné elektrárny

Obr. č. 6: Mapa tepelných elektráren v ČR. Legenda: inovovaný kluzný kontakt, původní kluzný kontakt jaderné elektrárny

Obr. č. 7: Mapa jaderných elektráren v ČR. Legenda: inovovaný kluzný kontakt

23


24

aplikace v jiných provozech Teplárna Kaučuk Kralupy nad Vltavou

Obr. č. 8: Teplárna Kaučuk Kralupy nad Vltavou. Instalovaný výkon 2x33MWe. Uvedeno do provozu v r. 1975. Českomoravský cement a.s.

Obr. č. 9: Cementárna Radotín. Uvedeno do provozu v r. 1871. Mnoţství vyrobeného cementu za rok cca 622 tisíc tun.

6 VYHODNOCENÍ ZÍSKANÝCH VÝSLEDKŮ Z DLOUHODOBÝCH ZKOUŠEK Výsledky dlouhodobých zkoušek jsem průběţně vyhodnocoval z poskytnutých podkladových materiálů. Pro tuto bakalářskou práci jsem si zvolil dílčí vyhodnocení inovovaného kluzného kontaktu ve vodních, tepelných elektrárnách a speciálních aplikacích.


25

6.1 Vyhodnocení velikosti opotřebení kartáčů ve VE Slapy Instalovaný výkon elektrárny je 3x48MW, rok uvedení do provozu: 1954 - 1955, typ turbíny: Kaplan.

Obr. č. 10: Vodní elektrárna Slapy. Průběţné vyhodnocování zkoušek bylo prováděno pracovníky vodní elektrárny Slapy 4. V dohodnutých termínech bylo prováděno komplexní hodnocení experimentálních prací za účasti prakticky všech zainteresovaných [6]. Po 130 hod. běhu byla velikost opotřebení prakticky minimální, neměřitelná. Výsledky měření jsou přehledně zpracovány na obr. č. 11. Ze závěrů vyplývá, ţe k nadměrnému opotřebení kartáčů, a tím i zaprášení okolního prostoru, jiţ nedochází [6].

Obr. č. 11: Znázornění velikosti opotřebení jednotlivých nainstalovaných kartáčů (inovovaný kartáč je kartáč U10). Legenda:


26

Obr. č. 12: Znázornění průměrného opotřebení kartáčů v obvodu buzení u hydrogenerátoru 60MVA. Legenda: Celkově pak po 3249 hod. běhu mají v průměru kartáče Schunk E104 opotřebení vyšší o 112% a kartáče HM6r o 239% vzhledem k inovovanému kartáči Schunk E104. K zásadní změně kvality povrchu krouţků při vizuálním pozorování nedošlo. Inovované kartáče UX1-UX3 byly osazeny na zkoušené stroje teprve nedávno. Zatím vykazují ještě příznivější výsledky sníţení velikosti opotřebení neţ kartáč U10, a to i při sníţení velikosti aktivní dosedací plochy o cca 5% [6].

Obr. č. 13: Znázornění “vývoje“ velikosti průměrného opotřebení kartáčů E 104 Schunk a HM6r na krouţcích + polarity v průběhu zkoušek. Legenda:


27

Obr. č. 14: Znázornění rozloţení proudu v jednotlivých kartáčích: a) kartáč U1 Schunk E104, b) kartáč U7 HM6r, c) inovovaný kartáč U10 Schunk E104. Dílčí závěr Obecně lze konstatovat, ţe aplikace inovovaných kartáčů se osvědčila a tyto kartáče vykazují výrazně niţší velikost opotřebení, neţ doposud pouţívané standardní typy kartáčů. V dalším průběhu zkoušek mohou být posouzeny moţnosti provedení i mechanických měření (např. vibrací kartáčů).

6.2 Posouzení vlivu inovovaného kluzného kontaktu na moţnou existenci stínů u TG5 v ETI Elektrárna Tisová je osazena soustrojím o výkonu 183,3MW. Elektrárna byla uvedena do provozu v letech 1958 - 1959, odsířena od roku 1995. V elektrárně se dělají dlouhodobé zkoušky, výsledky se průběţně vyhodnocují.

Obr. č. 15: Tepelná elektrárna Tisová.


28

Zkoušky třecího uzlu byly prováděny na soustrojí TG 5. Výsledky měření poskytovali pracovníci elektrárny Tisová. Prezentovány jsou výsledky měření velikosti délky kartáčů v závislosti na době běhu. Obr. č. 17 představuje znázornění průběhu velikosti opotřebení jednotlivých kartáčů v průběhu dosavadních zkoušek na vnějším krouţku. Obr. č. 18 představuje znázornění průběhu velikosti opotřebení jednotlivých kartáčů v průběhu dosavadních zkoušek na vnitřním krouţku. V první etapě zkoušek, tj. v rozsahu 2000 – 3500 hod. byl na strojích aplikován kluzný kontakt v původním provedení. Po provedení výměny kartáčů pak byl provozován inovovaný třecí uzel se skladbou D - původní, K - v provedení „sT‟ [6].

Obr. č. 16: Znázornění průběhu velikosti opotřebení jednotlivých kartáčů v jednotlivých bězích – vnitřní krouţek. Legenda:

Obr. č. 17: Znázornění průběhu velikosti opotřebení jednotlivých kartáčů v průběhu dosavadních zkoušek - vnější krouţek. Legenda:


29

Obr. č. 18: Znázornění průběhu velikosti opotřebení jednotlivých kartáčů v průběhu dosavadních zkoušek – vnitřní krouţek. Legenda: Dílčí závěr Aplikace této dílčí inovace se příznivě projevila v následujících faktorech: rozdělení proudu (vidíme i velikosti opotřebení jednotlivých kartáčů), prodlouţení doby technického ţivota kartáčů, menší rychlostí opotřebování jednotlivých kartáčů, zvýšená stabilita kluzného kontaktu.

6.2.1 Vyhodnocení naměřených výsledků z ETI s respektováním závěrečné etapy Od zahájení zkoušek jiţ hodnotíme 4. běh inovovaných kartáčů. Z naměřených hodnot lze konstatovat, ţe kluzný kontakt u stroje TG se stabilizoval a např. v případě opotřebení kartáčů na vnitřním krouţku činí velikost opotřebení kartáčů cca 30,1% a doba běhu 5000 hod. o 374% doby běhu původních kartáčů. V porovnání se 3. během (kde velikost opotřebení činila 13%) došlo ke zvětšení opotřebení o 17%. Domnívám se, ţe na této skutečnosti se podílí postupná (tj. nahodilá) výměna jednotlivých kartáčů. Na vnějším krouţku se tato výměna takto prakticky provádí (uplatňuje se pravděpodobně i faktor prostředí) [6]. Stabilizaci parametrů lze pozorovat i ze závislosti proudu v kartáčích vnitřního a vnějšího krouţku. Je zajímavé, ţe k takové výrazné stabilizaci dochází v jarních a podzimních měsících. V letních měsících je disharmonie proudů zvláště výrazná. Proloţíme-li hodnoty celkového proudu křivkou P, pak dostáváme harmonický průběh, charakterizovaný střední hodnotou cca 264A, amplitudou cca 35A a periodou 4737 hod./10000 hod./8684 hod. doby běhu. Lze tedy rovněţ říci, ţe stroj běţí největší část své provozní doby v nestabilní oblasti kluzného kontaktu [6].


30

Obr. č. 19: Znázornění velikosti opotřebení jednotlivých kartáčů na jednotlivých krouţcích a pozicích (roubících) v rozvinutém tvaru. Legenda: V - velké, M – malé Dílčí závěr Lze pozorovat pozitivní vliv inovovaného třecího uzlu na provoz TG 5. Prodlouţila se ţivotnost třecího uzlu a „stínování“ se stabilizovalo, tj. není provázeno nadměrným jiskřením.

6.2.2 Prakticky prováděné studium existence stínů na TG 5 Během dlouhodobých zkoušek se podařilo získat rozsáhlý podkladový materiál, který bylo moţné vyuţít i k posouzení existence stínů. K dokumentaci stínů na krouţcích synchronního stroje je moţné vyuţít i strojů v laboratoři el. strojů, kde byl pořízen níţe uvedený obrázek (obr. č. 20). Stín je tmavá ploška vznikající na krouţku průchodem proudu mezi kartáčem a krouţkem. U těchto strojů je vznik stínů neţádoucí, způsobuje totiţ jiskření. Příklad stínu na krouţku je na obr. č. 21.

Obr. č. 20: Synchronní motor Bartelmus-Donát. Štítkové údaje: Typ: AN08, Č.: 19107, 110V, 26,3A


31

Obr. č. 21: Stín na krouţku synchronního stroje. Legenda: 1 - krouţek se stínem, 2 - čistý krouţek Od roku 1999 probíhá na TG 5 Elektrárny Tisová ověřování provozních vlastností inovovaných třecích uzlů. Prakticky byly instalovány a ověřeny následující inovace sběracího ústrojí [6]: 1. D – sT, 2. K2LAlL (stříbrný), 3. K – sT, tloušťka T = 0,5 mm, 1,0 mm. Hlavním cílem zkoušek bylo studium moţností zlepšování práce kluzného kontaktu a prodlouţení ţivotnosti třecího uzlu. V tomto směru zatím experimenty tohoto druhu nebyly prováděny. Proto v této etapě bylo průběţně prováděno měření velikosti opotřebení jednotlivých kartáčů, jejich proudového zatíţení, teploty krouţků a okolí, vlhkosti. Vizuálně byl hodnocen i stav povrchu jednotlivých krouţků [6]. Vzhledem k tomu, ţe inovace přispěly i ke sníţení dalších provozních problémů (stínování na krouţcích), bylo dohodnuto studovat i tuto problematiku [6].

6.2.3 Vizuální posouzení stavu povrchu krouţků TG 5 Vizuálně byl posouzen stav vnějšího povrchu krouţků TG 5. Pro další studium vývoje „stínování“ byla na rotoru synchronního stroje vytvořena dělící rovina a na papíru (obepínající krouţek) byly vyznačeny jednotlivé oblasti, na kterých došlo k poškození povrchu krouţků. S ohledem na přístup k praktickému studiu stínování, nelze v některých případech jednoznačně říci, zda „stín“ vznikl před nebo aţ po instalaci inovovaných kartáčů [6].

6.2.4 Vyhodnocení získaných výsledků Porovnáním napěťových pulzů a výsledků z měření budicího proudu je patrná vizuální podobnost obou průběhů. Lze tedy akceptovat názor, ţe se jedná o opakovaný výboj špiček kapacitního proudu. Domnívám se však, ţe tvrzení o tom, ţe výboj je realizován vţdy do stejného místa není reálné, neboť je nutno uváţit [6]: impedanci rotoru,


32

polohu rotoru vůči statoru (a to i při opakovaném spouštění stroje), okamţitý výkon stroje, umístění sběracího ústrojí. Rovněţ tvrzení o tom, ţe “měření elektrických vlastností prokázalo přímou vazbu na výskyt stínování krouţku“ neodpovídá plně skutečnosti [6].

Obr. č. 22: Schématické znázornění konstrukčního umístění a uspořádání sběradel na krouţku u TG5 s vyznačením polohy dělící roviny, směru odečítání polohového úhlu stínů a nepoškozených oblastí na obou stranách dělící roviny. Legenda: 1 - Dělící rovina

Obr. č. 23: Schématické znázornění prostorového rozmístění „stínů“ (pozice 1,3,13,15,17) a nepoškozených oblastí (pozice 2,4,11,12,14,16) na krouţku A (vnější krouţek) při pohledu v axiálním směru v polárních souřadnicích.


33

Obr. č. 24: Schématické znázornění prostorového rozmístění „stínů“ (pozice 1,3,5,7,9, 12,14,16,17,19) a nepoškozených oblastí (pozice 2,4,6,8,10,11,13,15,18) na krouţku B (vnitřní krouţek) při pohledu v axiálním směru v polárních souřadnicích. Průměr krouţku od poslední provedené úpravy povrchu soustruţením k poslednímu měření činil [6]: Dříve Nyní Diference Vnitřní krouţek - 407,38 mm 406,87 mm 0,51 mm Vnější krouţek - 408,16 mm 406,87 mm 1,29 mm Vnější krouţek (dále od turbíny) se zatím opotřebovává podstatně více neţ vnitřní krouţek TG. Vyhodnocení vizuální kontroly stavu povrchu jednotlivých krouţků bylo provedeno [6]: a/ v rozvinutém tvaru b/ v polárních souřadnicích. ad a/ V rozvinutém tvaru byly znázorněny oblasti „stínů“ a nepoškozené oblasti povrchu. Je zřejmé, ţe z tohoto pohledu je krouţek A více poškozen neţ krouţek B. Poloha jednotlivých „stínů“ odpovídá umístění kartáčů na krouţcích. Rozmístění jednotlivých „stínů“ na obou krouţcích je prakticky symetrické ke zvolené dělicí rovině (přestoţe není známa poloha dělicí roviny k buzení stroje). Stávající stav je povaţován za výchozí k dalšímu studiu a porovnávání [6]. ad b/ Znázornění prostorového rozmístění „stínů“ a nepoškozených oblastí bylo provedeno transformací rozvinutého tvaru do polárních souřadnic. Příslušné délky oblastí byly vztaţeny k vnějšímu průměru krouţku, obr. č. 23, obr. č. 24 [6]. O = .D (5. 1) O – obvod D – průměr

ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně Poloha příslušné oblasti byla určena odpovídajícím úhlem AA1 = . d AA1 – velikost příslušné oblasti na povrchu krouţku - poloměr - úhel

34

(5. 2)

Porovnáním délky obvodu jednotlivých krouţků bylo zjištěno, ţe diference činí 1,6022 mm u krouţku B a 1,25658 mm u krouţku A. Vzájemný rozdíl pak činí 0,345619 mm [6]. Je zajímavé, ţe degradace povrchu krouţků není rovnoměrně rozloţena na jeho povrchu, ale je výrazně asymetrická. U krouţku A jsou jednotlivé“stíny“ rozloţeny prakticky na 1/2 - 2/3 obvodu krouţku a u krouţku B pak na ½ obvodu krouţku. Intenzita (hloubka) zasaţení jednotlivých oblastí je alespoň částečně patrná i z fotodokumentace [6]. Po tomto posouzení bylo konstatováno, ţe poškození povrchu krouţků není (v porovnání s obdobím před instalací inovovaného sběracího ústrojí) tak váţné a tudíţ nebude prováděno, jinak tradičně běţné, soustruţení povrchu krouţků [6].

6.3 Studium velikosti opotřebení kartáčů na stroji TG4 v EPO Elektrárna Počerady má instalovaný výkonu 5x200MW, byla uvedena do provozu v letech 1970 - 1977, odsířena od roku 1994 - 1996.

Obr. č. 25: Tepelná elektrárna Počerady. Měření byla prováděna za provozu s jistými komplikacemi, ale velice pečlivě. Komplikace způsobily, ţe některé hodnoty nebylo moţné změřit s ohledem na konstrukční provedení sběracího ústrojí. Jistým nedostatkem rovněţ je, ţe obsluha při výměně kartáčů nezměřila velikost dosluhujícího kartáče a velikost nově instalovaného kartáče. Z naměřených hodnot je patrné, ţe i přes pečlivý přístup ke měření se do jejich velikosti promítla i nahodilá chyba způsobená obtíţnými podmínkami při měření, časový faktor, ap. [6]. Obecně lze říci, ţe velikost opotřebení jednotlivých kartáčů má zvyšující se tendenci v závislosti na době běhu. Hodnoty velikosti kartáčů byly určovány ze vztahu [6]:

ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně h1

h2 2

hstř

35

(5. 3)

U většiny znázorněných hodnot je patrná změna průběhu po 2500 hod. provozu. Zůstává otázkou, zda se jedná o dominantní uplatnění subjektivního vlivu, případně vnějších faktorů. Dále je zřejmé, ţe kartáče se neopotřebovávají rovnoměrně, a to i na jednotlivých roubících [6]. Například na krouţku K1 L (levá strana) na roubíku C činí maximální rozdíl velikosti opotřebení kartáčů na kartáčích K4 a K3 23 mm, tj. 250 %, na roubíku B mezi K1 a K3 l5 mm, tj. 150 %, na roubíku A mezi K3 a K4 20 mm, tj. 960 % [6]. Například na krouţku K1 P (pravá strana) a roubíku 1 činí maximální rozdíl velikosti opotřebení kartáčů na kartáčích K4 a K2 l5mm, tj. 257%, na roubíku 2 mezi K2 a K1 l9mm, tj. 226 %, na roubíku 3 mezi K3 a Kl l6 mm, tj. 157 % [6]. Z uvedeného přehledu lze odvodit, ţe na pravé straně krouţku K1 se kartáče s vyšším opotřebením nacházejí výhradně v pozici na straně blíţe k turbíně, na pravé straně krouţku je tomu prakticky obráceně [6]. Srovnatelné velikosti opotřebení kartáčů na krouţku K1 jsou situovány převáţně do drah kartáčů K2 a K3, zejména na levé straně krouţku [6].

6.3.1 Velikost opotřebení kartáčů krouţku K1 - polarita + Hodnotíme-li velikost opotřebení kartáčů na krouţku K1 umístěných na roubících jeho levé a pravé strany, pak lze říci, ţe opotřebení kartáčů na levé straně K1 je podstatně niţší, neţ na pravé straně. Rozdíl činí cca l2 mm, tj. 165 %. Jestliţe jednotlivé průměrné velikosti opotřebení kartáčů na jednotlivých roubících A-D lze povaţovat za prakticky identické, pak velikosti opotřebení kartáčů na jednotlivých roubících pravé strany jsou jiţ značně diferencovány. Největší rozdíly jsou mezi roubíkem č. 4 a 1, jeţ činí 27 mm, tj. 244 %. Diference velikosti opotřebení však narůstá prakticky rovnoměrně od R1 do R4 po cca 10-ti mm [6].

Obr. č. 26: Příklad schématického znázornění velikosti opotřebení kartáčů na roubících na levé straně K2 v závislosti na době běhu.


36

Obr. č. 27: Příklad schématického znázornění velikosti opotřebení kartáčů na roubících na pravé straně K2 v závislosti na době běhu.

6.3.2 Velikost opotřebení kartáčů krouţku K1 - polarita Pro krouţek K2 L (levá strana) na roubíku C činí maximální rozdíl velikosti opotřebení kartáčů na kartáčích K1 a K3 22mm, tj. 250 %, na roubíku B mezi K2 a K3 25 mm, tj. 1000 %, na roubíku A mezi K2 a K1 8mm, tj. 570 %. Pro krouţek K2 P (pravá strana) na roubíku 1 činí maximální rozdíl velikosti opotřebení kartáčů na kartáčích K2 a K1 l5 mm, tj. 170 %, na roubíku 2 mezi K2 a K3 7 mm, tj. 170 %, na roubíku 3 mezi K1 a K4 27 mm, tj. 590 %. Z uvedeného přehledu lze odvodit, ţe na pravé straně krouţku K2 se kartáče s vyšším opotřebením nacházejí převáţně v pozici na straně blíţe k turbíně [6]. Srovnatelné velikosti opotřebení kartáčů na krouţku K2 jsou situovány převáţně do drah kartáčů K4 a K2 na obou stranách krouţku [6]. Hodnotíme-li velikost opotřebení kartáčů na krouţku K2 umístěných na roubících jeho levé a pravé strany, pak lze říci, ţe opotřebení kartáčů na levé a pravé straně K2 je přibliţně stejné. Rozdíl je minimální a činí cca. 0,l mm, tj. 1 %. Na pravé straně K2 lze jednotlivé průměrné velikosti opotřebení kartáčů na roubících 1-4 povaţovat za identické. Průměrné velikosti opotřebení kartáčů na jednotlivých roubících levé strany K2 A-D jsou značně diferencovány. Největší rozdíly jsou mezi roubíkem C a A, jeţ činí l8mm, tj. 380 %. Diference velikosti opotřebení však i zde narůstá prakticky rovnoměrně od A do C po cca. 6-ti mm [6].

6.3.3 Porovnání velikosti opotřebení kartáčů na krouţcích K1 a K2 Z vyhodnocení opotřebení lze usoudit, ţe menší opotřebení mají zpravidla kartáče umístěné na roubících A, B, 1, 2, tj. v horní polovině sběracího ústrojí. Větší opotřebení mají zpravidla kartáče, které jsou umístěny na bočních částech krouţku (roubíky D, C, 4). Souvislost je moţné hledat ve velikosti kmitání těchto částí, způsobu chlazení sběracího ústrojí a kartáčů, ap. [6]. S ohledem na prostorové umístění krouţku K1 (je blíţe k turbíně) existují u něj podstatně větší rozdíly ve velikostech opotřebení kartáčů (umístěných na pravé a levé straně). Diference činí l3 mm, tj. aţ 165 % [6]. V případě krouţku K2 tyto diference opotřebení kartáčů umístěných na pravé a levé straně krouţku jsou minimální. Rozdíly ovšem existují ve velikosti opotřebení kartáčů umístěných na


37

levé a pravé straně krouţků K1 a K2. Největší opotřebení je na krouţku Kl. Velikost opotřebení kartáčů na pravých stranách krouţků K1 a K2 je a l6 mm, tj. 190 % větší neţ na jejich levých stranách [6]. K celkovému opotřebení všech kartáčů na Kl a K2 lze uvést, ţe tangenty křivek opotřebení kartáčů jsou různé. Velikost opotřebení kartáčů na krouţku K1 je o 9 mm, tj. 150 % větší, neţ kartáčů na krouţku K2, který je umístěn dále od turbíny [6].

Obr. č. 28: Schématické znázornění velikosti opotřebení kartáčů na levých stranách krouţků K1 a K2 v závislosti na době běhu.

Obr. č. 29: Schématické znázornění velikosti opotřebení kartáčů na pravých stranách krouţků K1 a K2 v závislosti na době běhu.


38

Obr. č. 30: Schématické znázornění velikosti opotřebení kartáčů na roubících na krouţcích K1 a K2 v závislosti na době běhu. V průběhu zkoušek bylo zjištěno i narušení technické aplikace teflonové destičky na kartáčích. V jednom případě došlo k odtrţení uţšího prouţku a ve druhém případě došlo k odtrţení větší souvislé vrstvy teflonu. I přes toto poškození konstrukčního provedení kartáčů nedošlo k porušení aktivní plochy kartáčů a případně i stroje [6]. U jednoho z těchto dvou kartáčů byl potom odebrán vzorek styčné plochy k analýze pomocí elektronového mikroskopu. Výsledek je prezentován na obr. č. 31 a obr. č. 32 [6].

6.3.4 Proudové zatíţení Průběţně byla diagnostikována i velikost proudového zatíţení jednotlivých kartáčů. S ohledem na pouţité technické vybavení, obtíţnost měření, reálné podmínky v kluzném kontaktu při provozu soustrojí, časové intervaly mezi jednotlivými měřeními, se diference při měření pohybovala aţ kolem 500 A, tj. 10000 %. Proto tyto měření povaţujeme pouze za informativní [6].

6.3.5 Posouzení velikosti vibrací Úroveň chvění byla měřena ve vertikálním, horizontálním a rovněţ i v axiálním směru. Z vyhodnocení měření je zřejmé, ţe zadní loţisko vykazuje trvale vyšší úroveň chvění ve vertikálním a axiálním směru, neţ přední loţisko. U obou loţisek je dominantní horizontální a axiální chvění, které můţe zapříčiňovat jiţ zmíněné diference mezi velikostí opotřebení jednotlivých kartáčů. Z vyjádření obsluhy soustrojí vyplývá, ţe zatím se na krouţcích udrţuje původní polarita budicího proudu, přepólovávání nebylo prováděno a rovněţ doposud nebylo pozorováno ţádné jiskření [6].

6.3.6 Posouzení kvality dosedacích ploch kartáčů Při analýze původních kartáčů typu CG 318 byly z některých vybraných částí jejich povrchu na dosedací ploše zhotoveny vzorky a snímky daných oblastí na elektronovém mikroskopu TESLA BS 300 s různým zvětšením. Na snímku jsou patrné lokální oblasti na dosedací ploše kartáče, které jsou poškozeny "mikrovýbuchy", případně jiným mechanismem lokálního přehřátí,


39

následným uvolněním hmoty kartáče, startující proces jeho eroze. Na snímku je zachycena dosedací plocha inovovaného kartáče opatřeného několika pruhy teflonu. Jeden z mechanismů pozitivního působení teflonu je ze snímku patrný [6]. Je zřejmé, ţe aplikace teflonu se pozitivně projevila na zlepšení kvality dosedací plochy kartáčů, která jiţ pak není narušovaná mikrotrhlinami a oblastmi se zvýšenou erozí, v porovnání s kvalitou povrchu dosedací plochy kartáče u doposud pouţívaných kluzných kontaktů [6].

Obr. č. 31: Znázornění povrchu styčné plochy kartáče původního kluzného kontaktu.

Obr. č. 32: Znázornění povrchu styčné plochy inovovaného kartáče kluzného kontaktu. Teflon je zastoupený v jednotlivých pórech kartáče a celém povrchu dosedací plochy kartáče. Materiál působí kompaktnějším dojmem [6]. Dílčí závěr V průběhu zkoušek byly ověřovány zatím dvě ze tří variant inovací třecího uzlu. Výsledky měření a jejich zpracování potvrdilo pozitivní vliv inovací třecího uzlu na kvalitu kluzného kontaktu v parametru opotřebení kartáčů. Rovněţ nepříznivý vliv stínování se zatím neprojevil v původním rozsahu. Mírné stínování (délka 40 mm, šířka l0 mm) se objevilo na krouţku K1/L,B v dráze kartáče K3 na jednom místě. Prezentované závěry dílčích výsledků zkoušek lze povaţovat za nadějné, i kdyţ toto nezbytné zpracování naměřených výsledků bude vyuţito pro závěrečné posouzení všech variant úpravy třecího uzlu [6].


40

6.4 Vyhodnocení výsledků první etapy zkoušek v EHO Instalovaný výkon: 105MW, 170t páry/hod, rok uvedení do provozu: 1951 - 1957, odsířeno od roku 1997.

Obr. č. 33: Tepelná elektrárna Hodonín.

6.4.1 Komentář k naměřeným výsledkům v první etapě zkoušek Před započetím zkoušek bylo zkontrolováno a seřízeno sběrací ústrojí. 1. etapa měření byla prováděna za stavu, kdy stroj byl osazen původními drţáky kartáčů a původními, novými kartáči. Rozmístění roubíků a jednotlivých kartáčů na krouţcích je patrné z obr. 34 a obr. 35. Je symetrické v horní polovině vnějšího obvodu hřídele. Ve vodorovné rovině jsou umístěny kartáče na roubících R1 aţ R6. Závislost velikosti opotřebení jednotlivých kartáčů na době běhu není prakticky ani v jednom případě lineární, a to i přesto, ţe byly k dispozici pouze 4 naměřené hodnoty. Za lineární lze povaţovat snad průběhy opotřebení kartáčů R5* (-). V tomto běhu bylo dosaţeno délky ţivota 1485 hod. (při uvaţování nepřetrţitého provozu jde tedy o 6,6 hod. více), celková doba běhu můţe být aţ dvojnásobná, coţ je v souladu s původní informací. Nelinearita průběhu podporuje domněnku, ţe velikost přítlačné síly není konstantní v průběhu doby ţivota kartáčů. Největší rozptyl hodnot přitom vykazují kartáče + polarity o 2,5 mm a – polarity o 1,8 mm. Tyto vývojové tendence potvrzují i průběhy aritmetického průměru velikosti opotřebení kartáčů jednotlivých polarit. Největší rozdíly jsou patrné v ½ a na konci technického ţivota kartáčů [6]. Vzhledem k tomu, ţe měření velikosti proudu jednotlivých kartáčů probíhá nespojitě, jsou patrné diference o velikosti 40 A v případě kartáčů polarity - a 17 A v případě kartáčů polarity +. V případě kartáčů + polarity je tato diference největší na počátku měření. Domnívám se, ţe to můţe být důsledek stávajícího technologického postupu, kdy kartáče před instalací do stroje nejsou zabrušovány. Tuto skutečnost potvrzuje i diagram celkových proudů, kdy na začátku činí diference 48 A a na konci 3 A. Rozdíl tedy je 88 % a postupně se zmenšuje. Tato okolnost má rovněţ vliv i na velikost opotřebení kartáčů a tím i jejich ţivotnost [6].


R3

41

R4

R2 R5 R1

R6

Obr. č. 34: Znázornění rozmístění jednotlivých roubíků na sběracím zařízení TG3.

R6 K1 R5 K1

K2

K1

K2

K1

K2

K1

K2

R4

Pohled „P“

R3 R2 R1 K1

Obr. č. 35: Znázornění rozmístění jednotlivých kartáčů na roubících TG3 při pohledu shora.

Obr. č. 36: Znázornění průběhu proudů v kartáčích kladné a záporné polarity v závislosti na době běhu. Legenda:


42

Obr. č. 37: Dílčí znázornění průběhu celkové velikosti opotřebení kartáčů obou polarit v závislosti na době běhu. Legenda: Dílčí závěr V průběhu zkoušek byla zatím ověřena pouze původní varianta třecího uzlu. S ohledem na předchozí ujednání budou další zkoušky pokračovat s vyuţitím aplikace kompletně inovovaného třecího uzlu.

6.5 Aplikace inovovaného kluzného kontaktu u speciálních strojů Mezi speciální aplikace se řadí takové elektrické stroje, které nacházejí uplatnění např. v dopravě. Jsou to např. trakční motory (tramvaje, lokomotivy, trolejbusy), motory pro vysokozdviţné vozíky apod. Do této kategorie také řadíme i asynchronní krouţkový generátor pro nepřetrţitou dodávku elektrické energie – UPS.

6.5.1 Asynchronní krouţkový generátor pro nepřetrţitou dodávku el. energie (UPS) Je určen pro provoz v průmyslových halách, popř. v uzavřeném strojním prostoru s teplotou okolí 0 aţ 45 °C. Mezi vlastnosti UPS s asynchronním krouţkovým generátorem patří [4]: zásobování on-line sítě přidruţeného spotřebitele, nepřerušené zásobování energií pro zajištění dodávky el. energie, kinetický zásobník energie po dobu 5 s, kvalitní filtr pro 100% nelineární zatíţení, velmi dobrá účinnost při nízkých provozních nákladech. Problémem u tohoto stroje je to, ţe běţí většinu času naprázdno (bez zátěţe) a tím dochází k rychlejšímu opotřebení kluzného kontaktu, neboť pro klasické provedení kluzného kontaktu nemohou být vytvořeny optimální podmínky. Proto byl aplikován inovovaný kluzný kontakt. Výsledky získané po dlouhodobém provozu jsou znázorněny na obr. č. 38 a obr. č. 39.


43

Obr. č. 38: Znázornění závislosti velikosti průměrného opotřebení kartáčů Δh=f(t) stroje v kabině č. 15. Legenda

Obr. č. 39: Znázornění závislosti velikosti průměrného opotřebení kartáčů Δh=f(t) stroje v kabině č. 16. Legenda: Dílčí závěr Inovace kartáčů asynchronního krouţkového generátoru významně ovlivnila práci celého sběracího ústrojí a přispěla ke sníţení opotřebení kartáčů, odstranění vzniku stínů na povrchu krouţků, sníţení ztrát třením naprázdno.

6.5.2 Motor pojezdu Motory u transportních vozíků a zvedacích mechanismů se vyznačují malými rozměry. Zároveň pracují v uzavřeném prostoru s proměnlivou okolní teplotou. Z těchto důvodů jsou podmínky pro práci klasického kluzného kontaktu velice obtíţné.


44

Pro zajištění poţadované provozní spolehlivosti a ţivotnosti stroje je nezbytné aplikovat inovovaný kluzný kontakt [7].

Obr. č. 40: Znázornění opotřebení kartáčů Δh = f(t) motoru s kartáčem s teflonem (T) a motoru z výroby (O) – teplota kartáčů 100°C.

Obr. č. 41: Znázornění opotřebení kartáčů Δh = f(t) motoru s kartáčem s tefl onem (T) a motoru z výroby (O) – teplota kartáčů 150°C. Dílčí závěr Při provádění optimalizace kluzného kontaktu byly aplikovány kartáče v provedení „sT“ a sledovaná velikost jejich opotřebení v závislosti na čase, která je uvedena na obr. č. 40 pro teplotu kartáčů t = 100 °C a na obr. č. 41 pro teplotu kartáčů t = 150 °C.

6.5.3 Teplárna Kaučuk Kralupy nad Vltavou Teplárna v Kaučuku Kralupy realizuje dodávku tepla, páry a elektrické energie do technologických provozů podniku. Synchronní generátor pracuje ve sloţitých podmínkách, které výrazně ovlivňuje zejména okolí. V ovzduší jsou zastoupeny různé chemické prvky, včetně např.


45

síry. Tím dochází k degradaci vnějšího povrchu krouţků a v důsledku toho i k nadměrnému opotřebení kartáčů [7]. Dílčí závěr K aplikaci inovovaného kluzného kontaktu v podobě kartáčů v provedení „sT“ došlo za běţného provozu bez předchozí úpravy vnějšího povrchu krouţků. Průběţné měření nebylo z provozních důvodů prováděno. Obsluhující personál v tomto případě pouze konstatoval dílčí zlepšení kvality kluzného kontaktu.

6.5.4 Českomoravský cement a.s. Ve firmě Českomoravský cement a.s. se v technologickém provozu vyuţívá vysokonapěťových asynchronních motorů pro pohon surovinových mlýnů. Okolní prostředí těchto strojů se vyznačuje vysokou prašností a také tím, ţe prachové částice jsou velice tvrdé. K zajištění poţadované provozní spolehlivosti byla v tomto případě realizována následující opatření [7]: 1) Výběr vhodné kvality kartáčů. 2) Potom realizace inovovaného kluzného kontaktu v provedení K „sT“. Na provoz inovovaného kluzného kontaktu mají velice negativní vliv prachové částice, které přispívají k destrukci spoje mezi kartáčem a teflonovou destičkou [7]. Provoz inovovaného kluzného kontaktu také ovlivňuje způsob dosednutí kartáče na krouţek. Pokud kartáče mají nekonstantní štěrbinu na oběhové straně kartáče, je to faktor, který narušuje provoz kartáče vlivem vznikajícího podtlaku pod kartáčem [7]. Toto umístění štěrbiny naopak zvyšuje přítlak a tření kartáče s následkem sníţení přechodového odporu kartáč - krouţek (sníţení úbytku napětí na kartáči). Viz obr. č. 42 [7].

Obr. č. 42: Kartáč se štěrbinou na oběhové straně. Přítlak i přetlak pod kartáčem zmizí, pokud kartáč (resp. jeho dosedací plocha) bude doléhat na povrch krouţku kolmo bez štěrbin [7].


46

Kartáče se štěrbinou (nekontaktní plochou) na náběhové straně, např. díky nekolmému tlaku prstu pruţiny na kartáč, budou vystaveny přetlaku pod touto plochou, vlivem stlačování vzduchu pod kartáčem, bude na ně působit aerodynamický přetlak, který má za následek oslabování přítlaku kartáče na krouţek a zhoršené schopnosti kartáče převádět proud. Aerodynamický přetlak rovněţ redukuje koeficient tření a zvyšuje přechodový odpor. Viz obr. č. 43 [7].

Obr. č. 43: Kartáč se štěrbinou na náběhové straně. Pokud se tlak vzduchu pod náběţnou hranou zvyšuje, má to za následek stále horší kontakt kartáče s krouţkem tzv. „nadskakování” kartáče [7]. Vyhodnocení dlouhodobých zkoušek velikosti opotřebení kartáčů na asynchronním stroji s vinutým rotorem.

Obr. č. 44:Znázornění velikosti opotřebení kartáčů MG 475 (14A) na krouţku A. Legenda: , k – pořadové číslo kartáče


Obr. č. 45: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů MG 475 (14A) na krouţku B. Legenda: , k – pořadové číslo kartáče

Obr. č. 46: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů MG 475 (14A) na krouţku C. Legenda: , k – pořadové číslo kartáče

Obr. č. 47: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů MG 433 (15A) na krouţku A. Legenda: , k – pořadové číslo kartáče

47


48

Obr. č. 48: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů MG 433 (15A) na krouţku B. Legenda: , k – pořadové číslo kartáče

Obr. č. 49: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů MG 433 (15A) na krouţku C. Legenda: , k – pořadové číslo kartáče

Obr. č. 50: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů RC67 na krouţku A. Legenda: , k – pořadové číslo kartáče


49

Obr. č. 51: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů RC67 na krouţku B. Legenda: , k – pořadové číslo kartáče

Obr. č. 52: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů RC67 na krouţku C. Legenda: , k – pořadové číslo kartáče

Obr. č. 53: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů MG 415 na krouţku A. Legenda: , k – pořadové číslo kartáče


Obr. č. 54: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů MG 415 na krouţku B. Legenda: , k – pořadové číslo kartáče

Obr. č. 55: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů MG 415 na krouţku C. Legenda: , k – pořadové číslo kartáče

Obr. č. 56: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů RC67 - bez úpravy na době běhu, krouţku č. 1. Legenda:

50




Obr. č. 59: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů RC67 – kartáč s teflonovou destičkou na době běhu, krouţku č. 1. Legenda:

51


52

Obr. č. 60: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů RC67 - kartáč s teflonovou destičkou na době běhu, krouţku č. 2. Legenda:

Obr. č. 61: Znázornění velikosti opotřebení kartáčů RC67 - kartáč s teflonovou destičkou na době běhu, krouţku č. 3. Legenda: Dílčí závěr Pohony surovinových mlýnů pracují ve velice prašném prostředí. Negativní vliv částic prachu se sekundárně projevuje na sníţení doby technického ţivota kartáčů, krouţků apod. Proto se v první fázi optimalizace práce kluzného kontaktu hledala nejlepší varianta kartáčů. Testovány byly kartáče v následujícím pořadí typu MG 475, MG 433, RC 67 a MG 415. Velikost přítlačné síly činila 20 N. Výsledky dlouhodobých zkoušek jsou na obr. č. 44 aţ obr. č. 55 a tab. č. 2. Typ kartáče MG 475 MG 433 RC 67 MG 415

Střední hodnota velikosti opotřebení [mm] Krouţek A Krouţek B Krouţek C 1,7 7,1 5,7 3,3 7,0 11,9 5,4 3,2 4,7 5,4 6,8 5,2

Tab. č. 2: Tabulka střední hodnoty velikosti opotřebení kartáčů.

Střední hodnota opotřebení [mm] 4,8 7,4 4,4 5,8


53

Z výsledků měření je patrné, ţe nejvýhodnější je provedení kartáčů RC 67. K prodlouţení ţivotnosti sběracího ústrojí měla přispět aplikace inovovaného kluzného kontaktu – kartáčů v provedení „sT“. Vlivem nepříznivého působení prachu v kombinaci s aerodynamikou kartáčů – obr. č. 43 docházelo po 175 hod. provozu k poškození lepeného spoje a odpadnutí destičky. V důsledku následné výměny kartáčů nebylo v tomto případě moţné indikovat velikost přínosu.

6.6 Posouzení vlivu konstrukčního uspořádání TG na aplikaci inovovaného kluzného kontaktu Jestliţe v případě hydroelektráren zůstává základní konstrukční uspořádání (turbína, spojka, generátor, krouţky, budič) prakticky neměnné, potom v případě uspořádání soustrojí turbogenerátoru lze studovat hned několik základních variant uspořádání, viz obr. č. 62 [6]. A) Turbína

Generátor TG 5

Vnitřní krouţek

Vnější krouţek

B) Odvod chladícího vzduchu

TURBÍNA

GENERÁTOR

BUDIČ II

BUDIČ I

K1 K2 Přívod chladícího vzduchu

C) Znázornění soustavy TG3 Krouţky Turbína

Generátor

Pohled „P“

K1 K2

Obr. č. 62: Schematické znázornění konstrukčního uspořádání soustrojí v A) ETI, B) EPO, C) EHO.


54

Prakticky stejná situace je i v případě konstrukčního provedení a uspořádání sběracího ústrojí generátorů [6]. Jednotlivé kartáče tedy nepracují v identických podmínkách jiţ v základní sestavě soustrojí. Stejné nejsou ani podmínky jednotlivých kartáčů pokud se týká jejich umístění na sběracím ústrojí generátorů. Tyto okolností lze respektovat např. při modelování funkce jednotlivých sběracích ústrojí v SADYSu. V této práci však modelování prováděno nebylo s ohledem na praktické zaměření jednotlivých experimentů a poţadavku na bezprostřední výstupy [6]. Dílčí závěr rozdíly mezi TG a HG je v obvodové rychlosti a tím také v jejím vlivu na velikost opotřebení (velký rozptyl hodnot), vlivu ovality (krouţku, komutátoru), vlivu teploty okolního prostředí, vlivu vlhkosti okolního prostředí. Prezentované výsledky dokumentují, ţe aplikace statických budicích soustav není jedinou příčinou vzniku a rozvíjení „stínování“. Nesporně můţe sehrávat roli tzv. „spouštěcího mechanismu“. Provedené experimenty přispěly k rozšíření znalostí o vlastnostech a chování kluzného kontaktu elektrického stroje [6].

7 VYHODNOCENÍ DOSAŢENÝCH VÝSLEDKŮ Inovovaný kartáč v provedení „sT“ má v případě odebírání proudu z otáčejícího se komutátoru, příp. krouţku veliké přínosy. Aplikací inovovaného kluzného kontaktu se dosahuje: prodlouţení doby technického ţivota kartáčů, zvýšení stability kluzného kontaktu, menší rychlostí opotřebování jednotlivých kartáčů, zlepšení mechanických vlastností třecího uzlu, sníţení vlivu vlhkosti na komutaci (příznivé pro aplikaci v atmosféře ve velkých výškách a za nízkých teplot), sníţení dynamiky pochodů při tvorbě filmu, menšího narušování plynulosti styku kartáče s komutátorem, sníţení úrovně ionizace nárazem (mění strukturu a mnoţství plynu mezi elektrodami) a tím sniţuje pravděpodobnost vzniku oblouku, zabránění vzniku stabilní vrstvičky H2O, protoţe teflon odpuzuje H2O.


55

8 ZÁVĚR Cílem této bakalářské práce bylo vyhodnocení podkladových materiálů z dlouhodobých zkoušek el. strojů a vyhodnocení dosaţených výsledků. V této bakalářské práci jsou vyhodnoceny podkladové materiály z testů ve vodní elektrárně Slapy, tepelné elektrárně Tisová, tepelné elektrárně Poříčí a tepelné elektrárně Hodonín. Ve výše zmíněných elektrárnách byl pouţit inovovaný kluzný kontakt. Z oblasti aplikace inovovaného kluzného kontaktu u speciálních strojů je zde vyhodnocení podkladových materiálů z testů asynchronního krouţkového generátoru pro nepřetrţitou dodávku el. energie - (UPS), motoru pojezdu, teplárny Kaučuk Kralupy nad Vltavou a firmy Českomoravský cement a.s. Obecně lze říci, ţe inovovaný kluzný kontakt má v porovnání s původním kluzným kontaktem příznivější vliv na chod celého stroje.


56

LITERATURA [1] CHMELÍK, K., VESELKA, F. Kluzný kontakt v elektrických strojích. Ostrava: KEY Publishing s.r.o., 2007. 256 s. ISBN 978-80-87071-59-5 [2] ČSN 01 3180 (013180) - srpen 1982. Technické výkresy. Kreslení diagramů. [3] ČSN 01 3107 (013107) - září 1981. Technické výkresy. Schémata. Druhy a typy. Společné poţadavky na kreslení. [4] ELEKTRO. UPS – Nepřetržitá dodávka el. energie s asynchronním kroužkovým generátorem, ISSN 1210-0889 [5] VESELKA, F., HUZLÍK, R. Inspekční a revizní činnost. Brno: AKADEMICKÉ NAKLADATELSTVÍ CERM (r), s. r. o., 2007. 122 s. ISBN 978-80-7204-568-6 [6] VESELKA, F. Pokyn pro optimální podmínky provozu a pro údržbu sběracího ústrojí generátorů a budičů v klasických elektrárnách. Brno. 2002. [7] VESELKA, F. Poskytnuté osobní podklady a materiály.

Klíčová slova elektrický stroj; dlouhodobé zkoušky; měření; vyhodnocování. Keywords electric machine; long-term tests; measure; evaluation

Recommend Documents