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汽輪發(fā)電機(jī)碳刷及滑環(huán)磨損的解決方法
蒙陰縣鑫源熱電有限公司＃1機(jī)組為15MW汽輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組于2017年5月份投入運(yùn)行，發(fā)電機(jī)定子額定電流為1031A；空載電流為259A；每個(gè)環(huán)有四個(gè)碳刷，碳刷的尺寸是60mm×32mm×25mm；勵(lì)磁系統(tǒng)為自勵(lì)半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)；電源取自發(fā)電機(jī)本身，在發(fā)電機(jī)出口處接一臺(tái)勵(lì)磁變壓器，經(jīng)過半導(dǎo)體整流，經(jīng)碳刷、滑環(huán)接入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。
1運(yùn)行狀況
機(jī)組于2017年5月份投入運(yùn)行以來，一直存在以下問題。
碳刷磨損十分嚴(yán)重，截止2017年2月份，汽機(jī)側(cè)碳刷更換了12塊，發(fā)電機(jī)東側(cè)的碳刷自運(yùn)行以來沒有更換過一塊，而有一個(gè)位置的碳刷多次更換，磨損特別快。 每個(gè)碳刷承擔(dān)的電流有較大的偏差，小的0.5A，大的有20A。
電刷表面有劃痕，電刷有磨偏現(xiàn)象。
運(yùn)行過程中，碳刷及滑環(huán)的粉塵較多。
滑環(huán)因碳刷長(zhǎng)期冒火已在表面形成燒傷條紋。
刷辮長(zhǎng)期過熱變色，有段時(shí)間溫度達(dá)80～90℃。
2問題分析
發(fā)電機(jī)碳刷和滑環(huán)間工作面的磨損有兩種：一是純機(jī)械磨損；二是在電流作用下的電氣磨損和機(jī)械磨損。
2.1純機(jī)械磨損
碳刷和滑環(huán)表面相接觸，由于彈簧壓力作用和材料彈性變形的緣故，使直接接觸部分互相嵌入。當(dāng)相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，因摩擦作用而形成磨損。如果碳刷顆粒細(xì)軟，則碳粉易被沾在滑環(huán)表面，使滑環(huán)成為具有亮滑的石磨鏡面，碳刷的磨面也很光滑，兩者的機(jī)械磨損都較小。但如果碳刷顆粒粗硬，或含有如金剛砂之類的硬質(zhì)顆粒，則必然會(huì)使機(jī)械磨損大大增加。同時(shí)由于碳刷中含有少量的碳化鐵、碳化硅即金剛沙灰粉，以提高電刷的耐磨性能，但也會(huì)使集電環(huán)表面拉成溝槽，一旦形成溝槽對(duì)發(fā)電機(jī)的危害極大。碳刷是非金屬導(dǎo)電材料，電阻系數(shù)大，是銅的400倍。電阻產(chǎn)生的能耗高；持續(xù)的滑動(dòng)摩擦導(dǎo)電產(chǎn)生的接觸電阻、機(jī)械摩擦熱耗，加上電刷的電阻能耗轉(zhuǎn)化為高熱易使彈簧失壓及導(dǎo)線老化，引起接觸不良、產(chǎn)生火花，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行；
2.2在電流作用下的電氣磨損和機(jī)械磨損
在電流作用下的電氣磨損，是由于電弧高溫和放電等因素的作用，使極面材料受到損壞的情況。由于電氣磨損影響極面，所以也會(huì)對(duì)機(jī)械磨損的程度產(chǎn)生影響。
由于電流通過碳刷和滑環(huán)的接觸面，且其直接傳導(dǎo)的部位不斷變動(dòng)，電流密度又很大，使一些點(diǎn)溫度很高；又由于電弧的高溫作用，會(huì)使兩側(cè)極面局部熔化、脫落，金屬會(huì)變成金屬蒸氣，碳刷則結(jié)構(gòu)松化，受氧化腐蝕而脫落，此即電氣磨損的表現(xiàn)。但是，極性不同，磨損情況是不一樣的。在電弧作用下，陽極（正極）表面局部灼熱而蒸發(fā)出“金屬蒸氣”，使陽極表面損蝕，這叫“陽極蒸發(fā)”；陰極（負(fù)極）因受正離子撞擊和高溫作用發(fā)射電子，使陰極表面也遭受破壞，這叫“陰極粉化”。由于陽極蒸發(fā)和陰極粉化的作用，碳刷和滑環(huán)由于電流方向不同會(huì)出現(xiàn)極性差別。
當(dāng)電流由碳刷流向滑環(huán)時(shí)，此時(shí)碳刷為正極，滑環(huán)為負(fù)極，則結(jié)果是，碳刷面上發(fā)生微小程度的陽極蒸發(fā)，碳粒、石墨離子遷移到滑環(huán)表面，碳刷有電氣磨損�；h(huán)表面有輕微的陰極粉化，并附著碳粒、石墨，成潤(rùn)滑、光澤的鏡面。由于滑環(huán)表面平滑，機(jī)械磨損較小。 當(dāng)電流由滑環(huán)流向碳刷時(shí)，此時(shí)碳刷為負(fù)極，滑環(huán)為正極，則結(jié)果是，碳刷面上發(fā)生陰
極粉化，電氣磨損小�；h(huán)表面發(fā)生陽極蒸發(fā)。大量金屬蒸發(fā)，使其表面損蝕嚴(yán)重，同時(shí)，這些金屬粒子也易附于碳刷磨損面上，反過來會(huì)使換向器表面嚴(yán)重磨損，出現(xiàn)條痕。這種情況下，滑環(huán)表面粗糙，呈金屬光亮，面間機(jī)械磨損大。
總的來說，當(dāng)碳刷為正極時(shí)，碳刷電氣磨損大，機(jī)械磨損輕微，滑環(huán)的電氣磨損和機(jī)械磨損都很��；當(dāng)碳刷為負(fù)極時(shí)，碳刷電氣磨損小，機(jī)械磨損大，滑環(huán)的電氣磨損、機(jī)械磨損都很大。
為了使磨損均勻一些，對(duì)于滑環(huán)，因?yàn)檎h(huán)電流由碳刷流向滑環(huán)，碳刷正極性，滑環(huán)負(fù)極性，故正環(huán)磨損��；同理，負(fù)環(huán)磨損大，故兩環(huán)極性應(yīng)經(jīng)常調(diào)換。各電廠大修時(shí)常倒換正、負(fù)環(huán)的連接電纜，就是這個(gè)道理。
當(dāng)沒有電流時(shí)，碳刷磨面上的粗硬粒子易嵌入滑環(huán)表面，引起較大的機(jī)械磨損，甚至引起摩擦振動(dòng)。當(dāng)流過電流時(shí)，碳刷磨面上的粗硬粒子被炸裂、粉化，沾在表面，減小摩擦，使機(jī)械磨損減小，并使碳刷運(yùn)行十分平穩(wěn)。所以，在正常情況下，電流對(duì)減小機(jī)械磨損還有好處。但是，如果電流密度過大，則陽極蒸發(fā)嚴(yán)重，會(huì)使電氣磨損加劇。而電氣磨損加劇后，使滑環(huán)表面粗糙化，碳刷表面附著金屬粉，機(jī)械損耗又會(huì)增加，所以通過碳刷的電流密度應(yīng)有一個(gè)限度。
2.3其他方面的影響
彈簧壓力。壓力過小碳刷和滑環(huán)表面接觸不穩(wěn)定，容易引起電弧，使電氣磨損增大。壓力過大，刷面的硬粒對(duì)滑環(huán)表面刮割嚴(yán)重，又會(huì)使機(jī)械磨損增加。因此，彈簧壓力要適中。 碳刷本身電阻。不同批次的碳刷混用，其電阻系數(shù)不一樣，運(yùn)行中造成碳刷溫升不同，導(dǎo)致并聯(lián)碳刷的電流分配不均勻，不僅個(gè)別電流超標(biāo)，而且磨損增大。
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刷架。碳刷中心線不完全垂直于滑環(huán)圓周切面，傾斜勢(shì)必造成碳刷的接觸不良、彈簧壓力不一致。刷握與滑環(huán)表面距離不一致，碳刷有效接觸面有差別，刷架周邊有毛刺不光滑，易掛碳粉和粉塵，這都會(huì)造成碳刷電流偏差增大。
外界環(huán)境�；h(huán)和碳刷靠近發(fā)電機(jī)軸瓦，存在油霧，影響碳刷和滑環(huán)的使用壽命。周圍空氣濕度影響滑環(huán)碳素薄膜的形成，從而影響碳刷的導(dǎo)電性能。
3采取措施
為了減小發(fā)電機(jī)碳刷和滑環(huán)之間磨損，排除因此而帶來的隱患，可以考慮如下措施： 機(jī)組大修時(shí)倒換正、負(fù)環(huán)的連接電纜。
選用質(zhì)地均勻、材質(zhì)較好、廠家指定的同一型號(hào)的碳刷。更換碳刷時(shí)，盡量使更換產(chǎn)品與運(yùn)行碳刷保持生產(chǎn)批次相同，尤其是在滑環(huán)的同一極上。保證每塊碳刷的電阻系數(shù)相同，使碳刷的電流分配均勻。
適當(dāng)增加負(fù)極側(cè)碳刷數(shù)量，降低電流密度，減少電氣磨損，從而降低機(jī)械磨損。 制定維護(hù)制度，及時(shí)擦拭滑環(huán)，更換碳刷時(shí)彈簧壓力要調(diào)整適當(dāng)。運(yùn)行維護(hù)時(shí)，特別是更換新刷塊和日常清掃刷握時(shí)，定量調(diào)節(jié)刷握彈簧壓力為一定值，雖然刷體長(zhǎng)短不一，并聯(lián)運(yùn)行的碳刷壓力卻保持一致，使碳刷的磨損有所降低，延長(zhǎng)使用周期。
在停機(jī)后，對(duì)汽機(jī)側(cè)滑環(huán)作充分的研磨，消除滑環(huán)上的毛刺。檢查刷握的位置，在機(jī)組中、小修時(shí)，對(duì)刷架的安裝，使每個(gè)刷握安裝孔與滑環(huán)切面垂直，保持滑環(huán)軸線與刷架的軸線同心。機(jī)組停運(yùn)時(shí)，按照規(guī)定調(diào)換滑環(huán)極性，控制滑環(huán)的異常磨損。
加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)的衛(wèi)生監(jiān)督和檢查，確保發(fā)電機(jī)在清潔的環(huán)境中運(yùn)行。利用機(jī)組停運(yùn)的機(jī)會(huì)，徹底整治發(fā)電機(jī)軸瓦漏油，使碳刷附近的油霧減少，及時(shí)清理滑環(huán)和刷架上的粉塵。 4結(jié)束語
從2017年2月份開始采取以上措施，碳刷的磨損明顯減小，冒火現(xiàn)象減輕，我們準(zhǔn)備機(jī)組大修時(shí)更換碳刷極性，相信會(huì)對(duì)減少碳刷的磨損起到更積極的作用。我們相信隨著運(yùn)行維護(hù)水平的提高，碳刷磨損嚴(yán)重的問題必將得到完全解決。
汽輪發(fā)電機(jī)碳刷及滑環(huán)磨損的解決方法2017-03-22 16:03 | #2樓
發(fā)電機(jī)定子額定電流為1031a；空載電流為259a；每個(gè)環(huán)有四個(gè)碳刷，碳刷的尺寸是60mm×32mm×25mm；勵(lì)磁系統(tǒng)為自勵(lì)半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)；電源取自發(fā)電機(jī)本身，在發(fā)電機(jī)出口處接一臺(tái)勵(lì)磁變壓器，經(jīng)過半導(dǎo)體整流，經(jīng)碳刷、滑環(huán)接入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。
采取措施
為了減小發(fā)電機(jī)碳刷和過孔滑環(huán)之間磨損，排除因此而帶來的隱患，可以考慮如下措施：
機(jī)組大修時(shí)倒換正、負(fù)環(huán)的連接電纜。
選用質(zhì)地均勻、材質(zhì)較好、廠家指定的同一型號(hào)的碳刷。更換碳刷時(shí)，盡量使更換產(chǎn)品與運(yùn)行碳刷保持生產(chǎn)批次相同，尤其是在滑環(huán)的同一極上。保證每塊碳刷的電阻系數(shù)相同，使碳刷的電流分配均勻。
適當(dāng)增加負(fù)極側(cè)碳刷數(shù)量，降低電流密度，減少電氣磨損，從而降低機(jī)械磨損。
制定維護(hù)制度，及時(shí)擦拭滑環(huán)，更換碳刷時(shí)彈簧壓力要調(diào)整適當(dāng)。運(yùn)行維護(hù)時(shí)，特別是更換新刷塊和日常清掃刷握時(shí)，定量調(diào)節(jié)刷握彈簧壓力為一定值，雖然刷體長(zhǎng)短不一，并聯(lián)運(yùn)行的碳刷壓力卻保持一致，使碳刷的磨損有所降低，延長(zhǎng)使用周期。
在停機(jī)后，對(duì)汽機(jī)側(cè)滑環(huán)作充分的研磨，消除盤式滑環(huán)上的毛刺。檢查刷握的位置，在機(jī)組中、小修時(shí)，對(duì)刷架的安裝，使每個(gè)刷握安裝孔與滑環(huán)切面垂直，保持滑環(huán)軸線與刷架的軸線同心。機(jī)組停運(yùn)時(shí)，按照規(guī)定調(diào)換滑環(huán)極性，控制高速滑環(huán)的異常磨損。
加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)的衛(wèi)生監(jiān)督和檢查，確保發(fā)電機(jī)在清潔的環(huán)境中運(yùn)行。利用機(jī)組停運(yùn)的機(jī)會(huì)，徹底整治發(fā)電機(jī)軸瓦漏油，使碳刷附近的油霧減少，及時(shí)清理滑環(huán)和刷架上的粉塵。
采取以上措施后，碳刷的磨損明顯減小，冒火現(xiàn)象減輕，我們準(zhǔn)備機(jī)組大修時(shí)更換碳刷極性，相信會(huì)對(duì)減少碳刷的磨損起到更積極的作用。我們相信隨著運(yùn)行維護(hù)水平的提高，碳刷磨損嚴(yán)重的問題必將得到完全解決。
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