汽轮发电机碳刷及滑环磨损的解决方法.pdf

参娃 晨 斜技 2 0 0 8 年 第5 期 汽轮发 电机碳刷及 滑环磨 损的解 决方法 罗辉， 李亚强， 韩飞 山东华聚能源股份有限公司济二矿电厂， 山东 济宁2 7 3 5 0 0 摘要 由于电流通过碳刷和滑环的接触面， 且其直接传导的部位不断变动， 电流密度又很大。 使一些点温度很高； 又由于电弧的高温作用。 会 使两侧极面局部熔化、 脱落． 金属会变成金属蒸气， 碳刷则结构松化， 受氧化腐蚀而脱落， 此印电气磨损的表现。 关键词碳刷滑环磨损 中图分类号T M 3 1 1 文献标识码B 济二矿电厂 3机组为 1 5 M W汽轮发电机组， 机 组于2 0 0 6年 1 1 月份投入运行， 发电机定子额定电流为 1 7 1 8 A ， 励磁 电流为 2 6 0 A 。每 个环有 四个碳 刷 ， 碳刷 型号为 D 1 7 2 ， 尺寸为 6 0 m m X 3 2 l n m ． X 2 5 n L r n 。励磁系 统为自励半导体励磁系统， 电源取 自发电机本身， 在发 电机出口处接一台励磁变压器， 经过半导体整流， 经碳 刷、 滑环接入发电机转子， 供给发电机励磁。 1 运行状况 机组投入运行以来， 碳刷磨损十分严重 ， 截止 2 0 0 8 年 2 月份， 汽机侧碳刷更换过 2 块 ， 发电机南侧的碳刷 更换了 1 2 块， 其中有一个位置的碳刷多次更换， 磨损 特别快。主要现象为 电刷表面有划痕， 电刷有磨偏现 象。运行过程 中， 碳刷及 滑环 的粉 尘较多 。滑环 因碳 刷长期冒火已在表面形成烧伤条纹。刷辫长期过热变 色 ， 有时温度达 8 0～ 9 0℃。 2 问题分析 发电机碳刷和滑环间工作面的磨损有两种情况。 2 ． 1 纯机械磨损 碳刷和滑环表 面相接 触 ， 由于弹簧 压力作用 和材 料弹性变形的缘故， 使直接接触部分互相嵌入。当相 对滑动时， 因摩擦作用而形成磨损。如果碳刷颗粒细 软， 则碳粉易被沾在滑环表面， 使滑环成为具有亮滑的 石墨镜面， 碳刷的磨面也很光滑， 两者的机械磨损都较 小。但如果碳刷颗粒粗硬， 或含有如金刚砂之类的硬 质颗粒， 则必然会使机械磨损大大增加。同时由于碳 刷中含有少量的碳化铁、 碳化硅即金刚沙灰粉 以提高 电刷的耐磨性能 ， 会使集电环表面拉成沟槽， 对发电 机的危害极大。碳刷是非金属导电材料， 电阻系数大， 是铜的 4 0 0倍。电阻产生的能耗高。持续的滑动摩擦 导电产生的接触电阻、 机械摩擦热耗， 加上电刷的电阻 能耗转化为高热易使弹簧失效及导线老化， 引起接触 *收稿日期 2 0 0 80 6 2 5 作者简 介 罗辉 1 9 7 6一 ， 女， 工程 师 ， 从 事电厂 技术管理工 作， 山 东华聚能源股份有限公司济二矿电厂。 不 良、 产生火花 ， 严重影响发 电机正常运行 。 2 ． 2 在电流作用下的电气磨损和机械磨损 在电流作用下的电气磨损， 是由于电弧高温和放 电等因素的作用， 使极面材料受到损坏。由于电气磨 损影响极面， 所以也会对机械磨损的程度产生影响。 由于电流通过碳刷和滑环的接触面， 且其直接传 导的部位不断变动， 电流密度又很大， 使一些点温度很 高； 又由于电弧的高温作用， 会使两侧极面局部熔化、 脱落， 金属会变成金属蒸气， 碳刷则结构松化， 受氧化 腐蚀而脱落， 此即电气磨损的表现。但是， 极性不同， 磨损情况是不一样的。在电弧作用下， 阳极 正极 表 面局部灼热而蒸发出“ 金属蒸气” ， 使阳极表面损蚀， 这 叫“ 阳极蒸发” ； 阴极 负极 因受正离子撞击和高温作 用发射电子， 使阴极表面也遭受破坏 ， 这叫“ 阴极粉 化” 。由于阳极蒸发和阴极粉化的作用， 碳刷和滑环由 于电流方 向不同会 出现极性差别 。 当电流由碳刷流向滑环时， 此时碳刷为正极， 滑环 为负极， 则结果是， 碳刷面上发生微小程度的阳极蒸 发， 碳粒、 石墨离子迁移到滑环表面， 碳刷有电气磨损。 滑环表面有轻微 的阴极 粉化 ， 并 附着碳 粒、 石墨 ， 成润 滑、 光泽的镜面。由于滑环表面平滑， 机械磨损较小。 当电流由滑环流向碳刷时， 此时碳刷为负极， 滑环 为正极， 则结果是， 碳刷面上发生阴极粉化 ， 电气磨损 小。滑环表面发生阳极蒸发。大量金属蒸发 ， 使其表 面损蚀严重， 同时， 这些金属粒子也易附于碳刷磨损面 上， 反过来会使换向器表面严重磨损， 出现条痕。这种 情况下， 滑环表面粗糙， 呈金属光亮， 面问机械磨损大。 总的来说， 当碳刷为正极时， 碳刷电气磨损大， 机 械磨损轻微， 滑环的电气磨损和机械磨损都很小； 当碳 刷为负极时， 碳刷电气磨损小， 机械磨损大， 滑环的电 气磨损、 机械磨损都很大。 为了使磨损均匀一些， 对于滑环， 因为正环电流由 碳刷流向滑环， 碳刷正极性， 滑环负极性， 故正环磨损 小； 同理， 负环磨损大， 故两环极性应经常调换。各电 厂大修时常倒换正、 负环的连接电缆， 就是这个道理。 当没有电流时， 碳刷磨面上的粗硬粒子易嵌入滑 ’ 环表面， 引起较大的机械磨损 ， 甚至引起摩擦振动。当 2 0 0 8 年 第5 期 东 堪爰 舛枝 4 7 流过电流时， 碳刷磨面上的粗硬粒子被炸裂、 粉化， 沾 在表面， 减小摩擦 ， 使机械磨损减小， 并使碳刷运行十 分平稳。所以， 在正常情况下， 电流对减小机械磨损还 有好处。但是， 如果电流密度过大， 则阳极蒸发严重 ， 会使电气磨损加剧。而电气磨损加剧后， 使滑环表面 粗糙化 ， 碳刷表面附着金属粉， 机械损耗又会增加 ， 所 以通过碳刷的电流密度应有一个限度。 2 ． 3 其他方面 的影响 1 弹簧压力。压力过小碳刷和滑环表面接触不 稳定， 容易引起电弧， 使电气磨损增大。压力过大， 刷 面的硬粒对滑环表面刮割严重， 又会使机械磨损增加。 因此 ， 弹簧压力要适中。 2 碳刷本身电阻。不同批次的碳刷混用， 其 电阻 系数不一样 ， 运行中碳刷温升不同， 导致并联碳刷的电 流分配不均匀， 不仅个别电流超标， 而且磨损增大。 3 刷架 。碳刷 中心线不 完全 垂直 于滑 环 圆周 切 面 ， 势必造成碳刷的接触不良、 弹簧压力不一致。刷握 与滑环表面距离不一致， 碳刷有效接触面有差别 ， 刷架 周边有毛刺不光滑， 易挂碳粉和粉尘， 这都会造成碳刷 电流偏差增大 。 4 外界环境。滑环和碳刷靠近发电机轴瓦 ， 存在 油雾 ， 影响碳刷和滑环的使用寿命 。周围空气湿度影 响滑环碳素薄膜的形成 ， 从而影响碳刷的导电性能。 3 采取措施 1 机组大修时倒换正、 负环的连接电缆。 2 选用质地均匀、 材质较好、 厂家指定的同一型 号的碳刷。更换碳刷时， 尽量使更换产品与运行碳刷 保持生产批次相同， 尤其是在滑环的同一极上。保证 每块碳刷的电阻系数相同， 使碳刷的电流分配均匀。 3 适当增加负极侧碳刷数量， 降低电流密度 ， 减 少电气磨损， 从而降低机械磨损。 4 制定维护制度， 及时擦拭滑环， 更换碳刷时弹 簧压力要调整适 当。运行维护时， 特别是更换新刷块 和日常清扫刷握时， 定量调节刷握弹簧压力为一定值， 虽然刷体长短不一， 并联运行的碳刷压力却保持一致， 使碳刷的磨损有所降低， 延长使用周期。 5 在停机后， 对滑环作充分的研磨， 消除滑环上 的毛刺。检查刷握的位置， 在机组中、 小修时， 注重刷 架的安装 ， 使每个刷握安装孔与滑环切面垂直， 保持滑 环轴线与刷架的轴线 同心。机组停运时， 按照规定调 换滑环极性， 控制滑环的异常磨损。 6 1 1 强对发电机的卫生监督和检查， 确保发电机 在清洁的环境 中运行。 利用机组停运的机会， 彻底整 治发电机轴瓦漏油， 使碳刷附近的油雾减少， 及时清理 滑环和刷架 上的粉 尘 。 上接第4 5页 和机头的安装位置， 将基准点在支架或 顶板相应位置上标志出来 ， 平整巷道底板， 保证安装 出来的带式输送机做到平直， 才能有利于胶带输送机 正常运转。安装完毕后， 先空载运转一段时间 ， 启动时 先点动 l 一 2次电动机， 听声音， 看状态， 确认无异常情 况后方可连续运转。确认安装的设备无异常时， 才可 接上胶带， 再试运转。在运转过程中要认真检查输送 带的运行是否正常， 有无卡磨、 偏 ， 接头是否平直等， 如 发现有异常现象 ， 应立即停机处理。处理时把隔离开 关置于零位 ， 并加以闭锁。 4 ． 1 输送带跑偏的主要原因 1 输送带接头不正确或输送带老化变质造成两 侧偏斜； 2 传动滚筒， 尾部滚筒轴 中心线与机身 中心 线不垂直 ； 3 托辊安装不正； 4 滚筒中心不在机身中 心线上； 5 滚筒或托辊表面有煤泥或其它附着物 ； 6 机头传动滚筒与尾部滚筒不平行； 7 机身不正。 输送带跑偏常见的预防措施有 提高安装质量， 提 高输送带接头质量； 加强巡回检查与维护， 保证装载不 偏 ， 保证清扫装置正常使用。 4 ． 2 输送带跑偏的现场处理方法 1 当输送带跑偏范围不大时， 可在输送带跑偏处 安装调心托辊。 2 输送带始终向一侧跑偏， 可在跑偏的一侧跑偏 范围内加装若干立辊 ， 使输送带复位。 3 当输送机带跑偏， 忽左忽右方向不定时， 说明 输送带过松 ， 可适当调整拉紧装置以消除跑偏。 4 输送带跑偏始终向一个方向， 而且最大跑偏在 接头处， 可校正输送带接头与输送带中线垂直高度， 消 除跑偏 。 5 输送带在滚筒处跑偏， 检查滚筒是否异常或窜 动， 调整滚筒至水平位置正常转动， 消除跑偏。 6 输送带轻载不跑偏而重载跑偏 ， 可调整给料重 量及位置消除跑偏。 输送带跑偏不仅影响生产， 损坏输送带。同时由 输送带打滑时的摩擦发热 ， 还可能引起矿井火灾事故。 及时的预防和处理是防止事故最根本的方法。 4 ． 3 输送带打滑的主要原因 ’ 1 输送带张力不够； 2 机头部淋水大或在输送 带上运输水煤， 造成驱动滚筒和输送带间的摩擦系数 降低 ； 3 输送带装载过多 ； 4 严重跑偏， 输送带被卡 住； 5 清扫器失效 ， 造成滚筒与输送带间有大块异物。 4 ． 4 防止输送带打滑的具体措施 1 经常检查输送带的张紧程度， 适当拉紧输送 带； 2 经常检查输送带接头状况； 3 采取有效的防淋 水措施 ； 4 保证清扫装置， 防打滑装置的可靠运行 ； 5 装载量要控制， 严禁超载运行 ； 6 停机时要扫清输 送带上的煤 ， 且不得带载停车。