伊藤小提示：汽油發(fā)電機(jī)組電刷火花過大原因及解決方法

1、前言
我國的真空制鹽技術(shù)自上世紀(jì)60年代發(fā)展以來,歷經(jīng)三十多年時間,其間制鹽規(guī)模不斷增大,制鹽技術(shù)裝備發(fā)展迅速。但作為真空制鹽裝置配套的熱電站,其主要設(shè)備變化卻不大,尤其是小型汽油發(fā)電機(jī)組,多采用與主機(jī)同軸的勵磁機(jī)進(jìn)行勵磁(如四川久大制鹽有限責(zé)任公司自流井分公司熱電站的QF-1.5-2型、貢井分公司的QF-3-2型及大安分公司的QF-6-2型汽輪汽油發(fā)電機(jī)組等就是采用與主機(jī)同軸的ZLQ型勵磁機(jī))。雖然這種勵磁機(jī)具有生產(chǎn)歷史長、技術(shù)成熟、電路結(jié)構(gòu)簡單、能源消耗較少的優(yōu)點(diǎn),但由于換向的存在,其電刷易產(chǎn)生火花。近年來隨著國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速的發(fā)展,制鹽規(guī)模不斷擴(kuò)大,制鹽裝備不斷更新,其配套熱電站采用可控硅靜止勵磁的汽輪汽油發(fā)電機(jī)組也不斷增多,但上世紀(jì)70～90年代初投運(yùn)采用同軸勵磁的機(jī)組仍然在運(yùn)行,而這些機(jī)組勵磁系統(tǒng)的電刷運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)仍是傳統(tǒng)技術(shù),多年來工藝和技術(shù)水平無實(shí)質(zhì)性突破,加上各種其它因素的影響,制鹽企業(yè)往往對汽油發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)實(shí)質(zhì)性的關(guān)注不夠,造成勵磁機(jī)運(yùn)行維護(hù)不規(guī)范,導(dǎo)致勵磁系統(tǒng)電刷故障時有發(fā)生,進(jìn)而引發(fā)停機(jī),影響了制鹽企業(yè)的生產(chǎn),給制鹽企業(yè)造成較大經(jīng)濟(jì)損失。
汽油發(fā)電機(jī)勵磁機(jī)電刷故障,其主要表象為換向器電刷火花過大,但引起的原因卻相當(dāng)復(fù)雜,當(dāng)導(dǎo)入導(dǎo)出電流的電刷在運(yùn)行中發(fā)生火花過大時,如何判別引起原因的類型與性質(zhì),以便盡快消除故障,保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行,是大家需要認(rèn)真思考和關(guān)注的。下面從勵磁機(jī)換向器產(chǎn)生火花的原因分析、運(yùn)行維護(hù)、定期檢修和故障處理等方面,對汽油發(fā)電機(jī)勵磁機(jī)電刷火花過大進(jìn)行分析探討,供同行借鑒參考,以期規(guī)范汽油發(fā)電機(jī)勵磁機(jī)的運(yùn)行維護(hù),避免電刷事故的發(fā)生。
2勵磁機(jī)換向器產(chǎn)生火花的原因
2.1機(jī)械方面的原因
2.1.1電刷與換向器接觸不良。
電刷與換向器接觸不良的主要原因是。
(1)電刷表面與換向器工作面之間有油污和雜物;
(2)換向器表面有輕微電灼傷或毛刺;
(3)電刷與刷握之間的間隙不合適或刷握內(nèi)孔粗糙。電刷與刷握之間的間隙過大,運(yùn)行時電刷在刷握內(nèi)晃動,影響接觸的穩(wěn)定;間隙過小或刷握內(nèi)孔粗糙,影響電刷在刷握內(nèi)的自由滑動,甚至出現(xiàn)卡刷;電刷受力不合理還可能造成電刷與刷握壁產(chǎn)生電流通路,而導(dǎo)致電刷附焊現(xiàn)象;
(4)電刷研磨方式不對、電刷接觸面研磨不光滑或弧度不合適;
(5)電刷壓力調(diào)整不當(dāng)。一是壓力大小不當(dāng),壓力過大時使電刷與換向器之間的摩擦力增大,機(jī)械磨損加劇,產(chǎn)生比正常運(yùn)行時較多的熱量不易散發(fā);壓力過小時電刷與換向器接觸不良,易產(chǎn)生火花。二是各電刷壓力不均勻;
(6)電刷刷握底邊與換向器表面的間隙不合適,電刷的滑入邊和滑出邊與換向器不平行。間隙距離過小,會碰撞換向器表面,換向器易受損;距離過大,電刷跳動易產(chǎn)生火花;
(7)換向器換向片間絕緣云母凸出或拉槽倒角處理不當(dāng);
(8)汽油發(fā)電機(jī)組安裝不良,調(diào)整不當(dāng),使汽油發(fā)電機(jī)中心水平不理想,運(yùn)行時機(jī)組振動,造成汽油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸向竄動超差,使電刷在換向器上的運(yùn)動軌跡不是一個規(guī)則的圓,從而使電刷與換向接觸不良,實(shí)際接觸面積減少;
(9)換向器偏心,表面擺度加大;
(10)換向器的表面平整度(指換向片由于磨損和電灼傷等原因,在軸向形成的凹凸不平)超過規(guī)程規(guī)定0.5～1.0mm。
2.1.2電刷的材質(zhì)和型號選擇不當(dāng),造成電刷及換向器磨損異常。
2.1.3換向器表面形成的氧化亞銅薄膜被破壞。
2.2電磁方面的原因
2.2.1電刷位置不在中性線上。由于電刷火花產(chǎn)生的熱量會傳遞到刷握和刷架,刷架與固定座之間的絕緣墊板用久了也會破裂,炭化,引起勵磁回路接地,需要作定期的更換。更換時容易使中心點(diǎn)位置偏移,再運(yùn)行必然要導(dǎo)致火花的產(chǎn)生。
2.2.2勵磁機(jī)磁場中心發(fā)生偏移。通常勵磁繞組與補(bǔ)償繞組磁極都固定在機(jī)座上,檢查和清掃勵磁繞組需要松開螺栓,拆下磁極,而回裝時往往只注重磁極在圓周上的對稱,而忽視磁面與旋轉(zhuǎn)中心或大軸的平行,造成磁場中心偏移。而勵磁機(jī)磁場中心發(fā)生偏移,會造成電樞繞組感應(yīng)電勢發(fā)生突變,引起勵磁機(jī)振動,從而使電刷產(chǎn)生火花。
2.2.3勵磁機(jī)磁場間隙不均。磁場間隙不均一般是勵磁機(jī)大修后裝復(fù)造成的,磁場間隙不均會使磁場中心與大軸中心不一致,從而使電刷產(chǎn)生火花。
2.2.4勵磁機(jī)換向極、補(bǔ)償繞組極性不正確,接線連接不對。若勵磁機(jī)換向極、補(bǔ)償繞組極性不正確,接線連接不對,將使換向極和補(bǔ)償繞組不但不能起到抵消勵磁機(jī)橫軸電樞磁勢、電抗電勢和交軸電樞磁動勢的作用,而且還會起到相反的助增作用。
2.2.5電刷電流密度不均。引起電刷電流密度不均的原因主要有:
(1)電刷摻雜使用,其中包括新舊摻雜使用和不同型號摻雜使用;
(2)電刷選擇不當(dāng),質(zhì)量性能不佳,造成各個電刷的固有電阻值有差異;
(3)電刷安裝不當(dāng),造成接觸電阻不一。
2.2.6電刷載流量不能滿足要求,電刷在運(yùn)行中實(shí)際承受的電流密度超過其允許范圍,或與允許范圍相比沒有一定的裕度。
2.3化學(xué)方面的原因
2.3.1勵磁機(jī)運(yùn)行在有腐蝕性的氣體中,或運(yùn)行空間缺乏氧氣。
2.3.2換向器與電刷接觸的表面上一層自然形成的氧化亞銅薄膜遭到破壞,本已形成的近似線性電阻的換向不復(fù)存在,在接觸面重新形成氧化膜的過程中引起換向器火花加劇。
2.3.3換向器被酸性氣體或油脂腐蝕。
2.3.4電刷及換向器被污染等。
3勵磁機(jī)換向器及電刷的運(yùn)行維護(hù)
3.1運(yùn)行檢查
加強(qiáng)定期與不定期的設(shè)備巡回檢查工作。正常情況下,運(yùn)行人員每天必須對勵磁機(jī)電刷進(jìn)行兩次檢查,檢查內(nèi)容主要是電刷有無火花、電刷滑動噪音、電刷振動情況、磨損程度、換向器表面狀況、負(fù)荷情況,以及溫度、濕度等。如有條件可用紅外測溫儀測量換向器和電刷的溫度,高峰負(fù)荷期間以及無功和電壓波動較大時應(yīng)縮短巡回檢查和測溫的間隔時間,對更換的新碳刷要做重點(diǎn)檢查,并做好巡回檢查設(shè)備運(yùn)行情況的記錄。
3.2運(yùn)行中異常情況的處理
運(yùn)行中如發(fā)現(xiàn)勵磁機(jī)換向器和電刷溫度過高或電刷出現(xiàn)火花,運(yùn)行人員應(yīng)正確判斷異常情況出現(xiàn)的初步原因及電刷火花的等級,并要立即采取相應(yīng)措施及時進(jìn)行處理,避免惡性循環(huán),不能聽之任之。
3.3運(yùn)行人員的日常維護(hù)
3.3.1對勵磁機(jī)、換向器和電刷勤清掃、吹灰,保持電刷及換向器表面光滑清潔,尤其是大風(fēng)塵埃天氣過后必須及時清掃。每周要用壓縮空氣吹掃換向器、電刷、刷握和勵磁機(jī)內(nèi)部一次,以除去表面的灰塵,保持換向器表面清潔。換向器表面的污垢不能吹凈時,應(yīng)用干凈柔軟的白布蘸酒精或汽油擦拭。
3.3.2勤調(diào)整電刷彈簧壓力,電刷彈簧的壓力要符合勵磁機(jī)制造廠家的規(guī)定,使電刷承受壓力均勻,防止由于受力不均,造成個別電刷過熱或產(chǎn)生火花、刷辮燒焦燒斷現(xiàn)象的發(fā)生。
3.3.3要經(jīng)常檢查電刷的運(yùn)行情況。刷辮與刷握架和電刷的接觸應(yīng)良好,電刷在刷盒內(nèi)能自由均勻滑動,無卡阻現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)電刷在刷盒內(nèi)不能自由均勻滑動或有卡阻現(xiàn)象時,要及時通知相關(guān)人員進(jìn)行處理。
3.3.4及時更換電刷和刷握彈簧。電刷長度短于刷握的1/3-l/4時,必須立即更換,以免電刷晃動或造成彈簧壓力不足及避免電刷內(nèi)刷辮摩擦到換向器。無論是一次性更換還是分批更換電刷,要預(yù)先查清牌號、型號、規(guī)格,要使用相同型號規(guī)格的電刷,不可混用。如分批進(jìn)行更換,每次更換電刷的數(shù)目不宜超過10%。對更換的電刷,要研磨好與換向器接觸的工作面。
電刷壓簧使用久了,也會因溫度效應(yīng)使彈性逐漸減弱,發(fā)現(xiàn)彈簧彈性減弱時應(yīng)及時更換。
4勵磁機(jī)的調(diào)整和換向器及電刷的檢修
4.1勵磁機(jī)的測量和調(diào)整
4.1.1勵磁機(jī)勵磁線圈磁極對稱調(diào)整
勵磁機(jī)磁場中心發(fā)生偏移,會造成電樞繞組感應(yīng)電勢發(fā)生突變,引起勵磁機(jī)振動,從而使電刷產(chǎn)生火花。通常勵磁繞組與補(bǔ)償繞組磁極都固定在機(jī)座上,檢查和清掃勵磁繞組需要松開螺栓,拆下磁極,而回裝時只往往只注重磁極在圓周上的對稱,而忽視磁面與旋轉(zhuǎn)中心或大軸的平行,造成磁場中心偏移。因此應(yīng)對磁極磁場中心進(jìn)行校驗(yàn),如有偏移,應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整時應(yīng)特別注意各種墊片的數(shù)量和位置,保證磁場中心與幾何中心一致。
4.1.2勵磁機(jī)磁場間隙的調(diào)整
磁場間隙不均一般是勵磁機(jī)大修后裝復(fù)造成的,磁場間隙不均會使磁場中心與大軸中心不一致,從而使電刷產(chǎn)生火花。因此應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)直徑的帶把金屬環(huán)測量電樞與各個磁極間的徑向間隙,保證磁場間隙均勻。如間隙相差過大時,應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。水平方向磁極與電樞間的間隙,可以利用移動勵磁機(jī)的轉(zhuǎn)子來調(diào)整;垂直方向磁極與電樞間的間隙,可抽去或增加勵磁機(jī)底腳下的墊片來調(diào)整,必要時可抽去或增加個別磁極下的墊片,使電樞與所有磁極之間的間隙誤差不超過平均值的5%,保證氣隙磁場不畸變,使各換向片間的電壓趨于相等,避免出現(xiàn)電位差火花。
4.1.3檢查勵磁機(jī)換向極、補(bǔ)償繞組的極性和接線。
要求正確連接換向極和補(bǔ)償繞組。
4.2換向器的檢修
4.2.1測量換向器的徑向跳動值
測量換向器的徑向跳動值,規(guī)程規(guī)定為不大于0.05mm,徑向跳動值可在盤車狀態(tài)下用百分表測量。如測量數(shù)值超過規(guī)程規(guī)定,應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)處理。
4.2.2測量換向器表面的擺度
在停機(jī)時檢查換向器的狀態(tài),用千分表測量換向器表面的擺度,其大值與小值之差不應(yīng)超過0.05毫米(3000轉(zhuǎn)/分)。如測量數(shù)值超過規(guī)程規(guī)定,應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)處理。
4.2.3換向器的拉槽與倒角處理
勵磁機(jī)連續(xù)運(yùn)行半年以上,換向器會因表面磨損使片間隔離槽變淺,嚴(yán)重時有的云母絕緣片會高出換向器表面。這樣一方面因電刷與換向器接觸不好而產(chǎn)生連續(xù)火花,另一方面高出的云母加快了電刷的磨損而產(chǎn)生大量的炭粉,炭粉沉積在換向片的并頭套中間,降低了勵磁機(jī)的絕緣,并且有可能引起線圈短路而燒毀勵磁機(jī)。因此,必須對換向器進(jìn)行定期維護(hù)。除按前述要求用壓縮空氣對勵磁機(jī)進(jìn)行吹掃外,還應(yīng)對換向器進(jìn)行拉槽與倒角處理。即用工具對換向器換向片間絕緣層進(jìn)行拉槽處理,對換向片進(jìn)行倒角處理,換向器拉槽與倒角處理以后,要用電橋逐一測量換向片間的直流電阻,以判斷繞組與換向器的連接是否良好、是否有短路情況,以便及時處理。
4.2.4勵磁機(jī)電刷火花過大時,停機(jī)對勵磁機(jī)換向器表面進(jìn)行檢查,并進(jìn)行相應(yīng)的處理。
(1)如換向器表面被火花灼傷面不大,損傷面積不超過總面積的20%~30%,以及換向器表面平整度(指換心片由于磨損在軸向形成的凹凸不平)沒有超過規(guī)程規(guī)定的0.5～1.0mm時,可對換向器表面進(jìn)行清潔研磨處理。
對換向器表面沾有的碳粉、油污等雜物,應(yīng)用干凈柔軟的白布蘸酒精或汽油擦拭。對換向器上輕微的灼傷和毛刺,用N320玻璃細(xì)砂布固定在木質(zhì)支架上仔細(xì)研磨去除。若灼痕較重,則先用較粗的玻璃砂布打磨,然后再用N320玻璃細(xì)砂布進(jìn)行仔細(xì)研磨。由于研磨后,會破壞換向器表面形成的氧化亞銅薄膜,因此研磨后初投運(yùn)時,應(yīng)先空載運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)小時,使其換向器表面形成適宜的氧化亞銅薄膜。
(2)若勵磁機(jī)換向器火花等級超過3/2級,甚至達(dá)到2級,或發(fā)現(xiàn)換向器表面被火花灼傷面大,損傷面積超過總面積的20%~30%,以及換向器表面平整度(指換心片由于磨損在軸向形成的凹凸不平)超過規(guī)程規(guī)定的0.5～1.0mm時,則應(yīng)對勵磁機(jī)換向器表面進(jìn)行車削處理。
車削處理應(yīng)實(shí)行就地車削,其方法如下:首先,按勵磁機(jī)定子底座的底腳孔尺寸制作拖板座,其高度要保證車刀與大軸中心線等高;其次,拆卸勵磁機(jī)電刷、刷架及勵磁機(jī)的定子部分;第三,把中、小拖板安裝在拖板座上,保證車刀軸向徑向活動自如;第四,開啟汽輪機(jī),使大軸轉(zhuǎn)速保持在250r/min左右;第五,進(jìn)入精車后應(yīng)多次測量同軸度,使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn);第六,車削精度要求為換向器表面粗糙度Ra達(dá)到0.8μm;第七,車削完畢,必須用挖槽刀把換向器換向片間毛刺消除掉,并把片間絕緣云母挖低1～1.5mm及對換向片邊緣進(jìn)行0.5×45°的倒角處理;第八,用"00"號玻璃砂布拋光;第九,用高壓壓縮空氣將銅粉、碳粉等車削物吹干凈;后用電橋逐一測量換向片間的直流電阻,以判斷繞組與換向器的連接是否良好、是否有短路情況,并作相應(yīng)處理。
4.3電刷的檢修和調(diào)整
4.3.1對刷盒進(jìn)行處理
電刷與刷盒之間要配合良好,刷握盒內(nèi)表面應(yīng)當(dāng)光滑平整無毛刺,刷盒內(nèi)孔粗糙度Ra小于2μm,電刷在刷盒內(nèi)能自由均勻滑動,無卡阻現(xiàn)象,一般要求電刷尺寸長寬較刷握內(nèi)孔均小0.20mm,對于卡刷或附焊,可對電刷進(jìn)行研磨,清理刷握內(nèi)壁使之符合要求。
4.3.2選擇優(yōu)良合適的電刷
核查勵磁機(jī)的各技術(shù)數(shù)據(jù)及對電刷的使用要求,然后根據(jù)這些數(shù)據(jù),按電刷的類別、型號、電阻率、硬度、接觸電壓降、磨擦系數(shù)、額定電流密度、大圓周速度、應(yīng)用范圍等方面進(jìn)行綜合考慮,選擇合適型號和材質(zhì)的電刷。對新購進(jìn)的電刷需進(jìn)行驗(yàn)收,測定電刷的固有電阻值,阻值要符合制造廠和國家標(biāo)準(zhǔn)。同一臺機(jī)組使用的電刷必須一致,不可摻雜使用。
4.3.3校驗(yàn)所選電刷的載流量
對單只電刷的單位載流量進(jìn)行校驗(yàn),檢驗(yàn)計算電刷在運(yùn)行中實(shí)際承受的電流密度是否超過其允許范圍,與允許范圍相比有沒有一定的裕度,然后按需要考慮是否選擇另外型號的電刷或考慮在換向器上增加適當(dāng)數(shù)量的電刷。
4.3.4研磨電刷接觸面
電刷使用前必須進(jìn)行仔細(xì)研磨。研磨時應(yīng)先用“00”號玻璃砂布(切忌使用金剛砂布)進(jìn)行粗磨(粗磨時砂布應(yīng)順電機(jī)轉(zhuǎn)動方向移動)。粗磨后,令其在空載下運(yùn)轉(zhuǎn)0.5小時,再令其在輕載下(20%～30%)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)小時,使電刷與換向器表面充分磨合,爭取實(shí)現(xiàn)電刷接觸面大于電刷截面的80%,并形成適宜的氧化
4.3.5電刷的調(diào)整
(1)壓力的調(diào)整。對電刷壓力調(diào)整的要求是使電刷受到均勻穩(wěn)定的壓力,各電刷之間的壓力差不應(yīng)超過其平均值+10%,電機(jī)在運(yùn)行過程中隨著電刷的磨損,刷握彈簧能自動調(diào)整或維持電刷壓力基本不變。
電刷壓力大小的具體數(shù)據(jù),應(yīng)根據(jù)使用電刷的主要技術(shù)特性和使用條件確定,同時也要考慮電機(jī)的運(yùn)行情況。對轉(zhuǎn)速高和在振動條件下工作的電機(jī),應(yīng)適當(dāng)提高電刷單位壓力,以保證電刷的正常工作。
(2)間隙的調(diào)整。刷握的下邊緣和換向器工作表面之間的距離應(yīng)調(diào)整為2-3毫米。間隙距離過小,會碰撞換向器表面,易受損;距離過大,電刷跳動,易產(chǎn)生火花,要慎重調(diào)整。電刷的滑入邊和滑出邊必須要與換向器平行。
(3)電刷中性點(diǎn)的調(diào)整。由于電刷火花產(chǎn)生的熱量會傳遞到刷握和刷架,刷架與固定座之間的絕緣墊板用久了也會破裂,炭化,引起勵磁回路接地,需要作定期的更換,同時刷架和刷握在機(jī)組大、小修時都要發(fā)生變動。而這些容易使電刷中性點(diǎn)位置偏移,再投入運(yùn)行時必然要導(dǎo)致火花的產(chǎn)生。因此除在變動之前要做好記號,回放和安裝刷架時,角度和幾何位置要保證在原狀態(tài)外,還必須在安裝恢復(fù)后用直流感應(yīng)法復(fù)查中性位置,對電刷幾何中心進(jìn)行調(diào)整。
電刷幾何中心核校驗(yàn)的具體方法如下:先把同一極性的刷架短接線斷開,將外加直流電源接至勵磁機(jī)勵磁線圈上,正極接正極,負(fù)極接負(fù)極,中間指零的指針式直流毫伏表的兩根試驗(yàn)棒與兩個電刷下的換向片相接,再將兩節(jié)1.5V的干電池串接開關(guān)后接到勵磁繞組接線柱上。這樣在按下和松開開關(guān)的瞬間,勵磁機(jī)勵磁線圈中的電流發(fā)生變化,從而產(chǎn)生變化的磁場,在電樞線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。如刷握不在中性線上,則毫伏表指針就會擺動,逐一調(diào)整兩根試驗(yàn)棒的位置,直至毫伏表指針擺動小,此時試驗(yàn)棒所在位置就是中性線位置。按相同的方法可查出其他中性線位置。測量時,應(yīng)保持換向器靜止,不要盤車或引蒸汽沖動轉(zhuǎn)子。中性線的位置不隨換向器的轉(zhuǎn)動而變化,與測量時的換向片無關(guān)。
5結(jié)束語
汽油發(fā)電機(jī)勵磁機(jī)電刷在運(yùn)行中出現(xiàn)火花是運(yùn)行中常常遇到的問題,但也常被運(yùn)行人員忽視或過度依賴于檢修,因而往往等到火花過大,勵磁電流無法調(diào)整時才引起重視,這勢必引起不必要的火花惡性循環(huán)。因此,對待汽油發(fā)電機(jī)勵磁機(jī)電刷在運(yùn)行中出現(xiàn)火花的問題,應(yīng)做到早發(fā)現(xiàn)、早維護(hù)、早處理,只有這樣才能從源頭上預(yù)防火花的產(chǎn)生,收到預(yù)期的效果。

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