大型同步電機(jī)“刷架”結(jié)構(gòu)改造創(chuàng)新技術(shù)簡介

王肇優(yōu)　徐晴　繆薇　邱小僑

【摘要】大型同步電機(jī)在運(yùn)行中頻頻出現(xiàn)碳刷與刷盒內(nèi)壁卡澀或集電環(huán)與碳刷打火故障，通過停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)上述的故障主要原因：1.人為操作不當(dāng)使碳刷所承受初始?jí)毫^大或者過?。?.運(yùn)行過程中，碳刷磨損過多，彈簧壓力下降?；诟倪M(jìn)現(xiàn)有的碳刷結(jié)構(gòu)，既能讓初學(xué)者能夠簡易操作能使壓力符合規(guī)范，又可以在運(yùn)行過程中監(jiān)視碳刷壓力的想法，研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過反復(fù)加工試驗(yàn)，完成同步電機(jī)“刷架”結(jié)構(gòu)改造創(chuàng)新工作。

【關(guān)鍵詞】大型同步電機(jī)；刷架；打火；創(chuàng)新

1 、概要

刷握作用是通過彈簧將壓力加在集電環(huán)表面滑動(dòng)接觸的碳刷上，使其在固定體與旋轉(zhuǎn)體之間穩(wěn)定地傳導(dǎo)電流。刷架不合適時(shí)，碳刷不僅不能充分發(fā)揮它的優(yōu)良特性，而且會(huì)給電機(jī)本身的性能和壽命帶來很大的影響，因此刷架的結(jié)構(gòu)的改造對(duì)電機(jī)的運(yùn)行具有極其重要特性。

2 、改進(jìn)過程

2.1 第一次技改

每次機(jī)組大修完成后，重新安裝新碳刷，由于手感偏差，碳刷壓力總是偏緊或者偏松。基于將彈簧壓力量化目標(biāo)，簡單增加刻度尺，根據(jù)F=P*S計(jì)算出彈簧合格壓力范圍為12-32N，定制一批新彈簧（具體參數(shù)見下文3.2彈簧機(jī)構(gòu)），通過彈簧拉壓試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)，確認(rèn)合格長度為20-40cm（具體計(jì)算見下文3.3刻度尺），并將最大值和最小值標(biāo)注出來。

運(yùn)用效果：運(yùn)行時(shí)，刻度尺與底座連接不牢固，易分離，且標(biāo)注不醒目，使用效果不明顯。

2.1 第二次技改

針對(duì)上述問題，刻度尺和白色絕緣頭結(jié)構(gòu)重新加工，兩部分不再分開，變?yōu)橐粋€(gè)整體零件，材料為合金。加工完成后，將合格長度以外的范圍（0-20cm和40-60cm）涂刷紅色環(huán)氧漆；合格長度范圍內(nèi)（20-25cm和35-40cm）涂刷黃色環(huán)氧漆，如果彈簧末端處于黃色范圍內(nèi)，現(xiàn)場值班人員應(yīng)根據(jù)運(yùn)行狀況和碳刷長度，及時(shí)調(diào)整或更換新碳刷。合格長度范圍內(nèi)（25-35cm）涂刷綠色環(huán)氧漆，如果彈簧末端處于綠色范圍內(nèi)，表明彈簧壓力適中。

3 、新刷架定型

新的碳刷架主要由刷握、彈簧機(jī)構(gòu)和刻度尺三個(gè)部分組成。

3.1 刷握

刷握是用來固定碳刷的，使碳刷上下左右是個(gè)方向基本固定，只能在前后兩個(gè)方向通過彈簧壓力移動(dòng)。刷盒內(nèi)壁與碳刷四個(gè)側(cè)面必須留有一定的間隙。實(shí)踐證明，這個(gè)間隙一般在0.1～0.3毫米之間，既不宜過大，也不宜過小。間隙過小，可能造成碳刷卡在刷架中，彈簧無法壓緊碳刷，電機(jī)工作失去意義；間隙過大，碳刷則會(huì)在架內(nèi)產(chǎn)生擺動(dòng)，不僅出現(xiàn)噪音，更易出現(xiàn)火花，對(duì)集電環(huán)表面產(chǎn)生破壞性影響。

注意：一般的刷盒由于是鑄件，可能存在毛刺等凸起部分，使用前應(yīng)先用平銼將內(nèi)壁四周磨一遍，使其表面光滑，間隙符合要求。

3.2 彈簧機(jī)構(gòu)

彈簧機(jī)構(gòu)是刷架的重要組成部分，也是本次結(jié)構(gòu)改造的重點(diǎn)攻克部分。大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，大型同步電動(dòng)機(jī)碳刷的壓力標(biāo)準(zhǔn)為0.015-0.04MPa，江都二站使用的是J204碳刷，碳刷的尺寸為25*32*60mm，利用公式F=P*S計(jì)算出彈簧合格壓力為12-32N。

根據(jù)刷架的刷桿結(jié)構(gòu)，確定彈簧自由尺寸為50mm，中徑為19mm，材料直徑為1.6mm，有效圈數(shù)為8圈，自由圈數(shù)為10圈，利用圓柱螺旋彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算并定制了70只彈簧。

3.3 刻度尺

刻度尺用于顯示碳刷運(yùn)行工作的壓力，刻度尺用不銹鋼板制成，將合格壓力的尺度標(biāo)注于刻度尺上，簡單易于觀察碳刷工作壓力。

通過彈簧拉壓試驗(yàn)機(jī)，70只彈簧壓力和長度對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表，確定刻度尺中總長為60cm，壓力為12N合格值為40cm，壓力為32N合格值為20cm。

4、 運(yùn)用效果

江都二站定制了70只新刷架，已經(jīng)安裝于江都二站主機(jī)組上，經(jīng)過50天的成果運(yùn)行，已經(jīng)達(dá)到預(yù)期效果。

運(yùn)行效果：新刷架未安裝時(shí)，碳刷所承受的壓力不確定，全憑老員工手感，當(dāng)彈簧壓力過小時(shí)，易造成碳刷與刷盒卡澀或造成碳刷表面與集電環(huán)表面接觸不良，出現(xiàn)碳刷打火故障；彈簧壓力過大時(shí)，易造成碳刷磨損較快，碳刷消耗量加大。新刷架安裝后，碳刷安裝簡單，新員工易上手且減少故障發(fā)生概率。

經(jīng)濟(jì)效果：（1）減少碳刷消耗，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)推算出，一年江都二站可以減少碳刷消耗量64只。按照價(jià)格計(jì)算，節(jié)約成本64*30=1920。（2）減少故障發(fā)生概率，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)推算出江都二站每年減少碳刷故障2次，每次處理故障成本3000元，可節(jié)約成本6000元。

5 、結(jié)論

本次技改，是為了解決機(jī)組運(yùn)行時(shí)，因彈簧壓力過小造成彈簧卡澀或者碳刷壓力過大過小造成的碳刷打火故障等問題。江都二站研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過不斷地改進(jìn)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終定型具有結(jié)構(gòu)簡單、易于操作，便于觀察的新刷架。經(jīng)過江都二站在機(jī)組運(yùn)行過程中使用，使用效果良好，達(dá)到了預(yù)期的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 雍家數(shù).泵站機(jī)電設(shè)備維修與泵站運(yùn)行工[M].6.河南鄭州.黃河水利出版社，1998：69-70.