崔崗

摘 要：電機(jī)是鉆井生產(chǎn)中常用的設(shè)備，換向器是直流電機(jī)中的核心部件之一，該部件一旦發(fā)生異常磨損，會(huì)對(duì)電機(jī)的運(yùn)行，乃至整個(gè)鉆井生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。本文對(duì)永濟(jì)電機(jī)廠針對(duì)石油電傳動(dòng)鉆機(jī)研發(fā)的大功率串勵(lì)YZ08型直流電機(jī)換向器異常磨損的原因進(jìn)行了分析，并提出了處理措施及維護(hù)保養(yǎng)方法。

關(guān)鍵詞：直流電機(jī)；換向器；磨損；保養(yǎng)

中圖分類號(hào)：TM307.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）08-0124-01

換向器是直流電機(jī)的核心部件之一，其性能好壞對(duì)電機(jī)的運(yùn)行具有決定性作用。換向器一旦出現(xiàn)異?？赡軙?huì)導(dǎo)致電機(jī)換向不良，嚴(yán)重時(shí)還可能引發(fā)其他事故，造成直流電機(jī)損壞，影響絞車、轉(zhuǎn)盤(pán)、泥漿泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，耽誤鉆井生產(chǎn)。

1 換向器異常磨損的原因分析及處理

1.1 機(jī)械性磨損的原因分析及處理

1.1.1 原因分析

①碳刷壓力過(guò)大或過(guò)小。電刷壓力大時(shí)容易減小電刷徑向跳動(dòng)幅度，對(duì)換向性能的提升比較有力，不過(guò)壓力過(guò)大則會(huì)增加機(jī)械磨損，降低換向性能；壓力過(guò)小時(shí)，那么電刷和換向器接觸不良，很容易造成電弧，加大換向火花，同樣會(huì)造成換向器異常磨損。②換向器表面有異物或粘附油污。換向器運(yùn)行或維修過(guò)程中可能會(huì)有粉塵、銅屑、云母粉等雜物進(jìn)入，雜物一旦進(jìn)入會(huì)在短時(shí)間內(nèi)損傷換向器，同時(shí)電刷上會(huì)產(chǎn)生電流集中現(xiàn)象，使損傷進(jìn)一步惡化。換向器表面粘附油污時(shí)，會(huì)增大摩擦系數(shù)，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)Q向器和電刷之間的異常磨損。另一方面油污深入電刷后，會(huì)改變電刷表面的成分，降低其滑動(dòng)特性。換向片不平和云母凸起。當(dāng)然，對(duì)于換向器而言，在制作中容易受到外界的撞擊、超速或換向片老化等，這樣常常會(huì)造成其表面凹凸不平。云母凸起說(shuō)明是因?yàn)閾Q向片磨損超過(guò)云母片下刻深度或車削后云母片下刻不正確造成的。換向器表面一旦出現(xiàn)凹凸不平，電刷就會(huì)出現(xiàn)劇烈跳動(dòng)，從而增大換向器與電刷之間的磨損。

1.1.2 處理措施

對(duì)于機(jī)械性磨損，應(yīng)先查明故障原因，然后采取合理的處理措施。以上原因的處理措施分別為：①控制電刷壓力，用測(cè)力計(jì)測(cè)量電刷壓力應(yīng)控制在40±4 N范圍內(nèi)。②檢查電刷的接觸面，查看有無(wú)夾雜物的情況，用00#玻璃砂布對(duì)電刷的接觸面進(jìn)行打磨，修正換向器的表面，并對(duì)電機(jī)進(jìn)行徹底的清潔處理。檢查有無(wú)油污進(jìn)入，盡可能選擇致密性電刷，防止油污滲入。③先根據(jù)換向器跳動(dòng)狀況判斷故障，若磨損嚴(yán)重，則研磨凸起部位，或者采取車削處理；云母片凸起應(yīng)使用專用工具去除，使其低于轉(zhuǎn)向器表面。

1.2 電氣性磨損的原因分析及處理

1.2.1 原因分析

①電刷型號(hào)不匹配或使用不同廠家生產(chǎn)的同一型號(hào)碳刷。電刷性能對(duì)電機(jī)換向器的運(yùn)行和磨損影響巨大，應(yīng)做好電刷的選型工作，選擇時(shí)應(yīng)對(duì)電刷的接觸壓降、電力密度、換向器圓周速度、電刷硬度以及摩擦系數(shù)等要素進(jìn)行整體的考慮。以接觸壓降為例，較高壓降的電刷能減少換向電流，提高換向性能，不過(guò)過(guò)大的壓降會(huì)增加接觸損耗，不利于電機(jī)效率的提高；不同廠家生產(chǎn)的同一型號(hào)碳刷性能會(huì)有偏差，使用到同一電機(jī)中時(shí)，會(huì)造成換向器磨損程度不一致，進(jìn)而加劇換向器表面磨損惡化。同時(shí)，電刷過(guò)熱還會(huì)對(duì)氧化膜產(chǎn)生破壞作用，反而降低了換向性能，增加換向器的磨損。②電刷電力密度過(guò)低。選取電機(jī)時(shí)，若電機(jī)功率裕度過(guò)大，則直流電機(jī)會(huì)在輕載下運(yùn)行，電機(jī)長(zhǎng)期輕載運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致電刷平均密度降低，溫度下降，不利于換向器表層氧化膜的形成，影響電刷滑動(dòng)的穩(wěn)定性。③電機(jī)超載運(yùn)轉(zhuǎn)。電機(jī)超載時(shí)，負(fù)載電流超過(guò)規(guī)定值，若電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間超載運(yùn)行，會(huì)使氧化膜加厚，引發(fā)振動(dòng)開(kāi)裂，從而出現(xiàn)氧化膜脫落或剝層的現(xiàn)象。電流容易集中在氧化膜薄層部位，使局部電流加大，改變換向條件，加重?fù)Q向器磨損。

1.2.2 處理措施

①根據(jù)電刷的電流密度和換向器速度選擇電刷型號(hào)，再結(jié)合電機(jī)額定電壓和電流值確定電刷的具體型號(hào)。具體措施如下：根據(jù)電機(jī)電壓選擇合適的電刷，高壓、小電流電機(jī)可選擇壓降較大的電化石墨電刷；電機(jī)、碳刷要選用同一廠家、統(tǒng)一型號(hào)的產(chǎn)品；電刷與刷盒的間隙要滿足相關(guān)規(guī)定，確保電刷能在刷盒內(nèi)上下自由移動(dòng)；同臺(tái)電機(jī)彈簧壓力差控制在20%以內(nèi)；電刷沿?fù)Q向器周圍均勻分布，碳刷與換向器的接觸面積至少為碳刷截面積的80%；新碳刷使用前需要在電機(jī)上進(jìn)行磨弧度，將細(xì)玻璃砂紙放置在換向器與碳刷之間，將彈簧的壓力調(diào)整到位，沿著電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向來(lái)研磨；在研磨的時(shí)候，砂紙要盡可能的靠近換向器，一直到碳刷弧面完全滿足要求為止；將砂紙取下，借助高壓空氣將換向器表面的粉塵進(jìn)行吹凈，緊接著用軟布給予擦拭。②如果在使用中出現(xiàn)消耗電流比較低，意味著電機(jī)功率比較大，需要對(duì)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行重新選擇。選擇時(shí)，可參照如下規(guī)定：負(fù)載與電機(jī)之間為直接傳動(dòng)，則電機(jī)功率應(yīng)為被拖動(dòng)負(fù)載機(jī)械功率的1～1.1倍；若負(fù)載與電機(jī)之間存在傳動(dòng)系統(tǒng)，則電機(jī)功率應(yīng)為被拖動(dòng)負(fù)載機(jī)械功率的1.1～1.2倍。③嚴(yán)格控制電機(jī)荷載，防止電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間超載運(yùn)行。

1.3 化學(xué)因素分析及處理

1.3.1 原因分析

①空氣濕度。鉆井現(xiàn)場(chǎng)的直流電機(jī)在裸露的空間運(yùn)轉(zhuǎn)，濕度對(duì)換向器表面氧化膜的形成影響較大，濕度過(guò)高時(shí)，換向器表面形成的水膜過(guò)厚，由于電解作用，電刷上會(huì)析出銅，增大接觸電壓和表面粗糙度，影響電刷和換向器之間的摩擦。濕度過(guò)低時(shí)，換向器表面無(wú)法形成具有潤(rùn)滑作用的氧化膜，從而導(dǎo)致?lián)Q向器異常磨損。②有害氣體。大氣中存在有害氣體時(shí)，可能會(huì)引發(fā)換向不良或摩擦異常問(wèn)題。大氣中的氯化物、硫化物會(huì)在換向器表層形成有害的氧化膜，進(jìn)而對(duì)換向器原有的氧化膜產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞作用，導(dǎo)致?lián)Q向器磨損加重。

1.3.2 處理措施

①控制直流電機(jī)運(yùn)行環(huán)境的濕度，采取有效措施，對(duì)裸露的直流電機(jī)加裝防雨棚，濕度大時(shí)打開(kāi)直流電機(jī)內(nèi)部的加熱電阻將空氣濕度保持在4～10 g/m3范圍內(nèi)，減少濕度引發(fā)的異常磨損。②做好電機(jī)運(yùn)行環(huán)境的控制工作，避免電機(jī)在有害氣體中運(yùn)行。

2 直流電機(jī)換向器維護(hù)與保養(yǎng)

換向器是直流電機(jī)的核心部位，應(yīng)按照維護(hù)保養(yǎng)制度定期對(duì)其進(jìn)行維護(hù)，維護(hù)時(shí)要滿足以下要求。

2.1 換向器的外觀檢查

維護(hù)人員要對(duì)換向器的表面狀況進(jìn)行仔細(xì)觀察，并與正常狀況進(jìn)行比對(duì)，來(lái)判斷換向器是不是有正常的性能，正常換向器表面和電刷接觸摩擦后通常會(huì)表現(xiàn)為均勻、有光澤的薄膜，顏色為深褐色或淺褐色；如果換向器表面存在著不均勻的磨損，或者局部發(fā)黑且嚴(yán)重情況的話，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的故障排除。

2.2 碳粉清除

換向器表面積存的碳灰應(yīng)使用高壓風(fēng)清除，若表面沾有油漬影響清除效果，或者出現(xiàn)輕度發(fā)黑的痕跡時(shí)，可用干凈的、質(zhì)軟的白布蘸酒精清除。

2.3 燒傷痕跡處理

若換向器表面有明顯的燒傷痕跡，且用白布+酒精的方式無(wú)法有效祛除時(shí)，可用00#的玻璃紗布進(jìn)行打磨處理。打磨時(shí)要注意時(shí)間不可太長(zhǎng)，防止對(duì)換向器造成嚴(yán)重?fù)p壞；而且禁止用金剛砂布替代玻璃紗布。打磨后需要拆下傳動(dòng)軸端出風(fēng)罩，利用高壓風(fēng)管從換向器端的觀察孔將換向器表面的異物清除掉，清除時(shí)選用0.6 MPa左右的壓縮風(fēng)力較為合適。

2.4 換向器表面平整度控制

換向器表面不允許有凸片、嚴(yán)重?zé)齻蚶瓊?，磨損深度應(yīng)控制在0.2 mm以內(nèi)。若換向器表面磨損嚴(yán)重影響電機(jī)正常工作時(shí)，應(yīng)將電機(jī)拆卸，重新加工換向器表面。在加工時(shí)，換向器表面粗糙度應(yīng)控制在Ra 0.8～1.6μm；先清除槽內(nèi)的毛刺、云母粉和銅屑，然后下刻云母槽和車螺旋槽。

3 結(jié) 語(yǔ)

鉆井現(xiàn)場(chǎng)使用的絞車電機(jī)、泥漿泵電機(jī)、轉(zhuǎn)盤(pán)電機(jī)均為直流電機(jī)，換向器是直流電機(jī)的關(guān)鍵部分，設(shè)備操作人員和管理人員應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行操作、維護(hù)、保養(yǎng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并將排除故障，確保電機(jī)運(yùn)行的安全性，為鉆井生產(chǎn)提供穩(wěn)定的動(dòng)力保障。

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