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        調(diào)相機(jī)集電環(huán)刷架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        2019-12-06 01:05:14
        防爆電機(jī) 2019年6期
        關(guān)鍵詞:集電環(huán)電刷隔音

        (哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司,黑龍江哈爾濱 150040)

        0 引言

        集電環(huán)-刷架系統(tǒng)是供給轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的動(dòng)靜結(jié)合裝置,其性能對(duì)調(diào)相機(jī)的正常運(yùn)行起著關(guān)鍵作用。

        集電環(huán)-刷架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要從以下兩個(gè)方面考慮:(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。刷架系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會(huì)受到來自基礎(chǔ)傳來的振動(dòng),同時(shí)電刷在運(yùn)行過程中會(huì)受到來自集電環(huán)旋轉(zhuǎn)而帶來的外力作用,進(jìn)而作用在刷架系統(tǒng)上,而電刷在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性要求很高,否則極易產(chǎn)生電刷破損、電流不均,進(jìn)而過熱而導(dǎo)致燒毀等事故,影響了調(diào)相機(jī)的安全可靠運(yùn)行。(2)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。電刷與集電環(huán)在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生摩擦損耗和電氣損耗而導(dǎo)致發(fā)熱,需要將電刷和集電環(huán)的運(yùn)行溫度控制在一定范圍內(nèi),這就需要采取有效的通風(fēng)冷卻來降低運(yùn)行溫升,確保集電環(huán)-刷架系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

        2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        2.1 結(jié)構(gòu)概況

        調(diào)相機(jī)刷架主要包括底架、隔音罩、風(fēng)扇、風(fēng)扇罩等部件,各部件主要功能如下:(1)底架。底架由鋼板焊接而成,用于支撐整個(gè)刷握裝配以及勵(lì)磁引線的固定、氣封管的布置等。(2)刷握裝配。刷握裝配由導(dǎo)電板、支撐板、絕緣座、刷握及電刷組成,是刷架系統(tǒng)的核心部件;由導(dǎo)電板、支撐板、絕緣座組成刷握的支撐系統(tǒng),其穩(wěn)定性對(duì)于電刷的運(yùn)行安全有很大影響,而刷握和電刷的選擇則是刷架的設(shè)計(jì)核心。(3)隔音罩及端板。隔音罩由鋼板焊接制成,為箱式結(jié)構(gòu),其除用于阻隔空氣中灰塵、降低集電環(huán)和集電環(huán)風(fēng)扇處的噪音等級(jí)及防護(hù)集電環(huán)刷架外,還參與構(gòu)成集電環(huán)和集電環(huán)風(fēng)扇處的通風(fēng)回路。在隔音罩的設(shè)計(jì)中,為了安裝、檢修維護(hù)、以及布置外部風(fēng)路的方便,一般應(yīng)將隔音罩設(shè)計(jì)得較為寬敞,內(nèi)壁設(shè)計(jì)有吸隔音材料罩,能將集電環(huán)部分的噪聲降低到85dB(A),滿足國技術(shù)協(xié)議的要求。

        2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

        額定轉(zhuǎn)速:3000/min;集電環(huán)外徑(mm):355;集電環(huán)寬度(mm):190;集電環(huán)表面線速度:55m/s;額定勵(lì)磁電流:2381A;電刷的尺寸(mm):25.4×38.1×100;電刷的數(shù)量:80只;額定工況電刷電流密度:6.24A/cm2。

        2.3 集電環(huán)結(jié)構(gòu)

        集電環(huán)通過熱套裝配在轉(zhuǎn)軸上,同時(shí)兩集電環(huán)之間還熱套有離心式風(fēng)扇,其主要設(shè)計(jì)原則如下:(1)集電環(huán)材質(zhì)采用50Mn,通過良好的熱處理工藝,使其具有良好的導(dǎo)電性能、合適的硬度、機(jī)械性能和耐磨性能;(2)集電環(huán)的外徑應(yīng)盡量的降低,以電刷在集電環(huán)表面運(yùn)行時(shí)的線速度,同時(shí)要求集電環(huán)表面具有較高的光潔度,以降低摩擦損耗;(3)為加強(qiáng)集電環(huán)冷卻、減小電刷電流分配不均勻性,可在集電環(huán)表面車螺旋槽,并沿集電環(huán)軸向打斜孔。螺旋槽迫使集電環(huán)表面每一部分輪流導(dǎo)電,負(fù)荷均勻,又迫使每一部分輪流斷開,使其得到冷卻機(jī)會(huì),減少局部過熱,螺旋槽可使刷下氣壓正常,減少電刷接觸的差異,螺旋槽可使碳粉逸出,改善了運(yùn)行條件;(4)集電環(huán)發(fā)熱是由摩擦產(chǎn)生的損耗和通過集電環(huán)電流產(chǎn)生的損耗引起的,而風(fēng)摩損耗很小,可忽略不計(jì)。在摩擦損耗計(jì)算中電刷面積和集電環(huán)線速度是常數(shù),起主要作用的是摩擦系數(shù)和電刷壓力,因此在選用電刷時(shí)應(yīng)使其摩擦系數(shù)盡可能小,在不冒火的情況下應(yīng)盡量減少彈簧壓力,這對(duì)減少集電環(huán)和碳刷的損耗,發(fā)熱都是有宜的;電氣損耗可理解為接觸表面的電壓降損耗,當(dāng)勵(lì)磁電流為常數(shù)時(shí),電氣損耗與電刷壓降成正比,為減少電氣損耗應(yīng)盡可能選用壓降低的電刷。

        圖1 調(diào)相機(jī)集電環(huán)-刷架結(jié)構(gòu)

        經(jīng)計(jì)算各項(xiàng)損耗數(shù)據(jù)如下:Q摩擦損耗=12.4kW;Q電氣損耗=5.95kW;Q總損耗=18.44kW。各項(xiàng)損耗數(shù)據(jù)相對(duì)常規(guī)水氫冷300MW機(jī)組偏小些,約為其90%。

        2.4 刷握和電刷的選擇

        調(diào)相機(jī)刷握采用雙卷恒壓彈簧結(jié)構(gòu),以避免電刷受力點(diǎn)偏心、電刷在刷盒內(nèi)受阻等問題,使之在運(yùn)行中,電刷和滑環(huán)之間能夠產(chǎn)生較小的滾動(dòng)摩擦力,避免電刷和刷握受熱,而且兩個(gè)彈簧卷壓力均勻,無論電刷磨損角度大小,受力均相同。

        電刷與恒壓彈簧接觸位置設(shè)置有絕緣墊,避免恒壓彈簧受熱而軟化,同時(shí)電刷材料選擇天然石墨,使其具有允許線速度高、壓降低、換向能力強(qiáng)、摩擦系數(shù)小、耐磨損、容易建立氧化膜等特點(diǎn),其主要性能如下:(1)允許電流線速度90m/s;(2)允許電流密度:<13A/cm2;(3)允許彈簧壓力:14N。

        2.5 刷握支撐系統(tǒng)

        調(diào)相機(jī)的刷握支撐系統(tǒng)主要由以下三方面組成:(1)上部。刷握與導(dǎo)電板(銅制)、支撐板(鋼制)通過緊固件,在軸向上固定在一起;(2)中部。導(dǎo)電板、支撐板通過緊固件,在垂直方向上與絕緣座固定在一起;(3)底部。絕緣座通過緊固件,在垂直方向上與底架固定在一起。

        相對(duì)傳統(tǒng)機(jī)組上采用絕緣板作為支撐板結(jié)構(gòu),該支撐系統(tǒng)使用金屬支撐板、超厚絕緣座的配合型式,既能提高裝配穩(wěn)固性,也能提高裝配精度,同時(shí)降低現(xiàn)場安裝時(shí)的裝配工作量。因其具備較高的穩(wěn)固性及精度,能夠避免刷盒安裝不正、電刷與集電環(huán)接觸不穩(wěn)定,引起電刷電流分配不均勻等問題。

        3 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        集電環(huán)-刷架通風(fēng)系統(tǒng)基本采用軸向通風(fēng),通過在集電環(huán)部分的軸上安裝離心式或軸流式風(fēng)扇來驅(qū)動(dòng)空氣的流動(dòng);離心式風(fēng)扇能夠產(chǎn)生較高的壓頭,因此主要用在集電環(huán)損耗較大的大容量機(jī)組上,而軸流式風(fēng)扇則用于集電環(huán)損耗較小的小容量機(jī)組上。

        3.1 通風(fēng)系統(tǒng)的分類

        根據(jù)冷卻氣體的流動(dòng)方向,可以分為抽風(fēng)式和壓風(fēng)式兩種結(jié)構(gòu),對(duì)于抽風(fēng)式,冷卻氣體先經(jīng)過集電環(huán),再通過風(fēng)扇排出,相反則為壓風(fēng)式,無論是抽風(fēng)式、還是壓風(fēng)式均是根據(jù)進(jìn)出風(fēng)的位置,可以分為“上進(jìn)上出”、“上進(jìn)下出”、“下進(jìn)下出”三種形式,以往老機(jī)組基本都采用“下進(jìn)下出”的形式,經(jīng)過多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)來看,該種形式還是存在一定弊端的。

        3.2 調(diào)相機(jī)的通風(fēng)系統(tǒng)

        調(diào)相機(jī)的集電環(huán)外徑(φ355mm)相對(duì)常規(guī)水氫冷300MW機(jī)組(φ380mm)偏小些,勵(lì)磁電流同樣偏小,經(jīng)計(jì)算總損耗為18.44kW,并不算大,為保證足夠的冷卻裕度,其通風(fēng)系統(tǒng)仍采用離心式風(fēng)扇,并且采取“上進(jìn)上出”的抽風(fēng)式是通風(fēng)結(jié)構(gòu),整個(gè)冷卻風(fēng)路是從隔音罩側(cè)面開設(shè)的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng),進(jìn)入隔音罩密封的腔體內(nèi),在兩集電環(huán)間離心風(fēng)扇的作用下,對(duì)集電環(huán)和電刷進(jìn)行冷卻,經(jīng)風(fēng)扇罩進(jìn)入隔音罩出風(fēng)道內(nèi),最終從隔音罩上方排出。其主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下:(1)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁引線布置與進(jìn)風(fēng)口分離相互不干涉,保證足夠的進(jìn)風(fēng)面積;(2)底架不參與風(fēng)路設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單,只需保證足夠的剛強(qiáng)度;(3)進(jìn)、出風(fēng)口設(shè)計(jì)在隔音罩上,安裝維護(hù)比較方便;(4)離心式風(fēng)扇,風(fēng)量大、風(fēng)路段、負(fù)壓小,通風(fēng)冷卻能力強(qiáng),集電環(huán)和碳刷溫升低。

        4 結(jié)語

        介紹300Mvar調(diào)相機(jī)集電環(huán)刷架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),從中可以看出該集電環(huán)-刷架系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、通風(fēng)設(shè)計(jì)上采用了先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念,各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)均在合理區(qū)間內(nèi),通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)裕度較大,能夠保證該系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

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