大型同步電機“刷架”結構改造創新技術簡介

王肇優　徐晴　繆薇　邱小僑

【摘要】大型同步電機在運行中頻頻出現碳刷與刷盒內壁卡澀或集電環與碳刷打火故障，通過停機檢查，發現上述的故障主要原因：1.人為操作不當使碳刷所承受初始壓力過大或者過小；2.運行過程中，碳刷磨損過多，彈簧壓力下降。基于改進現有的碳刷結構，既能讓初學者能夠簡易操作能使壓力符合規范，又可以在運行過程中監視碳刷壓力的想法，研發團隊經過反復加工試驗，完成同步電機“刷架”結構改造創新工作。

【關鍵詞】大型同步電機；刷架；打火；創新

1 、概要

刷握作用是通過彈簧將壓力加在集電環表面滑動接觸的碳刷上，使其在固定體與旋轉體之間穩定地傳導電流。刷架不合適時，碳刷不僅不能充分發揮它的優良特性，而且會給電機本身的性能和壽命帶來很大的影響，因此刷架的結構的改造對電機的運行具有極其重要特性。

2 、改進過程

2.1 第一次技改

每次機組大修完成后，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，簡單增加刻度尺，根據F=P*S計算出彈簧合格壓力范圍為12-32N，定制一批新彈簧（具體參數見下文3.2彈簧機構），通過彈簧拉壓試驗機試驗，確認合格長度為20-40cm（具體計算見下文3.3刻度尺），并將最大值和最小值標注出來。

運用效果：運行時，刻度尺與底座連接不牢固，易分離，且標注不醒目，使用效果不明顯。

2.1 第二次技改

針對上述問題，刻度尺和白色絕緣頭結構重新加工，兩部分不再分開，變為一個整體零件，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）涂刷紅色環氧漆；合格長度范圍內（20-25cm和35-40cm）涂刷黃色環氧漆，如果彈簧末端處于黃色范圍內，現場值班人員應根據運行狀況和碳刷長度，及時調整或更換新碳刷。合格長度范圍內（25-35cm）涂刷綠色環氧漆，如果彈簧末端處于綠色范圍內，表明彈簧壓力適中。

3 、新刷架定型

新的碳刷架主要由刷握、彈簧機構和刻度尺三個部分組成。

3.1 刷握

刷握是用來固定碳刷的，使碳刷上下左右是個方向基本固定，只能在前后兩個方向通過彈簧壓力移動。刷盒內壁與碳刷四個側面必須留有一定的間隙。實踐證明，這個間隙一般在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，電機工作失去意義；間隙過大，碳刷則會在架內產生擺動，不僅出現噪音，更易出現火花，對集電環表面產生破壞性影響。

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

3.2 彈簧機構

彈簧機構是刷架的重要組成部分，也是本次結構改造的重點攻克部分。大量實驗數據證明，大型同步電動機碳刷的壓力標準為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計算出彈簧合格壓力為12-32N。

根據刷架的刷桿結構，確定彈簧自由尺寸為50mm，中徑為19mm，材料直徑為1.6mm，有效圈數為8圈，自由圈數為10圈，利用圓柱螺旋彈簧設計計算經驗公式計算并定制了70只彈簧。

3.3 刻度尺

刻度尺用于顯示碳刷運行工作的壓力，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。

通過彈簧拉壓試驗機，70只彈簧壓力和長度對應關系如下表，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、 運用效果

江都二站定制了70只新刷架，已經安裝于江都二站主機組上，經過50天的成果運行，已經達到預期效果。

運行效果：新刷架未安裝時，碳刷所承受的壓力不確定，全憑老員工手感，當彈簧壓力過小時，易造成碳刷與刷盒卡澀或造成碳刷表面與集電環表面接觸不良，出現碳刷打火故障；彈簧壓力過大時，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生概率。

經濟效果：（1）減少碳刷消耗，根據統計數據推算出，一年江都二站可以減少碳刷消耗量64只。按照價格計算，節約成本64*30=1920。（2）減少故障發生概率，根據統計數據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，可節約成本6000元。

5 、結論

本次技改，是為了解決機組運行時，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。江都二站研發團隊經過不斷地改進，優化結構設計，最終定型具有結構簡單、易于操作，便于觀察的新刷架。經過江都二站在機組運行過程中使用，使用效果良好，達到了預期的效果。

參考文獻：

[1] 雍家數.泵站機電設備維修與泵站運行工[M].6.河南鄭州.黃河水利出版社，1998：69-70.