發電機勵磁機整流子抗磨刷鍍新工藝
Generator exciter commutator resists and wastes and brushes and plates the new craft
蘭州瑞邁克電力科技有限公司 魯紅春 趙蘇
摘 要 針對勵磁機整流子磨損表面，成功地采用大厚度電刷鍍技術進行了修復。配制了高濃度刷鍍液，改進了摩擦材料和鍍液供給系統，制定了嚴格的刷鍍工藝。新設計的陰極旋轉系統，提高了鍍覆效率，使用了自動控制裝置，保證了鍍層質量。
To encourage magneto commutator wear and tear the surface ,succeed in adopting rubing the electricity and gushing out the technology of plating to repair. Brushed and plates the liquid after compounding the high density, has improved materials of rubing and plate the liquid to supply the system, have made strict pasting up the craft of plating. The negative pole rotatory system designed newly, has improved the efficiency of covering of plating, has guaranteed to plate one layer of quality.
主題詞 電刷鍍; 摩擦件; 鍍層質量; 大型發電機
Rub the electricity and is gushed out and plated ; Rub one ;
Plate one layer of quality ; Large-scale generator
1 前言
勵磁機整流子長期與碳刷摩擦，在高轉速運行下，由于碳刷與整流子表面接觸不良以及機械振動等原因，在碳刷和整流子之間產生火花，使整流子表面逐漸產生不均勻的磨損，在整流子表面形成溝痕，嚴重的會形成燒傷，表面粗糙度增大，造成導電性能降低，輸出電壓不穩的惡性循環，甚至會發生設備事故。起動頻繁的機組，上述現象更易發生。
最初常用的維修工藝是進行機械加工，將整流子表面的磨痕清除后投入運行，但多次車削，尺寸超限，將導致報廢。
隨著電刷鍍技術在電力部門的應用，它不但可以修復整流子表面的磨損，而且還可提高其耐磨性，是比較理想的修復工藝。
大型發電機組的勵磁機直徑大，重量當然也相當大。如劉家峽水電廠勵磁機電樞直徑2850mm,高1271mm,整流子直徑2500mm，整流子高度165mm，重量達22.7噸.。刷鍍面積為130dm2。這種大直徑、大面積、大重量的現場修補，對電刷鍍修復工藝提出了很高的要求。我們根據有關單位多年來的實踐經驗，并參考相關資料的介紹，采用分塊刷鍍的方案，在電廠大修中解決了大型發電機勵磁機整流子現場刷鍍問題。先后多次成功刷鍍，收到了一定效果。但由于刷鍍工藝、密封材料和密封方式、刷鍍裝置、鍍層厚度測量等技術問題沒有很好得到解決，造成鍍層厚度較薄，只有0.05mm～0.08mm；以及鍍層厚度不均勻等主要問題。我廠勵磁機整流子的鍍層只運行了20個月就磨損露銅了。被電刷磨下來的片狀、絲狀、末狀銅屑明晃晃的布滿勵磁機內部，嚴重地威脅著發電機組的安全運行。
隨著電刷鍍技術的不斷發展，大厚度刷鍍技術以其鍍層質量優、低成本、快速度、高效率等特點得到了廣泛應用。但在大型發電機勵磁機整流子工作表面的修復上的應用還是個空白。根據大厚度刷鍍技術在其它工件成功施鍍的經驗，我們又做了大量模擬試驗，仔細分析和研究了有關參數及相關數據，總結了一套用大厚度刷鍍技術修復大型發電機勵磁機整流子的工藝。并于去年先后兩次成功對劉家峽水電廠1＃－4＃發電機勵磁機整流子進行修復。整流子表面鍍層光亮均勻、光滑致密、結合強度高，各項絕緣性能和電氣性能均滿足電廠技術要求。投入運行后效果良好，運行維護工作量大大減少；碳刷火花現象可基本消除；整流子表面抗磨性增加了四倍，使用壽命得到了更大地提高。采用在整流子電刷鍍的同時，加裝大理石板碾壓研磨工藝。增加了鍍層的密實度和光潔度，消除了鍍層在不足0.1mm厚度即出現的光潔度降低技術難點，從而將鍍層厚度提高到0.25mm以上,相比以前的施工方式，將鍍層厚度提高了5倍以上。從而使電刷鍍工藝真正成為解決整流子磨損主要工藝手段。
2 方案建制
電刷鍍技術修復勵磁機整流子工作表面我們已取得了豐富的經驗，在此基礎上采用大厚度刷鍍技術來修復，必須在以下幾個方面有所突破。
2.1 旋轉系統的設計
以前是通過自動倒相器來實現陽極刷架的自動往復運動，而這次我們大膽地提出了陽極360º全旋式圓周運動，這樣不僅工作效率高，而且鍍層厚度均勻、無接縫，后處理也容易。旋轉系統必須簡單、合理、可靠。主要由傳動滑環、減速裝置、變頻器等組成。伺服電動機經變頻器調速，再通過蝸輪蝸桿減速，將動力傳送給陽極刷架，使陽極在適合的線速度下沿整流子表面順時針或逆時針旋轉。通過這一系統實現了大厚度刷鍍修復整流子的自動化。
2.2 陽極的設計及安裝
陽極材料應使用對鍍液成份沒影響、易仿形加工、耐腐蝕、壽命長、導電性好的材料。最適合的莫過于不銹鋼。由于整流子直徑很大，考慮到陽極的平衡、液體的濕潤、熱量的散發、電源的容量，所以陽極不宜過大，在5——8cm長度的整流子表面圓弧可以近似地看為直線，陽極可用厚2mm的不銹鋼板做成平板型，陽極板上出液孔徑φ2——φ3mm，孔距3——5mm，陽極高度應根據整流子實際高度來決定。
陽極的移動是通過作圓周運動的刷架來完成的。刷架的臂桿長度及角度是可以進行微調，以此來調整陽極對工作面的間距和摩擦塊的壓力。
2.3 摩擦器的設計
大厚度刷鍍是在施鍍過程中，摩擦件對鍍層實現邊鍍邊磨。就是這種簡單機械摩擦，能限制鍍層晶粒的長大和鍍層氧化膜的形成，大大提高金屬離子的電沉積條件，改善鍍層質量。摩擦材料的優劣對摩擦效果來說是至關重要的。天然玉石、瑪瑙石效果當然最好，但其價格昂貴，又不易加工成型。經過試驗，用高密度優質花崗巖作摩擦件是物美價廉的選擇。把花崗巖加工成和陽極一樣的形狀，通過刷架上的不銹鋼彈簧片和刷桿來調節磨石與工作面的壓力，使其始終保持在良好的摩擦狀態。
2.4 鍍液供送系統及工作面的濕潤
在大厚度刷鍍過程中，鍍液供送裝置應滿足以下幾個要求：a.使鍍液自動循環、連續供送、流量任意可調可控；b.鍍液要以一定壓力和流速噴射到工作面上；c.在整個噴鍍過程中，使鍍液成份和性能保持相對穩定；d.鍍液自動過濾。根據現場需要，用大揚程、大流量密閉潛液泵將鍍液經控制閥、流量計提升到與陽極同一角速度的盛液桶中，盛液桶中有專供陽極及潤濕的可調潛液泵。鍍液通過塑料管與特制的接頭送入陽極內腔，再經陽極板上的小孔使帶有一定壓力的液體進入施鍍的工作面。供液雖然能使陽極部分保持濕潤，但施鍍面積大，工作面太長，很難保持整個噴鍍面的濕潤，因此，為了可靠，在陽極間均勻分布有濕潤管，以一定流量噴射鍍液，確保整個工作面的濕潤。
正常工作時，通過調節上下控制閥，使鍍液自動循環，供送平衡。
2.5 供電系統
陽極的圓周運動，也給其供電系統提出了新的要求。為此，采用滑環供電，成功地解決了這一難題。兩個滑環分別給磁力泵和陽極供電，使陽極供電和鍍液供送相對獨立，互不干擾。需特別注意的是，滑環上的碳刷一定要事先仿形，以免接觸不良造成容量不足、發熱或出現火花等影響刷鍍正常進行的現象。
由于電樞的繞組是閉合的，繞組電阻很小，截面載流量遠遠大于刷鍍時所需的電流，所以沒有必要采用常規的整流子短路方法。對于大直徑電樞可直接利用其整流片，將電纜一端用特制的線夾固定在升高片上，另一端接入電源負極即可。
2.6 鍍液的選擇
大厚度刷鍍技術由于使用大電流密度，陽極鍍液流量大，要求金屬離子富盈，所以最好選用專用的高濃度鍍液，才能真正發揮出刷鍍的優勢，高濃度鎳鍍液中金屬離子含量較高，為80.4g/l，沉積速度很快，耗電系數為0.031Ah/dm2·μｍ,并且鍍層組織致密，應力低，結合強度高，硬度高，耐磨性好。實踐證明，高濃度鎳是整流子修復和強化穩定可靠的理想鍍液。
3 主要工藝環節
3.1 電氣試驗
3.1.1記錄勵磁機解體前機組各種運行工況下的火花等級，以便與施鍍后火花情況相比較。
3.1.2 勵磁機解體后測量電樞絕緣電阻，進行吸收比試驗及整流子片間直流電阻試驗。
3.2 機械處理
機械處理的目的是為刷鍍創造良好的條件。整流子加工一般采用車削的辦法，車削量在消除整流子表面磨損痕跡的前提下盡可能小，表面粗糙度與不圓度應滿足技術要求。車削后清除溝槽內的廢削，刮溝深度在1——1.2mm；然后進行整流片的倒角，要求尺寸為0.5×45º，再用油石修整倒角部位，直到圓滑過渡，手摸無明顯尖銳棱角為止。特別注意清除溝槽和倒角時千萬不能劃傷整流子表面。
3.3 工裝的安裝
工裝安裝的合理可靠是刷鍍順利進行的重要保障。刷鍍大型發電機勵磁機整流子，要求一氣呵成，不允許中斷。工裝的安裝，必須牢固，方向與角度要調節準確。最好一邊安裝，一邊調試。安裝結束后，先進行一定時間的無鍍液試運轉，不出現問題后方可進行下一道工序。
3.4 防護與遮蔽
勵磁機整流子防護與遮蔽，對整個施鍍工作是非常重要的，每一個環節都應慎重，一旦處理不當，就會給整個刷鍍工作帶來極大的麻煩和困難。
3.4.1整流子頂部主絕緣處的防護與遮蔽
清除干凈整流子頂部的臟物及浮漆，用塑料布及粘膠帶纏繞，并用密封膠仔細封閉，晾干后再封一層硅酮玻璃膠。
3.4.2整流子下部的防護與遮蔽
清理干凈退刀槽處臟物，將內徑等于整流子退刀槽，外徑等于電樞直徑的塑料板套推至退刀槽，用密封膠封死。涼干后，再來同樣一層，確保萬無一失。
3.5 工作電壓及陽極運動速度
大厚度刷鍍的特點之一就是大電流密度。對于大型工件，由于陽極電纜線較長，應考慮電壓降。根據實際情況，調整工作電壓至最佳值，不僅能大大提高工作效率，而且能得到滿意的鍍層質量。
大厚度刷鍍大電流密度的特點也要求陽極運動速度比刷鍍要快。通過變頻調速，將陽極運動速度調為最佳值，既可確保工作面的濕潤，又可獲得理想的沉積速度。
3.6 工藝流程
電氣試驗 整流子車削 整流子刮溝倒角 工裝安裝 遮蔽與防護 施鍍 鍍后處理 質量驗收與電氣試驗。
4 結論
采用大厚度刷鍍技術現場修復和強化大型發電機勵磁機整流子，同以前所用的刷鍍工藝相比，易實現自動化，大大縮短了修復時間、提高了生產率、降低了成本、提高了鍍層質量，極大地減少了電廠運行維護的工作量和停機時間，產生了巨大的經濟效益和社會效益。現在劉家峽水電廠4臺勵磁機已安全運行了29－51個月，鍍層仍完好無損，整流子鍍層的磨損量用現有的方法仍測量不出來，耐磨效果顯著。勵磁機實現了無火花運行，運行工況得到了大幅度提高。整流子磨損對發電機正常運行的威脅已得到解決。
參考文獻
1. 裝甲兵工程學院機械零件修復研究中心《摩擦電噴鍍技術》
2. 趙甦 孫百濤 ，大直徑立式發電機勵磁機整流子電刷鍍《電刷鍍技術》 1998No1P39
3. 林春華 葛祥榮編著《電刷鍍技術便覽》機械工業出版社 1991年2月第1版
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