книги из ГПНТБ / Аврух, В. Ю. Устройство и эксплуатация щеточных узлов современных турбогенераторов и турбовозбудителей

пружину из стальной проволоки. Такие пружины в ряде случаев не обеспечивают необходимой величины нажа­

тия, требуют постоянного обслуживания в процессе

эксплуатации и создают сложности для обеспечения равномерного усилия нажатия на все щетки одного коль­ ца. Последнее влечет за собой неравномерное токо-

распределение по щеткам, перегрузку отдельных щеток и ускоренный износ. Кроме того, конструкция щеткодер­ жателя и его крепление к траверсе создают возмож­ ности для прохождения значительной величины тока

по элементам щеткодержателей помимо токоведущих канатиков щетки, что вызывает подгары и оплавления обоймы, перегрев пружины и т. д.

Решение этих вопросов достигается изолировкой

щеткодержателя от траверсы и щетки от нажимного механизма, а также применением рулонных пружин постоянного давления. Такие пружины, обеспечивающие постоянное усилие в рабочем диапазоне перемещений,

в настоящее время широко применяют для тяговых электродвигателей и щеточных излов турбогенераторов зарубежных фирм. Преимущества такой конструкции — это также возможность установки щеток увеличенной

типа ДБ (рис. 8-5) с установкой пружины постоянного давления не представляет сложности и может быть осуществлена ремонтными предприятиями.

Как уже отмечалось, с увеличением единичной мощности турбогенераторов все острее встает вопрос о надежности узла токоподвода ротора и возможности применения принципиально новых конструкций и систем возбуждения. Одним из таких направлений является отказ от скользящего контакта и применение бескон­ тактной системы возбуждения с полупроводниковыми выпрямителями на валу ротора. Другим возможным

направлением может быть использование конструктивно нового типа контактных колец с торцевым токоподводом, позволяющим значительно уменьшить влияние вибра­ ции на работу щеточного узла.

Рассмотрим случай посадки контактных колец на консольную часть вала ротора, не сопряженную с воз­

будителем. В этом случае можно принять, что осевая

составляющая вибрации на контактных кольцах опреде-

104

самовентиляции для охлаждения кольца и контактной поверхности).

Экспериментальная проверка работоспособности тор­ цевых контактных колец была проверена на стенде (рис. 8-7), представляющем собой вал с насаженными на нем контактными кольцами и соединенный с асин­ хронным двигателем (и = 2 970 об/мин). Для улучшения

Рис. 8-7. Экспериментальная установка для исследования работы торцевых контактных колец.

условий работы щеток на контактных поверхностях колец была выполнена нарезка (два варианта), радиаль­ ная и пересекающаяся, кольца охлаждались воздухом

за счет эффекта самовентиляции через радиальные отверстия.

Стандартные щеткодержатели расположены на тра­ версе, представляющей собой незамкнутое кольцо из медной шины и установленное эксцентрично относитель­

но оси вала для равномерного износа контактной поверхности кольца. Всего установлено четыре травер­

сы— по две на каждое кольцо — и 26 щеток на каждой траверсе.

106

Имитация осевой вибрации производилась путем искусственно созданной неперпендикулярности (0,1 мм)

контактных поверхностей к оси вала. Для проверки работоспособности щеточного узла при возможности осевых перемещений вала (тепловые и упругие дефор­ мации), имеющих место в действующих .турбогенерато­ рах, на стенде были установлены щетки, выступающие из обоймы щеткодержателей на 15—20 мм.

Методические исследования, проводимые на стенде торцевых жолец, ставили целью выяснить влияние тех новых условий, которые существуют в работе скользя­

щего контакта на торцевых кольцах в отличие от обыч­ ных цилиндрических.

Эти отличия и их влияние на рабочие характеристики

скользящего контакта можно классифицировать следую­ щим образом:

1. Плоскопараллельность поверхности скольжения и ее влияние на потери мощности в контакте и механи­ ческую устойчивость щетки.

2. Различие в окружных скоростях под щеткой и связанные с этим особенности износа и процесса токосъема.

3. Влияние нового взаимного расположения пар скольжения на интенсивность теплоотвода из контактной

зоны.

Помимо этого, необходимо было выяснить оптималь­ ную форму нарезки поверхности скольжения и устано­

вить влияние увеличенного зазора между кольцом и щеткодержателем на рабочие характеристики скользя­ щего контакта.

Проводимые на стенде эксперимёнты позволили уста­ новить следующее:

а) Щетки марок ЭГ-2АФ, 61IOM и 61 ІА, разрабо­ танные для турбогенераторов 200—300 МВт, обеспечи­

вают нормальную работу скользящего контакта на торцевых кольцах.

б) Потери мощности в контакте торцевых колец составляют 70—80% при прочих равных условиях

(количество установленных щеток, плотность тока и т. д.) от потерь в контакте цилиндрических колец. Уменьшение величины мощности, выделяемой в контакте, обусловле­

но в основном за счет снижения составляющей электри­

ческих потерь. Так, переходное падение напряжения

в контакте на минусовой полярности торцевого кольца

не превышает 1,8 В, а для плюсовой—1,1 В прй плотности тока /=15 А/см2 и общем токе /=2400 А на 24 щетки. Для обычных колец в аналогичных усло­ виях значение средней величины переходного падения

напряжения составляет '2,2 и 1,4 В соответственно для минусовой и плюсовой полярности.

в) В щетках не наблюдается неравномерного износа

в радиальном направлении благодаря перераспределе­

нию контактного давления под щеткой по мере износа и воздействия сил реакции опоры.

г) Вследствие большей механической устойчивости контакта на торцевых кольцах по сравнению с цилиндри­

ческими (за счет уменьшения аэродинамического давле­

ния в воздушном клине под щеткой, а также большего числа точек непосредственного контакта) безыскровая работа щеток обеспечивается при средней плотности тока в параллельно работающих щетках /=12 А/см2 против 8—10 А/см2 на обычных кольцах.

д) Результатом более интенсивного непосредствен­ ного охлаждения скользящего контакта является мень­ шая температура (на 20—40°С) щеток и контактных колец торцевого,типа, чем на обычных кольцах.

е) Увеличенный зазор между кольцом и щеткодержа- '

телямп практически не влияет на работу и устойчивость контакта, что стало возможным благодаря значительно­ му снижению величины вибрации контактных колец в направлении расположения щеток.

Таким образом, результаты экспериментальных иссле­ дований на стенде показали хорошую работоспособность

контактных колец торцевого типа и позволили осущест­ вить модернизацию узла токоподвода ротора на одном

из турбогенераторов ТГВ-300.

Контактные кольца, изготовленные из стали 36ХН1ФА, посажены с -натягом 0,55^0>05 мм на фирменные полуколь­ ца, соединенные гибкими шинами через токоведущие болты с токоподводом в центральном отверстии ротора. Такая конструкция токоподвода завода «Электротяж-

маш» является наиболее удачной из применяемых в настоящее время с точки зрения равномерного токо-

распределения по сечению контактного кольца, а также является единственным решением в случае установки

торцевых колец, где подсоединение гибкого токоподвода с торца трудноосуществимо. Изоляция втулок под кон­ тактными кольцами выполнена из стеклотекстолита.

108

После посадки контактные кольца протачивались на валоповороте (лг = 4 об/мин) при помощи приспособ­

ления (рис. 8-8).

Особенностью конструкции контактных колец являет­ ся наличие на торцевых контактных поверхностях колец радиальных канавок шириной 3 мм и глубиной 10 мм,

Рис. 8-8. Проточка контактных поверхностей колец.

которые совместно с радиально-наклонными отверстиями обеспечивают весьма эффективное непосредственное воздушное охлаждение как контактной зоны, так и се­

чения кольца.

Помимо этого, радиальные каналы на контактных плоскостях кольца снимают воздушный клин под щеткой,

чем обеспечивают динамическую устойчивость щетки.

Шлифовка контактных поверхностей колец проводилась во время балансировочных пусков при n=200— 3 000 об/мин мелкой шлифовальной шкуркой с последую­ щей полировкой войлоком и пастой ГОИ. Торцевое бие­ ние контактных поверхностей после соответствующей обработки составляет не более 0,01 мм. Для обеспечения заданной точности обработки и высокой чистоты поверх­

ности система роторов генератора и турбины была зафиксирована в определенном положении при помощи

109

специального упора, установленного со стороны свобод ного конца вала ротора.

Особенность конструкции контактных колец и особое расположение щеток обусловило разработку и изготов­ ление новой конструкции щеткодержателя, обеспечиваю­

ца по три с каждой стороны, закреплены на трех изоли­ рованных стеклотекстолитом шпильках, которые в свою очередь удерживаются накладками в металлическом каркасе.

Траверсы с каждой стороны кольца изогнуты под разными радиусами для' максимального’ использования

контактной поверхности и уменьшения износа материала кольца от трения со щетками. При этом можно от­ метить преимущество торцевых контактных колец перед обычными радиальными, заключающееся ib том, что при различных перемещениях ротора с контактными кольцами щетка не меняет своего положения относи­ тельно кольца, а скользит по своему выработанному

следу.

После пусконаладочных работ были установлены щетки марки 61IOM на внешнем кольце положительной полярности и 61IA — на внутреннем кольце отрицатель­ ной полярности, обеспечивающие наиболее устойчивую работу и безыскровый токосъем.

ПО

безопасности при обслуживании, удобства сборки и улуч­ шения условий при установке новых щеток.

Новая конструкция щеткодержателей с рулонной пружиной постоянного давления позволяет применить щетки с'большей длиной и увеличенным сроком службы, а также щетки разрезной конструкции (рис. 6-8).

Применением разрезных щеток можно также добить­

ся улучшения коммутационных характеристик возбуди­ телей, расширения безыскровой зоны и, кроме того, уменьшения скорости износа щеток.

В некоторых случаях необходимость повышения мощности возбудителя решается путем увеличения рас­ хода охлаждающего воздуха, проходящего через машину. Это достигается реконструкцией замкнутой системы вентиляции на разомкнутую с забором и выбросом воз­ духа в машинный зал. Уменьшение аэродинамического

сопротивления вентиляционного тракта за счет удаления воздухоохладителя позволяет увеличить расход охлаж­ дающего воздуха на 20—30%, а мощность возбудителя

на 7—10%.

Кроме того, для повышения надежности-производятся

переизолировка стержней компенсационной обмотки

более теплостойкой изоляцией класса F и пайка мест

соединений серебряным припоем.

Глава девятая

Восстановительные и ремонтные работы со щеточным узлом турбогенераторов и электромашинных возбудителей

надежность и эксплуатацию в. период текущего и капи­ тального ремонта турбоагрегата, выполняются ремонтные работы по узлу контактных колец.

Основные ремонтно-восстановительные работы по уз­ лу контактных колец включают в себя:

1)проточку и шлифовку рабочих поверхностей

контактных колец и в случае необходимости нарезку ленточной резьбы на рабочей поверхности;

2)замену или восстановление поврежденного слоя

изоляции под контактными кольцами или восстановление

Í12

ослабленного натяга между контактными кольцами

ивтулкой пли втулкой и валом;

3)замену контактных колец в случае, если величина износа достигла предельного значения (табл. 9-1);

4) ремонт токоподводов и токоведущих болтов с уплотнением центрального отверстия ротора для турбо­ генераторов с водородным охлаждением;

Таблица 9-1

Минимально допустимые диаметры контактных колец турбогенераторов

5)замену или восстановление поврежденных щетко­ держателей, траверсы, подсоединительных шин;

6)уравновешивание узла контактных колец при номинальной частоте вращения.

Объем ремонтно-восстановительных работ по узлу контактных колец конкретного турбоагрегата опреде­ ляется на основе замечаний, возникших в процессе

эксплуатации и осмотра узла после останова турбоагре­ гата в очередной ремонт.

При наличии на рабочей поверхности контактных

колец канавок и углублений, недопустимого боя и не­

равномерного износа контактные кольца протачиваются

(при углублениях более 0,5 мм) и шлифуются при вра­ щении вала в собственных подшипниках. Величина статического радиального биения и перепада высот рабочих дорожек в холодном состоянии после механи­

113