陳國瑩

（河鋼股份有限公司承德分公司 河北省釩鈦工程技術(shù)研究中心，河北 承德 067000）

1 概述

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)文化的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，特別是中國成功加入世界貿(mào)易組織之后，鋼鐵企業(yè)這種傳統(tǒng)企業(yè)得到了飛速的發(fā)展，鋼鐵行業(yè)的經(jīng)濟(jì)收入和利潤也在逐步提高。自TRT 發(fā)電設(shè)備逐步被鋼鐵行業(yè)所廣泛接受和使用以來，鋼鐵行業(yè)的衛(wèi)生環(huán)保問題也得到了很大程度上的緩解。TRT 將高爐冶煉的副產(chǎn)品很好地利用了起來，并將其轉(zhuǎn)化為廣泛使用的電能。這種驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)將不被需要的副產(chǎn)品中的能量轉(zhuǎn)化為有用的能量，符合當(dāng)代我國社會(huì)能源節(jié)能環(huán)保發(fā)展的理念，具備良好的的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，也是目前現(xiàn)代國際鋼鐵企業(yè)公認(rèn)的資源節(jié)能環(huán)保型設(shè)備。由于TRT 是利用高爐冶煉的副產(chǎn)品發(fā)電，發(fā)電成本低，且不會(huì)對環(huán)境造成污染，這種節(jié)能環(huán)保的發(fā)電設(shè)備為鋼鐵企業(yè)的電力供應(yīng)注入了生機(jī)勃勃的活力，做出了巨大的貢獻(xiàn)。勵(lì)磁系統(tǒng)是TRT 的一個(gè)非常重要的系統(tǒng)，TRT 的使用很大程度上受勵(lì)磁系統(tǒng)的制約，而勵(lì)磁系統(tǒng)的故障率又較高，因此，解決好勵(lì)磁系統(tǒng)的故障就能使TRT 穩(wěn)定運(yùn)行，提高TRT 的發(fā)電量和發(fā)電效率[1]。

2 現(xiàn)狀分析

某鋼鐵公司1#TRT 投入使用以來，該發(fā)電機(jī)組一直晝夜不停的工作、運(yùn)轉(zhuǎn)，承擔(dān)著整個(gè)鋼廠的發(fā)電任務(wù)。由于使用時(shí)間長、發(fā)電任務(wù)重，該設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)故障，特別是當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，嚴(yán)重制約和影響了1#TRT 的使用，降低了1#TRT 的發(fā)電量和發(fā)電效率。近年來，1#TRT 多次出現(xiàn)滑環(huán)、碳刷、刷盒等零件燒毀的現(xiàn)象。具體表現(xiàn)有例如滑環(huán)燒出缺口，絕緣筒損壞，滑環(huán)擺度超標(biāo)等。經(jīng)統(tǒng)計(jì)在近10 年內(nèi)，1#TRT 累計(jì)更換滑環(huán)15個(gè)，碳刷160 只，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)6 萬元之多，而在設(shè)備出現(xiàn)故障不能有效運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間段內(nèi)，發(fā)電效益也遭受了損失，這其中的損失是無法準(zhǔn)確計(jì)算的。勵(lì)磁系統(tǒng)故障頻出這一點(diǎn)加大了TRT的運(yùn)行成本，制約了TRT 的發(fā)電量和發(fā)電效率[2]。

3 原因分析

3.1 機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)大

1#TRT 是早些年比較陳舊傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備，在那個(gè)時(shí)代，科學(xué)技術(shù)水平并不高，傳統(tǒng)的制造工藝也并沒有得到改良，因此，1#TRT 整個(gè)軸系較長，附加設(shè)備較多，所以機(jī)組運(yùn)行時(shí)，振動(dòng)就較大。以上幾點(diǎn)導(dǎo)致了機(jī)組運(yùn)行時(shí)振動(dòng)難以控制到最低的現(xiàn)象，加之該機(jī)械設(shè)備投入使用的時(shí)間長、機(jī)器運(yùn)行的時(shí)間長，1#TRT 明顯呈現(xiàn)出疲憊、老化的態(tài)勢。在某次器械檢修和故障排查任務(wù)中，經(jīng)振動(dòng)測試儀測量，4#軸瓦水平在70um，垂直在40um，軸向在60um。為什么要特意去測量4#軸瓦呢？因?yàn)樵谠O(shè)備機(jī)組運(yùn)行中，4#軸瓦的出現(xiàn)振動(dòng)的不良現(xiàn)象是最為明顯的，它的振動(dòng)是最大的。在機(jī)組運(yùn)行的過程中，垂直和水平振動(dòng)值會(huì)隨時(shí)間逐漸增大，微機(jī)內(nèi)顯示的4#軸瓦的垂直和水平軸振值經(jīng)常超過100um，一般來說，運(yùn)行六個(gè)月左右時(shí)間，振動(dòng)值會(huì)逐步加大至100um ～120um，瓦溫也出現(xiàn)了升高的現(xiàn)象，這對于整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行來說是非常不利的。設(shè)備機(jī)組在運(yùn)行過程中，振動(dòng)水平超過正常標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)不平衡的現(xiàn)象，機(jī)組中的軸瓦產(chǎn)生徑向抖動(dòng)，碳刷也不斷跳動(dòng)，這就導(dǎo)致碳刷與滑環(huán)在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中出現(xiàn)間斷性接觸不良，從而燒壞腐蝕集電環(huán)表面，導(dǎo)致滑環(huán)、碳刷使用壽命縮短。同時(shí)，刷柱摩擦不均、引線及彈簧松動(dòng)而產(chǎn)生的局部火花逐漸進(jìn)一步造成碳刷冒火，嚴(yán)重時(shí)灼傷滑環(huán)，產(chǎn)生環(huán)火造成跳閘事故。由此可見，機(jī)組運(yùn)行時(shí)振動(dòng)大的問題直接對設(shè)備內(nèi)部的零件產(chǎn)生了連鎖反應(yīng)式的損壞，嚴(yán)重影響了發(fā)電機(jī)組工作運(yùn)行的可靠性，損壞一旦出現(xiàn)，設(shè)備就會(huì)罷工，設(shè)備一旦罷工，就會(huì)對器械設(shè)備發(fā)電量和發(fā)電效率產(chǎn)生消極的影響。與此同時(shí)，設(shè)備檢修的人力、物力、時(shí)間等的成本也會(huì)隨之上升，致使機(jī)械設(shè)備的發(fā)電優(yōu)勢不能充分發(fā)揮[3]。

3.2 滑環(huán)、碳刷損壞

正如上文所述，勵(lì)磁系統(tǒng)對于機(jī)械設(shè)備的發(fā)電機(jī)組來說是至關(guān)重要的，而滑環(huán)、碳刷是勵(lì)磁系統(tǒng)中較為重要的兩個(gè)零件，這兩個(gè)零件如果損壞，將直接造成發(fā)電機(jī)組不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在這里，我們將著重討論滑環(huán)、碳刷損壞的原因。

3.2.1 直接原因

在機(jī)組運(yùn)行的過程中，碳刷會(huì)與滑環(huán)產(chǎn)生摩擦，摩擦中碳刷上的碳粉落在滑環(huán)上，形成一層硬垢，這就是我們所說的熔點(diǎn)、麻坑?；h(huán)中間與碳刷接觸的粗糙度較大，而滑環(huán)周圍與碳刷接觸的粗糙度較小，這就導(dǎo)致了碳刷各個(gè)部位電流分布不均。碳刷在使用過程中會(huì)發(fā)生磨損，在磨損部位，碳刷變短，與滑環(huán)接觸不良，在這個(gè)磨損部位電流總是斷流，而在未被磨損的部位，碳刷與滑片接觸良好，電阻小，電流流量大，這就使得磨損部位和未磨損部位電流分布不均。以上兩點(diǎn)，碳刷與滑片接觸好的部位，電阻小，導(dǎo)電率好，電流量大，這就導(dǎo)致該部位工作負(fù)荷大，發(fā)熱嚴(yán)重，加速碳刷與滑環(huán)的損壞[4]。

3.2.2 間接原因

在TRT 的使用過程中，對于主軸的非負(fù)載端，勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子另加接DN35*500 空心滑環(huán)小軸，在末端裝配換向器，這樣的一系列操作使得發(fā)電機(jī)組形成僅僅只靠單端軸承支撐的兩半軸相接的懸臂結(jié)構(gòu)。如果在裝配過程中，操作人員出現(xiàn)裝配失誤或者在裝配過程中出現(xiàn)偏差，就會(huì)出現(xiàn)懸臂結(jié)構(gòu)受力不均的問題，造成甩尾現(xiàn)象。如果出現(xiàn)甩尾現(xiàn)象，機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，滑環(huán)在工作過程中會(huì)偏離中心，引起碳刷跳動(dòng)，那么滑片與碳刷之間就會(huì)間斷性接觸不良，接觸良好的區(qū)域電阻小，導(dǎo)電率好，電流量大，局部發(fā)熱嚴(yán)重，很容易造成碳刷冒火，嚴(yán)重時(shí)灼傷滑環(huán)，造成設(shè)備故障，甚至造成安全事故。

4 技術(shù)改進(jìn)

4.1 機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)大的處理

改造3#瓦蓋和4#瓦蓋，將軸瓦瓦蓋的緊力控制在規(guī)定范圍之內(nèi)。在瓦蓋的選材改良方面，把鑄鐵材質(zhì)改為鑄鋼材質(zhì)，鋼比鐵更耐用，更結(jié)實(shí)，更耐磨損，且密度更高，重量更重。在瓦蓋的厚度改良方面，把原來50mm 的厚度增加到80mm，增加瓦蓋的重量，提高瓦蓋的耐用度。通過這兩點(diǎn)，瓦蓋的剛性被大大提高，瓦蓋的約束力被大大增強(qiáng)，瓦蓋出現(xiàn)上拱變形的幾率也會(huì)大大減少。這樣以來，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)機(jī)組振動(dòng)的問題現(xiàn)象就能在很大程度上得到改善，保證了發(fā)電機(jī)組工作運(yùn)行的可靠性，保證了機(jī)械設(shè)備發(fā)電量和發(fā)電效率，節(jié)約了設(shè)備檢修的人力、物力、時(shí)間等的成本，充分發(fā)揮了機(jī)械設(shè)備的發(fā)電優(yōu)勢。

4.2 滑環(huán)、碳刷損壞的處理

4.2.1 滑環(huán)的處理

正如上面所闡述的，碳粉堆積是引起滑環(huán)與碳刷接觸面積不均的原因之一，因此，假如可以避免碳粉堆積的問題，那么接觸面積不均的問題就可以得到良好的改善。將螺旋溝槽的滑環(huán)更換成平面滑環(huán)，就能在很大程度上避免碳粉沉積，增大碳刷與滑環(huán)的接觸面積。對于新更換的滑環(huán)，應(yīng)用專用紗布進(jìn)行研磨，研磨到合格的程度；對于磨損的滑環(huán)，在滑環(huán)的損傷部位經(jīng)車削打磨至合格的程度。在滑環(huán)的日常維護(hù)中，例如安裝滑環(huán)之前，將滑環(huán)用干凈的白布擦拭干凈，以保持表面光滑整潔。用亞胺薄膜和無維帶將兩環(huán)及對軸之間進(jìn)行絕緣，以加強(qiáng)滑片的耐熱能力。除此以外，在碳刷引出線上加套絕緣玻璃纖維軟管，以加強(qiáng)耐溫性能[5]。

4.2.2 碳刷的處理

將原來的碳刷更換為更適合機(jī)械設(shè)備工作運(yùn)轉(zhuǎn)和更適合發(fā)電技術(shù)條件的D172 型號碳刷，該型號的碳刷相比于之前使用的型號的碳刷機(jī)械強(qiáng)度更強(qiáng)，耐磨性更好。每更換一個(gè)碳刷之前，都要把碳刷的工作面研磨好，使之接觸面弧度與配對接觸的滑環(huán)相吻合，從而確保碳刷與滑環(huán)緊密接觸。在安裝碳刷時(shí)，要注意將碳刷中心與滑環(huán)中心對準(zhǔn)，在刷握內(nèi)，碳刷應(yīng)無卡澀、搖擺，上下活動(dòng)自如，以使碳刷與滑環(huán)的接觸面積分布均勻。

4.2.3 檢修裝配的質(zhì)量控制

檢修裝配質(zhì)量的控制這個(gè)階段主要是控制人為裝配的誤差。在裝配勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子非負(fù)載端的空心圓環(huán)小軸的過程中，可以采用塞尺測量勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間的空隙距離，以便將勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間的空隙距離調(diào)整到最佳距離，在這里建議通過調(diào)整墊片的厚度來實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間空隙距離的調(diào)整。按照規(guī)定來講，最大間隙值與最小間隙值的比值不應(yīng)超過1.2，下端的間隙要比上端的小0.1 ～0.15。除此之外，我們還可以通過更換空心小軸的大小來緩解檢修裝配過程中的滑片、碳刷的發(fā)熱問題以及它們與其他零件的損壞問題，這里建議將安裝集電環(huán)的DN50mm 空心小軸，改換成DN100mm，以增加勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子非負(fù)載端的空心圓環(huán)小軸強(qiáng)度。安裝完成后使用百分表測量并檢查空心圓環(huán)小軸及滑環(huán)的跳動(dòng)量，如有偏差可采用錘擊法對其進(jìn)行矯正，將其最大彎曲度控制在0.02mm 以內(nèi)。

4.2.4 加強(qiáng)維護(hù)與保養(yǎng)

眾所周知，任何機(jī)械設(shè)備在投入使用期間都要進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，鐵路的日常檢修與維護(hù)保證了列車在鐵路上的安全行駛和乘客的安全，航天飛行器飛行前的檢查保證了航天飛行機(jī)器飛行程序的安全運(yùn)行和宇航員的安全。同樣，TRT在使用過程中每天都應(yīng)該對碳刷和滑環(huán)進(jìn)行檢查，包括碳刷的磨損長度不超過三分之二，當(dāng)碳刷的磨損程度超過三分之二時(shí)，必須立即更換新的碳刷，以保證TRT 工作運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性[6]。

5 結(jié)語

綜上所述，發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，我們可以思考解決問題的方法。通過以上幾點(diǎn)改進(jìn)措施，TRT 在使用過程中的穩(wěn)定性將得到很大的提高，發(fā)電機(jī)組工作運(yùn)行的可靠性將得到保障，發(fā)電量和發(fā)電效率也將得到保障，節(jié)約了檢修維護(hù)過程中的人力、物力、財(cái)力的成本消耗，從而為鋼鐵企業(yè)的節(jié)能環(huán)保發(fā)展繼續(xù)立下汗馬功勞。