CN106160356A - 一种发电机碳刷在线自动恒压调节与吹扫装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发电机碳刷在线自动恒压调节与吹扫装置，其特征在于，所述自动恒压调节与吹扫装置包括恒压装置、发电机转子、碳刷、滑环、恒压装置支架，以及碳刷支架，所述滑环与发电子转子刚性连接，所述碳刷在碳刷支架与刷握的固定下与滑环接触，所述恒压装置固定在恒压装置支架上。本发明巧妙地应用气源压力的恒定性对碳刷进行恒压补偿控制，同时引用干燥的压缩空气对发电机滑环不间断吹扫冷却，极大程度上延长了设备使用寿命，并且利用感压元件的在线测量对碳刷磨损程度进行实时监控，及时提醒工作人员检查碳刷的厚度。本发明结构简单，巧妙，安装方便，值得推广应用。

Description

一种发电机碳刷在线自动恒压调节与吹扫装置

技术领域

本发明涉及一种调整装置，特别涉及一种发电机碳刷在线自动恒压调节与吹扫装置，属于电力技术领域。

背景技术

碳刷是发电机组中动静接触和能量转换的部件，通过碳刷与滑环的接触，将外部励磁电源引入发电机转子绕组，在发电机内部建立旋转磁场，进而在定子绕组上产生感应电势。碳刷的运行状态直接影响着发电机组的正常与否，在发电机运行中，滑环碳刷环火是较为严重的事故，处理不及时轻则导致出力下降，影响系统稳定运行，重则造成跳机和发电设备的损坏。

目前电厂在进行碳刷维护时还是采用传统的方法，依靠人工调整碳刷的压力。要调到不发生火花的最低压力，调节时还要注意使各碳刷间压力均匀，其差值不应超过10%。由于发电机碳刷数量较多，运行维护工作量大，且这种调节手段由于没有工具测量，只能靠手感，很难保证弹簧压力的标准。再加上运行中碳刷的长度并非完全一致，所以弹簧的压力也各不一样，发电机电刷的弹簧压力调整不均匀或压力大小不合适，会导致滑环正负极各个碳刷电阻不一致，电流分配不均匀，刷架刷握中每只碳刷的电流密度不一致，每只碳刷通过的电流相差悬殊，从而引起有的碳刷发热，接触面温度升高，造成电刷破损严重，刷辫过热变色等。一般情况下，碳刷上压力过低时，碳刷与滑环不能良好接触，电气损耗增加引起碳刷过热和火花增大引起烧伤进而使磨损增大；碳刷上压力过高时，机械磨损所产生的热量将会增加，使碳刷的温度升高，引起碳刷的迅速磨损。碳刷过热时也会造成弹簧退火，使弹簧压力减小，从而形成恶性循环，长期运行将导致整个滑环发热，甚至造成环火或伤损。

为避免这种情况的发生，现在有的电厂使用了恒压弹簧刷握，每只恒压弹簧的压力是否均匀，直接影响电刷电流密度的分布。但是在实际应用中发现，虽然为恒压刷握，但各个弹簧压力存在差异，用手拉动刷握弹簧，可明显感觉不同弹簧的压力差异，而且随着运行时间的延长，还是会出现弹簧疲劳的现象，在碳刷磨短的过程中，弹簧压力也会不同程度地减少，压力减小到一定程度，接触不稳定，接触压降增大，碳刷间电流重新分配，当环境温度升高或励磁电流增加时，随时可引起发热，造成平衡破坏，对设备的稳定运行带来极大隐患。因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种发电机碳刷在线自动恒压调节与吹扫装置，该装置整体结构设计巧妙紧凑，利用气源压力的恒定性，保证了每个碳刷受力一致、均匀，并且该装置可以在线对发电机滑环与碳刷进行不间断吹扫和冷却，大大延长了设备的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下，一种发电机碳刷在线自动恒压调节与吹扫装置，其特征在于，所述自动恒压调节与吹扫装置包括恒压装置、发电机转子、碳刷、滑环、恒压装置支架，以及碳刷支架，所述滑环与发电子转子刚性连接，所述碳刷在碳刷支架与刷握的固定下与滑环接触，所述恒压装置固定在恒压装置支架上。该技术方案适用于发电机碳刷与滑环接触压力恒定，维持正常工作，它是一种能在线自动调整碳刷压力、维持碳刷运行稳定的恒压调节装置，并且此装置能够在线对发电机滑环与碳刷进行不间断吹扫和冷却，延长了设备使用寿命。本装置以适当压力即碳刷与滑环接触的最佳压力加在与滑环表面滑动接触的碳刷上，使之在固定体与旋转体之间稳定地传导电流，通过此装置自动进行恒压补偿调节，使每个碳刷所承受的压力理论上均匀一致，从而保持运行中每个碳刷的电流密度相同，减小各个碳刷电流的差异，避免或减少运行中碳刷发热情况的发生，整体结构设计新颖、简单使用方便。

作为本发明的一种改进，恒压装置包括气动推进装置、调节装置以及调压器，所述调节装置包括压力控制器，压力调节阀和碳刷感压元件，所述调压器同时连接第一路调节组件和第二路冷却吹扫组件。

作为本发明的一种改进，所述气动推进装置包括感压元件，推动绝缘体，压缩弹簧，滑动活塞，滑动槽口，止挡块，所述滑动槽口的数量为两组，设置在气动推进装置缸体上下内壁，所述滑动活塞嵌置安装在上下两组滑动槽口之间，推动绝缘体在感压元件和滑动活塞之间，所述感压元件固定安装在推动绝缘体上，所述推动绝缘体与滑动活塞刚性连接。

作为本发明的一种改进，所述止挡块的数量为两组，对应地安装在上下两组滑动槽口上，每组有两个止挡块，两个止挡块分别设置在滑动活塞的左右两侧，位于左侧止挡块和滑动活塞之间设置有压缩弹簧。推动绝缘体与滑动活塞刚性连接，感压元件固定安装在推动绝缘体上，活塞可左右位移。上下2组止挡块固定安装在滑动槽口上，起到限制活塞位移位置的作用。

作为本发明的一种改进，所述推动绝缘体材质上选用耐高温，抗疲劳的聚四氟乙烯，感压元件测压头用绝缘体，耐高温材料聚四氟乙烯包裹。

作为本发明的一种改进，所述第一路调节组件包括切断电磁阀和压力调节阀，所述切断电磁阀设置在气动推进装置和压力调节阀之间。

作为本发明的一种改进，所述第二路冷却吹扫组件包括吹扫阀和吹扫节流口，所述吹扫节流口设置在滑环附近。

作为本发明的一种改进，所述调压器上设置有调压螺帽，所述调压器的一侧设置有压力变送器和压缩空气进口。

作为本发明的一种改进，在碳刷磨短至三分之一需要更换时，通过对碳刷的压力检测，发出报警提醒运行人员及时更换碳刷。该装置解决了碳刷运行过程中压力不均造成滑环与碳刷冒火花、故障频繁、寿命短的问题，同时对滑环与碳刷的吹扫与冷却，解决了因滑环小孔积聚大量炭灰，堵塞风道，出现滑环电刷发热的不良状况，进一步保证了设备稳定运行。

一种发电机碳刷在线自动恒压调节与吹扫装置，其特征在于，所述步骤如下：

1）气动推进装置泄压阀手动关闭，切断电磁阀失电常开，用纯净、干燥的压缩空气，压强为0.5-0.6MPa， 通过压缩空气进口进入调压器中，人工调节调压螺帽，使调压器两路调节组件出口压力调至0.035-0.04MPa，其中第一路调节组件气源通过推动装置气源出口，经过压力调节阀和切断电磁阀进入推进装置汽缸，此时气源压力要克服滑动活塞的阻力和压缩弹簧的伸缩力，使滑动活塞带动推动绝缘体和感压元件位移，直至与碳刷充分接触，由于0.035-0.04MPa压力的气源经过压力调节阀减压调节，压力控制器设定值为0.015MPa，感压元件测量碳刷实际压力作为反馈信号进入压力控制器，设定值与测量值在压力控制器内进行运算，比较后输出4-20mA电流信号去控制压力调节阀的开度，直至一定压力的气源进入推进装置气缸，促使推动绝缘体向前推动，使碳刷与滑环垂直接触，克服弹簧阻力等因素后，最终使碳刷承压理论上始终保持0.015MPa；此时可理解为充分接触；

2）此时压力调节系统开始工作，感压元件对碳刷承压进行实时监测，碳刷压力测量信号4-20mA电流信号作为反馈信号进入压力控制器，压力控制器将设定压力定为0.015MPa，设定信号与反馈信号在压力控制器中进行比较，运算放大后，输出4-20mA电流信号给压力调节阀，控制阀门开度，从而保证一定压力的气源进入气动推进装置气缸，实现对碳刷承压恒定的控制，最终使碳刷处承压理论上始终保持在设定值0.015MPa；

3）在对碳刷恒压控制的同时，调压器第二路冷却吹扫组件出口通过吹扫阀，再经过吹扫节流孔升压，对发电机滑环进行不间断吹扫，冷却。

该技术方案中，碳刷感压元件测量信号送至压力控制器，当测量压力低于设定值0.005MPa，压力控制器发出声光报警，由于感压元件与推动绝缘体固定连接，推动绝缘体伸出长度受止挡块作用也是固定的，当碳刷磨损到原来厚度的三分之一时，感压元件测量头与碳刷的接触疏远，压力显示也从0.015MPa慢慢下降，到达设定值报警，及时提醒运行人员需到现场查看碳刷磨损程度，必要时更换，当发现个别碳刷磨损到需更新时，通过压力控制器强制切断电磁阀线圈得电，阀门关闭。推进装置气缸进气切断，手动打开泄压阀，释放推进装置气缸内压力，此时，推进装置内滑动活塞带动推动绝缘体在压缩弹簧的作用下回缩，让出检修空间。这时工作人员可正常更换新碳刷；气源压力变送器测量信号送至压力控制器，当测量压力低于设定值0.5MPa，压力控制器发出声光报警，同时控制器另一路接点触发切断电磁阀线圈得电，切断电磁阀迅速关闭，保证气动推进装置气缸内压力保持，从而进一步保证发电机碳刷正常工作，给及时检修赢得时间。

相对于现有技术，本发明的优点如下，1）该技术方案整体结构设计巧妙、操作方便，安全可靠，拆装方便，并且该技术方案利用气源压力的恒定性，保证了每个碳刷受力一致，均匀；2）该技术方案设置了带反馈的闭环控制系统，保证了气动推进装置的气源压力恒定，该技术方案通过一种气源压力自动控制的气动推进装置，对每个碳刷与滑环的接触压力进行均匀分布控制。利用碳刷感压元件、压力控制器、压力调节阀组成一个闭环控制调节系统，对气动推进装置进行自动恒压调节。由于气源压力始终保持在一个固定值，经碳刷运行实践经验所得，一般碳刷承压0.015MPa时对设备运行最佳，所以推动装置对每个碳刷的作用力也是恒定的，始终保持在一个固定的压力值即0.015MPa，本气动推进装置对碳刷实施的压力根据实际运行需要，可在一定范围内调整。此发明技术避免了碳刷受力不均匀、弹簧长时间工作变形、疲劳产生的个体差异，和接触不稳定的现象；3）该技术方案利用感压元件检测碳刷承压，及时监测碳刷磨损程，通过压力检测手段对碳刷磨损程度进行监测，当碳刷磨损到三分之一位置时，当测量压力低于一定值时，设定值为0.005MPa，此时感压元件在碳刷与推进绝缘体之间承压不断降低，通过压力低报警，提醒运行人员及时更换碳刷，不会影响正常的工作；4）该技术方案利用一定压力的压缩空气对滑环进行吹扫和冷却，极大地提高了设备使用寿命；该技术方案对碳刷与滑环接触恒压控制的同时，还进一步引一路气源对碳刷与滑环进行不间断吹扫，及时清理滑环和刷架上的粉尘，及时疏通刷架风道，以保证碳刷及滑环的冷却，同起到冷却作用，这样更进一步保证了碳刷与滑环的工作稳定性，延长了设备使用寿命；5）该技术方案对气源压力进行监测、报警，通过切断电磁阀，及时锁定推动压力，保证碳刷正常工作，为及时检修赢得时间，该技术方案中通过压力变送器检测厂用压缩空气气源压力，一旦总气源发生故障，当进气源压力低于0.5MPa时，压力控制器发出声光报警，同时触发切断电磁阀线圈得电，迅速关闭切断电磁阀。保证气动推进装置气缸内压力保持，从而进一步保证发电机碳刷正常工作，给及时检修赢得时间；6）该装置成本较低、使用寿命长，整个技术方案便于大规模的推广使用。

附图说明

图1为发电机碳刷气动恒压调节与吹扫装置布置图；

图2为恒压调节与吹扫装置；

图3为碳刷压力自动调节框图；

图4为碳刷压力低报警框图；

图5为气源压力低报警及控制框图；

图中：1调压螺帽，2调压器，3压缩空气进口，4压力变送器，5吹扫阀，6泄压阀，7吹扫节流口，8滑环，9碳刷，10感压元件，11推动绝缘体，12压缩弹簧，13滑动活塞，14滑动槽口，15止挡块，16气动推进装置，17切断电磁阀，18压力调节阀，19碳刷支架，20恒压装置支架，21恒压装置，22刷握，23、发电机转子。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图对本发明作进一步描述和介绍。

实施例 1：参见图1、图2，作为本发明的一种改进，所述自动恒压调节与吹扫装置包括恒压装置、发电机转子23、碳刷9、滑环8、恒压装置支架20，以及碳刷支架19，所述滑环8与发电子转子23刚性连接，所述碳刷9在碳刷支架19与刷握22的固定下与滑环8接触，所述恒压装置21固定在恒压装置支架20上，恒压装置包括气动推进装置、调节装置以及调压器，所述调节装置包括压力控制器，压力调节阀和碳刷感压元件，所述调压器同时连接第一路调节组件和第二路冷却吹扫组件，所述第一路调节组件包括切断电磁阀17和压力调节阀18，所述切断电磁阀17设置在气动推进装置16和压力调节阀18之间。该技术方案中发电机滑环与转子刚性连接，碳刷9在碳刷支架19与刷握22的固定下与滑环8充分接触，将外部励磁电源引入发电机转子绕组，在发电机内部建立旋转磁场，进而在定子绕组上产生感应电势。碳刷恒压装置在支架20的固定下对每一个碳刷进行恒压推进，保证每个碳刷受力均匀，本发明巧妙地应用气源压力的恒定性对碳刷进行恒压补偿控制，代替了原先的弹簧控制，杜绝了弹簧老化、疲劳产生对碳刷作用力不均匀的影响，同时引用干燥的压缩空气对发电机滑环不间断吹扫冷却，极大程度上延长了设备使用寿命，并且利用感压元件的在线测量对碳刷磨损程度进行实时监控，及时提醒工作人员检查碳刷的厚度，本发明结构简单，巧妙，安装方便，值得推广应用。

实施例 2：参见图1、图2，作为本发明的一种改进，所述气动推进装置16包括感压元件10，推动绝缘体11，压缩弹簧12，滑动活塞13，滑动槽口14，止挡块15，所述滑动槽口14的数量为两组，设置在气动推进装置缸体上下内壁，所述滑动活塞嵌置安装在上下两个滑动槽口之间，推动绝缘体设置在感应元件10和滑动活塞之间，所述感压元件固定安装在推动绝缘体上，所述推动绝缘体与滑动活塞刚性连接。

实施例 3：参见图1、图2，作为本发明的一种改进，所述止挡块15的数量为两组，对应地安装在上下两个滑动槽口上，每组有两个止挡块，两个止挡块分别设置在滑动活塞的左右两侧，位于左侧止挡块和滑动活塞13之间设置有压缩弹簧12。推动绝缘体11与滑动活塞刚性连接，感压元件固定安装在推动绝缘体上，活塞可左右位移，上下2组止挡块固定安装在活动槽口上，起到限制活塞位移位置的作用。

实施例 4：参见图1、图2，作为本发明的一种改进，所述推动绝缘体材质上选用耐高温，抗疲劳的聚四氟乙烯，感压元件测压头用绝缘体，耐高温材料聚四氟乙烯包裹，防止与发电机滑环与碳刷等构成电压与电流冲击。

实施例 5：参见图1、图2，作为本发明的一种改进，所述第二路冷却吹扫组件包括吹扫阀5和吹扫节流口7，所述吹扫节流口设置在滑环8附近。该装置解决了碳刷运行过程中压力不均造成滑环与碳刷冒火花、故障频繁、寿命短的问题，通过对滑环与碳刷的吹扫与冷却，解决了因滑环小孔积聚大量炭灰，堵塞风道，出现滑环电刷发热的不良状况，进一步保证了设备稳定运行。

实施例 6：参见图1、图2，作为本发明的一种改进，所述调压器2设置有调压螺帽1，所述调压器的一侧设置有压力变送器4和压缩空气进口3。

实施例 7 ：参见图4，作为本发明的一种改进，在碳刷磨短至三分之一需要更换时，通过对碳刷的压力检测，压力控制器发出报警提醒运行人员及时更换碳刷。

工作原理：参见图1—图3，一种发电机碳刷在线自动恒压调节与吹扫装置的自动调节方法，所述步骤如下：气动推进装置泄压阀手动关闭，切断电磁阀17失电常开，厂用纯净、干燥的压缩空气，压强为0.5-0.6MPa，通过压缩空气进口3进入调压器中，人工调节调压螺帽1，使调压器两路调节组件出口压力调至0.035-0.04MPa，其中第一路调节组件气源通过推动装置气源出口，经过压力调节阀18和切断电磁阀17进入推进装置汽缸，此时气源压力要克服滑动活塞13的阻力和压缩弹簧12的伸缩力，使滑动活塞推动绝缘体11和感压元件10发生位移，直至与碳刷9充分接触；由于0.035-0.04MPa压力的气源经过压力调节阀减压调节，如压力调节框图3中所示：压力控制器设定值为0.015MPa，感压元件测量碳刷实际压力作为反馈信号进入压力控制器，设定值与测量值在压力控制器内进行运算，比较后输出4-20mA电流信号去控制压力调节阀的开度，直至一定压力的气源进入推进装置气缸，促使推动绝缘体向前推动，使碳刷与滑环垂直接触，克服弹簧阻力等因素后，最终使碳刷承压理论上保持0.015MPa；此时可理解为充分接触；此时压力调节开始工作，参照图3，感压元件10对碳刷承压进行实时监测，测量信号4-20mA电流信号作为反馈进入压力控制器，压力控制器中将压力设定为0.015MPa，设定信号与反馈信号进行比较，放大运算后，输出4-20mA电流信号给压力调节阀18，控制阀门开度，从而保证一定压力的气源进入气动推进装置气缸，最终实现对碳刷承压恒定的控制；在对碳刷恒压控制的同时，调压器第二路冷却吹扫组件出口通过吹扫阀5，再经过吹扫节流孔升压，对发电机滑环8进行不间断吹扫，冷却。参照图4，碳刷感压元件测量信号送至压力控制器，当测量压力低于设定值0.005MPa，压力控制器2发出声光报警。由于感压元件与推动绝缘体固定连接，推动绝缘体伸出长度受止挡块作用也是固定的，当碳刷磨损到原来厚度的三分之一时，感压元件测量头与碳刷的接触疏远，压力显示也从0.015MPa慢慢下降，到达设定值报警，及时提醒运行人员需到现场查看碳刷磨损程度，必要时更换；当发现个别碳刷磨损到需更新时，通过压力控制器强制切断电磁阀线圈得电，阀门关闭。推进装置气缸进气切断，手动打开泄压阀，释放推进装置气缸内压力，此时，推进装置内滑动活塞带动推动绝缘体在压缩弹簧的作用下回缩，让出检修空间。这时工作人员可正常更换新碳刷。参照图5：气源压力变送器测量信号送至压力控制器，当测量压力低于设定值0.5MPa，压力控制器发出声光报警，同时控制器另一路接点触发切断电磁阀线圈得电，切断阀迅速关闭，保证气动推进装置气缸内压力保持，从而进一步保证发电机碳刷正常工作，给及时检修赢得时间。

本发明还可以将实施例2、3、4、5、6、7所述技术特征中的至少一个与实施例1组合，形成新的实施方式。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (9)

1.一种发电机碳刷在线自动恒压调节与吹扫装置，其特征在于，所述自动恒压调节与吹扫装置包括恒压装置、发电机转子、碳刷、滑环、恒压装置支架，以及碳刷支架，所述滑环与发电子转子刚性连接，所述碳刷在碳刷支架与刷握的固定下与滑环接触，所述恒压装置固定在恒压装置支架上。

2.如权利要求1所述一种发电机碳刷在线自动恒压调节与吹扫装置，其特征在于，恒压装置包括气动推进装置、调节装置以及调压器，所述调节装置包括压力控制器，压力调节阀和碳刷感压元件，所述调压器同时连接第一路调节组件和第二路冷却吹扫组件。

3.如权利要求2所述一种发电机碳刷在线自动恒压调节与吹扫装置，其特征在于，所述气动推进装置包括感压元件，推动绝缘体，压缩弹簧，滑动活塞，滑动槽口，止挡块，所述滑动槽口的数量为两组，设置在气动推进装置缸体上下内壁，所述滑动活塞嵌置安装在上下两个滑动槽口之间，推动绝缘体设置在感应元件和滑动活塞之间，所述感应元件固定安装在推动绝缘体上，所述推动绝缘体与滑动活塞刚性连接。

4.如权利要求3所述一种发电机碳刷在线自动恒压调节与吹扫装置，其特征在于，所述止挡块的数量为两组，对应的安装在上下两个滑动槽口上，每组有两个止挡块，两个止挡块分别设置在滑动活塞的左右两侧，位于左侧止挡块和滑动活塞之间设置有压缩弹簧。

5.如权利要求4所述一种发电机碳刷在线自动恒压调节与吹扫装置，其特征在于，所述推动绝缘体材质上选用聚四氟乙烯，感压元件测压头用聚四氟乙烯包裹。

6.如权利要求5所述一种发电机碳刷在线自动恒压调节与吹扫装置，其特征在于，所述第一路调节组件包括切断电磁阀和压力调节阀，所述切断电磁阀设置在气动推进装置和压力调节阀之间。

7.如权利要求5或6所述一种发电机碳刷在线自动恒压调节与吹扫装置，其特征在于，所述第二路冷却吹扫组件包括吹扫阀和吹扫节流口，所述吹扫节流口设置在滑环附近。

8.如权利要求7所述一种发电机碳刷在线自动恒压调节与吹扫装置，其特征在于，所述调压器上设置有调压螺帽，所述调压器一侧设置有压力变送器和压缩空气进口。

9.采用权利要求1-8任一项所述装置的自动调节方法，其特征在于，所述步骤如下：

1）气动推进装置泄压阀手动关闭，切断电磁阀失电常开，用纯净、干燥的压缩空气，压强为0.5-0.6MPa， 通过压缩空气进口进入调压器中，人工调节调压螺帽，使调压器两路调节组件出口压力调至0.035-0.04MPa，其中第一路调节组件气源通过推动装置气源出口，经过压力调节阀和切断电磁阀进入推进装置汽缸，此时气源压力要克服滑动活塞的阻力和压缩弹簧的伸缩力，使滑动活塞带动推动绝缘体和感压元件位移，直至与碳刷充分接触，

2）此时压力调节系统开始工作，感压元件对碳刷承压进行实时监测，碳刷压力测量信号4-20mA电流信号作为反馈信号进入压力控制器，压力控制器将设定压力定为0.015MPa，设定信号与反馈信号在压力控制器中进行比较，运算放大后，输出4-20mA电流信号给压力调节阀，控制阀门开度，从而保证一定压力的气源进入气动推进装置气缸，实现对碳刷承压恒定的控制，最终使碳刷处承压理论上始终保持在设定值0.015MPa；

3）在对碳刷恒压控制的同时，调压器第二路冷却吹扫组件出口通过吹扫阀，再经过吹扫节流孔升压，对发电机滑环进行不间断吹扫，冷却。