CN109951028B - 一种用于水轮机组中可排除碳粉的开放式集电环装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于水轮机组中可排除碳粉的开放式集电环装置，包括套设固定于主轴表面的上集电环和下集电环，上集电环的环面开设有第一螺旋槽，下集电环的环面开设有第二螺旋槽，所述第一螺旋槽与多个第一碳刷机构接触，所述第二螺旋槽与多个第二碳刷机构接触；本发明有效解决了当前各大型水轮机组所面临的碳粉污染的问题。
Description
技术领域
本发明涉及水轮机集电环装置领域，具体地指一种用于水轮机组中可排除碳粉的开放式集电环装置。
背景技术
集电环装置是水轮发电机组中实现励磁电流高效传输的重要部件，大型水轮发电机集电环装配由集电环、集电环支架 、碳刷、绝缘垫圈、绝缘螺杆以及绝缘垫块等多个部件组成。在水轮机运转的过程中，集电环与碳刷之间相互接触摩擦，在实现电流传输的同时也会产生相应的摩擦磨损。通过调研，目前各大型水利发电厂都面临着集电环和碳刷严重磨损所带来的各种问题，其中集电环与碳刷磨损的过程中产生的大量碳粉造成的碳粉污染是其中一个主要的问题。由碳刷磨损产生的大量碳粉会堆积在集电环和刷架的绝缘件上，导致集电环和刷架绝缘性能降低，尤其对一些受油器和集电环装置布置在一起的机型，油气与碳粉结合会形成油腻，使集电环和刷架的绝缘性进一步恶化，导致集电环极间短路和接地及刷架短路和接地，造成转子多点接地，从而危及机组的正常运行。同时，这些碳粉还可能会从发电机上部结构盖板的缝隙进入发电机，随风随机被吸附在发电机的内部尤其是绝缘结构的迎风面上，如定子绕组的端部、转子磁极端部、汇流环等绝缘部位，对主绝缘形成潜在的危害。所以，减少甚至消除由于碳粉污染所带来的事故成为了目前设计制造和水轮机组维护的一个极其重要的方面，而设置碳粉吸收装置是目前一个主动有效的办法。
目前，各大型水轮机组基本都设置有碳粉吸收装置，但大多采用的是一种集电环与碳刷一起封闭的结构，其原理是通过装置吸气在密闭罩内形成一定程度的负压，混合滑环旋转向外的气流带走碳粉盒热空气，实现碳粉吸收和降温的作用。这种密闭式的碳粉吸收装置在一些大型的水轮机组（如:三峡电站机组、向家坝水电站等）上已经取得一些效果，但是这种设计却也暴露出来了许多问题，其中集电环&碳刷装置的散热问题是最难以解决的一个，由于该设计必须将集电环与碳刷进行密闭形成负压，所以在集电环运转的过程中碳刷与集电环之间摩擦所产生的热量没办法顺利排出，造成集电环与碳刷的温度急剧升高，使得碳刷打火、集电环环面腐蚀等现象更加严重，对水轮机组造成了更大的危害。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种用于水轮机组中可排除碳粉的开放式集电环装置，解决当前各大型水轮机组所面临的碳粉污染的问题。
本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种用于水轮机组中可排除碳粉的开放式集电环装置，包括套设固定于主轴表面的上集电环和下集电环，上集电环的环面开设有第一螺旋槽，下集电环的环面开设有第二螺旋槽，所述第一螺旋槽与多个第一碳刷机构接触，所述第二螺旋槽与多个第二碳刷机构接触。
优选地，所述上集电环顶面还设有风道连接板，所述风道连接板上开设有碳粉排出口，所述碳粉排出口通过抽风管道与抽风机进风端连接，抽风机出风端与碳粉收集装置连接。
优选地，所述风道连接板为环形结构，第一碳刷机构均匀分布于第一弧形安装板上，第二碳刷机构均匀分布于第二弧形安装板上，风道连接板、第一弧形安装板和第二弧形安装板之间穿插固定有连接杆，连接杆上下两端固定于机架上。
优选地，所述第二螺旋槽顶部槽终止位置靠近第一螺旋槽底部槽起始位置。
优选地，所述第一螺旋槽包括第一槽口和开设于第一槽口底部的第一凹槽，第二螺旋槽包括第二槽口和开设于第二槽口底部的第二凹槽。
优选地，所述第一凹槽顶部外侧为尖角设计，所述第二凹槽顶部外侧为尖角设计。
优选地，所述主轴竖直设置，上集电环和下集电环水平设置。
优选地，所述第一碳刷机构包括第一碳刷和第一碳刷盒，所述第一碳刷盒固定设于第一弧形安装板上；所述第二碳刷机构包括第二碳刷和第二碳刷盒，所述第二碳刷盒固定设于第二弧形安装板上。
本发明的有益效果：本发明中集电环的环面加工有与水轮机主轴旋转方向一致的螺旋槽，当碳粉落入螺旋槽中时，集电环转动时，碳粉随着螺旋槽向上移动至上集电环上端面，并配合碳粉抽吸装置对碳粉进行收集，能够对碳粉进行充分的收集和排出，减少了碳粉散布对水轮机组带来的危害，解决了当前各大型水轮机组所面临的碳粉污染的问题；
本发明摒弃了传统集电环与碳刷封闭的密闭罩结构，而采用的是一种开放式的结构，能够避免传统封闭式碳粉吸收装置所带来的有害影响，也大大精简了结构，集电环运转的过程中碳刷与集电环之间摩擦所产生的热量可以顺利排出，不会产生集电环与碳刷温度急剧升高的现象，有效避免对水轮机组造成的危害。
附图说明
图1 为一种用于水轮机组中可排除碳粉的开放式集电环装置的结构示意图；
图2为图1中各集电环与相应碳刷机构的连接结构示意图；
图3为上集电环的结构示意图；
图4为图3中圈出部分的放大结构示意图；
图5为下集电环的结构示意图；
图6为图5中圈出部分的放大结构示意图；
图7为图1中风道连接板的俯视结构示意图；
图中，主轴1、上集电环2、下集电环3、第一螺旋槽4、第一槽口4.1、第一凹槽4.2、第二螺旋槽5、第二槽口5.1、第二凹槽5.2、第一碳刷机构6、第一碳刷6.1、第一碳刷盒6.2、第二碳刷机构7、第二碳刷7.1、第二碳刷盒7.2、风道连接板8、碳粉排出口9、第一弧形安装板10、第二弧形安装板11、连接杆12。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1至7所示，一种用于水轮机组中可排除碳粉的开放式集电环装置，包括套设固定于主轴1表面的上集电环2和下集电环3，上集电环2的环面开设有第一螺旋槽4，下集电环3的环面开设有第二螺旋槽5，所述第一螺旋槽4与多个第一碳刷机构6接触，所述第二螺旋槽5与多个第二碳刷机构7接触。在本实施例中，上集电环2和下集电环3套设固定于主轴1上且与主轴1同心，上集电环2和下集电环3之间互相平行设置，彼此间距较小但并不互相接触。
优选地，所述上集电环2顶面还设有风道连接板8，所述风道连接板8上开设有碳粉排出口9，所述碳粉排出口9通过抽风管道与抽风机进风端连接，抽风机出风端与碳粉收集装置连接。抽风机工作后会使得风道连接板8上的碳粉排出口9所在位置产生负压，当碳粉沿着第二螺旋槽5和第一螺旋槽4上移到上集电环2顶面时，会在碳粉排出口9位置被吸入到抽风管道内，然后最终进入到碳粉收集装置内得以收集。
优选地，所述风道连接板8为环形结构，第一碳刷机构6均匀分布于第一弧形安装板10上，第二碳刷机构7均匀分布于第二弧形安装板11上，风道连接板8、第一弧形安装板10和第二弧形安装板11之间穿插固定有连接杆12，连接杆12上下两端固定于机架上。在本实施例中，第一弧形安装板10和第二弧形安装板11的弧度均为190°，多个第一碳刷机构6在第一弧形安装板10上连接而成的弧形弧度为180°，多个第二碳刷机构7在第二弧形安装板11上连接而成的弧形弧度为180°。
优选地，所述第二螺旋槽5顶部槽终止位置靠近第一螺旋槽4底部槽起始位置。这样设计后使得上升到第二螺旋槽5顶部槽终止位置的碳粉可以顺利进入到第一螺旋槽4底部槽起始位置，在本实施例中，第二螺旋槽5顶部槽终止位置和第一螺旋槽4底部槽起始位置正好相对且互相靠近（但不能接触）。
优选地，所述第一螺旋槽4包括第一槽口4.1和开设于第一槽口4.1底部的第一凹槽4.2，第二螺旋槽5包括第二槽口5.1和开设于第二槽口5.1底部的第二凹槽5.2。由于主轴1带动上集电环2和下集电环3旋转时，产生的离心力可能会将碳粉甩出，因此分别设置第一凹槽4.2和第二凹槽5.2后，可以对碳粉进行限位，使其只能够沿着螺旋槽不断上移。
优选地，所述第一凹槽4.2顶部外侧为尖角设计，所述第二凹槽5.2顶部外侧为尖角设计。这种尖角设计有利于接触面相对运动摩擦产生的碳粉快速进入到凹槽内。
优选地，所述主轴1竖直设置，上集电环2和下集电环3水平设置。本发明设计的这种集电环装置适合于这种主轴1竖直设置且上集电环2和下集电环3水平设置的水轮机组，这样碳粉才能沿着螺旋槽不断上移，然后从顶部排出。
优选地，所述第一碳刷机构6包括第一碳刷6.1和第一碳刷盒6.2，所述第一碳刷盒6.2固定设于第一弧形安装板10上；所述第二碳刷机构7包括第二碳刷7.1和第二碳刷盒7.2，所述第二碳刷盒7.2固定设于第二弧形安装板11上。在本实施例中，第一碳刷6.1放置在第一碳刷盒6.2内，第一碳刷6.1的端面与上集电环2环面相接触，第一碳刷6.1的高度与上集电环2环面高度大致相等，确保产生的碳粉不会任意散落，能完全进入到上集电环2环面的第一螺旋槽4；同理，第二碳刷7.1放置在第二碳刷盒7.2内，第二碳刷7.1的端面与下集电环3环面相接触，第二碳刷7.1的高度与下集电环3环面高度大致相等，确保产生的碳粉不会任意散落，能完全进入到下集电环3的第二螺旋槽5。
本实施例工作原理如下：
第一螺旋槽4和第二螺旋槽5均沿顺时针开槽，当主轴1带动上集电环2和下集电环3顺时针旋转时，第一螺旋槽4和第二螺旋槽5产生向上旋的效果，在旋转过程中上集电环2和下集电环3的相对位置保持不变，第二碳刷7.1的端面与下集电环3环面摩擦所产生的碳粉落入到第二螺旋槽5内，然后沿着第二螺旋槽5内的第二凹槽5.2不断上移；同理第一碳刷6.1的端面与上集电环2环面摩擦所产生的碳粉落入到第一螺旋槽4内，然后沿着第一螺旋槽4内的第一凹槽4.2不断上移；当碳粉沿着第二螺旋槽5内的第二凹槽5.2上移到第二螺旋槽5顶部槽终止位置时，可以顺利进入到第一螺旋槽4底部槽起始位置，然后沿着第一螺旋槽4内的第一凹槽4.2继续上移；整个过程中，碳粉会不断上移到上集电环2顶面，抽风机工作后会使得风道连接板8上的碳粉排出口9所在位置产生负压，碳粉在碳粉排出口9位置被吸入到抽风管道内，然后最终进入到碳粉收集装置内得以收集，可进行下一步的净化。
本发明摒弃了传统集电环与碳刷封闭的结构（具体可见背景技术的描述），而采用的是一种开放式的布置，能够避免传统封闭式碳粉吸收装置所带来的有害影响，也大大精简了结构。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于水轮机组中可排除碳粉的开放式集电环装置，包括套设固定于主轴（1）表面的上集电环（2）和下集电环（3），其特征在于：上集电环（2）的环面开设有第一螺旋槽（4），下集电环（3）的环面开设有第二螺旋槽（5），所述第一螺旋槽（4）与多个第一碳刷机构（6）接触，所述第二螺旋槽（5）与多个第二碳刷机构（7）接触；所述上集电环（2）顶面还设有风道连接板（8），所述风道连接板（8）上开设有碳粉排出口（9），所述碳粉排出口（9）通过抽风管道与抽风机进风端连接，抽风机出风端与碳粉收集装置连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于水轮机组中可排除碳粉的开放式集电环装置，其特征在于：所述风道连接板（8）为环形结构，第一碳刷机构（6）均匀分布于第一弧形安装板（10）上，第二碳刷机构（7）均匀分布于第二弧形安装板（11）上，风道连接板（8）、第一弧形安装板（10）和第二弧形安装板（11）之间穿插固定有连接杆（12），连接杆（12）上下两端固定于机架上。
3.根据权利要求1所述的一种用于水轮机组中可排除碳粉的开放式集电环装置，其特征在于：所述第二螺旋槽（5）顶部槽终止位置靠近第一螺旋槽（4）底部槽起始位置。
4.根据权利要求1所述的一种用于水轮机组中可排除碳粉的开放式集电环装置，其特征在于：所述第一螺旋槽（4）包括第一槽口（4.1）和开设于第一槽口（4.1）底部的第一凹槽（4.2），第二螺旋槽（5）包括第二槽口（5.1）和开设于第二槽口（5.1）底部的第二凹槽（5.2）。
5.根据权利要求4所述的一种用于水轮机组中可排除碳粉的开放式集电环装置，其特征在于：所述第一凹槽（4.2）顶部外侧为尖角设计，所述第二凹槽（5.2）顶部外侧为尖角设计。
6.根据权利要求1所述的一种用于水轮机组中可排除碳粉的开放式集电环装置，其特征在于：所述主轴（1）竖直设置，上集电环（2）和下集电环（3）水平设置。
7.根据权利要求1所述的一种用于水轮机组中可排除碳粉的开放式集电环装置，其特征在于：所述第一碳刷机构（6）包括第一碳刷（6.1）和第一碳刷盒（6.2），所述第一碳刷盒（6.2）固定设于第一弧形安装板（10）上；所述第二碳刷机构（7）包括第二碳刷（7.1）和第二碳刷盒（7.2），所述第二碳刷盒（7.2）固定设于第二弧形安装板（11）上。
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