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深圳市長江盛世實業(yè)有限公司
主營產品： AKM溫度控制器，EMB瓦斯繼電器 |
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法國MERSEN集團(原卡朋羅蘭)成立于1892年,持續(xù)致力于碳制品材料及工藝的研究。1998年進入中國市場，目前已成為世界zui大的碳刷制造商之一.
典型型號如LFC554，EG313,EG369
LFC554已經在世界電機上被廣泛應用，已經獲得ABB,ALSTOM,GE等廠商的配套認證。通過對碳刷材料LFC554的特點的了解，以及汽輪發(fā)電機用碳刷設計以及使用中的技術規(guī)范，總結了有關碳刷的技術要點。希望廣大用戶在選擇使用和維護過程中少一點疑惑，避免出現(xiàn)不必要的技術失誤，確保汽輪發(fā)電機的穩(wěn)定運行。
碳刷作為汽輪發(fā)電機中*一個需要不斷更換的易耗元件，一直是發(fā)電機維護的重要環(huán)節(jié)，汽輪發(fā)電機上碳刷的作用是可靠的與發(fā)電機滑環(huán)接觸，傳輸轉子勵磁電流。但是由于專業(yè)的資料很少，一直也是用戶技術比較薄弱的環(huán)節(jié)。本文通過簡單的闡述LFC554碳刷的兩個特性，以及使用過程中的一些基本知識。希望廣大用戶以此可以更好的維護好自己的碳刷，有效的降低用戶的維護費用。
碳刷的主要成份是石墨及碳粉材料，由于石墨材料的物理化學特點：能導電，熱導率高，耐高溫，比重小，不與液態(tài)金屬沾粘，在有水蒸氣的條件下，自潤滑性能良好，化學穩(wěn)定性高等，一直作為現(xiàn)代電機旋轉傳輸導體的首先材料。
LFC554是由法國美爾森集團（原卡朋羅蘭集團）憑借一百多年的石墨材料研發(fā)的經驗，特別為高速滑環(huán)勵磁系統(tǒng)研發(fā)的天然石墨碳刷，自從1998年進入中國市場，一直作為汽輪發(fā)電機用碳刷的*材料，并且也得到了發(fā)電機制造廠以及用戶的*，下面著重針對汽輪發(fā)電機碳刷的運行特點，分析LFC554材料的性能，以及使用和維護工作中的要點。
一、由于汽輪發(fā)電機設計的特點，轉子的轉速絕大多數(shù)運行在3000轉/分鐘，當滑環(huán)外徑在380mm時滑環(huán)表面的線速度接近60米/秒，415mm滑環(huán)的線速度約65米/秒，而滑環(huán)外徑在455mm時滑環(huán)表面的線速度就躍升到71米/秒。而國產的石墨類碳刷的額定線速度在30-40米/秒，電化石墨材料的額定線速度也不超過50米/秒。都不能很好的滿足大型汽輪機發(fā)電機的設計要求。過大的線速度不但會造成碳刷的溫度的升高，而且還會造成石墨片層的剝離，加速碳刷的磨損，所以線速度是碳刷材料及發(fā)電機滑環(huán)設計的首要考慮參數(shù)之一。
LFC554以90米/秒的允許線速度，一直以來是其他碳刷材料所無法企及的。而且在測試環(huán)境下，可以耐受100米/秒的線速度而且可以正常運行。另外，在同樣的工況下，線速度越大，摩擦做功越多，碳刷的溫度就會越高，針對這樣的情況我們對材料的導熱性進行了優(yōu)化，加速了刷體溫度的傳導，有效降低刷體的溫度，延長了碳刷壽命。
附:滑環(huán)表面的線速度的計算公式：
V=2nrπ/60米/秒
n：發(fā)電機滑環(huán)的轉速，單位：轉/分鐘，
r：滑環(huán)的半徑，單位：米。
二、勵磁電流大是汽輪發(fā)電機的另外一個特點，由于汽輪發(fā)電機的碳刷是負責勵磁電流的傳輸，所以碳刷就需要分擔這些電流。每個碳刷負擔的電流，我們用電流密度來衡量，及通過碳刷每平方厘米截面積上的電流安培數(shù)。勵磁電流以實際發(fā)電機輸入電流為準。LFC554的允許電流密度額定值為13A/cm2，大的電流密度可以降低碳刷的體積，減少滑環(huán)的寬度，從而節(jié)省制造成本。電流密度是碳刷設計的一個重要參數(shù)，設計發(fā)電機時碳刷負擔的電流密度不能超過這個額定值，但是也不是越低越好，盡量不要低于3A/cm2，過低的電流密度不利于滑環(huán)上氧化膜的形成，增加碳刷的摩擦系數(shù)，加快碳刷的磨損。
附：電流密度計算公式：
JB=2I/N(txa) A/ cm2
I：電機的勵磁電流，單位：A，N：總的碳刷的數(shù)量。 (t x a):碳刷的截面積。單位：cm2
三、LFC554碳刷選用要考慮的其它因素：
（1）彈簧壓力:110-180Kpa/cm2。壓力過大，碳刷的機械摩擦增加，溫度升高，加速磨損。壓力過小，振動增加，容易出現(xiàn)火花現(xiàn)象。對碳刷組，每個彈簧的壓力偏差小于平均壓力的 5%。壓力的測試可以用彈簧稱，也可以用的碳刷壓力測試儀。
（2）振動：滑環(huán)表面的徑向跳動在0.03-0.06mm，表面粗糙度Ra值不大于1.25μm，否則會引起碳刷的震動和跳動，從而引起火花或者加速碳刷的磨損。但是需要注意一點，并不是表面的粗糙度越光滑越好。
（3）濕度：*濕度條件介于8-15g/m3之間。過干或者過濕的環(huán)境空氣，都不利于滑環(huán)表面氧化膜的生成，會加大碳刷的磨損。
（4）溫度：碳刷的*運行溫度是60-90℃,溫度過高可能造成水分蒸發(fā)，破壞滑環(huán)表面的氧化膜，也可能使碳刷的摩擦系數(shù)增加，加快碳刷的磨損遙?；蛘哌^低也不利于氧化膜的生成，從而加大碳刷的磨損，降低碳刷壽命。
（5）油污和灰塵：油污和灰塵可以破壞滑環(huán)表面的氧化膜，甚至破壞滑環(huán)表面，形成溝槽，有的可以增加滑環(huán)與碳刷的摩擦系數(shù)，加快碳刷的磨損等。導電的灰塵有可能造成滑環(huán)的絕緣電阻下降，嚴重的造成絕緣擊穿，燒毀滑環(huán)等情況。
（6）電流分布不均：由于壓力，溫度等原因造成各個碳刷與滑環(huán)的接觸電阻不均衡，從而造成電流集中到一些接觸電阻比較小的碳刷上，這就造成了流過碳刷的電流不是平均分配在每個碳刷上，個別碳刷的電流過小，使含石墨的氧化膜形成的不充分，摩擦系數(shù)增加，碳刷磨損加快。有的碳刷通過的電流過大，碳刷超負荷運行，溫度升高，產生火花，造成滑環(huán)表面的灼燒，甚至造成停機，危害很大。
以上對LFC554的特性，及維護事項做了概括性的總結，供廣大用戶參考。由于碳刷的使用過程中存在著的相互矛盾的機械跟電氣的多個因素的影響，在這種情況下有很多的作用因素是折衷的，他們都是相互作用，很多時候不能說由哪一個原因造成碳刷的磨損，需要根據經驗及原理來綜合、辯證地去分析，判斷出造成碳刷磨損的主要原因，然后圍繞主要原因來解決，從而使碳刷運行在一個相對理想的狀態(tài)。另外其他材料的碳刷也是類似的，也可以圍繞這些角度和原理來分析。
