[發明專利]水輪發電機碳刷與集電環載流摩擦磨損模擬試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202010132258.2
• 申請日: 2020-02-29
• 公開（公告）號: CN111289430A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 趙新澤;聶云鋒
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01N19/02
• 分類號: G01N19/02
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 李登橋

本發明提供了水輪發電機碳刷與集電環載流摩擦磨損模擬試驗裝置及方法，它包括用于支撐安裝整個裝置的支架系統；所述支架系統上固定安裝有用于提供動力的驅動系統，所述驅動系統的主軸輸出端安裝有集電環；所述集電環的下端設置三個相同型號的碳刷，分別為陽極碳刷、陰極碳刷和輔助碳刷；多個所述碳刷分別與安裝在多個相應杠桿上的刷握接觸配合，多個所述杠桿分別支撐在支架系統的立式支架上；所述集電環和多個碳刷與加載系統相連；所述加載系統和杠桿上安裝有調節系統；還包括用于采集實驗數據的測試系統。能夠實時測量碳刷與集電環之間摩擦系數的載流摩擦磨損試驗機。

技術領域

本發明涉及摩擦磨損試驗裝置領域，尤其涉及水輪發電機碳刷與集電環載流摩擦磨損模擬試驗裝置。

背景技術

水輪發電機的碳刷和集電環是用于輸送發電機勵磁電流的通道，是發電機的重要部件之一。碳刷由恒壓彈簧固定在刷握上與集電環直接接觸，水輪發電機組在實際運行的過程中，碳刷和集電環相互接觸而產生相互摩擦磨損的現象，在摩擦磨損的過程中易出現電刷溫度過高、打火、回火等現象，導致發電機轉子集電環和電刷的燒損事故，從而導致機組停運檢修，費時費力且費財。

目前，根據現場實際調研，各類大小型水輪發電機組的勵磁系統故障通常表現為集電環和碳刷的燒損事故，這些都與碳刷和集電環摩擦副之間的過度磨損以及磨損不均勻有關；碳刷的更換周期通常為2-3個月更換一次，且每次更換碳刷都要停機，磨損嚴重時會導致集電環表面粗糙度及圓度達不到要求，從而需要返廠重新打磨加工。這樣不僅費時費力而且還會導致機組一段時間的停運。

因此，針對以上情況，設計出一種能夠模擬水輪機集電環與碳刷實際接觸方式測試磨損情況的載流摩擦磨損試驗機是非常有必要的。

發明內容

由于目前還沒有用于此類測試試驗的試驗機，本發明設計出一種用于水輪發電機碳刷與集電環載流摩擦磨損模擬試驗裝置，本試驗臺能夠模擬水輪發電機組在實際工程運行中碳刷和集電環的接觸方式。

本發明所要解決的技術問題是提供解決目前水輪發電機碳刷與集電環磨損測試試驗臺的不足，提出水輪發電機碳刷與集電環載流摩擦磨損模擬試驗裝置。

為了實現上述的技術特征，本發明的目的是這樣實現的：水輪發電機碳刷與集電環載流摩擦磨損模擬試驗裝置，它包括用于支撐安裝整個裝置的支架系統；所述支架系統上固定安裝有用于提供動力的驅動系統，所述驅動系統的主軸輸出端安裝有集電環；所述集電環的下端設置三個相同型號的碳刷，分別為陽極碳刷、陰極碳刷和輔助碳刷；多個所述碳刷分別與安裝在多個相應杠桿上的刷握接觸配合，刷握通過螺栓與杠桿連接，多個所述杠桿分別支撐在支架系統的立式支架上；所述集電環和多個碳刷與加載系統相連；所述加載系統和杠桿上安裝有調節系統；還包括用于采集實驗數據的測試系統。

所述支架系統包括用于固定驅動系統的調速電機的電機支座，電機支座通過連接螺栓與底板固定；包括用于支撐驅動系統的主軸的固定支座，固定支座底端通過連接螺栓與底板固定；包括用于安裝杠桿的多根立式支架，立式支架通過連接螺栓與底板固定。

所述驅動系統包括調速電機，所述調速電機固定安裝在電機支座上，所述調速電機的輸出軸安裝有主動同步帶輪，所述主動同步帶輪通過同步帶與從動同步帶輪構成同步帶傳動，所述從動同步帶輪用緊固螺釘固定安裝在主軸上，所述主軸支撐安裝在固定支座上，所述主軸的輸出端安裝有集電環。

所述主軸的兩端通過止推軸承支撐安裝在固定支座上，主軸一端安裝有扭矩傳感器，所述集電環的兩端分別安裝有同軸絕緣環，同軸絕緣環采用螺紋連接與主軸相連，同軸絕緣環通過螺釘與集電環固定，集電環不與主軸接觸。

所述刷握內部分別安裝有壓力傳感器、絕緣導線和恒壓彈簧；

所述絕緣導線一端通過連接螺釘與碳刷端部相連，碳刷另一端與集電環接觸構成摩擦副。

所述壓力傳感器用來監測加載在陽極碳刷和陰極碳刷上的壓力大小，并將其轉換成電信號輸出。