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导电滑环的保养及维护(Maintenance of Slip Rings)

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导电滑环作为现代工业中不可或缺的一个零部件,应用领域广泛,它的重要性也是不言而喻的,产品正常、良好的工作状态以及正常、安全运转是基本需要,也是非常之重要保障,是整个工业系统正常运行重要的前提。虽然滑环在整个系统中所占整机价值比例可能非常低,但是滑环整体性能、可靠性及工作寿命却会直接影响整机的性能和可靠性。如何保证导电环正常运作 呢?首先需要选购优质的导电环产品,另外就需要在日常使用中,加强对导电环的保养和维护。导电环寿命的长短除了结构的设计、材质的质量,离不开平时的保养及维护。 说到滑环的保养,就需要我们先了解滑环的内部结构。

一个完整的导电环,包括定子部分刷线(电刷束)、刷架,和转子部分的主轴(旋转轴)两个主要部分组成。其中刷架(brush holder)是用来固定刷线(brush)的,同时还起到了支撑定子部分的作用,刷丝与主轴的铜环接触,并保持一定的压力,以此来达到传输电流的作用 。在系统运转过程中的电刷与环体之间的压力、环体转动时电刷的摆度、电刷丝束与刷架之间的间隙、工作时的最佳工作温度及日常维护等方面要引起充分的注意,这对于导电滑环的正常工作与使用寿命都至关重要。刷线与主轴之间的压力,决定了导电环(slip rings)的接触电阻及转动时的摩擦阻力(friction resistance)和对接触点的磨损 (contact point wear)。 其关系压力与接触电阻与摩擦阻力均成正比,电阻太大容易产生电火花导致导电滑环出现过热现象,摩擦力太大会加速导电滑环的磨损影响使用寿命。我们通常让环体与电刷之间的压力保持8KPa,各个电刷间压力均衡,这样导电滑环既可以自如转动,导电性能也良好。集电环的工作温度则与表面形成氧化层直接相关,电刷的氧化层还与电刷的型号有关系,一般在70℃时容易形成。形成一层均匀稳定氧化层的作用在于有很好的润滑性,它可以在电刷运转时,降低摩擦时的损耗。一个良好的氧化层是集电环良好工作的标志,电刷很多故障和使用时间短都是因为氧化层不能很好形成所导致的。在使用时,当电刷磨损达到整个高度的2/3时,就应该及时更换,最好所有的电刷一块更换。在转动时,刷线与铜环之间的压力变化、主轴转动时产生的离心力这些都会随着使用时间而产生变化,所以在保证导电环产品结构设计的前提下,平时的观察与维护也是需要重视的。这对于导电环的整体使用寿命息息相关。

导电滑环本身不带速度,自身力矩(torque)小,依靠机械设备带动滑环转动。根据客户机械设备工作速度以及导电滑环内部结构以及性能特点,不同结构类型的滑环工作转速不一样,在使用滑环时,要求机械设备工作速度不能大于滑环设置转速,否则会影响滑环的使用寿命。例如空心轴导电滑环最高转速是以每分钟作为统计单位下的最高工作转速,在正常情况下,不能持续的长时间在最高转速下工作,否则会缩短滑环的工作寿命,如果超过了最高转速来工作,除了对滑环的寿命有很大的影响以外,还会大大影响传输信号的准确率,导致信号噪音增加,更严重的会导致信号失真,这样很容易损坏滑环。

在电机集电环中集电环的耐磨程度直接影响着电机的使用寿命。集电环的材质要求机械强度大,并且是电的良导体,还要具有耐腐蚀性(anti-errosion),在与电刷滑动接触时,必须具备耐磨性和稳定的滑动接触特性。一般,钢质集电环的耐磨性好,机械强度大,因此大多用于因极性引起集电环磨损差较大的同步电机上。

当使用的工作时间、工作速度超过了结构的设计范围,导电环会出现发热现象,摩擦力的增加也会加快导电环的磨损,直接影响导电环的使用寿命。所以当设备预计要超出一定的正常工作范围时,应该在设计阶段告知我们,我们会结合实际情况给出最合适的结构设计,以保证达到设备的使用要求,这样才能使导电环转动自如,性能稳定,并且寿命持久。

随着导电滑环的使用越来越多样化,大电流导电滑环(Large Power Slip Rings)的应用也在逐渐广泛。对于大电流的接触材质,我司已不建议使用普通刷线结构,而是 要使用金属石墨电刷,在使用金属石墨电刷时,就必定会产生粉尘,粉尘不定期清理的话,将会影响导电环的波动值,绝缘性能。针对于大电流产品,我司还会专门设计维护窗,方便平时的日常维护,保证导电环的寿命不受到影响。

终上所述了解导电环的内部结构,对于正确维护导电环是十分必要的,正确的使用,保养及维护对于设备的正常运转和安全都能起到积极的作用。

导电滑环的应用,帮助许多企业解决了设备旋转绕线、传输信号、电源等等介质问题,帮助企业提高的了机器运作的效率,给企业带来丰厚的利润,现在滑环应用范围是越来越广,而且根据更多的应用范围开发了不同品类、不同大小的滑环。

工业发电机组日常维护和检修时,导电滑环部分中转子、电刷是经常维修的部件。这与我们平时使用中的维护有着相当密切的联系,所以需要在平时工作中多加注意一下。对于一些大的发电机组,每年对机组及导电滑环的定期检修和日常维护是至关重要的,这关乎设备的正常运行、运行效率、安全生产等方面。

导电滑环的工作状态下的温度一般都是在50°左右,一旦温度发生异常,可能是内部零件产生缺陷。需要工作人员平时多加注意,以便及时加以处理。还需要定期维护导电滑环的内部结构件,转动时有没有卡阻,绝缘部件有没有被污染等。只有把细节都主要到,让缺陷全部在检修是消除,才能得到机组长期稳定的运行。

导电滑环刷架部件的维护,一般电力企业使用的碳刷都使用先进的跟踪恒压刷握,可以使在检修是免去调弹簧压力的环节。但要注意弹簧失去弹力的疲劳异常状态。一旦这种现象发生就会造成压力不够而引起的接触不良,可能造成打火现象对导电滑环(slip ring)表面损伤。所以弹簧的疲劳现象需要在检修过程中密切注意的。

滑环(也称集电环)常见的故障有:工作表面磨损、绝缘损坏、配合松动、温度过高等。其原因分析如下:
  ●集电环工作表面磨损后,会出现斑点、刷痕、凹凸不平、腐蚀、烧伤、裂纹、变椭圆、金属剥落等缺陷。 原因是:电刷内含有硬质颗粒或电刷和碳刷滑环工作面之间粘附有磨料,或集电环制造质量差等。
  ●集电环与塑料配合松动。如塑料集电环是用4330酚醛纤维压塑料连同三个铜环压制一个整体,集电环使用后,由于塑料收缩变形、产生裂纹等,导致集电环松动。
  ●集电环工作温度过高。原因是:集电环与电刷接触良,接触面积过小(小于70%),引出电流密度过大;电刷压力过小或过大,也会引起集电环与电刷接触不良,从而造成集电环工作温度过高。
  ●集电环绝缘损坏。
  在使用中,由于绝缘套筒老化、集电环松动、引出线焊接处接触不良产生局部过热、导电杆绝缘筒损坏,刷盒位移等,造成力学破坏及热破坏。还有塑料集电环,由于塑料变脆产生裂纹,电刷磨损掉下的碳粉和油污进入裂缝处,或碳粉堆积在集电环之间,导致集电环与轴对地击穿和光纤滑环之间击穿。

滑环在工业中的应用是最常见的,工业发电机组的日常维护和检修时,导电滑环部分中的转子、电刷是维修的经常部件。对于一些大的发电机组,每年对机组及导电滑环的定期检修和日常维护(daily maintenance)是至关重要的,这关乎机器设备的正常运行、运行效率、以及安全生产等方面。

许多电力企业一般都是每年一次检修,5-8年进行一次大的维修,有些企业甚至是出了问题,才想起去检查维修。长时间的运行状态会给整个系统积累很多故障因素。在机组的导电滑环、电刷部分常常会出现很多问题。导电滑环的刷架通常需要做绝缘性能的缺陷检测,如果绝缘电阻及交流耐压性能降低说明绝缘性能已经存在风险。主要原因是由于导电滑环在长期的运作中受油器漏油和电刷摩擦产生的粉尘污染了绝缘材料的表面而导致的绝缘性能下降,其对导电滑环产生的破坏性非常大而且很难除去。

虽然说导电滑环的使用寿命与导电滑环厂家(slip ring manufacturers)的生产工艺和生产用材有很大关系,但在很多的时候,滑环的使用方法正确与否也决定了滑环的寿命长短,一般来说,使用和维护得好的滑环使用寿命在5-10年,反之,如果长时间在潮湿、高温、高压、腐蚀的环境下使用的滑环则寿命大大减短。因此我们在使用导电滑环时最好放置在通风、远离高温、高压的地方,从而避免不必要的浪费以及正常维护设备的运转。

决定导电滑环使用寿命的因素还包括工作电流、电压、通路数等原因,如今做导电滑环的厂家越来越多,用户在选择导电滑环的时候往往会迷茫,因此我们在购买和使用导电滑环的时候一定要看清楚生产日期和时间以及生产厂家,参数说明以及维护报告等等相关的内容。正确使用滑环,才是滑环寿命延长的法宝。

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