【摘 要】
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随着水轮发电机组的装机容量逐渐增大,机组运行的稳定性与安全性成为了目前亟待进行深入研究的科学性和工程性问题。碳刷/集电环载流摩擦系统作为水轮发电机组励磁系统的重要组成部分,通过滑动电接触传导励磁电流至转子绕组来提供励磁所需的磁场,二者接触的稳定性会影响励磁电流传导的稳定性进而影响机组的发电效率。本文以水轮发电机碳刷/集电环为研究对象,考虑到实际运行过程中主轴偏心振动的影响,采用了理论分析与等效试验
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随着水轮发电机组的装机容量逐渐增大,机组运行的稳定性与安全性成为了目前亟待进行深入研究的科学性和工程性问题。碳刷/集电环载流摩擦系统作为水轮发电机组励磁系统的重要组成部分,通过滑动电接触传导励磁电流至转子绕组来提供励磁所需的磁场,二者接触的稳定性会影响励磁电流传导的稳定性进而影响机组的发电效率。本文以水轮发电机碳刷/集电环为研究对象,考虑到实际运行过程中主轴偏心振动的影响,采用了理论分析与等效试验相结合的研究方法,对碳刷/集电环的接触动态响应特性和界面电接触特性进行了具体研究。主要研究内容与结论如下:根据碳刷/集电环的运动特性,建立了“弹簧-碳刷-集电环”系统动力学模型,得到了刷/环力学平衡方程与运动学平衡方程。利用MATLAB软件拟合出了碳刷的运动轨迹曲线与集电环上接触点的运动轨迹曲线,对比分析得到了碳刷与集电环环面产生瞬时接触应力为零的“失接触”条件与影响“失接触”的关键因素,通过案例验证了理论计算公式的有效性与适用性,基于此对弹簧参数进行了优化。以刷/环“失接触”时弹簧压力为临界条件引入弹簧疲劳参数研究了弹簧疲劳对接触特性的影响。对弹簧的弹力衰减规律进行了计算得到了弹力衰减曲线,然后结合临界压力条件计算了刷/环出现“失接触”前弹簧的循环次数,并对弹簧弹力衰减的影响因素进行了分析,寻找到影响最大的参数为环的偏心距和转速。以接触电阻和电流稳定性为评价指标,研究了刷/环的界面电接触特性,获得了刷表面粗糙度、接触压力、电流密度与接触电阻之间的关系以及环偏心距、环材料、载荷、电流密度和转速与电流稳定性之间的关系。根据以上参数关系得到了刷/环的界面电接触特性。通过以上研究内容与结论,为实现刷/环界面稳定的接触与优异的电流传导性能,提高水轮发电机组的可靠性与工作寿命,为水轮发电机组碳刷/集电环系统的结构参数优化与长时间稳定运行方面提供了理论参考。
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