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導電滑環的保養及維護(Maintenance of Slip Rings)

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導電滑環作為現代工業中不可或缺的一個零部件,應用領域廣泛,它的重要性也是不言而喻的,產品正常、良好的工作狀態以及正常、安全運轉是基本需要,也是非常之重要保障,是整個工業系統正常運行重要的前提。雖然滑環在整個系統中所占整機價值比例可能非常低,但是滑環整體性能、可靠性及工作壽命卻會直接影響整機的性能和可靠性。如何保證導電環正常運作 呢?首先需要選購優質的導電環產品,另外就需要在日常使用中,加強對導電環的保養和維護。導電環壽命的長短除了結構的設計、材質的質量,離不開平時的保養及維護。 說到滑環的保養,就需要我們先了解滑環的內部結構。

一個完整的導電環,包括定子部分刷線(電刷束)、刷架,和轉子部分的主軸(旋轉軸)兩個主要部分組成。其中刷架(brush holder)是用來固定刷線(brush)的,同時還起到了支撐定子部分的作用,刷絲與主軸的銅環接觸,并保持一定的壓力,以此來達到傳輸電流的作用 。在系統運轉過程中的電刷與環體之間的壓力、環體轉動時電刷的擺度、電刷絲束與刷架之間的間隙、工作時的最佳工作溫度及日常維護等方面要引起充分的注意,這對于導電滑環的正常工作與使用壽命都至關重要。刷線與主軸之間的壓力,決定了導電環(slip rings)的接觸電阻及轉動時的摩擦阻力(friction resistance)和對接觸點的磨損 (contact point wear)。 其關系壓力與接觸電阻與摩擦阻力均成正比,電阻太大容易產生電火花導致導電滑環出現過熱現象,摩擦力太大會加速導電滑環的磨損影響使用壽命。我們通常讓環體與電刷之間的壓力保持8KPa,各個電刷間壓力均衡,這樣導電滑環既可以自如轉動,導電性能也良好。集電環的工作溫度則與表面形成氧化層直接相關,電刷的氧化層還與電刷的型號有關系,一般在70℃時容易形成。形成一層均勻穩定氧化層的作用在于有很好的潤滑性,它可以在電刷運轉時,降低摩擦時的損耗。一個良好的氧化層是集電環良好工作的標志,電刷很多故障和使用時間短都是因為氧化層不能很好形成所導致的。在使用時,當電刷磨損達到整個高度的2/3時,就應該及時更換,最好所有的電刷一塊更換。在轉動時,刷線與銅環之間的壓力變化、主軸轉動時產生的離心力這些都會隨著使用時間而產生變化,所以在保證導電環產品結構設計的前提下,平時的觀察與維護也是需要重視的。這對于導電環的整體使用壽命息息相關。

導電滑環本身不帶速度,自身力矩(torque)小,依靠機械設備帶動滑環轉動。根據客戶機械設備工作速度以及導電滑環內部結構以及性能特點,不同結構類型的滑環工作轉速不一樣,在使用滑環時,要求機械設備工作速度不能大于滑環設置轉速,否則會影響滑環的使用壽命。例如空心軸導電滑環最高轉速是以每分鐘作為統計單位下的最高工作轉速,在正常情況下,不能持續的長時間在最高轉速下工作,否則會縮短滑環的工作壽命,如果超過了最高轉速來工作,除了對滑環的壽命有很大的影響以外,還會大大影響傳輸信號的準確率,導致信號噪音增加,更嚴重的會導致信號失真,這樣很容易損壞滑環。

在電機集電環中集電環的耐磨程度直接影響著電機的使用壽命。集電環的材質要求機械強度大,并且是電的良導體,還要具有耐腐蝕性(anti-errosion),在與電刷滑動接觸時,必須具備耐磨性和穩定的滑動接觸特性。一般,鋼質集電環的耐磨性好,機械強度大,因此大多用于因極性引起集電環磨損差較大的同步電機上。

當使用的工作時間、工作速度超過了結構的設計范圍,導電環會出現發熱現象,摩擦力的增加也會加快導電環的磨損,直接影響導電環的使用壽命。所以當設備預計要超出一定的正常工作范圍時,應該在設計階段告知我們,我們會結合實際情況給出最合適的結構設計,以保證達到設備的使用要求,這樣才能使導電環轉動自如,性能穩定,并且壽命持久。

隨著導電滑環的使用越來越多樣化,大電流導電滑環(Large Power Slip Rings)的應用也在逐漸廣泛。對于大電流的接觸材質,我司已不建議使用普通刷線結構,而是 要使用金屬石墨電刷,在使用金屬石墨電刷時,就必定會產生粉塵,粉塵不定期清理的話,將會影響導電環的波動值,絕緣性能。針對于大電流產品,我司還會專門設計維護窗,方便平時的日常維護,保證導電環的壽命不受到影響。

終上所述了解導電環的內部結構,對于正確維護導電環是十分必要的,正確的使用,保養及維護對于設備的正常運轉和安全都能起到積極的作用。

導電滑環的應用,幫助許多企業解決了設備旋轉繞線、傳輸信號、電源等等介質問題,幫助企業提高的了機器運作的效率,給企業帶來豐厚的利潤,現在滑環應用范圍是越來越廣,而且根據更多的應用范圍開發了不同品類、不同大小的滑環。

工業發電機組日常維護和檢修時,導電滑環部分中轉子、電刷是經常維修的部件。這與我們平時使用中的維護有著相當密切的聯系,所以需要在平時工作中多加注意一下。對于一些大的發電機組,每年對機組及導電滑環的定期檢修和日常維護是至關重要的,這關乎設備的正常運行、運行效率、安全生產等方面。

導電滑環的工作狀態下的溫度一般都是在50°左右,一旦溫度發生異常,可能是內部零件產生缺陷。需要工作人員平時多加注意,以便及時加以處理。還需要定期維護導電滑環的內部結構件,轉動時有沒有卡阻,絕緣部件有沒有被污染等。只有把細節都主要到,讓缺陷全部在檢修是消除,才能得到機組長期穩定的運行。

導電滑環刷架部件的維護,一般電力企業使用的碳刷都使用先進的跟蹤恒壓刷握,可以使在檢修是免去調彈簧壓力的環節。但要注意彈簧失去彈力的疲勞異常狀態。一旦這種現象發生就會造成壓力不夠而引起的接觸不良,可能造成打火現象對導電滑環(slip ring)表面損傷。所以彈簧的疲勞現象需要在檢修過程中密切注意的。

滑環(也稱集電環)常見的故障有:工作表面磨損、絕緣損壞、配合松動、溫度過高等。其原因分析如下:
  ●集電環工作表面磨損后,會出現斑點、刷痕、凹凸不平、腐蝕、燒傷、裂紋、變橢圓、金屬剝落等缺陷。 原因是:電刷內含有硬質顆粒或電刷和碳刷滑環工作面之間粘附有磨料,或集電環制造質量差等。
  ●集電環與塑料配合松動。如塑料集電環是用4330酚醛纖維壓塑料連同三個銅環壓制一個整體,集電環使用后,由于塑料收縮變形、產生裂紋等,導致集電環松動。
  ●集電環工作溫度過高。原因是:集電環與電刷接觸良,接觸面積過小(小于70%),引出電流密度過大;電刷壓力過小或過大,也會引起集電環與電刷接觸不良,從而造成集電環工作溫度過高。
  ●集電環絕緣損壞。
  在使用中,由于絕緣套筒老化、集電環松動、引出線焊接處接觸不良產生局部過熱、導電桿絕緣筒損壞,刷盒位移等,造成力學破壞及熱破壞。還有塑料集電環,由于塑料變脆產生裂紋,電刷磨損掉下的碳粉和油污進入裂縫處,或碳粉堆積在集電環之間,導致集電環與軸對地擊穿和光纖滑環之間擊穿。

滑環在工業中的應用是最常見的,工業發電機組的日常維護和檢修時,導電滑環部分中的轉子、電刷是維修的經常部件。對于一些大的發電機組,每年對機組及導電滑環的定期檢修和日常維護(daily maintenance)是至關重要的,這關乎機器設備的正常運行、運行效率、以及安全生產等方面。

許多電力企業一般都是每年一次檢修,5-8年進行一次大的維修,有些企業甚至是出了問題,才想起去檢查維修。長時間的運行狀態會給整個系統積累很多故障因素。在機組的導電滑環、電刷部分常常會出現很多問題。導電滑環的刷架通常需要做絕緣性能的缺陷檢測,如果絕緣電阻及交流耐壓性能降低說明絕緣性能已經存在風險。主要原因是由于導電滑環在長期的運作中受油器漏油和電刷摩擦產生的粉塵污染了絕緣材料的表面而導致的絕緣性能下降,其對導電滑環產生的破壞性非常大而且很難除去。

雖然說導電滑環的使用壽命與導電滑環廠家(slip ring manufacturers)的生產工藝和生產用材有很大關系,但在很多的時候,滑環的使用方法正確與否也決定了滑環的壽命長短,一般來說,使用和維護得好的滑環使用壽命在5-10年,反之,如果長時間在潮濕、高溫、高壓、腐蝕的環境下使用的滑環則壽命大大減短。因此我們在使用導電滑環時最好放置在通風、遠離高溫、高壓的地方,從而避免不必要的浪費以及正常維護設備的運轉。

決定導電滑環使用壽命的因素還包括工作電流、電壓、通路數等原因,如今做導電滑環的廠家越來越多,用戶在選擇導電滑環的時候往往會迷茫,因此我們在購買和使用導電滑環的時候一定要看清楚生產日期和時間以及生產廠家,參數說明以及維護報告等等相關的內容。正確使用滑環,才是滑環壽命延長的法寶。

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