高爐余壓透平發(fā)電裝置勵磁系統(tǒng)優(yōu)化改造與應(yīng)用

陳國瑩

（河鋼股份有限公司承德分公司 河北省釩鈦工程技術(shù)研究中心，河北 承德 067000）

1 概述

伴隨著我國經(jīng)濟文化的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，特別是中國成功加入世界貿(mào)易組織之后，鋼鐵企業(yè)這種傳統(tǒng)企業(yè)得到了飛速的發(fā)展，鋼鐵行業(yè)的經(jīng)濟收入和利潤也在逐步提高。自TRT 發(fā)電設(shè)備逐步被鋼鐵行業(yè)所廣泛接受和使用以來，鋼鐵行業(yè)的衛(wèi)生環(huán)保問題也得到了很大程度上的緩解。TRT 將高爐冶煉的副產(chǎn)品很好地利用了起來，并將其轉(zhuǎn)化為廣泛使用的電能。這種驅(qū)動發(fā)電機將不被需要的副產(chǎn)品中的能量轉(zhuǎn)化為有用的能量，符合當代我國社會能源節(jié)能環(huán)保發(fā)展的理念，具備良好的的經(jīng)濟效益和社會效益，也是目前現(xiàn)代國際鋼鐵企業(yè)公認的資源節(jié)能環(huán)保型設(shè)備。由于TRT 是利用高爐冶煉的副產(chǎn)品發(fā)電，發(fā)電成本低，且不會對環(huán)境造成污染，這種節(jié)能環(huán)保的發(fā)電設(shè)備為鋼鐵企業(yè)的電力供應(yīng)注入了生機勃勃的活力，做出了巨大的貢獻。勵磁系統(tǒng)是TRT 的一個非常重要的系統(tǒng)，TRT 的使用很大程度上受勵磁系統(tǒng)的制約，而勵磁系統(tǒng)的故障率又較高，因此，解決好勵磁系統(tǒng)的故障就能使TRT 穩(wěn)定運行，提高TRT 的發(fā)電量和發(fā)電效率[1]。

2 現(xiàn)狀分析

某鋼鐵公司1#TRT 投入使用以來，該發(fā)電機組一直晝夜不停的工作、運轉(zhuǎn)，承擔著整個鋼廠的發(fā)電任務(wù)。由于使用時間長、發(fā)電任務(wù)重，該設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)故障，特別是當勵磁系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，嚴重制約和影響了1#TRT 的使用，降低了1#TRT 的發(fā)電量和發(fā)電效率。近年來，1#TRT 多次出現(xiàn)滑環(huán)、碳刷、刷盒等零件燒毀的現(xiàn)象。具體表現(xiàn)有例如滑環(huán)燒出缺口，絕緣筒損壞，滑環(huán)擺度超標等。經(jīng)統(tǒng)計在近10 年內(nèi)，1#TRT 累計更換滑環(huán)15個，碳刷160 只，直接經(jīng)濟損失達6 萬元之多，而在設(shè)備出現(xiàn)故障不能有效運轉(zhuǎn)的時間段內(nèi)，發(fā)電效益也遭受了損失，這其中的損失是無法準確計算的。勵磁系統(tǒng)故障頻出這一點加大了TRT的運行成本，制約了TRT 的發(fā)電量和發(fā)電效率[2]。

3 原因分析

3.1 機組運行振動大

1#TRT 是早些年比較陳舊傳統(tǒng)的機械設(shè)備，在那個時代，科學(xué)技術(shù)水平并不高，傳統(tǒng)的制造工藝也并沒有得到改良，因此，1#TRT 整個軸系較長，附加設(shè)備較多，所以機組運行時，振動就較大。以上幾點導(dǎo)致了機組運行時振動難以控制到最低的現(xiàn)象，加之該機械設(shè)備投入使用的時間長、機器運行的時間長，1#TRT 明顯呈現(xiàn)出疲憊、老化的態(tài)勢。在某次器械檢修和故障排查任務(wù)中，經(jīng)振動測試儀測量，4#軸瓦水平在70um，垂直在40um，軸向在60um。為什么要特意去測量4#軸瓦呢？因為在設(shè)備機組運行中，4#軸瓦的出現(xiàn)振動的不良現(xiàn)象是最為明顯的，它的振動是最大的。在機組運行的過程中，垂直和水平振動值會隨時間逐漸增大，微機內(nèi)顯示的4#軸瓦的垂直和水平軸振值經(jīng)常超過100um，一般來說，運行六個月左右時間，振動值會逐步加大至100um ～120um，瓦溫也出現(xiàn)了升高的現(xiàn)象，這對于整個機組的運行來說是非常不利的。設(shè)備機組在運行過程中，振動水平超過正常標準，轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)不平衡的現(xiàn)象，機組中的軸瓦產(chǎn)生徑向抖動，碳刷也不斷跳動，這就導(dǎo)致碳刷與滑環(huán)在設(shè)備運轉(zhuǎn)的過程中出現(xiàn)間斷性接觸不良，從而燒壞腐蝕集電環(huán)表面，導(dǎo)致滑環(huán)、碳刷使用壽命縮短。同時，刷柱摩擦不均、引線及彈簧松動而產(chǎn)生的局部火花逐漸進一步造成碳刷冒火，嚴重時灼傷滑環(huán)，產(chǎn)生環(huán)火造成跳閘事故。由此可見，機組運行時振動大的問題直接對設(shè)備內(nèi)部的零件產(chǎn)生了連鎖反應(yīng)式的損壞，嚴重影響了發(fā)電機組工作運行的可靠性，損壞一旦出現(xiàn)，設(shè)備就會罷工，設(shè)備一旦罷工，就會對器械設(shè)備發(fā)電量和發(fā)電效率產(chǎn)生消極的影響。與此同時，設(shè)備檢修的人力、物力、時間等的成本也會隨之上升，致使機械設(shè)備的發(fā)電優(yōu)勢不能充分發(fā)揮[3]。

3.2 滑環(huán)、碳刷損壞

正如上文所述，勵磁系統(tǒng)對于機械設(shè)備的發(fā)電機組來說是至關(guān)重要的，而滑環(huán)、碳刷是勵磁系統(tǒng)中較為重要的兩個零件，這兩個零件如果損壞，將直接造成發(fā)電機組不能正常運轉(zhuǎn)，在這里，我們將著重討論滑環(huán)、碳刷損壞的原因。

3.2.1 直接原因

在機組運行的過程中，碳刷會與滑環(huán)產(chǎn)生摩擦，摩擦中碳刷上的碳粉落在滑環(huán)上，形成一層硬垢，這就是我們所說的熔點、麻坑。滑環(huán)中間與碳刷接觸的粗糙度較大，而滑環(huán)周圍與碳刷接觸的粗糙度較小，這就導(dǎo)致了碳刷各個部位電流分布不均。碳刷在使用過程中會發(fā)生磨損，在磨損部位，碳刷變短，與滑環(huán)接觸不良，在這個磨損部位電流總是斷流，而在未被磨損的部位，碳刷與滑片接觸良好，電阻小，電流流量大，這就使得磨損部位和未磨損部位電流分布不均。以上兩點，碳刷與滑片接觸好的部位，電阻小，導(dǎo)電率好，電流量大，這就導(dǎo)致該部位工作負荷大，發(fā)熱嚴重，加速碳刷與滑環(huán)的損壞[4]。

3.2.2 間接原因

在TRT 的使用過程中，對于主軸的非負載端，勵磁機轉(zhuǎn)子另加接DN35*500 空心滑環(huán)小軸，在末端裝配換向器，這樣的一系列操作使得發(fā)電機組形成僅僅只靠單端軸承支撐的兩半軸相接的懸臂結(jié)構(gòu)。如果在裝配過程中，操作人員出現(xiàn)裝配失誤或者在裝配過程中出現(xiàn)偏差，就會出現(xiàn)懸臂結(jié)構(gòu)受力不均的問題，造成甩尾現(xiàn)象。如果出現(xiàn)甩尾現(xiàn)象，機械設(shè)備在運行時，滑環(huán)在工作過程中會偏離中心，引起碳刷跳動，那么滑片與碳刷之間就會間斷性接觸不良，接觸良好的區(qū)域電阻小，導(dǎo)電率好，電流量大，局部發(fā)熱嚴重，很容易造成碳刷冒火，嚴重時灼傷滑環(huán)，造成設(shè)備故障，甚至造成安全事故。

4 技術(shù)改進

4.1 機組運行振動大的處理

改造3#瓦蓋和4#瓦蓋，將軸瓦瓦蓋的緊力控制在規(guī)定范圍之內(nèi)。在瓦蓋的選材改良方面，把鑄鐵材質(zhì)改為鑄鋼材質(zhì)，鋼比鐵更耐用，更結(jié)實，更耐磨損，且密度更高，重量更重。在瓦蓋的厚度改良方面，把原來50mm 的厚度增加到80mm，增加瓦蓋的重量，提高瓦蓋的耐用度。通過這兩點，瓦蓋的剛性被大大提高，瓦蓋的約束力被大大增強，瓦蓋出現(xiàn)上拱變形的幾率也會大大減少。這樣以來，機械設(shè)備運行時機組振動的問題現(xiàn)象就能在很大程度上得到改善，保證了發(fā)電機組工作運行的可靠性，保證了機械設(shè)備發(fā)電量和發(fā)電效率，節(jié)約了設(shè)備檢修的人力、物力、時間等的成本，充分發(fā)揮了機械設(shè)備的發(fā)電優(yōu)勢。

4.2 滑環(huán)、碳刷損壞的處理

4.2.1 滑環(huán)的處理

正如上面所闡述的，碳粉堆積是引起滑環(huán)與碳刷接觸面積不均的原因之一，因此，假如可以避免碳粉堆積的問題，那么接觸面積不均的問題就可以得到良好的改善。將螺旋溝槽的滑環(huán)更換成平面滑環(huán)，就能在很大程度上避免碳粉沉積，增大碳刷與滑環(huán)的接觸面積。對于新更換的滑環(huán)，應(yīng)用專用紗布進行研磨，研磨到合格的程度；對于磨損的滑環(huán)，在滑環(huán)的損傷部位經(jīng)車削打磨至合格的程度。在滑環(huán)的日常維護中，例如安裝滑環(huán)之前，將滑環(huán)用干凈的白布擦拭干凈，以保持表面光滑整潔。用亞胺薄膜和無維帶將兩環(huán)及對軸之間進行絕緣，以加強滑片的耐熱能力。除此以外，在碳刷引出線上加套絕緣玻璃纖維軟管，以加強耐溫性能[5]。

4.2.2 碳刷的處理

將原來的碳刷更換為更適合機械設(shè)備工作運轉(zhuǎn)和更適合發(fā)電技術(shù)條件的D172 型號碳刷，該型號的碳刷相比于之前使用的型號的碳刷機械強度更強，耐磨性更好。每更換一個碳刷之前，都要把碳刷的工作面研磨好，使之接觸面弧度與配對接觸的滑環(huán)相吻合，從而確保碳刷與滑環(huán)緊密接觸。在安裝碳刷時，要注意將碳刷中心與滑環(huán)中心對準，在刷握內(nèi)，碳刷應(yīng)無卡澀、搖擺，上下活動自如，以使碳刷與滑環(huán)的接觸面積分布均勻。

4.2.3 檢修裝配的質(zhì)量控制

檢修裝配質(zhì)量的控制這個階段主要是控制人為裝配的誤差。在裝配勵磁機轉(zhuǎn)子非負載端的空心圓環(huán)小軸的過程中，可以采用塞尺測量勵磁機轉(zhuǎn)子與定子之間的空隙距離，以便將勵磁機轉(zhuǎn)子與定子之間的空隙距離調(diào)整到最佳距離，在這里建議通過調(diào)整墊片的厚度來實現(xiàn)勵磁機轉(zhuǎn)子與定子之間空隙距離的調(diào)整。按照規(guī)定來講，最大間隙值與最小間隙值的比值不應(yīng)超過1.2，下端的間隙要比上端的小0.1 ～0.15。除此之外，我們還可以通過更換空心小軸的大小來緩解檢修裝配過程中的滑片、碳刷的發(fā)熱問題以及它們與其他零件的損壞問題，這里建議將安裝集電環(huán)的DN50mm 空心小軸，改換成DN100mm，以增加勵磁機轉(zhuǎn)子非負載端的空心圓環(huán)小軸強度。安裝完成后使用百分表測量并檢查空心圓環(huán)小軸及滑環(huán)的跳動量，如有偏差可采用錘擊法對其進行矯正，將其最大彎曲度控制在0.02mm 以內(nèi)。

4.2.4 加強維護與保養(yǎng)

眾所周知，任何機械設(shè)備在投入使用期間都要進行維護和保養(yǎng)，鐵路的日常檢修與維護保證了列車在鐵路上的安全行駛和乘客的安全，航天飛行器飛行前的檢查保證了航天飛行機器飛行程序的安全運行和宇航員的安全。同樣，TRT在使用過程中每天都應(yīng)該對碳刷和滑環(huán)進行檢查，包括碳刷的磨損長度不超過三分之二，當碳刷的磨損程度超過三分之二時，必須立即更換新的碳刷，以保證TRT 工作運轉(zhuǎn)的安全性[6]。

5 結(jié)語

綜上所述，發(fā)現(xiàn)問題時，我們可以思考解決問題的方法。通過以上幾點改進措施，TRT 在使用過程中的穩(wěn)定性將得到很大的提高，發(fā)電機組工作運行的可靠性將得到保障，發(fā)電量和發(fā)電效率也將得到保障，節(jié)約了檢修維護過程中的人力、物力、財力的成本消耗，從而為鋼鐵企業(yè)的節(jié)能環(huán)保發(fā)展繼續(xù)立下汗馬功勞。