15 MW汽輪發電機滑環的現場修復

山東石橫特鋼集團有限公司 (肥城 271612) 武金霞

發電機正常運行時，碳刷總是與滑環接觸摩擦，由于碳刷、滑環的加工精度及安裝調整、運行保養等各種原因，滑環在長期運行過程中出現磨損或燒蝕，使發電機發生建壓困難、運行中功率因數調整不靈敏及發電機運行不穩定等問題。根據發電機的運行和維護要求，當滑環燒蝕深度＞1 mm，燒損面積＞20%時，已影響設備正常運行，需要停產檢修。

我廠15 MW汽輪發電機是發電車間的重要設備，轉子因長期運轉，接地保護滑環出現磨損、圓柱度超差，高速運轉時碳刷架產生跳動，其中一個碳刷被彈出，造成碳刷架直接與滑環接觸，滑環出現了深度約1～1.2 mm的兩道溝槽，嚴重損傷，必須停產修復。

汽輪發電機滑環的修復方式主要有兩種:第一種方法是拆出轉子到專業廠家維修，可以得到較高的精度，但成本高，周期長，而且轉子在拆卸運輸安裝過程中容易造成碰撞損壞;第二種方法是現場研磨修復，對表面損壞不大的滑環，一般采用直接研磨的方法。

針對我廠15 MW汽輪發電機的滑環損壞程度，經咨詢，需到專業發電機維修廠修復。由于發電機容量較大，轉子拆裝、運輸困難，維修費用約為15萬元，費用較高;而如果想現場維修，目前的方法無法對損壞如此嚴重的滑環進行修復。經過反復研究，我們決定設計一套現場車削、研磨的修復裝置，對滑環進行現場修復。

1.研究思路

我們將修復分為兩步:車削和研磨。首先是車削。在發電機滑環附近合適位置安裝一底座，上部安裝車床小滑板刀架實現車削運動，對損壞較為嚴重的滑環進行車削;車削時刀具的軸向進給可以利用小滑板自身的螺旋裝置，而徑向進給因滑環的磨損量一般不大于2～3 mm，通過在刀架底部與底座之間安裝螺桿裝置或使用敲刀法進給即可滿足要求，車削運動的主運動則利用盤車30 r/min左右的轉速來實現。

第二步是研磨。滑環加工后利用沖轉暖機時500 r/min左右的轉速，采用細砂紙、油石等對車削部位進行研磨拋光。

2.刀架的選擇及刀架底座的制作

經測量滑環直徑200 mm，長度90 mm，C620小刀架小滑板行程＞100 mm，可滿足要求。

發電機附近的水泥地面距滑環中心700 mm，C620小刀架中心高115 mm，為固定刀架，需制作高約585 mm的刀架底座，使總高度保證700 mm。

刀架底座的制作方案如下:采用鋼板與槽鋼焊接，底板的兩側加長，增加穩定性;中部加支承以提高剛性，底板周圍鉆孔，用螺栓與地面固定，上面銑長槽以便現場調整刀架的安裝位置;刀架底座制作好后要有足夠的剛性和強度，保證在切削時不能產生振動。

3.刀具材質及幾何角度的選擇

滑環的材質為低合金結構鋼，可以選擇高速鋼車刀和硬質合金車刀;考慮現場切削條件較差，容易產生振動，采用高速鋼車刀沖擊韌性好，可以承受較大的沖擊力，刀具不容易損壞，可以獲得較低的表面粗糙度值。

刀具的幾何參數根據滑環修復加工余量小的特點，可以選擇較大的刀具前角和較小的主、副偏角，保證車刀刃磨鋒利，減小車削抗力，以保證較高的加工精度。

4.車削裝置的現場固定及調整

拆除發電機附近妨礙加工的附屬設施，將車削裝置安裝在滑環附近，底座采用膨脹螺栓與地面固定。

車削裝置水平誤差的調整:刀架底座固定前加墊片粗調，螺栓預緊后采用框式水平儀加薄墊片細調。

軸向進給方向與滑環軸心線的平行度調整:將刀尖分別手搖至滑環的前端和后端，鋼板尺測量刀尖到滑環的距離大致一致，試切削一刀，用千分尺實測大小頭誤差。根據誤差值在刀架上安裝磁力百分表水平指向已加工表面，移動刀架調整平行度至≤0.03 mm。

5.現場車削工藝參數的確定

吃刀深度:由于滑環車削加工的目的是消除表面缺陷，提高滑環表面質量，所以加工屬于半精加工和精加工，切削深度選在1 mm以下，甚至可以選在≤0.2 mm。

進給量:滑環車削的進給運動主要利用小滑板上的刻度盤 (每格0.05 mm)手動控制。開始時主要是去除材料，進給量大一些，后期主要是控制表面粗糙度，進給量小一些。因轉速過低，為達到軸向進給操作平穩、勻速的要求，在滑環端面作一標記，通過標記每轉過一圈，手動均勻進給一格或幾格的方法達到要求。

車削完成后經實測，滑環外圓圓柱度≤0.05 mm，表面粗糙度值Ra=3.2 μm，達到預期效果。

6.研磨

為進一步提高加工精度，滑環加工后利用沖轉暖機時500 r/min左右的轉速，采用細砂紙、油石等對車削部位進行研磨拋光，使滑環的表面粗糙度值達到 Ra=0.8 μm，圓 度 ≤0.03 mm，圓 柱 度≤0.05 mm，滿足了使用要求。

底座的安裝與現場車削示意圖如圖1、圖2所示。

7.結語

圖1

圖2

此修復方案設計簡單，成本低，有效地消除了滑環表面的燒蝕和磨損，修復后滑環表面粗糙度、圓柱度及圓度均在要求的范圍內。機組投入運行后，碳刷消耗較前大幅降低，發電機運行穩定，設備各項指標均良好，達到了修復的目的。