автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Повышение эффективности систем токосъема турбогенераторов путем профилирования поверхности контактных колец

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

РОДИОНОВ ЮРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 621.313.047

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ТОКОСЪЕМА ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ ПУТЕМ ПРОФИЛИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ КОНТАКТНЫХ КОЛЕЦ

Специальность 05.09.01 - электрические машины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ленинград - 1991

Работа выполнена в Ленинградском Государственном Техническом Университете.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор В.В.Романов.

Официальные оппоненты - доктор технических наук

Рыбиеоц /70.

- кандидат технических наук Новицкий В.Г.

Ведущее предприятие - ЛПЭО "Электросила".

Защита состоится "36" 01Пр1А.И 1991 г. в часов на засе

дании специализированного Совета К. 063.38.15 при Ленинградском Го сударственном Техническом Университете по адресу: 195251, Ленинград, Политехническая ул., 29.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ленинградского Государственного Технического Университета.

Автореферат разослан "«!'£." ____1991 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, к.т.н.

Вахтов С.А.

ОЕДАП ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Известно, что основная часть вырабатываемой б CCÇ? электроэнергии приходится на долю турбогенераторов тепловых и àp^jf'jhix электростанций. В последние годы достигнут значительный прог-рРсгстп развитии турбогенераторостроения. Серийно выпускаются турбогенераторы мощностью 500, S0C и 1000 МВт. Па Костромской ГРЭС успешно эксплуатируется крупнейший турбогенератор мощностью 1200 '¿Вт на 3000 эб/мин. До недавнего зрешзкн характерной особенностью турбогенерато-ростроения было быстрое увеличение единичной мощности генераторов. 3 результате кадцые 8-10 лет единичная мощность удваиэалась и за последние 30 лет возросла в 10-12 раз.'Однако, в последние годы ее рост существенно замедлился, в основной из-за сложностей в обеспечении высокой эксплуатационной надежности как самого турбогенератора, ' так и зтдельних узяои, в частности, цсточнс-контактного аппарата (Е-КА).

Опыт эксплуатации турбогеноратороз на электростанциях показывает ¡то узел контактных колец (КК) по-прежнее останется наиболее уязвимым ! наименее надежный узлом турбогенератора. Например, по данный Цент-юльного конструкторского бюро Главэнергоремонта вероятность безотказной работы iiÇÎA турбогенератора в течение года при увеличении его ющности с 25 до 300 МЗт снимается с 99% до 5-$?, а среднее время про-тоя одной малины, в результате повреждения ЩКА, увеличивается с 43 ,о 132 ч. Поэтому проблема обеспечения эффективной и надежной работы ДА турбогенераторов остается весьма актуальной. Однако, отсутствие настоящее' время экспериментальных данных, соответствующих расчетных етодик и практических рекомендаций, учитывающих комплексное воздей-твне различных физических и технологических факторов на работу силь-оточного скользящего контакта (СК), значительно усложняет процесс роектирования, создання и внедрения эффективных и надеиных твердоце-зчных систем токосъема. Следовательно, крайне острой остается проб-зма поиска новых путей повышения надеиности и эффективности ЦКА.

Настоящая диссертационная работа выполнялась в соответствии с злевой комплексной программой "Электрооборудование" (п.01.05. "Негодование и разработка щеточно-контактного узла повышенной надежнос-1 для турбогенераторов атомных электростанций") и Программой ГКНТ, 1 СССР и Минэлектротехпрома по рекению научно-технической проблемы ,14.02. "Создать новые виды электротехнического оборудования".

Цель исследований. Koi/ллекснко исследования влияния вида нарезки

рабочей поверхности НК на электрические, механические и тепловые характеристики скользящего электрического контакта и разработка на их основе практических рекомендаций по повышению эксплуатационной надежности и эффективности твердощеточных систем токосъема энергетических турбогенераторов. Для достижения поставленной цел;: решались следующие основные задачи:

- исследование эксплуатационных характеристик СК, образованного щетками 611 011 (для колец положительной полярности), ЗГ-2А51 (для колец отрицательной полярности) и контактны:.« кольцами с различными видами нарезки их рабочей поверхности; •

- разработка многофакторных мультипликативных математических моделей электрических и механических характеристик контактной пары типа "контактное кольцо - электрощетка";

- статистическая оценка значимости разработанных математических моделей с целью определения возможностей их использования для расчетов;

- оценка перспективности применения различных видов нарезки рабочей поверхности КК в системах токосъема турбогенераторов.

Методы исследования. Экспериментальные - на авток;.', ,;зированном электротехническом комплексе, состоящем из полномасштабной физическо модели узла контактных колец турбогенератора и управляющей микро-ЭВМ для регулирования процесса сбора и обработки информации. Расчетно-аналитические - с использованием многофакторных математических моделей, разработанных на основе теории планирования эксперимента и аппе рата математической статистики.

Новыми научными результатами и основными положениями, выносимш на защиту, являются:

- результаты проведенных на автоматизированном электротехническом комплексе экспериментальных исследований влияния различных вида нарезок рабочей поверхности КК на эксплуатационные характеристики с стек токосъема турбогенераторов;

многофакторные мультипликативные математические модели износ щеток 611 ОМ и ЭГ-2А5 и падения напряжения в скользящем контакте;

- статистическая оценка по найденным математическим моделям 31 • чиыосги влияния вида нарезки на эксплуатационные характеристики СК;

- практические рекомендации по повышению эксплуатационной на-1 дежности уэла контактных колец энергетических турбогенераторов.

Практическая ценность работы определяется следующими основным!

•Д'А , ' V

изложениями:

- предложенные в работе многофакторные математические подели ос-юбнкх характеристик скользящего контакта могут служить основой для тучного прогнозирования и технико-экономического обоснования прое-стно-конструкторских и технологических мероприятий по повышению экс-1луатацяопноЯ надежности твердощеточных систем токосъема;

- реализация предлагаемых в работе рекомендаций по внедрении (обых видов нарезки рабочей поверхности КК позволит повысить эффектность и надежность работы узла токосъема турбогенераторов за счет 'мень:изкия-электрических потерь и нагрева щеточного узла вследствие 'лучшенпл токораспределения а системе параллельных щеток.

Внедппн'.'е результатов работы. Результату работы внедрены в ШИ ИЗО "Электросила", на предприятии "Ленэнергоремонт" и зо ВНИИ Олект-¡омаш при разработке и внедрении сильноточных систем токосъема олект-мческих малин с контактными кольцами, что подтверждается соотсетст-¡ующими актами.

Апрсбапчя работы. Основные теоретические и практические положе-1ия, изложенные в диссертационной работе, докладывались и обсувда-!ись на заседаниях и семинарах кафедры "Электрические машины" ЛГТУ 1938-1990 г.г.).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 5 печатных работах и 4 отчетах по ККР.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех г лап, 1аключзния, списка литературы из 144 наименований, документов, под-■верждающих внедрение и содержит 96 страниц машинописного текста, . >8 таблиц и 12 рисунков.

СОДЕРММЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены существующие азгляды на природу ив-:анизыа передачи тока через скользящий электрический контакт, илия-те различных факторов на его основные характеристики и параметры.

В настоящее время не существует единого мнения о сущности физи-:о-химических процессов, протекающих в зоне скользящего электричес-:ого контакта, что обусловлено сложностью и взаиносвязанностью электромагнитных, механических, аэродинамических, химических и тепловых юлений. Тем не менее шно полагать, что передача тока в скользящем :оитакте осуществляется через точки непосредственного механического оптанта, через продукты износа щеток и контактных колец, а также

путем фриттинга, электролиза и газового разряда. Первые два вида то-копередачи являются, на наш взгляд, основными, а последние три относятся к факторам второго порядка, т.к. они, как правило, возникают при нарушении первых двух. Поэтому при анализе закономерностей работы скользящего контакта вполне достаточно учитывать токопередачу лишь через пятна контактирования и продукты износа.

Важнейшими факторами, определяющими работу щеточного узла, являются ток через щетку X , усилие нажатия на щатку А7 и скорость скольжения в контакте V. Именно эти факторы на 90-9Ь% определяют значения основных характеристик скользящего контакта - износа щеток л к и переходного падения напряжения Л и. Вместе с тем, на ток через щетку и токораспределение по щеткам существенно влияют усилив нажатия на щетку, вольт-амперные характеристики щеток и вид нарезки рабочей поверхности КК.

Нарезка рабочей поверхности, по мнению ряда исследователей (Ав-рух, Зайчиков, Крылов и др.), благотворно влияет на уменьшение аэродинамических усилий, действующих на щетки, на теплоотдачу с поверхности КК,на равномерность токораспределения по параллельным щеткам. Справедливость первого из этих трех утверждений не вызывает сомнений т.к. нарезка любого вида неизбежно приведет к "срыву аэродинамического клина" под щетками, что доказывается соответствующими экспериментам!. Теоретическое предположение о резкой увеличении коэффициента теплоотдачи и существенном улучшении токораспределения нуждается в тщательной экспериментальной проверке. Также в проверке нуждается и предположение об уменьшении износа щеток и падения напряжения в СК, причем это может быть сделано лишь путем разработки многофакторных математических моделей основных характеристик СК, к которым относятся линейный износ щеток дЛ и падение напряжения в СК Л ОС .

Таким образом, из вышеизложенного следует, что в настоящее время нет достаточной ясности в таких важных вопросах работы скользяще. го контакта как закономерности токораспределения по параллельным щет кам, теплоотдачи с поверхности КК, износа щеток и переходного падения напряжения. Очевидно, что внести ясность в поставленные вопросы можно лишь с помощью комплексных экспериментальных исследований.

Во второй главе представлены результаты исследований коэффициента теплоотдачи с поверхности контактных колец. Необходимо отметить что в литературе встречаются саше противоречивые мнения о методах расчета коэффициента теплоотдачи с поверхности КК Л и о влиянии на

1ки на процесс теплоотдачи. Расчеты показыаают, что коэффициенты [лоотдачи одного и того же кольца, рассчитанные по различным форму-I, могут отличаться в 3-5 и более раз. Таи, например, для КК диа-■ром 490 мм при скорости 3000 об/млн критериальное уравнение теп-(бмена, предложенное Андерсоном, дает значение оС = 141 Вт/(м*"-°С), ютирическое выражение, полученное Рихтером - 435 Вт/(м^.°С). Пра-[чески не исследована проблема влияния нарезки на величину коэффи-:нта теплоотдачи. Единственная попытка внести ясность в этот воп-: была предпринята в 1971 году (Аврух, Зайчиков и др.), когда рас-'ным путем показано, что коэффициент теплоотдачи с поверхности ко-I с ромбической нарезкой в 3 раза выше, чем для колец с обычной ¡товой нарезкой. Однако, при расчетах было сделано крайне спорное, каш взгляд, допущение о том, что теплоотдача осуществляется не с ючей поверхности кольца, а с поверхности канавок, образованных на-жой. Неправомерным является также вывод о том, что при переходе с 1товой нарезки ьа ромбическую ламинарное движение окружающего воз-:а переходит в турбулентное. Очевидно, что при высоких скоростях ицения КК уже существует развитое турбулентное движение воздуха г >10^) и на пего не может оказать заметного влияния допояштель-

> турбулизирующее действие шероховатости, образованной нарезкой.

Таким образом, очевидно, что существует необходимость в экспери-(тальных исследованиях коэффициента теплоотдачи с поверхности КК (ду отсутствия достоверных методов его расчета.

Исследования проводились на кольцах диаметром 320 мм и 490 мм. кольцах диаметром 320 им была выполнена нарезка двух видов: стальная винтовая и экспериментальная ромбическая. Параметры винтовой эезки: шаг нарезки (прямой ход) 10 мм, отношение ширины выступа к мне впадины 7/3, глубина нарезки 6 им, нарезка однозаходная. Парафы прямого хода ромбической нарезки те же, что и винтовой. Парафы встречного хода ромбической нарезки: шаг нарезки 16 мм, отногае-

> ширины выступа к ширине впадины 13/3, число заходов 12. Кольца ¡метром 490 мм ¡»¡ели нарезку трех видов: винтовую, ромбическим и ябинированнув коллекторно-винтовую. Стандартная винтовая нарезка ¡ла те же параметры, что и для колец диаметром 320 мы. Эксперимен-1ьная ромбическая была выполнена с одинаковыми параметрами прямого астречмого хода: шаг нарезки 14 мм, отнояенко ширины выступа к ши-ге впадины 11/3, глубина нарезки б им, число заходов 13. Экопери-ггальная комбинированная нарезка представляет собой сочетание стан-

дартной винтовой и коллекторной нарезок. Коллекторная нарезка имеет угловой шаг 3°, глубину 6 мм, ширицу 3 мм.

Расчеты коэффициента теплоотдачи велись по формуле Ньютона

сС~ (I)

где Р - мощность потерь в зоне СК, рассеиваемая кольцом, Л £ - разность тешератур окружающего воздуха и поверхности КК, чГ" - площад! рабочей поверхности КК.

На рис.1 и 2 приведены полученные в ходе экспериментов значенш коэффициента теплоотдачи сС при изменении линейной скорости на поверхности колец V . Из рисунков следует, что зависимость достаточно точно описывается уравнением Арнольда

¿.~50-{1 + 0, Ч'^хт) , (2)

полученным для гладких колец и для коллекторов. Это убедительно свидетельствует о том, что наличие или отсутствие нарезки, а также ее вид не оказывают влияния на процесс теплоотдачи с поверхности вращающихся КК.

Недостатком формулы Арнольда является то, что коэффициент 50, стоящий перед скобкой - это лишь удобный размерный коэффициент и по своецу физическому смыслу, как показали эксперименты, он не являете коэффициентом теплоотдачи в спокойный воздух. Для устранения этого недостатка была найдена однофакторная математическая модель вида

¿^ш и+о^э тг0'*) , (3)

. где « - НО Вт/(м^.°С) - коэффициент теплоотдачи неподвижных кон тактных колец, найденный опытным путем. Погрешность определения с< по предложенной модели'не превосходит 7% во всем диапазоне изменени угловых скоростей вращения КК от 0 до 3000 об/мин. Кроме того, проведенные исследования позволяют утверждать, что основная часть потерь, выделяющихся в зоне скользящего контакта (до 80-9СЙ) отводите не через щетки, а через контактные кольца.

Третья глава . посвящена экспериментальным исследованиям такой важнейшей характеристики узла токосъема турбогенераторов, как равне мерность токораспределения по параллельно работающим щеткам. Иэвесз но, что системы токосъема с гладкими кольцами не обеспечивают достг точно равномерного токораспределения, что приводит к концентрации о ка по отдельный щеткам и, следовательно, к преждевременному выходу

oí

300

200

ICO

от

IOCO

2000

o5/

3C00

Рис. I. Коэффициент теплоотдачи колец диаметром 320 мм.

• . * -J-rí(v)

тС

ЗОО-

ÎOCt

ос-

_Вт_

/V

их из строя. Нарезка рабочей поверхности контактных колец должна п водить к существенному улучшению токораспределения вследствие прии дительного перемещения точек проводимости, что не позволяет току и нцентрироваться по отдельным щеткам. Однако, вопрос о том, какой е нарезки способен обеспечить наилучшее токораспределение оставался неисследованный. Кроме того, не изучено какое влияние оказывают на токораспределение такие факторы как суммарный ток системы параллел ных щеток, нажатие на щетку, линейная скорость скольжения в контав Для того, чтобы внести ясность в поставленные вопросы были щ ведены эксперименты по исследованию токораспределения при 4 щетках работающих параллельно. При обработке данных этих исследований тал статистические показатели, характеризующие токораспределение, как средний ток щеток ТСр , среднеквадратичное отклонение тока 6" у коэффициент вариации тока К:

г^-гх,- , • «>

(3"*

К- -7=— • ЮО % , (6)

где /У- количество щеток в эксперименте, T¿ - ток С -й щетки.

Результаты экспериментов представлены в таблицах I и 2. Из дг ных этих таблиц следует, что переход с винтовой нарезки на ромбич< кую для контактных колец диаметром 320 мм приводит к уменьшению с] днего'значения коэффициента вариации тока с 28,6% до 24,2$, а пер< ход с ромбической нарезки на комбинированную для колец диаметром -мм - с 32,8$ до 24,1%. Эти данные позволяют говорить о преимущест! с точки зрения равномерности токораспределения, колец с большей с пенью дробления контактной поверхности, т.е. колец с комбинирован нарезкой. Кроме того, увеличение суммарного тока щеток ведет обыч! к уменьшению значения К, т.е. к выравниванию тока по щеткам. При ; личении угловой скорости вращения контактных колец токораспределе; ухудшается, что, очевидно, связано с возрастающей нестабильностью

Таблица 1

Коэффициент вариации тока К {%) при работе щеток ка кольцах диаметром 320 мм -'

Щетки марки 511 ОМ

Нажатие на щетки /^=8,12,16,20 н Касатке ка тетки Р - 12 ^

^м/с4*/«-' 'А 25 75 125 25 75 125

25,1 (1500 об/мин) 20,4 43,2 _22а4_ 14,4 17,3 10,3 9,8 24,9 7,7. 6,1 11,7 15,3

33,5 (2000 об/мин) 36,5 32,2 30.5 15,0 18,9 26,2 18,8 20,4

_ 28,3 28,8 16,7 14,4

41,9 (2500 об/мин) 64,2 56,6 40,3 31,7 43,6 20,9 28.2 20,1 28.3 25,5 28.3 22.4

Щетки парки ЭГ-2А5

Нажатие на щетки Р-8,12,16,20 Н Нажатие на щетки Г= 12 Н

гг.м/с^Хр >А 25 75 125 25 75 125

' 25,1- (1500 об/мин) 28,2 51.4 19.0 16,3 П^З 14.4 12,2 21.9

. 43,2 47,1 13,5

33,5 (2000 об/мин) 32.8 34.9 ' 36.5 16,3.16,3 20.0 19,6 16.7

23,1 23,1 34,4 19,0

41,9 (2500 об/мин) 67.4 '37.3 48.2 34.9 27.2 19.9 22,0

36,5 38,5 28,7 28,3 19,6

Примечание: в числителе даны коэффициенты вариации тока для колец с винтовой нарезкой, в знаменателе - для колец с ромбической нарезкой.

Таблица 2

Коэффициент вариации тока К {%) при работе цсгок на кольцах диаметром 490 им

Щетки марки 611 0!1

Нажатие на щетки /^8,12,15,20 Н Нэлптпе на цстк;: Р = 12 К

25 .75 125 25 75 125

25,7 (1000 об/мин) 35,5 17,2 19,9 2Т,2 ТВ, I Т7 ч

30,8 14,4 23,1 14,7 10,9 10,3

51,3 (2000 об/мин) 44,7 39,6 33,6 34, л 17,6 15А. 14,4 23,0

40,0 21,1 23,8 16,3

77,0 (3000 об/мин) 52,8 46,5 44, Т 54,6 22,9 28,3 31,5. 17,0

45,5 32,2 31,0 23,1

Щетки марки ЭГ-2АЗ

Нажатие на щетки ^=8,12,16,20 Н Нажатие на щетки р= 12 I!

25 75 125 25 ' 75 125

25,7 (1000 об/шн) 33,6 29,3 26.7 18.8 15,3 14,2 14,4 9,4 Т9,3 8,0

17,0 19,6

51,3 (2000 об/мин) 39.5 37,3 40,4. 35,6 32,5 22,4 17,2 24,0 14,2*

25,9 25,5 31,0

77,0 (3000 об/мин) 63,4 45.5 I 45.5 38,1 | 33,6 51,6 54,1 31,7. 27,5 21,4

54,6 24,9

Примечание; в числителе дани коэффициенты париации тока для колец с ромбической нареокоЛ, в знаменателе - для колец с ко'.Зшшровашюй нарезкой.

энтактированкя щетки и кольца. Выравнивание накатай на щетки приво-ит к уменьшению коэффициента вариации.

Сравнение полученных результатов с данными, имеющимися в лите-атуре, позволяет утверждать, что нарезка рабочей поверхности конта-тных колец любого вида приводит к существенному улучшению токорас-ределения по сравнению с гладкими кольцами. Причин:/ этого следует екать в принудительном перемещении точек проводимости под щеткой и изменении их количества, что приводит к изменению переходного соп-отивлення каждой щетки Поэтому, ток устремляется в те щетки, которые в данный момент обладают наименьшим сопротивлением. Таким обра-ом, принудительное перемещение точек проводимости, обусловленное арезкой на вращающейся поверхности контактных колец, создает благо-[риятнке условия для выравнивания токораспределенип. Исходя из тако-'о объяснения можно предположить, что усилить полученный эффект поз-галит увеличение ширины канавки или уменьшение ширины щетки, в осо-¡енности, если ширина щетки окажется меньше ширины канавки. Это по-1волит в некоторые моменты времени полностью выключать щетку из ра-юты. Для проверки этого предположения были проведены эксперименты ю исследованию токораспределения с тремя комплектами щеток: первый-цетки стандартного сечения 20x32 мм^, второй - щетки уменьшенного течения 10x10 т,?, третий - щетки сечением 3x3 мм^. Третий комплект 5ыл изготовлен так, чтобы щетки имели возможность полностью "прова-ииваться" в канавку и не иметь с кольцом электрического контакта. Эксперименты показали, что коэффициент вариации тока, который состав-пял 4с$ для щеток сечением 20x32 уменьшился до 4для щеток сечением 10x10 мм^ и до 85 для щеток сечением 3x3 мм^. Однако очевидно, что уменьшать размеры щеток до размеров стандартных канавок нецелесообразно из-за резкого увеличения количества щеток и, как следствие, механических потерь. Поэтому» возможен другой путь, приводящий- к тому же результату - увеличение ширины канавки до ширины щетки (или чуть больше). Сама канавка при этом должна быть заполнена каким-либо диэлектрическим материалом. Для снятия аэродинамического давления под щетками на полученной (в результате заполнения канавки) гладкой поверхности КК необходимо сделать нарезку стандартной ширины 3 мы.

Таким образом, выполненные экспериментальные исследования позволили проанализировать влияние, которое оказывают на равномерность токораспределения такие факторы как суммарный ток системы параллельных щеток, нажатие на щетку, скорость скольжения а контакте, сечение

N

щ§ток и вид нарезки на рабочей поверхности контактных колец. Проведенный анализ позволяет утверждать, что наилучшими свойствами с точки зрения равномерности токораспределения обладают кольца с комбинированной нарезкой рабочей поверхности.

Четвертая глава посвящена разработке математических моделей основных характеристик скользящего контакта, т.е. величин износа щеток А И. и переходного падения напряжения Л и .

Обычно для описания процессов, протекающих в зоне скользящего контакта, предлагаются лишь однофакторные математические модели. Существенным недостатком такого подхода является то, что при этом анализируется зависимость какой-либо характеристики СК лиаь от одного независимого параметра. В то же время, рядом исследований доказано, что воздействие большинства факторов на СК является комплексным. Поэтому, математические модели основных характеристик СК должны быть многофакторнывд, т.е. должны учитывать одновременное влияние нескольких факторов на какую-либо характеристику СК. Т.к. зависимость А к и ¿К от основных факторов, определяющих работу щеточного узла (ток щетки I , усилие нажатия Р , скорость скольжения V ), является существенно нелинейной, то было принято решение разработать математические модели так называемого мультипликативного вида, т.е. вида

где" Ас и 8 £ - неизвестные коэффициенты, которые необходимо определить в ходе экспериментов.

Значения каждого из трех факторов варьировались на трех уровнях. В качестве уровней суммарного тока щеток были выбраны значения 100 Л, 300 А, 500 А, в качестве уровней нажатия 8 Н, 12 Н, 16 Н, в качестве уровней скорости 25,1 м/с (1500 об/мин), 33,5 м/с (2000 об/ /мин), 41,9 м/с"(2500 об/мин) для колец диаметром 320 мм и 25,7 м/с (1000 об/мин), 51,3 м/с (2000 об/мин) и 77,0 м/с (3000 об/ыин) для колец диаметром 490 мм.

Проверка адекватности полученных моделей проводилась с помощью критерия Фишера (Р -критерия). Сами модели были получены ка микро-ЭВМ с использованием программы "лГУО", основанной на методе сингулярного разложения матриц.

Полученные модели износа щеток представлены в таблице 3, модели

адения напряжения - в таблице 4.

Значения тока, усилия нажатия и линейной скорости в контакте олжны подставляться в модели в относительных единицах. В качестве азисных приняты^следующие значения: X<f = 100 A, F# = 10 Н, 1^-=50м/с.

Полученные математические модели с достаточной точностью описы-ают экспериментальные данные и являются статистически значимыми F>FyaS\. Оценка влияния вида нарезки на характеристики сколь-ящего контакта, проведенная по моделям, показала, что износ щеток а кольцах с ромбической нарезкой при И = 3000 об/мин по сравнению винтовой увеличивается_на 13,3$ для щеток oil ОМ и на 2,7% для ще-ок ЭГ-2АФ. Переход с ромбической нарезки на комбинированную увели-ивает износ на 21,1% для щеток 611 ОМ и на IIдля щеток ЭГ-2АФ. ереходное падение напряжения на кольцах с ромбической нарезкой по равнению с винтовой уменьшается на 5,3$ для щеток 611 ОМ и на 13% ля щеток ЭГ-2АФ. Переход с ромбической нарезки на комбинированную менылаег падение напряжения на 6,3^ для обеих марок щеток. Получение результаты можно объяснить тем, что увеличение степени дробле-ия рабочей поверхности КК при переходе с винтовой нарезки на ромби-ескую и с ромбической на комбинированную влияет как на электричес-ую, так и на механическую составляющие износа щеток. С одной сторо-:ы, её увеличение положительно сказывается на стабильности работы кользящего контакта и выравнивании токораспределения между щетками , тем самым, приводит к уменьшению падения напряжения в СК и элект-отеской составляющей износа. С другой стороны, увеличение степени робления обуславливает непосредственно возрастание чисто ыеханичес-:ого износа.

Проведенный статистический анализ позволяет сделать вывод о :татистически незначимом (соизмеримым с погрешностью эксперимента) величении износа щеток при работе на КК с более высокой степенью [робления рабочей поверхности. В то же время, ввиду высокой точнос-•и измерения величины Л U , влияние вида нарезки на падение напря-:ения оказалось статистически значимым.

Таким образом, расчеты, выполненные по найденным математическим юделям, показывают, что комбинированная нарезка обеспечивает суще-¡твенное снижение электрических потерь в зоне скользящего контакта ю сравнению с винтовой и ромбической.

Таблица 3

Математические модели износа щеток

Диаметр колец, мм Вид нарезки Марка щётки Математическая модель износа, мм/1000 ч F -критерии b% "Pi1 F Taöjl =4,62

320 винт. 611 Q7I 33,2

320 винт. ЭГ-2АФ A/I-^i-I^'F'-"-^ 8,78

320 ромб. 611 Ш 8,93

320 ромб. ЭГ-2АФ Ak-SM-lVW-**" 6,89

490 ромб. 611 Ш 10,3

490 ромб. ЭГ-2АФ Ak^W-lW-P*"- 9,25

490 . комб. 611 Ш 13,5

490 комб. ЭГ-2АФ 8,72

Таблица 4

Математические модели падения напряжения

Диаметр колец, мм Вид нарезки Марка щётки Математическая модель падения напряжения, В ^-критерий b% при p = =4,82

320 винт. 611 Ш 6,78

320 винт. ЭГ-2АФ &,09

320 ромб. 611 Ш AU^I^-F^V0'* 11,6

320 ромб. ЭГ-2АЙ 5,06

'490 ромб. 611 Ш 26,3

490 ромб. ЭГ-2АФ au^^.I^F-0''0^ 16,3

490 комб. 611 ОМ AU^S-I^-F-W-iT0'« 9,33

490 комб. ЭГ-2АФ AU^-I^-F-W-V0'* 11,2

—т.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Введен в действие уникальный автоматизированный комплекс с толномасштабной физической моделью узла контактных колец турбогенераторов мощность» 300 и 500 МВт, который позволяет проводить комплексные исследования узлов токосъема с контактными кольцами с различными видами нарезки их рабочей поверхности.

2. Исследована зависимость коэффициента теплоотдачи с поверхности контактных колец с различными видами нарезок от линейной скорости скольжения в контакте.Показано, что наличие или отсутствие нарезки и её вид практически не оказывают влияния на теплоотдачу , вращающихся колец.

Получена формула, позволяющая находить коэффициент теплоотдачи колец не только при их вращении (именно такие формулы обычно приводятся в литературе), но и при неподвижных кольцах.

3. На основании экспериментальных исследований факторов, влияющих на токораспределение по параллельным щеткам выяснено, что увеличение суммарного тока щеток, уменьшение их размеров до размеров нарезки (либо, напротив, соответствующее увеличение ширины нарезки) и выравнивание нажатий на них являются факторами, улучшающими токораспределение, а увеличение линейной скорости в контакте - фактором, ухудшающим его.

4. Установлено, что контактные кольца с большей степенью дробления их рабочей поверхности '(кольца с комбинированной нарезкой) обладают существенными преимуществами, с точки зрения равномерности токораспределения, перед кольцами о меньшей степенью дробления (кольца с винтовой нарезкой).

5. На основе проведенных исследований износа щеток и переходного падения напряжения разработаны многофакторные математические модели д/г и д и. мультипликативного вида, которые могут быть использованы в практических расчетах этих величин и, в частности, для оценки влияния вида нарезки на основные характеристик« скользящего контакта.

6. На базе разработанных математических моделей выполнены расчеты, доказывающие, что переход с винтовой нарезки на ромбическую снижает электрические потери в скользящем контакта в среднем на

а переход с ромбической нарезки на комбинированную - ещэ на

7. Проведенные экспериганталъныэ и расчетные исследования поиа-

зали, что контактные кольца с комбинированной нарезкой'рабочей поверхности способны обеспечить более надежную и эффективную работу скользящего контакта, чем кольца со стандартной винтовой нарезкой. Это позволяет рекомендовать их внедрение для работы в твердощеточ-ных системах токосъема энергетических турбогенераторов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работ£

1. Забоин В.Н., Квач И.Е., Родионов Ю.А. Исследование влияния нарезки на теплоотдачу с рабочей поверхности контактных колец турбс генераторов //Деп. в Информэлектро, № &3-ЭТ 90, 1990/ Библ.указат. ВИНИТИ "Депонированные рукописи", 1990, № 12.

2. Забоин В.Н., КвачИ.Е., Родионов Ю.А. Исследование токорасг ределения по параллельно включенным щеткам, работающим на контактных кольцах турбогенераторов с различными видами нарезки //Деп. в Информэлектро, № 97-ЭТ90, 1990 /Библ. указат. ВИНИТИ "Депонированные рукописи", 1990,

3. Устройство для измерения усилий нажатия на щетки в динамических режимах.- Информ. листок $ 780-90, Л.: ЛенЩПИ, 1990. Составитель: Родионов Ю.А.

4. Автоматизированный электротехнический комплекс для исследований контактных колец с различными видами нарезок.- Информ. листо1 № 90-221, Л.: ЛенЦНТИ, 1990. Составители: Родионов Ю.А., Квач И.Е., Власов М.Я., Забоин В.Н.

5. Экспериментальный стенд для исследований- электрического скользящего контакта энергетических турбогенераторов.- Информ. листок № 90-207, Л.: ЛенЦНТИ, 1990. Составители: Родионов Ю.А., Квач И.Е.

Подписано к печати 05.03.ei. Бесплатно

Заказ 94. Тираж 100

Отпечатано на ротапринте Ленинградского государственного технического университета

195251, Лениград, Политехническая ул., 29.