法國(guó)MERSEN集團(tuán)(原卡朋羅蘭)成立于1892年,持續(xù)致力于碳制品材料及工藝的研究。1998年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，目前已成為世界zui大的碳刷制造商之一.
典型型號(hào)如LFC554，EG313,EG369
LFC554已經(jīng)在世界電機(jī)上被廣泛應(yīng)用，已經(jīng)獲得ABB,ALSTOM,GE等廠商的配套認(rèn)證。通過(guò)對(duì)碳刷材料LFC554的特點(diǎn)的了解，以及汽輪發(fā)電機(jī)用碳刷設(shè)計(jì)以及使用中的技術(shù)規(guī)范，總結(jié)了有關(guān)碳刷的技術(shù)要點(diǎn)。希望廣大用戶在選擇使用和維護(hù)過(guò)程中少一點(diǎn)疑惑，避免出現(xiàn)不必要的技術(shù)失誤，確保汽輪發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。
碳刷作為汽輪發(fā)電機(jī)中*一個(gè)需要不斷更換的易耗元件，一直是發(fā)電機(jī)維護(hù)的重要環(huán)節(jié)，汽輪發(fā)電機(jī)上碳刷的作用是可靠的與發(fā)電機(jī)滑環(huán)接觸，傳輸轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流。但是由于專業(yè)的資料很少，一直也是用戶技術(shù)比較薄弱的環(huán)節(jié)。本文通過(guò)簡(jiǎn)單的闡述LFC554碳刷的兩個(gè)特性，以及使用過(guò)程中的一些基本知識(shí)。希望廣大用戶以此可以更好的維護(hù)好自己的碳刷，有效的降低用戶的維護(hù)費(fèi)用。
碳刷的主要成份是石墨及碳粉材料，由于石墨材料的物理化學(xué)特點(diǎn)：能導(dǎo)電，熱導(dǎo)率高，耐高溫，比重小，不與液態(tài)金屬沾粘，在有水蒸氣的條件下，自潤(rùn)滑性能良好，化學(xué)穩(wěn)定性高等，一直作為現(xiàn)代電機(jī)旋轉(zhuǎn)傳輸導(dǎo)體的首先材料。
LFC554是由法國(guó)美爾森集團(tuán)（原卡朋羅蘭集團(tuán)）憑借一百多年的石墨材料研發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，特別為高速滑環(huán)勵(lì)磁系統(tǒng)研發(fā)的天然石墨碳刷，自從1998年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，一直作為汽輪發(fā)電機(jī)用碳刷的*材料，并且也得到了發(fā)電機(jī)制造廠以及用戶的*，下面著重針對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)碳刷的運(yùn)行特點(diǎn)，分析LFC554材料的性能，以及使用和維護(hù)工作中的要點(diǎn)。
一、由于汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速絕大多數(shù)運(yùn)行在3000轉(zhuǎn)/分鐘，當(dāng)滑環(huán)外徑在380mm時(shí)滑環(huán)表面的線速度接近60米/秒，415mm滑環(huán)的線速度約65米/秒，而滑環(huán)外徑在455mm時(shí)滑環(huán)表面的線速度就躍升到71米/秒。而國(guó)產(chǎn)的石墨類碳刷的額定線速度在30-40米/秒，電化石墨材料的額定線速度也不超過(guò)50米/秒。都不能很好的滿足大型汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)要求。過(guò)大的線速度不但會(huì)造成碳刷的溫度的升高，而且還會(huì)造成石墨片層的剝離，加速碳刷的磨損，所以線速度是碳刷材料及發(fā)電機(jī)滑環(huán)設(shè)計(jì)的首要考慮參數(shù)之一。
LFC554以90米/秒的允許線速度，一直以來(lái)是其他碳刷材料所無(wú)法企及的。而且在測(cè)試環(huán)境下，可以耐受100米/秒的線速度而且可以正常運(yùn)行。另外，在同樣的工況下，線速度越大，摩擦做功越多，碳刷的溫度就會(huì)越高，針對(duì)這樣的情況我們對(duì)材料的導(dǎo)熱性進(jìn)行了優(yōu)化，加速了刷體溫度的傳導(dǎo)，有效降低刷體的溫度，延長(zhǎng)了碳刷壽命。
附:滑環(huán)表面的線速度的計(jì)算公式：
V=2nrπ/60米/秒
n：發(fā)電機(jī)滑環(huán)的轉(zhuǎn)速，單位：轉(zhuǎn)/分鐘，
r：滑環(huán)的半徑，單位：米。
二、勵(lì)磁電流大是汽輪發(fā)電機(jī)的另外一個(gè)特點(diǎn)，由于汽輪發(fā)電機(jī)的碳刷是負(fù)責(zé)勵(lì)磁電流的傳輸，所以碳刷就需要分擔(dān)這些電流。每個(gè)碳刷負(fù)擔(dān)的電流，我們用電流密度來(lái)衡量，及通過(guò)碳刷每平方厘米截面積上的電流安培數(shù)。勵(lì)磁電流以實(shí)際發(fā)電機(jī)輸入電流為準(zhǔn)。LFC554的允許電流密度額定值為13A/cm2，大的電流密度可以降低碳刷的體積，減少滑環(huán)的寬度，從而節(jié)省制造成本。電流密度是碳刷設(shè)計(jì)的一個(gè)重要參數(shù)，設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)時(shí)碳刷負(fù)擔(dān)的電流密度不能超過(guò)這個(gè)額定值，但是也不是越低越好，盡量不要低于3A/cm2，過(guò)低的電流密度不利于滑環(huán)上氧化膜的形成，增加碳刷的摩擦系數(shù)，加快碳刷的磨損。
附：電流密度計(jì)算公式：
JB=2I/N(txa) A/ cm2
I：電機(jī)的勵(lì)磁電流，單位：A，N：總的碳刷的數(shù)量。 (t x a):碳刷的截面積。單位：cm2
三、LFC554碳刷選用要考慮的其它因素：
（1）彈簧壓力:110-180Kpa/cm2。壓力過(guò)大，碳刷的機(jī)械摩擦增加，溫度升高，加速磨損。壓力過(guò)小，振動(dòng)增加，容易出現(xiàn)火花現(xiàn)象。對(duì)碳刷組，每個(gè)彈簧的壓力偏差小于平均壓力的 5%。壓力的測(cè)試可以用彈簧稱，也可以用的碳刷壓力測(cè)試儀。
（2）振動(dòng)：滑環(huán)表面的徑向跳動(dòng)在0.03-0.06mm，表面粗糙度Ra值不大于1.25μm，否則會(huì)引起碳刷的震動(dòng)和跳動(dòng)，從而引起火花或者加速碳刷的磨損。但是需要注意一點(diǎn)，并不是表面的粗糙度越光滑越好。
（3）濕度：*濕度條件介于8-15g/m3之間。過(guò)干或者過(guò)濕的環(huán)境空氣，都不利于滑環(huán)表面氧化膜的生成，會(huì)加大碳刷的磨損。
（4）溫度：碳刷的*運(yùn)行溫度是60-90℃,溫度過(guò)高可能造成水分蒸發(fā)，破壞滑環(huán)表面的氧化膜，也可能使碳刷的摩擦系數(shù)增加，加快碳刷的磨損遙。或者過(guò)低也不利于氧化膜的生成，從而加大碳刷的磨損，降低碳刷壽命。
（5）油污和灰塵：油污和灰塵可以破壞滑環(huán)表面的氧化膜，甚至破壞滑環(huán)表面，形成溝槽，有的可以增加滑環(huán)與碳刷的摩擦系數(shù)，加快碳刷的磨損等。導(dǎo)電的灰塵有可能造成滑環(huán)的絕緣電阻下降，嚴(yán)重的造成絕緣擊穿，燒毀滑環(huán)等情況。
（6）電流分布不均：由于壓力，溫度等原因造成各個(gè)碳刷與滑環(huán)的接觸電阻不均衡，從而造成電流集中到一些接觸電阻比較小的碳刷上，這就造成了流過(guò)碳刷的電流不是平均分配在每個(gè)碳刷上，個(gè)別碳刷的電流過(guò)小，使含石墨的氧化膜形成的不充分，摩擦系數(shù)增加，碳刷磨損加快。有的碳刷通過(guò)的電流過(guò)大，碳刷超負(fù)荷運(yùn)行，溫度升高，產(chǎn)生火花，造成滑環(huán)表面的灼燒，甚至造成停機(jī)，危害很大。
以上對(duì)LFC554的特性，及維護(hù)事項(xiàng)做了概括性的總結(jié)，供廣大用戶參考。由于碳刷的使用過(guò)程中存在著的相互矛盾的機(jī)械跟電氣的多個(gè)因素的影響，在這種情況下有很多的作用因素是折衷的，他們都是相互作用，很多時(shí)候不能說(shuō)由哪一個(gè)原因造成碳刷的磨損，需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及原理來(lái)綜合、辯證地去分析，判斷出造成碳刷磨損的主要原因，然后圍繞主要原因來(lái)解決，從而使碳刷運(yùn)行在一個(gè)相對(duì)理想的狀態(tài)。另外其他材料的碳刷也是類似的，也可以圍繞這些角度和原理來(lái)分析。
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