发电机励磁机整流子抗磨刷镀新工艺
Generator exciter commutator resists and wastes and brushes and plates the new craft
兰州瑞迈克电力科技有限公司 鲁红春 赵苏
摘 要 针对励磁机整流子磨损表面，成功地采用大厚度电刷镀技术进行了修复。配制了高浓度刷镀液，改进了摩擦材料和镀液供给系统，制定了严格的刷镀工艺。新设计的阴极旋转系统，提高了镀覆效率，使用了自动控制装置，保证了镀层质量。
To encourage magneto commutator wear and tear the surface ,succeed in adopting rubing the electricity and gushing out the technology of plating to repair. Brushed and plates the liquid after compounding the high density, has improved materials of rubing and plate the liquid to supply the system, have made strict pasting up the craft of plating. The negative pole rotatory system designed newly, has improved the efficiency of covering of plating, has guaranteed to plate one layer of quality.
主题词 电刷镀; 摩擦件; 镀层质量; 大型发电机
Rub the electricity and is gushed out and plated ; Rub one ;
Plate one layer of quality ; Large-scale generator
1 前言
励磁机整流子长期与碳刷摩擦，在高转速运行下，由于碳刷与整流子表面接触不良以及机械振动等原因，在碳刷和整流子之间产生火花，使整流子表面逐渐产生不均匀的磨损，在整流子表面形成沟痕，严重的会形成烧伤，表面粗糙度增大，造成导电性能降低，输出电压不稳的恶性循环，甚至会发生设备事故。起动频繁的机组，上述现象更易发生。
最初常用的维修工艺是进行机械加工，将整流子表面的磨痕清除后投入运行，但多次车削，尺寸超限，将导致报废。
随着电刷镀技术在电力部门的应用，它不但可以修复整流子表面的磨损，而且还可提高其耐磨性，是比较理想的修复工艺。
大型发电机组的励磁机直径大，重量当然也相当大。如刘家峡水电厂励磁机电枢直径2850mm,高1271mm,整流子直径2500mm，整流子高度165mm，重量达22.7吨.。刷镀面积为130dm2。这种大直径、大面积、大重量的现场修补，对电刷镀修复工艺提出了很高的要求。我们根据有关单位多年来的实践经验，并参考相关资料的介绍，采用分块刷镀的方案，在电厂大修中解决了大型发电机励磁机整流子现场刷镀问题。先后多次成功刷镀，收到了一定效果。但由于刷镀工艺、密封材料和密封方式、刷镀装置、镀层厚度测量等技术问题没有很好得到解决，造成镀层厚度较薄，只有0.05mm～0.08mm；以及镀层厚度不均匀等主要问题。我厂励磁机整流子的镀层只运行了20个月就磨损露铜了。被电刷磨下来的片状、丝状、末状铜屑明晃晃的布满励磁机内部，严重地威胁着发电机组的安全运行。
随着电刷镀技术的不断发展，大厚度刷镀技术以其镀层质量优、低成本、快速度、高效率等特点得到了广泛应用。但在大型发电机励磁机整流子工作表面的修复上的应用还是个空白。根据大厚度刷镀技术在其它工件成功施镀的经验，我们又做了大量模拟试验，仔细分析和研究了有关参数及相关数据，总结了一套用大厚度刷镀技术修复大型发电机励磁机整流子的工艺。并于去年先后两次成功对刘家峡水电厂1＃－4＃发电机励磁机整流子进行修复。整流子表面镀层光亮均匀、光滑致密、结合强度高，各项绝缘性能和电气性能均满足电厂技术要求。投入运行后效果良好，运行维护工作量大大减少；碳刷火花现象可基本消除；整流子表面抗磨性增加了四倍，使用寿命得到了更大地提高。采用在整流子电刷镀的同时，加装大理石板碾压研磨工艺。增加了镀层的密实度和光洁度，消除了镀层在不足0.1mm厚度即出现的光洁度降低技术难点，从而将镀层厚度提高到0.25mm以上,相比以前的施工方式，将镀层厚度提高了5倍以上。从而使电刷镀工艺真正成为解决整流子磨损主要工艺手段。
2 方案建制
电刷镀技术修复励磁机整流子工作表面我们已取得了丰富的经验，在此基础上采用大厚度刷镀技术来修复，必须在以下几个方面有所突破。
2.1 旋转系统的设计
以前是通过自动倒相器来实现阳极刷架的自动往复运动，而这次我们大胆地提出了阳极360º全旋式圆周运动，这样不仅工作效率高，而且镀层厚度均匀、无接缝，后处理也容易。旋转系统必须简单、合理、可靠。主要由传动滑环、减速装置、变频器等组成。伺服电动机经变频器调速，再通过蜗轮蜗杆减速，将动力传送给阳极刷架，使阳极在适合的线速度下沿整流子表面顺时针或逆时针旋转。通过这一系统实现了大厚度刷镀修复整流子的自动化。
2.2 阳极的设计及安装
阳极材料应使用对镀液成份没影响、易仿形加工、耐腐蚀、寿命长、导电性好的材料。最适合的莫过于不锈钢。由于整流子直径很大，考虑到阳极的平衡、液体的湿润、热量的散发、电源的容量，所以阳极不宜过大，在5——8cm长度的整流子表面圆弧可以近似地看为直线，阳极可用厚2mm的不锈钢板做成平板型，阳极板上出液孔径φ2——φ3mm，孔距3——5mm，阳极高度应根据整流子实际高度来决定。
阳极的移动是通过作圆周运动的刷架来完成的。刷架的臂杆长度及角度是可以进行微调，以此来调整阳极对工作面的间距和摩擦块的压力。
2.3 摩擦器的设计
大厚度刷镀是在施镀过程中，摩擦件对镀层实现边镀边磨。就是这种简单机械摩擦，能限制镀层晶粒的长大和镀层氧化膜的形成，大大提高金属离子的电沉积条件，改善镀层质量。摩擦材料的优劣对摩擦效果来说是至关重要的。天然玉石、玛瑙石效果当然最好，但其价格昂贵，又不易加工成型。经过试验，用高密度优质花岗岩作摩擦件是物美价廉的选择。把花岗岩加工成和阳极一样的形状，通过刷架上的不锈钢弹簧片和刷杆来调节磨石与工作面的压力，使其始终保持在良好的摩擦状态。
2.4 镀液供送系统及工作面的湿润
在大厚度刷镀过程中，镀液供送装置应满足以下几个要求：a.使镀液自动循环、连续供送、流量任意可调可控；b.镀液要以一定压力和流速喷射到工作面上；c.在整个喷镀过程中，使镀液成份和性能保持相对稳定；d.镀液自动过滤。根据现场需要，用大扬程、大流量密闭潜液泵将镀液经控制阀、流量计提升到与阳极同一角速度的盛液桶中，盛液桶中有专供阳极及润湿的可调潜液泵。镀液通过塑料管与特制的接头送入阳极内腔，再经阳极板上的小孔使带有一定压力的液体进入施镀的工作面。供液虽然能使阳极部分保持湿润，但施镀面积大，工作面太长，很难保持整个喷镀面的湿润，因此，为了可靠，在阳极间均匀分布有湿润管，以一定流量喷射镀液，确保整个工作面的湿润。
正常工作时，通过调节上下控制阀，使镀液自动循环，供送平衡。
2.5 供电系统
阳极的圆周运动，也给其供电系统提出了新的要求。为此，采用滑环供电，成功地解决了这一难题。两个滑环分别给磁力泵和阳极供电，使阳极供电和镀液供送相对独立，互不干扰。需特别注意的是，滑环上的碳刷一定要事先仿形，以免接触不良造成容量不足、发热或出现火花等影响刷镀正常进行的现象。
由于电枢的绕组是闭合的，绕组电阻很小，截面载流量远远大于刷镀时所需的电流，所以没有必要采用常规的整流子短路方法。对于大直径电枢可直接利用其整流片，将电缆一端用特制的线夹固定在升高片上，另一端接入电源负极即可。
2.6 镀液的选择
大厚度刷镀技术由于使用大电流密度，阳极镀液流量大，要求金属离子富盈，所以最好选用专用的高浓度镀液，才能真正发挥出刷镀的优势，高浓度镍镀液中金属离子含量较高，为80.4g/l，沉积速度很快，耗电系数为0.031Ah/dm2·μｍ,并且镀层组织致密，应力低，结合强度高，硬度高，耐磨性好。实践证明，高浓度镍是整流子修复和强化稳定可靠的理想镀液。
3 主要工艺环节
3.1 电气试验
3.1.1记录励磁机解体前机组各种运行工况下的火花等级，以便与施镀后火花情况相比较。
3.1.2 励磁机解体后测量电枢绝缘电阻，进行吸收比试验及整流子片间直流电阻试验。
3.2 机械处理
机械处理的目的是为刷镀创造良好的条件。整流子加工一般采用车削的办法，车削量在消除整流子表面磨损痕迹的前提下尽可能小，表面粗糙度与不圆度应满足技术要求。车削后清除沟槽内的废削，刮沟深度在1——1.2mm；然后进行整流片的倒角，要求尺寸为0.5×45º，再用油石修整倒角部位，直到圆滑过渡，手摸无明显尖锐棱角为止。特别注意清除沟槽和倒角时千万不能划伤整流子表面。
3.3 工装的安装
工装安装的合理可靠是刷镀顺利进行的重要保障。刷镀大型发电机励磁机整流子，要求一气呵成，不允许中断。工装的安装，必须牢固，方向与角度要调节准确。最好一边安装，一边调试。安装结束后，先进行一定时间的无镀液试运转，不出现问题后方可进行下一道工序。
3.4 防护与遮蔽
励磁机整流子防护与遮蔽，对整个施镀工作是非常重要的，每一个环节都应慎重，一旦处理不当，就会给整个刷镀工作带来极大的麻烦和困难。
3.4.1整流子顶部主绝缘处的防护与遮蔽
清除干净整流子顶部的脏物及浮漆，用塑料布及粘胶带缠绕，并用密封胶仔细封闭，晾干后再封一层硅酮玻璃胶。
3.4.2整流子下部的防护与遮蔽
清理干净退刀槽处脏物，将内径等于整流子退刀槽，外径等于电枢直径的塑料板套推至退刀槽，用密封胶封死。凉干后，再来同样一层，确保万无一失。
3.5 工作电压及阳极运动速度
大厚度刷镀的特点之一就是大电流密度。对于大型工件，由于阳极电缆线较长，应考虑电压降。根据实际情况，调整工作电压至最佳值，不仅能大大提高工作效率，而且能得到满意的镀层质量。
大厚度刷镀大电流密度的特点也要求阳极运动速度比刷镀要快。通过变频调速，将阳极运动速度调为最佳值，既可确保工作面的湿润，又可获得理想的沉积速度。
3.6 工艺流程
电气试验 整流子车削 整流子刮沟倒角 工装安装 遮蔽与防护 施镀 镀后处理 质量验收与电气试验。
4 结论
采用大厚度刷镀技术现场修复和强化大型发电机励磁机整流子，同以前所用的刷镀工艺相比，易实现自动化，大大缩短了修复时间、提高了生产率、降低了成本、提高了镀层质量，极大地减少了电厂运行维护的工作量和停机时间，产生了巨大的经济效益和社会效益。现在刘家峡水电厂4台励磁机已安全运行了29－51个月，镀层仍完好无损，整流子镀层的磨损量用现有的方法仍测量不出来，耐磨效果显著。励磁机实现了无火花运行，运行工况得到了大幅度提高。整流子磨损对发电机正常运行的威胁已得到解决。
参考文献
1. 装甲兵工程学院机械零件修复研究中心《摩擦电喷镀技术》
2. 赵甦 孙百涛 ，大直径立式发电机励磁机整流子电刷镀《电刷镀技术》 1998No1P39
3. 林春华 葛祥荣编著《电刷镀技术便览》机械工业出版社 1991年2月第1版
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