Скользящий контакт электрических машин - Щетки для судовых электрических машин

Для обеспечения разнообразных нужд современного судостроения в различных странах созданы соответствующие серии электрических машин.

Таблица 9

При проектировании этих машин им стремятся придать минимально возможные габаритные размеры и массу, а также приспособить к эксплуатации в следующих условиях: а) температура окружающего воздуха до +40 °C; б) относительная влажность окружающего воздуха до 95+3%; в) качка корабля с креном до 45° и дифферентом до 15°; г) длительный крен до 15° и длительный дифферент до 10°; д) частые сотрясения и перегрузки до 10% сверх номинального тока в течение 2 ч и 50% перегрузки в течение 2 мин.
Помимо приведенных характеристик окружающей среды в судовых условиях следует учитывать наличие в атмосфере морских солей, содержание которых доходит до 2—5 мг на 1 м³ воздуха. Кроме того, в машинных отсеках, вблизи дизелей, в воздухе накапливаются пары нефти, количество которых непосредственно над машинами колеблется в пределах 3—20 мг/м³. Очевидно, что указанные обстоятельства делают необходимой защиту судового электрооборудования от коррозионных воздействий.
Выбор рода тока для судовых электрических машин определяется прежде всего технико-экономическими соображениями. Машины постоянного тока благодаря своей высокой перегрузочной способности и отличным регулировочным характеристикам находят на судах с электродвижением широкое применение. Однако при мощностях свыше 4 000—5 000 кВт машины постоянного тока по к. п. д., массе и габариту уступают машинам переменного тока, и электродвижение очень крупных судов принято осуществлять с помощью этих последних. Исключение составляют суда специального назначения, например ледоколы. Здесь постоянный ток применяется при всех мощностях установленных на них электродвигателей.
Номенклатура электрических машин, используемых в отечественном судостроении, по данным [Л. 9-11—9-13] включает в себя различные типы машин серий Π, ПГ, ГПМ, ПД, ДПМ, ПС, ПГ, ПГК и МП.
Единая серия П включает в себя генераторы и двигатели постоянного тока брызгонепроницаемого и водозащищенного исполнения с кремний-органической изоляцией класса Н. В судостроении используется часть типов машин данной серии от нулевого до семнадцатого габаритов, охватывающих диапазон мощностей 0,3—1 400 кВт. Серия ГПМ содержит ряд типов машин постоянного тока, предназначенных для использования в генераторном режиме при п=1 500 об/мин. Серия ПД состоит из трех генераторов постоянного тока типов ПД-150-6, ПД-151-6 и ПД-152-5-9, имеющих соответственно мощности 200, 300 и 400 кВт. Все генераторы работают при п = 500 об/мин и предназначены для судовых электростанций и питания гребных электродвигателей. В серию ДПМ (модификация серии ДП) входит ряд типов двигателей постоянного тока напряжением 110 и 220 В, перекрывающих диапазон мощностей 1,8—75 кВт. Эти двигатели используются в качестве приводов судовых механизмов с кратковременным и повторно-кратковременным режимами работы. Исполнение двигателей водозащищенное; изоляция кремний органическая, п равно 780 (тихоходные) и 1 850 (быстроходные) об/мин. Серия ПС включает несколько типов высокоскоростных двигателей постоянного тока. Двигатели 1-го—6-го габарита перекрывают диапазон мощностей 0,54—39 кВт при п = 3 0004-4 000 об/мин. Мощность машин 7-го и 8-го габарита составляет 32—60 кВт при п=2 600-3 600 об/мин. Двигатели 9-го—11-го габарита при п=2 750 об/мин охватывают мощности 50,5— 412 кВт. В серию ПГ входит ряд типов машин постоянного тока, каждая из которых имеет вполне определенное назначение. Так, машина типа ПГ-3-2 мощностью 100 кВт при п=4 000 об/мин предназначена для применения в качестве привода пожарных насосов. Машина ПГ-33-3 используется в качестве генератора судовых электростанций. Двухъякорный генератор типа ПГ-145 (2χ625 кВт, 810 об/мин) предназначен для питания гребных электродвигателей. Для привода гребных винтов в этой серии предназначены машины типов ПГ-146 (1178 кВт; 212/266 об/мин), ПГ-147 (1 824 кВт, 152/202 об/мин), ПГ-150 (2 350 кВт, 150 об/мин), ΠΓ-150-8Κ (300 кВт, 490 об/мин) и ПГ-178-8К (700 кВт, 196/210 об/мин).
К рассматриваемой серии следует также отнести машину типа 2ПГК-120/150, используемую в качестве генератора питания гребных двигателей. Мощность этого двухъякорного генератора равна 2X1 920 кВт при частоте вращения 595 об/мин.
Серия МП содержит в своем составе следующие четыре типа машин, предназначенных для привода винтов (табл. 9-29).

Таблица 9-29

При использовании на судне переменного тока в качестве источников электроэнергии применяются синхронные генераторы. Серии применяемых генераторов и характеристики каждого из них, по данным [Л. 9-11], таковы (табл. 9-30):
Таблица 9-30

Описанное разнообразие типов, мощностей и назначений электрических машин обеспечивается соответствующей номенклатурой марок электрощеток, причем в данной серии машин может использоваться не одна, а несколько марок электроугольных изделий. Так, например,  обстоит дело с подбором электрощеток к машинам серии П. Машины этой серии мощностью 80—100 кВт оборудуются электрощетками марки ЭГ71. Крупные машины серии снабжаются электрощетками марки ЭГ74. Последняя марка широко распространена на мощных машинах серий ГПМ, ПС, ПГ и МП. Машины малой мощности перечисленных серий удовлетворительно работают с электрощетками марки ЭГ14, которые обеспечивают также удовлетворительную работу всех двигателей серии ДПМ.
Синхронные машины всех серий снабжаются электрощетками марок ЭГ4 и 611М. Две последние марки используются иногда на машинах малых мощностей серии П.
Конструкции электрощеток в своем подавляющем большинстве являются радиальными (тип К-1 ГОСТ 12232-66) и только в отдельных случаях встречаются реактивные (тип К-3 того же ГОСТ).
Размеры применяемых щеток практически совпадают с теми, которые используются на электрооборудовании металлургических заводов. Для машин серии ДПМ, оборудуемых электроугольными изделиями марки ЭГ14, шкала размеров последних имеет вид, представленный в табл. 9-31.
Таблица 9-3

Помимо рассмотренных генераторов и двигателей на судах находят себе применение одноякорные преобразователи, преобразующие постоянный ток в однофазный переменный. Подбор щеток для электрических машин этого назначения осуществлен по схеме, представленной в табл. 9-32.

Таблица 9-32

При внимательном рассмотрении номенклатуры марок щеток, используемых на судовых электрических машинах, можно обнаружить, что здесь нашли себе применение те же марки, которые упоминались ранее, при описании других областей использования электроугольных изделий. Подобное положение характерно не только для отечественной промышленности. В каталогах крупнейших зарубежных фирм, поставляющих электрощеточную продукцию на мировые рынки, щетки морского назначения специально не выделяются. Упоминание о возможности использования электрощеток тех или иных марок в судовых условиях делается после того, как описаны другие возможные области их применения. Именно так рекомендованы в соответствующих каталогах электрощеточные материалы марок EG10, EG225, EG226, ΙΜ91901 фирмы «Морганайт», RE54 фирмы «Рингсдорф», Е4 и Е4647 фирмы «Шунк и Эббе» и TG401, JG404 и G25P фирмы «Тосиба Денко Компани». Исключение из этого правила составляет предлагаемая фирмой «Морганайт» электрощетка марки EG6345, относительно которой сообщается, что она предназначена специально для судового электрооборудования постоянного тока средней мощности. Технические характеристики электрощеток таковы:
Номинальная плотность тока, А/см² ....                          9,5
Максимальная окружная скорость, м/с ...                       30
Переходное падение напряжения, В . . . .                   1/4—2,4
Коэффициент трения .........................  0,10—0,15

Эксплуатационные свойства электрощеток рассматриваемого назначения изучены недостаточно полно. Некоторые сведения по этому вопросу можно найти в табл. 9-33, где представлены результаты наблюдений за работой ряда марок электрощеток отечественного и зарубежного производства на электрических машинах ледоколов и транспортных судов ледокольного типа. Приведенные данные свидетельствуют о том, что значения vщ для подавляющего большинства изученных случаев не превышают 3 мм/1 000 ч. Скорость изнашивания рабочих поверхностей коллекторов при этом не должна превышать 0,1 мм/1 000 ч (по радиусу).