ЩЕТОЧНЫЙ ТОКОСЪЕМНИК

Область применения
Предложенная полезная модель относится к электротехнике, в частности к щеточным токосъемникам, содержащим элементы токосъема с пылеудалением, используемым для генератора с вертикальной осью вращения, как например, генераторов гидроэлектростанций.
Известный уровень техники
В процессе работы щеточных токосъемников происходит истирание рабочей поверхности щетки о рабочее кольцо генератора гидроэлектростанции. В результате этого происходит образование пыли, которая может накапливаться в зоне токосъема, что может привести к электрическому пробою и, как следствие, к аварийной ситуации. Поэтому, в процессе работы генераторов используют щеточные токосъемники с пылеудалением, например, см. патенты №№ US 8829761, SU 1356083, GB 1005433, US 9293967, US 2106842 US 6707217, US 7915782. Суть которых, в общем виде, сводиться к тому, что в зоне контакта щетки и рабочего кольца производят организованный отвод воздуха, который отводит частицы пыли, которые образовались в результате истирания щетки, из зоны токосъема. Конструктивной особенностью большинства известных технических решений является то, что они используются для генераторов с горизонтальной осью вращения, номенклатурное количество которых больше чем генераторов с вертикальной осью вращения - генераторы гидроэлектростанций.
Поскольку расположение рабочего кольца в горизонтальной плоскости приводит к тому, что в процессе контакта рабочей поверхности щетки о рабочую поверхность кольца на образовавшуюся частицу пыли действует центробежная касательная сила инерции и гравитационная сила, что приводит к образованию результирующей гравитационной данных сил. Поскольку величина и размер образовавшейся частицы является неконтролируемой величиной, то понятно, что результирующая данных сил будет различна и поэтому организация «точечного» отвода воздуха от каждой щетки не обеспечивает полного отвода пыли и локальный отвод имеет существенный недостаток - небольшой радиус действия разряжения, образованного в зоне отвода воздуха в воздушный патрубок воздухоотвода.
Наиболее близким по техническому содержанию к описанной полезной модели является патент № US 8829761, суть которого заключается в закрытии щеткодержателей и щеток в защитный кожух, в который попадает пыль с последующим отводом ее из кожуха. Однако, техническое решение, изложенное в патенте, предназначено для генераторов с горизонтальной осью вращения, в результате чего картина действующих сил отличается от картины, имеющейся в генераторах с вертикальной осью ввиду того, что при вращении вокруг горизонтальной оси направления силы тяжести и центробежной силы лежат в одной плоскости, а при вращении вокруг вертикальной оси - в перпендикулярных плоскостях. Кроме того, расположение группы щеткодержателей и щеток внутри кожуха приводит к тому, что каждый такой элемент группы деталей, через которые проходит ток, находятся в интенсивном потоке пыли, отводимой от всей группы, что может привести к оседанию пыли на его поверхности и электрическому пробою. При эксплуатации щеткодержателей в закрытом кожухе невозможно оперативно наблюдать за состоянием щеток и степенью их износа, затрудняется их обслуживание и ремонт.
Таким образом, предложенное в патенте решение не учитывает результирующую сил, действующую в генераторах с вертикальной осью, и не может обеспечить эффективный пылеотвод.
Задача полезной модели
Задачей предложенной полезной модели является обеспечение эффективного отвода пыли из зоны токосъема для генераторов с вертикальной осью вращения, например, для генераторов гидроэлектростанций.
Также задачей предложенной полезной модели является увеличение вероятности большего отвода количества пыли и предотвращение оседания ее на элементах токосъема.
Также задачей предложенной полезной модели является создание щеточного токосъемника с элементами токосъема с пылеудалением для генераторов с вертикальной осью вращения.
Другие задачи и преимущества предложенной полезной модели будут рассмотрены ниже по мере изложения описания и фигур к нему.
Согласно предложенной модели, элементы токосъема с пылеудалением содержат, по меньшей мере, одну неподвижную токоведущую траверсу, в которой передняя торцевая поверхность эквидистантна внешней поверхности горизонтально расположенного рабочего кольца генератора с вертикальной осью вращения, при этом, на верхней поверхности траверсы расположены щеткодержатели с установленными в них щетками, которые взаимодействуют с упомянутой внешней поверхностью рабочего кольца, а под нижней поверхностью траверсы пылеулавливающий лоток расположен так, что его передняя торцевая сторона выступает перед передней торцевой поверхностью траверсы, а также элементы токосъема с пылеудалением содержат по меньшей мере один воздушный патрубок пылеотвода (7) пыли равномерно по всей длине внутренней полости (5 г) пылеулавливающего лотка (5).
Также, согласно предложенной полезной модели, воздушные патрубки пылеотвода примыкают равномерно по всей длине пылеулавливающего лотка, а на выходе патрубки пылеотвода примыкают к сборному коллектору отвода пыли, закрепленному на траверсе.
Также, согласно предложенной полезной модели, продольный профиль сборного коллектора эквидистантен передней поверхности траверсы.
Также, согласно предложенной полезной модели, в торцевой поверхности сборного коллектора выполнена съемная заглушка.
Также, согласно предложенной полезной модели, задняя торцевая стенка и боковые торцевые стенки пылеулавливающего лотка выполнены выше передней торцевой стенки и при этом они примыкают к нижней поверхности траверсы, в результате чего образуется щелевой зазор между нижней поверхностью траверсы и верхней поверхностью передней торцевой стенки пылеулавливающего лотка.
Также, согласно предложенной полезной модели, между щеткодержателями, вдоль передней торцевой поверхности траверсы, расположены пылеотражающие щитки.
Также, согласно предложенной полезной модели, траверса с одной из боковых сторон закреплена на вертикальной опоре с возможностью ее поворота.
Также, согласно предложенной полезной модели, сборный коллектор примыкает к борову напротив вертикальной опоры через гибкое соединение.
Фигуры
При рассмотрении сути и примеров реализации полезной модели следует также иметь в виду, что генератор содержит две одинаковые группы щеточных токосъемников положительной и отрицательной полярностей. Поэтому все, что будет описано ниже, относится в равной степени к каждой из них.
При рассмотрении примеров осуществления предложенной полезной модели используется узкая терминология. Однако предложенная полезная модель не ограничивается принятыми терминами и следует иметь в виду, что каждый такой термин охватывает все эквивалентные решения, которые работают аналогичным образом и используются для решения тех же самых задач.
Фиг. 1 - изображен схематичный общий вид установки щеточного токосъемника на горизонтально расположенном рабочем кольце генератора.
Фиг. 2 - изображен фрагментарный общий вид со стороны верхней поверхности траверсы.
Фиг. 3 - изображен фрагментарный общий вид со стороны нижней поверхности траверсы.
Фиг. 4 - изображен фрагмент в сечении щеточного токосъемника на горизонтально распложенном рабочем кольце генератора.
Перечень позиций, изображенный на вышеупомянутых фигурах 1-4:
1 - токоведущая траверса;
1
1 - передняя торцевая поверхность токоведущей траверсы;
2
1 - верхняя поверхность токоведущей траверсы;
3
1 - нижняя поверхность токоведущей траверсы;
2 - рабочее кольцо генератора с вертикальной осью вращения;
3 - щеткодержатель;
4 - щетка;
5 - пылеулавливающий лоток;
1
5 - передняя торцевая сторона пылеулавливающего лотка;
2
5 - внутренняя полость пылеулавливающего лотка;
3
5 - задняя торцевая стенка пылеулавливающего лотка;
4
5 - боковые торцевые стенки пылеулавливающего лотка;
1
6 - зазор, образованный между внешней поверхностью рабочего кольца 2 и передней торцевой поверхностью траверсы 1;
7 - воздушный патрубок пылеотвода;
8 - сборный коллектор;
1
8 - прокладка, через которую сборный коллектор 8 крепиться к траверсе 1;
9 - съемная заглушка;
3
1
10 - щелевой зазор, образованный между нижней поверхностью траверсы 1 и верхней поверхностью передней торцевой стенки пылеулавливающего лотка 5;
11 - пылеотражающие щитки, расположенные между щеткодержателями 3;
12 - вертикальная опора траверсы 2;
13 - боров, к которому примыкают сборный коллектор 8;
14 - гибкое соединение.
2
1
1
2
2
1
2
Суть предложенной полезной модели заключается в том, что отделившиеся частицы графитовой пыли от щетки 4 попадают в зону разряжения, которое возникает в зазоре 6 в результате отвода из внутренней полости 5 пыли через воздушный патрубок пылеотвода 7. Поскольку передняя торцевая поверхность траверсы 1 эквидистантна внешней поверхности рабочего кольца 2, то это позволяет сформировать единую величину зазора 6 по всей протяженности передней торцевой поверхности траверсы 1, а это позволяет максимально использовать щетку 4 и обеспечивает максимально возможный ее износ, упрощает настройку щеткодержателей 3 и их регулирование на срабатывание в случае износа щетки 4, а также позволяет сформировать и поддерживать величину равномерного разрежения в зазоре 6 по всей его длине. При этом в случае уменьшения величины разряжения или в случае поломки вентилятора (на фигурах не изображен), частицы пыли все равно поступают во внутреннюю полость 5 пылеулавливающего лотка 5, т.к. внутренняя полость 5 расположена под зазором 6 и ближайшая к рабочему кольцу 2 передняя торцевая сторона пылеулавливающего лотка 5 вынесена под рабочее кольцо 2, что также является преимуществом предложенной полезной модели. При этом следует отдельно отметить, что конструкция гидрогенераторов электростанций может привести к тому, что в зону токосъемника может попадать трансформаторное масло, которое может, смешиваясь с пылью, попадает во внутреннюю полость 5 пылеулавливающего лотка 5, что является преимуществом полезной модели.
2
Равномерное примыкание воздушных патрубков пылеотвода 7 к сборному коллектору 8, который примыкает к траверсе 1, позволяет упростить монтаж патрубков пылеотвода 7, т.к. их длина и типоразмеры будут одинаковы, что позволяет сформировать равномерный пылеотвод по всей длине полости 5. Также крепление сборного коллектора 8 на траверсе 1 позволяет защитить обслуживающий персонал от контактного напряжения, а также упрощает обслуживание щеточного токосъемника, т.к. в случае технологической или внештатной ситуации траверса 1 поворачивается вместе со сборным коллектором 8 в результате крепления траверсы на вертикальной опоре 12, что не приводит к необходимым затратам по разборке, сборке системы воздухоотвода.
2
Также крепление сборного коллектора 8 на траверсе 1 увеличивает надежность и герметичность отвода пылевоздушной смеси из внутренней полости 5, поскольку обеспечивается жесткое крепление и подвод патрубков пылеотвода 7, при этом длина их минимальна. Использование сборных коллекторов 8 минимизирует аэродинамическое сопротивление и улучшает эффективность пылеотведения.
Пример реализации
1
2
1
1
1
1
1
1
1
Производят монтаж и установку щеточного токосъемника с элементами токосъема с пылеудалением на рабочем кольце 2 генератора с вертикальной осью вращения. Для чего траверсы 1 крепят на вертикальной опоре 12 с обеспечением их поворота. На верхней поверхности траверсы 1 расположены щеткодержатели 3 со щетками 4, а под нижней поверхностью траверсы 1, расположен пылеулавливающий лоток 5 так, что его передняя поверхность 5 выступает перед передней торцевой поверхностью траверсы 1 и заходит под рабочее кольцо 2. Передние поверхности 1 и 5 выполнены дугообразной формы под внешнюю поверхность рабочего кольца 2. В результате установки траверс 1, поверхности 1 и 5 эквидистанты внешней поверхности рабочего кольца 2. Поэтому образуется зазор 6 равной ширины по всей протяженности передней торцевой поверхности траверсы 1.
1
В нижней поверхности 5 пылеулавливающего лотка 5 выполнены отверстия, по всей его длине к которым подключены на входе патрубки пылеотвода 7, которые на выходе подключены к сборному коллектору 8.
1
2
Сборный коллектор 8 закреплен на траверсе 1 со стороны задней торцевой ее стороны и крепится через изоляционную прокладку 8 для электробезопасности. При этом сборный коллектор 8 имеет дугообразный профиль подобный внешней рабочей поверхности рабочего кольца 2, в результате чего патрубки пылеотвода 7 имеют одинаковую длину и аэродинамическое сопротивление. На одной торцевой поверхности сборного коллектора 8 установлена съемная заглушка 9, с помощью которой можно производить технологическую прочистку внутренней поверхности сборного коллектора 8 от пыли, которая может образовывать наросты в результате подтекания трансформаторного масла генератора с вертикальной осью вращения. С противоположной торцевой стороны сборный коллектор 8 подключен к борову 13, который подключен к вентиляторному блоку (на фигурах не изображен) и блоку обеспыливания воздуха (на фигурах не изображен), который отводится из внутренней полости 5 пылеулавливающего лотка 5. Боров 13 располагают напротив вертикальной опоры 12, на которой происходит поворот траверс 1, при этом к борову 13 через гибкое соединение 14 подключены сборные коллектора 8. В результате отвода траверс 1 есть возможность для технологического осмотра внешней рабочей поверхности рабочего кольца 2, щеткодержателей 3, щеток 4, пылеулавливащего лотка 5, а также для прочистки сборных коллекторов 8 и для обеспечения замены траверс 1 без демонтажа щеточного токосъемника. Все это сокращает время простоя генератора, сокращает затраты по обслуживанию и упрощает работу со щеточным токосъемником согласно предложенной полезной модели.
2
2
При работе генератора (на фигурах не изображен) с вертикальной осью вращения происходит вращение рабочего кольца 2, а это приводит к трению щеток 4 по внешней поверхности рабочего кольца 2, сопровождающееся образованием мелкодисперсной графитовой пыли, которая через зазор 6 поступает во внутреннюю полость 5 пылеулавливающего лотка 5. Из внутренней полости 5 пыль отводится через воздушные патрубки пылеотвода 7 в сборный коллектор 8, из которого отводится в боров 13. В последующем происходит обеспыливание воздуха с последующим отводом его в атмосферу.
2
2
В случае аварийной остановки вентиляторного блока или периодического его отключения для экономии электроэнергии или для проведения технологического осмотра, пыль через зазор 6 все равно поступает во внутреннюю полость 5, которая расположена под зазором. Поскольку размер образовавшейся частицы величина неконтролируемая, то крупные частицы отражаются от пылеотражающих щитков 11 и попадают также через зазор 6 во внутреннюю полость 5.
2
Длинная развитая внутренняя поверхность 5 пылеулавливающих лотков 5 обеспечивает забор пыли по всему периметру участка работы щеток 4, без пропусков и «слепых» зон, что является существенным преимуществом предложенной полезной модели.
1
Поскольку сборные коллекторы 8 максимально выступают наружу за пределы токоведущей траверсы 1, они легкодоступны для касания человеком. Поэтому сборные коллекторы 8 электрически изолированы от траверсы 1 при помощи изолирующих прокладок 8.
Предложенная полезная модель не ограничивается выше приведенными примерами его реализации. В данном описании приведены сведения, которые необходимы и достаточны для ясного понимания сути предложенной полезной модели. Сведения, которые являются очевидными для специалистов в данной области техники и которые не способствовали лучшему пониманию сущности предложенной полезной модели, не были приведены в данном описании.
2
2
Понятно, что при использовании предложенной полезной модели может быть реализован отвод пыли из внутренней полости 5 через воздушный патрубок пылеотвода 7, например, патрубок пылеотвода 7 может быть расположен во внутренней полости 5 вдоль всей ее длины, при этом в патрубке выполнены отверстия для отвода пыли. Другой пример, нижняя поверхность пылеулавливающего лотка 5 выполнена в виде конической воронки, в нижней части которой присоединен патрубок пылеотвода 7. Но в данном случае сложно обеспечить равномерное разрежение по всей величине зазора 6.
3
4
1
1
2
1
Выполнение задней торцевой стенки 5 и боковых торцевых стенок 5 пылеулавливающего лотка 5 выше передней торцевой стенки 5 и при этом они примыкают к нижней поверхности траверсы 5, в результате чего образуется щелевой зазор 10 между нижней поверхностью траверсы 5 и верхней поверхностью передней торцевой стенки пылеулавливающего лотка 5. Это приводит к тому, что забор воздуха во внутреннюю полость 5 осуществляется только со стороны передней торцевой поверхности токоведущей траверсы 1, что позволяет уменьшить объем отводимого воздуха, а следовательно использовать менее мощные вентиляторы, что приводит к экономии электрической энергии на их работу, что также является преимуществом предложенной полезной модели.
Технический результат
Техническим результатом предложенной полезной модели является обеспечение забора пыли по всему периметру участка работы щеток без пропусков и «слепых» зон.